通信局(站)防雷接地基础及综合技术介绍

1通信局（站）防雷接地基础及综合技术知识华泓信息2目录2通信局（站）的防雷保护对象1通信局（站）的防雷和供电系统接地分类3通信局（站）的雷电来源与途径4通信局（站）雷电保护区的划分和应用5通信局（站）雷击防护基本总则6通信局（站）的防雷接地调研流程7通信局（站）防雷接地综合技术8通信局（站）防雷设备选型技术3通信局（站）根据其重要性、规模大小、系统容量、发生雷电事故的后果和严重性，按防雷要求可分为以下四类。（同时见图1）◆第一类防雷通信局（站）如：国家和省市级的通信中心、综合楼等大型通信局（站）。◆第二类防雷通信局（站）如：市县级的目标局、微波枢纽站等中型通信局（站）。◆第三类通信局（站）如：乡镇和城区的模块局等。◆第四通信局（站）如：接入网点、光环网点等。★通信局（站）的防雷分类1.通信局（站）的防雷和供电接地分类41.通信局（站）的防雷和供电接地分类通信局（站）通信局（站）移动基站微波局站第二类目标局第一类综合通信中心第三类模块局第四类接入网点★图1：通信局（站）的防雷分类图15★图2：通信局（站）的供电接地系统分类1.通信局（站）的防雷和供电接地分类供电系统接地类型TN系统（三相五线制）TT系统（三相四线制）IT系统（三相三线制）TN-S系统TN-C-S系统我国通信局（站）普遍用TN，少量TT图263.通信局（站）的雷电来源途径图3：雷电的可能来源/途径通信局（站）用户电缆电力/电源线铁塔/避雷针光缆进/出局信号线地电位升图37①天馈线天馈线金属外皮：包括GSM、微波、无线接入等天馈线；②通信铁塔移动基站、微波铁塔等；③用户电缆线特别是乡镇、农村等架空的用户线；④进出局的信号线特别是架空的信号线，如：到移动基站的2M接口传输线；⑤电力/电源线特别是架空电力线。3.通信局（站）的雷电来源途径8⑥光缆特别是架空光缆：光缆的金属加强芯、光缆外皮的金属铠装层等。⑦与建筑立柱钢筋不绝缘的金属走线架/吊架对与移动基站共址而建电信机房，铁塔上的雷电流可能通过立柱和不绝缘的金属走线架/吊架，窜入到设备中；⑧地电位升（反击）接地电阻较大的局（站）；使用分离地网的局站等；⑨空间电磁场感应如雷电电磁脉冲LEMP，可能在电信机房内的较长连接电缆上感应出较高的过电压，造成设备电接口的损坏。总之：只有针对上述雷电来源，采取合理的防护措施，通信设备才可以得到较好的保护。3.通信局（站）的雷电来源途径9◆图4：雷电保护区（LPZ）的划分★LPZ0A区：直击雷非防护区。本区内的各类物体均可能遭直接雷击，本区电磁场没有衰减，属于完全暴露的不设防区。★LPZ0B区：直击雷防护区。本区内的各类物体很少能遭直接雷击，但本区电磁场没有衰减，属于充分暴露的直雷击防护区。★LPZ1区：第一屏蔽防护区。本区内的各类物体不可能遭直接雷击，由于建筑屏蔽的措施，本区内的电磁场得到了初步的衰减。★LPZ2区：第二屏蔽防护区。为进一步减小所导引的雷电流或电磁场，而引入的后续防护区。★LPZ3区：第三屏蔽防护区。如需要进一步减小雷电电磁脉冲（LEMP），以保护敏感水平高的设备的后续防护区。4.通信局（站）雷电保护区的划分和应用10等电位连接点通信电缆金属设施如水管LPZ0A和LPZ1区的分界旗杆或栅栏天线电力电缆洞（如窗户）LPZ0BLPZ1LPZ2LPZ1和LPZ2区的分界设备LPZ0A图4：雷电保护区（LPZ）的划分LPZ0A区:直击雷非防护区。LPZ0B区：直击雷防护区。LPZ1区：第一屏蔽防护区。LPZ2区：第二屏蔽防护区。LPZ3区：第三屏蔽防护区。114.通信局（站）雷电保护区的划分和应用LPZ0ALPZ2例：通信机房LPZ0B外部防雷装置LPZ0A,0B和LPZ1区界面上的等电位连接带1LPZ1电缆线路LPZ1和LPZ2区界面上的等电位连接带2等电位连接线代表屏蔽2的房间代表屏蔽1的建筑物接地装置◆图5：通信局（站）LPZ的应用举例图512★雷击设备损坏机理根据通信局（站）的雷害调研结果，设备损坏途径基本表现为：由于雷电流的存在，使得设备电路之间出现电位差，将器件击穿损坏。★雷击防护基本原则遵循下列3条基本原则：◆分流或切断雷电流将切断雷电流的来源或尽可能快速分流到大地，降低电位差产生的可能性。◆通信设备系统而合理的连接和接地设备合理的连接和接地，可以大大降低设备间的地电位差。◆提高敏感接口的雷击抗力加装合适的接口保护电路（装置），是一种有效保护敏感电信接口的措施5.通信局（站）雷击防护基本总则雷电流）接：接地电阻、：导线电感、（电压降:接iRLdtdiLiRΔV136.通信局（站）的防雷接地调研流程◆图6：防雷接地的勘察、调研和分析流程图通信局站防雷类型调研与分析结果确定整改方案通信设备电源情况现有防雷措施设备接地情况接地地网情况进/出局线缆情况电源防雷情况重要电信接口防雷情况天面层防雷情况设备损坏情况通信局站描述地形/环境/位置雷害原因分析14◆措施（一）通信大楼的直击雷防护技术7.通信局（站）防雷接地综合技术★在通信铁塔顶上，安装独立式避雷针装置。见图7，包括：独立避雷针、雷电流专用引下线、保护半径和范围的确定★通信铁塔直击防护加强措施：增加专用雷电流引下线。ILR-Ⅲ独立式避雷针安装示意图图7157.通信局（站）防雷接地综合技术◆措施（二）通信电源系统的多级防雷技术见图8★电源第一级防雷：市电（低压配电）输入端；★电源第二级防雷：交流配电输入端；★电源第三级防雷：开关电源输入端；UPS输入端口；★电源第四级防雷：机房内交/直列头柜输入端。S608e_aSE230/400VHTML4kVIII2.5kVII1.5kVI6kVIV设备第一级SPD第二级SPD第三级SPD第四级SPD图8167.通信局（站）防雷接地综合技术◆措施（三）室内设备地线系统的规范接地和连接技术★Star-IBN：星状的隔离接地网络★Mesh-IBN：网状的隔离接地网络★Mesh-BN：网状接地网络Star-IBN图9：设备地线基本连接结构图（参考ITU-TK.27标准)Mesh-IBNMesh-BN机架、设备、组件等连接导体公共接地网单点接至公共接地网地排电信设备接地网络见图9173、信号/接口系统的防护（用户线、信号线、局内重要设备电接口）◆措施（四）通信接口的过电压保护技术7.电信局（站）防雷接地综合技术对于存在雷害的下列重要通信接口,应加装信号/数据接口用的过电压保护器：★线路类接口的保护：Fax、Modem、PABX等。（RJ11形式）★数字类接口的保护：各类传输/中继2M接口（E1），包括对称、同轴接口。PCM/ISDN、ADSL宽带接入接口；DNIC接口：2B+D、2B1Q；★数据类接口的保护：V.24、V.35、RS232、RS422、RS485等接口以太网接口：10/100MbLAN。（RJ45形式）★天馈线接口的保护：GSM、微波等同轴馈线接口。183、信号/接口系统的防护（用户线、信号线、局内重要设备电接口）◆措施（五）传输设备雷害的重点解决措施7.通信局（站）防雷接地综合技术★通信传输雷害的重点问题，普遍表现在以下两个方面：●移动基站设备租用电信传输2M接口产生的雷害问题。●交换（数据）设备对应传输2M接口产生的雷害问题。★传输2M接口雷害的解决措施●在传输设备的收、发2M端口上，加装2M接口专用的过电压保护器；●2M接口保护器的基本特性，如：动作电压、限制电压要足够低，耐雷能力足够高，良好的传输特性。19◆措施（六）联合接地网及新型接地技术7.通信局（站）的防雷接地综合技术★联合接地网：指通信局（站）所有设备的下列接地，共用一组地网的接地方式。通信局（站）联合接地方式见图10。●交流工作地●直流工作地●保护地●防雷地。★新型接地技术：●免维护化学地线系统，如美国的XIT、IEA等化学接地棒。●低电阻接地模块●长效接地极●石墨电极★降阻剂的使用，如LCRP长效降阻剂等。20图10：通信局（站）联合接地模型L1L1L2L3N–～–～蓄电池组地面MDF保护地排工作地排总地排开关电源的地线引线-48V的正极工作地母线雷电引下线建筑柱的钢筋导线基础地网避雷针接地直流工作地（通常成环状）保护地避雷针3~4m渡锌钢材建筑物的支撑柱21◆措施（八）局内光缆的规范接地措施★重要性●光缆内的金属外皮、加强芯通常也是一个引雷的来源。●特别是架空进入机房的光缆，如果接地措施不好或方式不当，可能导致重的后果，如：损坏设备，甚至导致光缆、ODF架起火的事故。★防护措施●光缆金属加强芯的正确规范接地。●光缆金属外皮（铠装层）的正确规范接地。7.通信局（站）的防雷接地综合技术22◆措施（九）天馈线的规范防雷接地措施★重要性●各种天馈线，如微波、移动GSM等是一个电信局（站）引雷的重要来源。●如果馈线的防雷接地措施不好或方式不当，同样可能导致设备损坏的后果。●特别是与移动基站共址的电信机房，更应考虑天馈线对电信设备的严重影响。★馈线防雷接地措施●室外天馈线金属外皮的可靠和正确接地；●室内天馈线金属外皮的可靠和正确接地●加装天馈线避雷器的应用否；7.通信局（站）的防雷接地综合技术23◆措施（十）通信设备的绝缘规范性措施★重要性（见图12示）●当通信铁塔建在机房楼顶上，铁塔上的雷电流有部分将通过与建筑立柱不绝缘的金属走线架/吊架，窜入到设备中，对电信设备造成危害。●机房内通信设备与建筑钢筋的绝缘，对防止雷电流进入到设备很重要。★电信机房的设备绝缘措施●金属吊架与走线架之间的绝●通信设备机架和走线架之间的绝缘●通信设备机架和楼板之间的绝缘●通信设备接地排与建筑钢筋之间的绝缘★图11：通信机房绝缘不良引雷问题的截面图示举例。7.通信局（站）的防雷接地综合技术24图12：通信机房绝缘不良引雷问题的截面图示SubscriberlinesCableshelfSGBEarthingElectrodeLightningrodsteeltowerantennadownconductorAC交换机DCMDFODFDDFSDHSDHDDF地面MGBSteelofthebuildingSteelofthebuildingSolderjointSuspenderScrew:(noinsulationfromsteelofthebuilding)LightningcurrentiiiiSteelofthebuildingpoleofthebuildingTootherroom接地极25★选型依据信息产业部强制性通信行业标准：●《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器技术要求》（2002年）●《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器试验方法》（2002年）★技术要求:●整体要求：保护模式、分离装置、告警功能等●电涌防雷特性：最大持续运行电压、标称放电电流、电压保护水平、冲击通流容量、等级限制电压等●安全特性：着火危险性、失效安全特性、热稳定性等●环境适用性：高温、低温、湿热、振动等◆通信电源避雷器(SPD:电涌保护器)的选型8.通信局（站）防雷设备选型技术26★选型依据参考国际相关标准：●IEC-61643-22《电信和信号网络接口的过电压保护器》（2001年）●ITU-TK.41《电信中心内部电信接口抗力要求》（1999年）★主要技术要求:●直流动作电压●工作速率/带宽●冲击限制电压●标称放电电流●插入损耗●回波损耗★物理接口形式的多样化，如：DB-9、DB-15、DB-25、RJ11、RJ45、F1.6/5.6(2Mb口同轴）、BNC等。8.通信局（站）防雷设备选型技术◆数据/信号接口过电压保护器的选型27★选型依据可参考德国VDE相关标准。★基本技术要求●额定工作电压●冲击限制电压●插入损耗●回波损耗●标称放电电流●工作频率/带宽●最大输出功率●阻抗★基本技术参数（举例）8.通信局（站）防雷设备选型技术◆天馈线避雷器的选型额定工作电压标称放电电流8/20us冲击限制电压(1kV/us)插入损耗回波损耗最大输出功率频率上限阻抗250V-15KA1000V0.1～0.2dB20dB25