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《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-2001综述信息产业部邮电设计院刘吉克金山王国伟摘要：从通信局（站）雷击概率的统计分析，雷击造成通信设备损坏事故的85%是雷电过电压引起的，YD5098—2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》是针对各类通信局（站）配电、计算机网络、信号及数据线、馈线等引入的雷电过电压保护的具体要求，本文主要阐述了“规范”中所涉及的、工程技术人员所关注的，如通信局（站）内部网络数据线的雷电过电压保护、通信局（站）配电系统的雷电过电压保护、冲击通流容量和标称放电电流的选择等问题，YD5098—2001总则强调了规范是：工程设计、施工、监理、维护和各类保护器件选择的技术依据，所用电涌保护器必须是经信息产业部认可的检测部门测试的合格产品。本文还介绍了信息产业部邮电设计院防雷技术研究的历史。关键词：雷电接地过电压保护工程标准概述信息产业部邮电设计院是制定中华人民共和国通信行业防雷接地标准的编制单位，上世纪60年代，原邮电部设计院的防雷专家就对工程中出现的雷害事故进行了广泛、深入的研究，1986年开始编制国内外第一个将联合接地理论用于通信局（站）的标准YDJ26-89《通信局（站）接地设计技术规定》（综合楼部分）到YD5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》的颁布已经是第五个标准了，YD5098-2001使通信局（站）的防雷进入到一个崭新的阶段，该标准采取广泛与IEC及ITU等相关国际标准接轨的编写方法，不但结合了中国国情，也充分考虑了通信局（站）的具体情况而推出的集科学性、先进性、实用性与国际接轨的工程设计标准。目前已经在通信局（站）防雷工程中起到非常明显的效果，全面的解决了占通信局（站）雷击事故85%以上的雷电过电压保护问题。YD5098—2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》是为了解决综合通信大楼、交换局、数据局、模块局、接入网站、IP网站、移动通信基站、卫星地球站、微波站等因雷电感应通过电源线、信号线、网络数据线、天馈线、遥控系统、监控系统引入的雷害，确保通信设备的安全和正常工作而编制的。通信局（站）雷电过电压保护工程的基础应建立在联合接地、均压等电位分区保护之上是非常重要的,另外通信局（站）雷电过电压保护设计应根据电磁兼容原理,按防雷区划分，对电涌保护器的安装位置进行合理规划。从通信局（站）雷击概率的统计分析，近年来虽然对通信局（站）建筑物的防雷接地进行了大量的改造,但雷电产生的浪涌电流还是造成通信设备的损坏,雷击使通信中断的事故时有发生，根据国内外有关资料的统计，雷击造成通信设备损坏事故的85%是雷电过电压引起的，因此对通信局（站）雷电过电压的保护就更为重要。通信局（站）雷电过电压保护并非是简单的、单一的雷电过电压保护器件应用，而是应用电磁兼容的原理，根据雷电保护区的划分，对一个通信局（站）进行综合、多级雷电过电压保护。通信局（站）传统的雷电浪涌保护方法，在选择浪涌SPD件时，仅考虑被保护的通信设备本身，没有根据电磁兼容（EMC）原理，把局部或单一的防护措施归结到系统防雷，即整体防护的概念。由于缺乏通信局（站）系统和整体的观念，导致在通信局（站）电源系统网络，甚至在雷电防护的薄弱环节的不同点安装过电压保护器时，各类防护器件之间不能相互协调、相互之间不能控制。由于防护器件在设计时，其防护性能仅仅是从被保护设备本身的需求，而通信局（站）系统的防护，各级防护器件是相辅相成的，互相影响的，此时用以局部防护的过电压器件不能有效的发挥其防护性能，影响了通信局（站）的整体防护。另外还有一个重要的立论基础，通信局（站）的雷电过电压保护设计必须是建立在联合接地基础上。通信局1（站）受到雷电冲击时，通信局（站）内冲击电位分布和空间瞬时电磁场将关系到建筑物内人身和设备的安全。由于受冲击时地电位升高，将影响到装在通信楼内，而与楼外有电气联系的通信设备，雷电对通信局（站）的影响可以从三个方面对设备产生危害，首先浪涌电流沿着缆线进入设备，其次，由于地电位对通信设备产生影响，设备的冲击阻抗的反击地电位的大小，通常可达数十至数千伏。另外第三个方面，作为现代数字化通信设备的控制计算机，对雷电极为敏感。即使几公里以外的高空雷闪或对地雷闪出有可能导致这些通信设备的薄弱环节计算机CPU控制中心误动或损坏，根据国外资料介绍0.03高斯的磁场强度可造成计算机误动，2.4高斯即可使元件击穿。对于雷电电磁场的影响，主要是雷击通信局（站）时雷电流在建筑物的分布直接影响到通信设备，特别是对雷击敏感的计算机控制单元及数字终端设备在建筑物内的布局，合理的在通信机房安装设备布局可有效的减少雷害；通信局（站）采用联合接地可有效的解决地电位升的影响；而在通信大楼配电系统、计算机、控制终端、监控系统、终端设备输入端安装浪涌保护装置，并对通信局（站）出入缆线采取屏蔽、接地等措施，可有效减少雷电对各类网络系统的侵害。下面对YD5098-2001规范中关键的问题进行论述。1通信局（站）内部网络数据线的雷电过电压保护长期以来，通信局（站）设备防雷都是以防止雷电涌沿局外线路感应问题为主，随着通信设备的电子化、高度集成比、微型计算机控制、智能化、特别是数字通信技术发展，使得这些通信系统对浪涌较为敏感电路的雷电承受能力进一步下降，特别是通信大楼内计算机、控制终端、监控系统、终端设备更容易遭受雷电的侵害，由于在综合通信大楼内，集中了交换机、传输设备、监控及网络设备、控制终端、电源、无线等系统，各系统之间的内部连接线路纵横交错、非常复杂，连接线路可达100~200米，这些连接线路因雷电电磁场的感应，将雷电浪涌传到系统之间的接口的电路中去，对浪涌较为敏感的接口电路产生影响和冲击，局站内部接口的连接线类型较多，有屏蔽线和非屏蔽线，也有对称和非对称线，由于这些线缆物理结构上的差异，对雷电电磁场感应影响的大小也有所不同，因而就要求这些通信系统的接口应具有更好的防雷性能，IEC-61644对连接通信、信号网络接口的浪涌保护装置提出了基本的要求和测试方法，ITU-TK系列文件对于各种通信系统的雷电保护和测试也提出了指导性方法，最近ITU推出的K41建议《电信中心内部通信接口抗雷电过电压能力》，在这个新建议中，主要涉及的是不出局且长度在100米左右的通信线路。该建议的推出表明，国际上已经将电信中心内部通信接口抗雷电过电压的要求提到很重要的位置上。这些文件表明：“通信局（站）内部或建筑物内部的计算机的雷电防护方法和所用的SPD已趋成熟，并走向规范化”。另外根据邮电部设计院从对深圳、江门、茂名、东莞、韶关、南昌、湖南、河北、南宁等10几个省市的综合通信大楼雷害事故统计表明：楼内网络接口设备、计算机控制终端、交换机的CPU控制模块、交换机及移动通信的控制终端、微机接口电路、设备测试台、交换机计费系统微机、营业厅内的收费微机、营业用多路计费器、测量室自动测量系统、监控系统被雷击损坏的事故时有发生；另外移动通信、微波站内的网管监控及干线监控、遥信接口、数据采集板等设备也时有雷击损坏的事故发生的情况，这表明计算机、控制终端及网络设备的接口是雷电浪涌侵入的薄弱环节，国外的研究表明：“作为现代数字化通信设备的控制计算机，对雷电极为敏感。即使几公里以外的高空雷闪或对地雷闪出有可能导致这些通信设备的薄弱环节计算机CPU控制中心误动或损坏，根据国外资料介绍0.03高斯的磁场强度可造成计算机误动，2.4高斯即可使元件击穿”。从另一个方面讲，国外厂商早在90年代初期（国内在95年前后）已经推出了大量的计算机、控制终端及网络设备用的SPD，其产业已有很大规模的发展，其中用于计算机、控制终端及网络设备SPD已经系列化，并且其质量和性能完全能满足通信系统的要求，另外由于半导体放电管的出现，其元件的特殊性及优良品质使得用半导体放电管元件组合的SPD可以免去每年的例行检测，且保证了通信系统安全可靠的运行。因此对通信局（站）计算机、控制终端及网络设备的进行雷电过电压2保护，条件已经成熟，为了减少成本和合理投资的角度出发，建议仅对建在多雷区、强雷区的通信局（站）内计算机、控制终端及网络设备进行雷电过电压保护，对于建在中雷区的通信局站内的计算机、控制终端及网络设备，如果该局时有雷击损坏的事故发生，则应参照执行。另外从通信局（站）的调研情况看，现有的通信局（站）计算机、控制终端及网络设备的数据线，由于各方向的线数不多、控制单元分散的缘故，一般都用的是无屏蔽的线，改为屏蔽线和串金属管线在施工和运作起来都有困难（垂直管线除外），而且成本将非常之高，那么安装SPD既经济、又方便，并且提高了通信系统安全可靠性。2通信局（站）配电系统的雷电过电压保护2.1通信局（站）配电变压器雷电过电压保护器件的选择从架空高压电力线终端杆引入通信局（站）的10kV或6.6kV高压电力线，从防雷的角度出发必须更换为屏蔽电缆，而且进入通信局（站）配电变压器高压侧的屏蔽电缆在条件允许的情况下宜全程埋地引入；当配电变压器设在通信局（站）建筑物内部时（建在郊区和山区的微波站、移动通信基站的配电变压器，不宜与通信设备设在同一建筑物内），高压屏蔽电缆应从地下入局，且屏蔽电缆长度应为300—500米，屏蔽层两端应就近接地。在架空高压电力线终端杆与屏蔽电缆的接头处，三相电力线应就近对地分别加装额定电压为12.7kV（系统额定电压10kV）或7.6kV（系统额定电压6.6kV）的交流无间隙氧化锌避雷器，通信局（站）供电的实际情况。GB11032-89《交流无间隙金属氧化锌避雷器》（*一个过时的标准）对10kV避雷器是满足一般雷暴强度情况下的要求，为城市配电系统配套使用的，其标称放电电流为5kA的等级，对地处多雷区以下地区的城市使用该量级的配电避雷器，应该说基本能满足通信局（站）配电变压器高压侧雷电过电压保护的要求，但对于地处多雷区以上地区，并且建在郊区、山区的通信局（站）应该承认标称放电电流为5kA的等级的高压配电避雷器可能远满足不了雷电过电压的需要，根据该标准附录D要求，对于建在郊区、山区，地处中雷区以上的通信局（站）使用的交流无间隙金属氧化锌避雷器是根据当地雷电的强度，由用户或设计者向厂商提出交流无间隙金属氧化锌避雷器放电电流的要求，强雷电避雷器主要是避免在雷电较强的地区，以往建在多雷区的通信局（站）及建在山上的微波站由于在设计上误用常规的交流无间隙金属氧化锌避雷器，造成高压避雷器、配电变压器被雷击坏的事故时有发生。因此对于建在郊区或山区，地处中雷区以上的通信局（站），在架空高压电力线终端杆与屏蔽电缆的接头处，避雷器必须采用标称放电电流大于20kA的交流无间隙氧化锌避雷器（强雷电避雷器），而配电变压器高压侧应在靠近变压器处装设相应系统额定电压等级标称放电电流大于5kA的交流无间隙氧化锌避雷器，配电变压器高压侧避雷器和低压侧SPD的接地端子、变压器的外壳、交流零线、以及电力电缆的屏蔽层应就近接地。2.2通信局（站）低压配电系统雷电过电压保护器件的选择通信局（站）低压配电系统雷电过电压保护器件的选择应根据雷电活动区的划分、通信局（站）的分类、通信局（站）所处的地理环境、建筑物的形式、供电方式以及所在地区电压波动的的情况，在设计中对电源SPD提出的不同要求。并且在器件回路中串接保险丝，目的主要是防止器件因各类因素损坏或由于暂态过电压使器件燃烧（国内外通信局（站）发生过多次此类事故，国外的防雷公司的SPD产品在工程上一般都要求采用串接保险丝，IEC60364-5-534《过电压保护装置》对此有专门论述），影响通信局（站）供电线路的正常工作（由于以往的规范忽视了在并联回路中串接保险丝，从而给通信局（站）的正常供电带来了隐患）保险丝标称电流的量级一般为上一级保险丝的1/1.6倍。另外单纯从价格的意义讲，冲击通流容量较小的SPD一般价格上远小于冲击通流容量大的SPD，但从技术经济比的角度去考虑问题，可能这一观点又喻于了新的含义，通流容量是指器件不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的最大电流峰值，冲击通流容量较