通信局站防雷培训资料

首页标题中国移动通信集团广西有限公司桂林分公司通信基站防雷整治项目2008年8月6日雷击整改方案目录一、设计说明（一）概述（二）设计依据二、雷击事故分析及整改意见三、基站整改方案（一）变压器部分（二）终端杆到机房部分（三）机房地网部分（四）室内部分一、设计说明（一）、概述广西是雷暴日较高的地区，为了防止移动通信基站遭受雷害，确保基站内设备的安全和正常工作，确保建筑物、站内工作人员的安全，提高网络运行的安全系数，实施移动通信基站的整体防雷与接地工作是十分重要的。移动基站的整体防雷工程是一项要求高、难度大的综合工程，涉及多方面的因素，需要针对不同的系统分别加以保护，又要考虑多个系统的协调工作，在工程中不能造成对系统的任何影响。因此，在遵守国家和信息产业部有关规范的基础上，引入国际电工委员会的先进防雷技术和标准要求，以达到更好的防护效果。一、设计说明（二）、设计依据以下标准和规范：1、中华人民共和国信息产业部标准《移动通信基站防雷与接地设计规范》YD5068-98；2、中华人民共和国信息产业部标准《通信工程电源系统防雷技术规定》YD5078-98；3、原邮电部标准《通信局（站）接地设计暂行技术规定》YDJ26-89；4、国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94；5、原邮电部标准《微波站防雷与接地设计规范》YD2011-93；6、国际电工委员会（IEC）标准《ProtectionofStructuresagainstLightning》IEC61024；7、国际电工委员会（IEC）标准《ProtectionagainstLightningelectromagneticimpulse》(雷电电磁脉冲的防护)IEC61312；二、事故原因分析及整改意见绝大部分雷击事故都是由于雷电流感应到架空电源线路所导致，我们移动基站机房端的过电压保护还存在很大的漏洞：二、事故原因分析及整改意见过电压的类型：移动基站房设有GSM设备、开关电源、空调、环境监控等设备，与这些设备连接的天馈线、电源线、信号线从外部引入，而在天馈线、电源线、信号线系统中，存在以下几种过电压：雷电过电压操作过电压暂时过电压高电位反击二、事故原因分析及整改意见1、雷电过电压•直击雷过电压•感应雷过电压•地电位抬高(用8/20μs波形模拟)•线路来波(用8/20μs波形模拟)电磁感应雷过电压静电感应雷过电压(用8/20μs波形模拟)正极性波(用10/350μs波形模拟)负极性波(用2.6/40μs波形模拟)二、事故原因分析及整改意见直击雷过电压二、事故原因分析及整改意见感应雷过电压二、事故原因分析及整改意见线路来波图二、事故原因分析及整改意见2、操作过电压（用2ms或10/1000μs冲击电流波模拟）•切合电感性负载引起的过电压•开断电容性负载引起的过电压•电力电子器件换向引起过电压•故障过电压二、事故原因分析及整改意见3、暂时过电压（工频正弦波）•转移过电压•位移过电压•失零过电压二、事故原因分析及整改意见4、高电位反击二、事故原因分析及整改意见（一）变压器部分：首先：从众多变压器损坏来看，变压器损坏主要原因是变压器处的接地电阻过高，变压器的接地电阻过高，当线路上有过电压感应的时候，高压端的避雷器的放电电压就很高，就会击穿变压器的绝缘，造成变压器损坏；当放电电压不足以击穿变压器的绝缘，但足以造成避雷器损坏。所以应在变压器处增加地网。按照防雷规范的要求，至少要10欧姆以下才能很好的通过避雷器泻放雷电流。在变压器与机房不共网的情况下（比如变压器位于山下），变压器地网比机房地网接地电阻要低。二、事故原因分析及整改意见其次：变压器低压端没有安装避雷器，变压器并不仅仅高压端会引入过电压，低压端也会。从变压器到机房之间那么长的架空电缆，其感应的过电压很大，足以击穿次变压器的绝缘，假如变压器的低压侧没有安装避雷器，其受损的概率与高压段一样高，应在变压器低压端安装低压高能避雷器。二、事故原因分析及整改意见（二）终端杆到机房部分通过分析机房设备损坏的情况发现架空线路机房端的过压保护不合格，有雷电流进入就会损坏设备，应在终端杆或者机房进线配电柜安装低压高能避雷器，主要作用在于吸收线路的长波过电压的能量，起到第一道闸门的作用。二、事故原因分析及整改意见（三）室内部分另外机房内电源类和信号类设备的损坏，一般是由于电源线或信号线上有感应过电压，造成设备间的不等电位，形成电位差，使得设备内元器件被击穿。只有通过等电位连接的方式来减小设备间的电位差，在雷击时，由于机房内设备因处于基本相同电位中，就降低了由电位差引起的电位反击的概率，形成了水涨船高的形态，从而减少了设备的损坏率。二、事故原因分析及整改意见机房内等电位分两类：一类为稳态的等电位，即接地排、汇流线、设备的接地线、地网之间的连接等；另一类为瞬态的等电位，即电源线与地线、直流电源正负极、信号线与地线、设备内部通过防雷器形成的等电位、馈线与地线间的等电位、避雷针的引下线与地网等的连接。二、事故原因分析及整改意见机房内设备间只有当这两种方式等电位均做好了，才能够降低设备被电磁干扰、雷击、感应过电压所破坏的危险度。应在机房内做好等电位连接，并适当加装B级防雷器。三、防雷技术简介防雷接地技术是保障人身安全、通信设备安全可靠运行的重要技术措施之一。移动公司一直高度重视移动基站的防雷接地问题，投入大量财力、人力和物力进行地网改造和加装防雷器等工作，取得了一定效果，但总体上不很理想，迫切需要加以解决：（1）雷害事故率没有明显下降，在10%以上；（2）损坏设备种类没有变化，主要是BTS和电源。在改造的过程中，又陆续发现一些新问题：（1）部分高山及砂石土质站地阻始终降不下来；（2）部分基站投入巨大，虽然使地阻降了下来，但雷害依旧；（3）装了SPD但被保护设备还是被打坏。本项目的研究目的就是要解决上述问题，通过对经常遭雷击的基站进行勘察、分析，结合国内外的先进技术，提出了一整套的新型综合防雷方案。经过了一个雷雨季节的考验，效果非常显著。1接地技术简介1.1接地和接地的目的众所周知，电位的高低是相对而言的，工程上常常需要有零电位参考点。接地就是将金属物体或电气回路的某一节点，通过导体与大地相连，使该物体或节点经常保持等电位。接地主要有以下三方面的目的：1）安全保护。2）雷电保护。3）信号参考。接地是安全、设备的要求而非防雷的必需，依赖接地是解决不了防雷问题的。1.2工频接地电阻的物理概念工频电流从接地体向周围的大地流散时，土壤呈现的电阻称为工频接地电阻，通常简称为接地电阻。接地电阻的数值，等于接地体的电位与通过接地体流入地中的电流的比值。由高斯定理及欧姆定律的微分形式，可得出在各向同性的大地中：由上式可以看出：增大接地网的面积是减小接地电阻的主要因素。CdsEdsECRss111.3冲击接地电阻的物理概念冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时，不再采用工频接地电阻而应采用冲击接地电阻来表征接地效果。冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时，接地体冲击电压幅值与冲击电流幅值之比冲击接地电阻。由上述定义我们可以看出，冲击接地电阻只是一个人为定义的概念，并无具体的物理意义，因为冲击电压幅值和冲击电流幅值往往并不在同一时间出现。冲击电流通过接地体散流的情况比较复杂，简单讲它具有以下特性：1）在冲击电流作用下，除了接地体的电阻和电导外，其电感和电容均对冲击阻抗发生影响。2）当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电现象，其结果就相当于加大了接地体的直径。3）冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，电流主要集中在距离地面不太深的范围内流动。4）大地的电气参数土壤电阻率和介电常数,特别是电阻率,在高频情况下,并非象在工频时那样可近似为常数,而是在一定程度上有随频率增加而减小的趋势。5）接地体周围电场强度达到一定数值时，电压和电流不再是线形关系，而是表现为非线性。2安全接地2.1如前所述，接地的首要目的是：在系统正常运行以及故障（交流电力故障和直流电力故障）情况下，保证人身和设备的安全，特别是人身的安全。图2.1半球接地体的地中散流及地面电位分布示意图图2.2跨步电压和接触电压的计算2.2减小电击危险的主要措施跨步电压的计算公式：接触电压的计算公式：由上述公式可以看出，加大地表土壤的电阻率可以增大人脚与土壤间的接触电阻，从而降低跨步电压和接触电压。并可采取如下措施以减小电击危险：1）减小接地电阻。2）增大地表的土壤电阻率。3）减小人体附近地表电位分布的梯度。4）完善供电系统的故障保护措施，迅速切除接地故障，缩短电击时间。kbbkbbkERRERRRU620jbbjbbjERRERRRU5.15.003防雷接地安全接地与防雷接地相比，有以下特点：首先，接地的作用不同。一个是侧重于对人身安全的保护。一个是侧重于对设备的保护。其次，对接地电阻值的要求不同。对于安全接地，要求接地电阻尽可能小。对于防雷接地，一般对接地电阻地要求不高，我国电力行业对防雷接地电阻的要求也不高，一般认为不大于30欧就可以了。但要特别考虑由分布电感引起的地电位抬高问题。4信号接地在数字通信中，对接地电阻值没有特殊要求。4接地电阻1）标准对接地电阻值的要求根据YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》的要求，基站地网的接地电阻值应小于5Ω，对于特殊地区，可放宽至10Ω。2)接地电阻与雷击事故的关系日本在70年代，花了三年时间对419个微波站的雷击事故进行了调查研究，其结果表明雷电事故与微波站的接地电阻几乎无关系。3)在本项目调查的过程中也发现，在有雷害的基站中，74%是接地电阻小于5Ω的。1现状现机房设备的接地方式一般如图1.1(右图为等效图)所示，是一种典型的大星形接地方式。•图1.1机房设备的接地方式设备A设备B地电位抬高U=Ldi/dt+IR零电位排状接地汇流排设备2基本连接结构S型星形结构M型网状结构SM基本的等电位连接网接至共SsMmERP图1信息系统等电位连接的基本方法用接地系统的等电位连接3信息系统的独立接地和通常所谓的单点接地存在的问题要真正做到所谓的单点接地或独立接地是极其不容易的，而且还存在如下所述的其它问题。1）专设接地线过长的坏处（a）在高频下阻抗大（b）在自谐振条件下阻抗无穷大（c）感应环路面积大2）独立接地不利于过电压保护1欧姆10kA雷击建筑物建筑物至计算机的电容计算机主机10kV图2有独立接地体的建筑物遭雷击的效应优化设计根据IEC的要求，一般机房的等电位连接方式有两种，一种是网状连接，一种是星形连接。对于通信移动基站机房，最好是采用网状连接，如下图所示的方法加以改造，即将大星形连接改成网状连接。地网均压环设备2.绝緣配合被保护设备雷电幅值防雷器残压绝缘配合裕度接口保护原理雷电可以从基站通信设备四个接口影响移动通信基站的正常工作：1）电源端口；2）信号端口；3）馈线端口；4）接地端口。接地参考点的设立基站接地参考点选择正确与否是评价等电位连接的一个重要环节，一般国内基站的接地是网状—星型的方式，而国外基站的接地基本采用网状接地的方式（其优点是减小在接地引线上可能产生的电位差）。作为网状—星型的方式参考点的选择非常重要，尚若在设计时考虑不周，在雷击时会在接地引线上产生较大的电位差，这个电位差有时足以使设备发生损坏。基站机房内接地排设立与接地的关系对于雷电过电压保护而言，SPD接地线的长短可能关系到基站安装了SPD能否起到保护作用、是否还可能遭受雷击的关键问题（SPD并非100%的能解决雷击问题）。1)总配电箱B级SPD的接地线2)开关电源内部SPD的接地线3)天馈线SPD和其它设备的接地线SPD等的技术要求电源接口SPD的技术要求1）交流电源口SPD的一般要求①应具有安全、有效和可靠的失效保护措施；②通流容量（波形）：对于郊区或山区型的基站一般要求不小于100kA（8/20μs）；对于地阻较大的基站，应适当提高等级；③最大持续工作电压：一般采用385V；④应具备遥信告警功能。2）直流电源口SPD的一般要求