01 移动通信基站雷电主要引入渠道及防雷接地研究与应用-1

11移动通信基站雷电主要引入渠道及防雷接地研究与应用-1-江门分公司汇报内容一、问题的严重性二、按标准建设的失败三、艰苦的探索四、研究情况及成果五、制定工程施工标准六、通信杆防跨步电压研究及应用3据统计，2002-2005年间，江门移动严格按照YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》建设的基站雷击损害依然严重，并不能解决基站遭受雷击损害的问题。针对上述问题，江门移动开展基站防雷研究。一、问题的严重性单位2002年2003年2004年2005年雷击损失金额万元360.56584.32343.08286.11雷击损坏站次次53898363年末基站数个472566661747平均每次雷击损失金额万元6.806.574.134.54基站雷击损失比例11%16%13%8%表1：2002~2005年江门移动基站雷击损坏统计一、问题的严重性2002年～2005年期间，江门移动基站年均100多站次遭受雷击而损坏设备，平均单站次经济损失达5.5万元。一、问题的严重性损害情况被雷击损坏的设备二、按标准建设的失败原YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》中，第5.0.1条规定：“移动通信基站地网的接地电阻值应小于5Ω，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10Ω。”1、按标准建所谓专业地网112个基站做专业地网。其中一个基站位于400米的高山上，造价高达25万，面积超过1000平方米。最低的也有3万。二、按标准建设的失败2、安装防雷器2002年至2003年期间，按标准的要求，在230个基站安装了[3+1]电源防雷器。防雷器自身也被击毁起火燃烧三、艰苦的探索1、深入研究——分析打“火”现象打火现象说明了走线架和地网之间存在电位差三、艰苦的探索1、深入研究——挖开地网看作用小官田基站地网连接处断开三、艰苦的探索1、深入研究——挖开地网看作用月水基站地网严重锈蚀三、艰苦的探索1、深入研究——挖开地网看作用桔园基站地网严重锈蚀断开三、艰苦的探索1、深入研究——新建基站水土流失北陡基站水土流失至垂直接地体曝露三、艰苦的探索1、深入研究——新建基站水土流失巨龙基站水土流失导至地网大面积露出13雷电主要引入渠道及防雷接地1、研究基站遭受直击雷时的地电位变化与雷击波形7、研究基站馈线安装SPD的必要性8、研究光缆内金属构件的接地方法5、研究电源SPD在不同环境的使用要求2、研究基站地网与雷击的关系6、研究馈线接地点的最佳处理方法4、提出基站雷电保护区的划分方法3、研究基站内设备等电位连接方式四、研究情况-主要技术内容14提出冲击等值半径概念，纠正了原来片面追求减小接地电阻值的做法21提出基站防雷的瞬态等电位观点，建立了基站防雷技术的新体系提出8/20μS波形在基站防雷的普遍适用性4提出新的雷击风险评估方法5明确基站馈线不必安装SPD6四、研究情况-主要创新点明确了移动通信基站雷电主要引入渠道，首次指出地电位反击的二次效应对基站的危害性315四、研究情况-主要创新点原标准新方案片面强调工频接地电阻放宽对基站接地电阻大小的要求忽视SPD的连接方法SPD的接地方法至关重要，SPD接地线长度不宜长于1米忽视接地系统的连接方法接地系统的连接方法至关重要，当雷电流在接地线上产生的电压差大于1.5KV时，设备就容易遭受损坏SPDH1米1、提出基站防雷的瞬态等电位观点，建立了基站防雷技术的新体系。设备1设备2U=IR+L×(di/dt)U1U2信号线IU雷电流在接地线上产生的电压L设备接地线的电感量R设备接地线的电阻(di/dt)雷电流的变化率162、提出冲击等值半径概念，优化基站地网结构工频时地网可以得到充分的利用雷电时只有雷电流引入点附近一块接地网才起到散流作用引入冲击等值半径概念，优化地网结构变大地网为小地网，地网面积减少了90%。四、研究情况-主要创新点冲击等值半径为：公式中，rch：冲击等值半径，mr：接地网面积的等值半径，，mA：接地网面积，m2ρ：土壤电阻率，Ω·m：土壤的相对介电常数)1(6060rrrcherArr实践表明，即使是在电阻率超过700Ω·m的地方，rch=20m即可满足要求达到5Ω工频接地电阻时的地网等效半径chrrr冲击等值半径四、研究情况-主要创新点3、明确了移动通信基站雷电主要引入渠道，提出基站雷电引入端口论，首次指出“地电位反击的二次效应”对基站的危害性电源端口、信号/控制端口、天馈线及馈电端口、接地端口是移动通信基站雷电主要引入渠道，这样概念明确、路径清晰。进而提出了基于瞬态等电位连接的基站雷电引入端口论。设备信号/控制端口电源端口接地端口天馈线/馈电端口端口论和“地电位反击二次效应”的提出为瞬态等电位防雷体系的建立奠定了基础，对于基站整体防雷具有重要的意义。184、提出8/20μS波形在基站防雷的普遍适用性四、研究情况-主要创新点研究及实践证明，架空线路遭受雷击时会发生闪落，或雷电流在通过铁塔时因分布参数的影响，幅值迅速下降，也不再保持原有的波形。从地电位反击的二次效应分析,应采用8/20μS波形来描述。该结论对于郊区和城市的基站防雷同样适用。2009年前江门移动基站防雷器SPD的使用统计10/350μS波形SPD8/20μS波形SPD已安装数（个）175720损坏数（个）730损坏比率42%0%备注（量级）100KA100KA四、研究情况-主要创新点5.提出新的雷击风险评估方法基站的环境千差万别，因此雷击风险性也不同，雷害的程度也不同，而ITU、IEC标准和建议中关于雷击风险性评估存在许多未知因素，这些建议仅能作为基础研究，工程应用必须具备采用可操作性，否则将一个简单的问题变为结论无穷多的问题。这是区别与国内外的唯一可用于现场操作的雷击风险的评估方法。20四、研究情况-主要创新点馈线进入机房前接地由于外导体的屏蔽作用，经计算馈线电缆的横向电压范围仅为0.006～0.050kV，远小于无线设备的耐受能力6、经过反复论证，明确基站馈线不必安装SPD)(/kVrrzLIVallctct公式中，Ic：临界雷电流[kA]zt：馈线单位长度的转移阻抗[/m]：天线塔因子[无量钢]L：同轴电缆长度[m]rc：同轴电缆的几何平均半径[mm]rall：导体束中所有导体的几何平均半径之和[mm]212005年，根据研究成果，项目组向ITU（国际电信联盟）提出修改K.56“无线基站对闪电放电的保护”建议1、在国际标准中的应用K.56,“Protectionofradiobasestationsagainstlightningdischarges”.TheRec.K.56starteditsrevisionprocessintendedtobeconcludedindec.2006.AcontributionforthisrevisionwaspresentedbyChinainD41,whichwaspresentedanddiscussedinthemeeting.TheRapporteurstimulatedtheWP-1tosubmitcontributionsonthismatterandproposedtheformationofaneditorialgroupfortherevisionwork,whichwillalsoconsidertheresultsofthetestsitepresentedbytheRapporteurintheTechnicalSession.成果的应用222、在国家标准中的应用正在由工信部推荐，待国家建设部审批，《通信局（站）防雷接地工程设计规范》将成为国家标准通信局（站）防雷接地工程设计规范（征求意见稿）成果的应用】233、在通信行业标准中的应用2005年，研究成果在中国通信行业YD5098-2005《通信局(站)防雷接地工程设计规范》中得到应用。YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》在标准中引入了等电位连接结构针对SPD的类型、最大通流容量应用的相关成果，在标准中规范了SPD的使用规范了光缆金属构件的接地要求基于馈线接地原则的相关研究结论，在标准中放宽了对馈线SPD的安装要求，并规范了馈线的接地要求根据基站遭受雷击损坏与接地电阻大小无直接关系的主要结论，在标准中提出新的经济有效的地网建设要求成果的应用成果获得奖项获得奖项2007年中国移动广东公司技术创新一等奖2008年广东省江门市科学技术奖一等奖2009年广东省科学技术奖一等奖24项目成果应用目前江门分公司有基站1200个，按项目的成果要求进行整改的旧站有628个，其余都是按成果要求新建的基站。项目成果运用以来，没有发生一起基站设备因雷击而损坏的情况。项目成果被相关的设备公司己随基站设备应用到其它的国家；同时还应用到中石油的西气东输工程之中。项目共取得专利12项。五、制定工程的施工标准雷电防护的基本原则基站防雷工程应本着整体防雷、综合治理、系统防护的思想，按照以下原则进行防护：1)防止异常电流进入机房。2)对进入机房的异常电流，应通过防雷器、合理接地系统和地网尽快泄放。3)对通过以上原则仍未能避免的异常电流应通过等电位连接的技术，将影响降低到最小。五、制定工程的施工标准明确SPD的选用基站处所SPD最大通流容量额定通流量城市型60kA25kA郊区80kA30kA山区型100kA40kA高山站及反复遭受雷击的基站120kA50kA28五、制定工程的施工标准由于目前防雷器是安装在AC配电箱中因此我们规定了AC屏的安装高度。也就是规定了接地线的长度五、制定工程的施工标准馈线接地点位置五、制定工程的施工标准几种均压环的形式“口”字形均压环“目”字形均压环“目”字形均压环五、制定工程的施工标准均压环的安装五、制定工程的施工标准加强芯接地排的位置五、制定工程的施工标准均压环的接地引下线位置自建基站商品房基站五、制定工程的施工标准均压环的接地引下线位置——自建基站五、制定工程的施工标准基站地网及接地排设置五、制定工程的施工标准对监理施工队进行培训建示范站统一标准五、制定工程的施工标准规定接地排的位置配电箱接地排馈线接地排五、制定工程的施工标准均压环接地排位置工程施工接地排与基站础钢筋连接五、制定工程的施工标准传输综合柜接地排五、制定工程的施工标准基站地网的大小基站地网尺寸及位置：基站外一圈五、制定工程的施工标准基站地网的设计图开平儒东基站江门三堡基站五、制定工程的施工标准均压环的材料——4×40mm镀锌扁钢防雷模块接地线的连接两个接地点不相连五、制定工程的施工标准通信杆防跨步电压研究及应用一、雷电产生跨步电压的危害一个雷打死13头牛通信杆防跨步电压研究及应用二、问题的提出车间旁民居旁通信杆防跨步电压研究及应用公园公路中养猪场旁通信杆防跨步电压研究及应用1、雷击高电压：通信杆受雷击后在杆体上产生极高的电压大小为：U=IR+H×L×di/dt在通信杆入地点的电压为：U=IR当雷电流为100KA时，R=5Ω时，其电压为：500KV地面通信杆杆基础地下电场等电位线电场方向三、预防的措施通信杆防跨步电压研究及应用2、预防措施——加沥青绝缘保护层沥青的绝缘强度为：35KV/2.5mm50mm厚的沥青其耐压为：700KV﹥500KV因此完全可以将危险电压限制在基础的内通信杆防跨步电压研究及应用3、施工情况通信杆防跨步电压研究及应用施工完成后51感谢大家的聆听汇报完毕