移动通信大楼的电气安全及抗干扰问题

摘要： 本文阐述了移动通信大楼工作设备的特殊性及其电气安全的重要性，通过对电气干扰产生的根源及其危害的分析，提出了针对这些问题采取相应的防范措施，并以具体的工程实例加以说明。

关键词： 移动通信 大楼 电气安全 抗干扰

引言

随着社会的发展，移动电话已经成了我们日常生活中必不可少的通信工具，自从中国移动与电信行政脱勾后，各省移动公司便纷纷着手建立自己的通信综合大楼。移动通信大楼的主要工作设备有传输机、微波机、整流设备以及作计费、监控、数据业务用的电子计算机设备。这些设备价格昂贵同时又对电气干扰非常敏感，更关键的是这些设备若运行不稳定，出现故障或是损坏，将牵涉到社会各行各业，其社会影响及经济损失将是巨大的。因此怎样消除和抑制各种电气干扰，保证设备稳定可靠地工作，保护设备与人身的安全便成了设计安装中至关重要的问题。设计上除了将电信用电作为重要保证负荷，提供其双电源或柴油发电机自备电源外，更要考虑各种电气扰动对设备安全运行的影响，电气干扰主要有电压扰动和过大的谐波电流及对地泄漏电流。本文将通过分析电气干扰产生的根源及其对移动大楼电信设备的危害，来提出相应的解决措施及设计注意事项。

1、电压扰动

电压扰动包括瞬态过电压，电压骤降和电压波动

1.1瞬态过电压

瞬态过电压表现为有快速突升的高电压脉冲叠加到供电电压上。其起因有两方面：一是大气雷电的强大瞬变电磁场对地面电气线路产生的感应过电压；二是大功率电感性负荷或改善功率因数的电容器投切时回路周围磁场的瞬间变化对邻近线路产生的感应过电压，瞬态过电压可使电子设备损坏，并且可通过电感对数据线的耦合造成计算机及通讯设备上的数据失误。

1.2电压骤降

电压骤降是指线路电压的骤然大幅度降低，其持续时间可长达几秒钟。它的起因是线路所接大功率重负载电动机起动时造成线路以至所接母线电压的下降。如果电压骤降时间过长，可引起电子信息设备的数据丢失。

1.3电压波动

电压波动实质是小幅值的电压骤降，它也可使高灵敏度的电子信息设备工作失常。

1.4电压扰动的防范措施

对瞬态过电压的主要防范措施是在电源线路和信息线路有关部位装设过电压保护器，即大楼交流变压器高低压侧的三根相线分别对地加装无间隙氧化锌避雷器，另外，出入基站的所有电力线均在出入口加装电涌保护器。消除电压骤降的措施是对大楼内大功率电机采取软起动方式，另外电信设备与其它空调水泵等负荷分开变压器供电。

2、过大的谐波电流

2.1谐波电流的产生及其危害

谐波电流起源于现代日益增长的非线性负荷的应用。众所周知，理想的电源波形为正弦波，当对非线性负荷施加正弦波电压时，其电流波形将畸变而不再为正弦波，如图1所示。此波形畸变的电流除基波电流外，还包含若干奇次和偶次谐波电流。过大的谐波电流引发的问题很多，我们不妨用数学公式推算一下，一般地正弦电流波形为奇函数，设三相电流为：

式中IM为相电流峰值，ω为角频率，Φ为初相位，则中线电流为：

当n=3k时，iN，n=0

当n=3k+1时

当n=3k+2时，iN，n=0

故中线电流有：

从以上傅立叶表达式可以看出，偶次谐波在中性线上可被抵消，当谐波次数为3了的奇数倍时，中性线将流过相当于相线谐波电流三倍的分量，大量的奇次谐波叠加将在中性线上产生过大的谐波电流，从而使中性线过热，当三相负荷不平衡时，甚至出现中性线电流大于相线电流情况，这就容易出现因中性线过载而引发火灾事故。移动通信大楼的电子设备本身是谐波电流发生源，其谐波电流引起的严重谐波电压传导到其它状态完好的电子信息设备，使其工作不稳定甚至元件损坏，特别是电脑主机和打印机电源部分。另外，过大的谐波电流还使得电子信息设备的配电回路的断路器误动作，因为含有大量的谐波电流回路的电流实际有效值要比计算所得或简单测得的值要大。

2.2过大谐波危害的防范措施

由以上分析我们看出有非线性负荷就有谐波存在，我们防范的措施主要是避免谐波电流的汇合增大和减小回路谐波电压的分量。具体做法是：

a. 大楼内所有电气线路穿钢管敷设，因为接地良好的金属导管为穿过它的导线起到了对射频干扰的屏蔽作用。

b. 每相用各自的中性线，对产生谐波的设备回路（如大量电子镇流荧光灯回路，电子计算机电源回路等）增加两倍的中性线。

c. 选用D1YN11接线的三相配电变压器为三次谐波电流提供环流通路。

d. 将敏感设备与其它设备分开，从低压配电室开始由单独配电柜引出专用回路供电信设备用电。

e. 适当限制每个回路的插座数量，以减少分支配电回路中敏感设备的数量，有助于减小回路谐波电压的含量。

3、过大的对地泄漏电流

3.1泄漏电流的产生和危害

对地泄漏电流分高频对地泄漏电流和工频对地泄漏电流。移动通信大楼内装有大量的电子信息设备，其电源装置均为开关模式（SMPS），从电源开关瞬变过程中产生幅值很大的高频对地泄漏电流，此高频泄漏电流产生高频噪声，使对噪声敏感性很高的通信设备和计算机的工作受到干扰。为防止这种高频分量的干扰在供电系统中传布，每个SMPS的输入端上均配滤波器——即在相线和中性线上各串一个小电感并连接一个小电容器接地，这样滤波器的电容在相线和保护接地线间形成一条通路而有电流流过，此为工频对地泄漏电流。对一台设备而言，这种电流十分微小（通常小于3.5mA），但是多台设备并联时，其合成电流就可能相当大，

式中：IC——对地泄漏电流（A）

UO——相对地标称电压（220V）

f ——工频频率（50HZ）

C——滤波电容器的电容量（F）

XC——容抗（Ω）

按此式计算，当滤波电容大于0.217μF时，正常工频漏电电流即有15mA以上，实际上回路合闸时的电容充电电流更数倍于此，因此使得漏电断路器RCD误动作而切断电源，影响正常工作。最危险的是当电流至设备处PE线任一处中断还有可能导致人体接触电压大大超过接触电压限制50V，造成电击事故。

3.2防止对地泄漏电流危害的措施

通常地我们在配电线路末端插座回路装设漏电保护器，它可以在相线和保护线间的偶然接触时跳闸，以保护人身安全，这只是消除其危害的一方面。更主要的是对地泄漏电流产生的噪声对通讯设备和信息设备造成严重干扰，要克服这一点，就要将这些设备连接到干净的或无噪声的“地”上去，这个接地称为“电信接地”。

常规的建筑物接地系统主要是在故障情况下保证人身设备安全，而现在必须同时能承载连续的泄漏电流并要用来抑制高频噪声电流，因此其接地方式和用材都有所不同。移动通信大楼的接地分工作接地 保护接地和防雷接地三种，按均压等电位的原理，这三种接地最终组成一个联合接地网。机房接地采用网形接地布置方式，在机房活动地板下设闭合环形接地线，作为地板金属支架接地引线排，其材料为铜导线，截面积应不小于50mm2，并从接地汇集线上引出不少于二根截面积为50~75mm2的铜质接地线与引线排的南北或东西侧连通。下面以具体的工程实例来说明移动大楼接地系统的连接方式。

3.3工程应用实例

某移动通信综合大楼总建筑面积约八千平米，共9层，其功能房有整流电源室 交换机房 传输机房 微波机房及监控室 主机房数据业务中心等。本大楼采用联合接地形式，利用建筑物基础钢筋作接地装置，将基础底部主钢筋通长焊接成闭合回路作为共用接地网，总接地电阻不大于1欧姆，基础层设接地总汇集环，室外设人工接地环，接地总汇集环与基础接地网或室外环形接地体每隔5~10米相互连接一次，所有接地装置及连接点上进行防腐处理。其接地系统接线图见图2。

4．几点体会

移动通信大楼的电气安全和抗干扰问题是个复杂的问题，如何利用现有的条件，既方便施工，节省投资，又能保证安全可靠，还有待于探讨。笔者认为在设计安装中掌握几个基本原则，并因地制宜，第一，根据法拉第笼均压屏蔽的原理，充分利用建筑物结构钢筋作接地装置，使整个建筑物成为一个等电位体；第二，大楼内各种接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入；第三，机房内采用网接地形式，建立相同且相对稳定的零电位，从而屏去干扰。

接地总汇集线采用40X5的扁铜

接地干线采用120mm2的多股铜芯绝缘电缆

接地分汇集线采用25X5的扁铜

1．《移动通信基站防雷与接地设计规范》，YD5068-98 中华人民共和国通信行业标准

2．《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 2001年版

3．《优化电气设计实践指南》国际铜业协会（中国）

4．《电子计算机接地系统浅析》刘转洲 电气工程应用94年第四集