移动通信基站综合防雷工程设计方案.doc

移动通信基站综合防雷工程设计方案河南雷诚防雷科技有限公司目 录一、 设计说明11、 综合防雷工程目的12、 依据13、 设计思想14、 设计方案1二、 雷诚公司简介21、 一般简介22、 产品的选型23、 移动通信基站防雷产品介绍3（1） ZGU-型优化避雷针3（2） 天馈线避雷器4（3） 电源避雷器4（4） 非金属接地模块6（5） 接地模块的埋设6（6） 用模块做地网7三、 移动通信基站的联合接地系统 81、术语82、接地的目的83、地网的组成84、 接地体115、 接地线和接地引入线116、 接地汇集线127、 接地电阻128、 移动基站接地地网接地电阻值的测量129、 移动基站防雷接地存在的问题及可能造成的影响1310、充分理解规范、因地制宜实施防雷接地工程 1611、困难地网的改造 2412、接地体的布置 25四、 移动通信基站电源防雷系统 28一、 设计说明1、 综合防雷工程的目的为了防止移动通信基站遭受雷害，确保移动通信基站内设备的安全和正常工作，确保构筑物、站内工作人员的安全，应对每个基站实施综合防雷工程。凡实施了综合防雷工程的基站，其防雷效果都较好，保证在雷雨季节正常通信起了重要作用。2、 依据GB50057-2000 建筑物防雷设计规范YD/T5098-2001 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范YD5068-98 移动通信基站防雷与接地设计规范YD5078-98 通信工程电源系统防雷技术规定YD/T1235.1-2002 通信局（站）低压配点电系统电涌保护器的技术要求YD/T1235.2-2002 通信局（站）低压配点电系统电涌保护器的测试方法IEC1312 雷电电磁脉冲的防护3、 设计思想移动通信基站综合防雷工程的设计思想是应对每一个基站，树立整体防护的概念，在联合接地基础上，进行综合、多级雷电过电压保护。4、 设计方案每个基站的铁塔顶部安装一台ZGU-5A2优化避雷器，保护通信天线；每根天馈线在机房入口处，安装一个相应的天馈避雷器，保护收/发机的天馈线接口。220/380V供电线路应从地下敷设进入基站，进站后应安装2-3级电源雷电过电压保护装置电源避雷器，保护供电线路的雷电安全：直流电源安装一级低压电源避雷器。信号电缆应由地下进出移动通信基站，电缆内芯线在进站处应加装相应的信号避雷器。移动通信基站应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或地网上分别引入。中光公司的非金属接地模块，在地电阻率较高难以达到接地电阻要求的基站，用来改造地网效果较好。二、公司简介1、 公司简介(略)2、 用于移动通信基站防雷产品介绍（1） 中光优化避雷针ZGU-富兰克林避雷针称为传统避雷针，它在接闪后，其引下线的雷电流大，雷电脉冲的前沿陡度高，它的二次雷击效应严重，地电位高，会对现代信息系统电子设备产生较为严重的破坏和影响，随着社会的发展，信息时代的到来和实践的不断深化，它的局限性也越显露了出来。中光优化避雷针采用气隙箝位、阻抗限流等综合技术，明显地改变了雷电流的放电过程。雷电波形展宽、波头平缓、幅值降低，其衰减倍率K33，从而有效地抑制、削弱地电位反击和二次雷击效应造成的危害，克服了传统避雷针的局限性和主要弊病。该产品的特点：具有传统避雷针的承接雷电和疏导入地的特长，又能使入地雷电流的幅度和波头陡度同时降低，使雷击危害减到最小。产品的雷电通流大，衰减倍率高，造型美观，具有装饰性。移动基站用它来保护通信天线，作为直击雷防护的接闪器是较为理想的产品。移动通信基站有城市基站、平原基站和山上基站，其通信天线都有铁塔支撑，天线所处位置较高，因此，一般保护天线的接闪器选用ZGU-5A2。其通流量为200kA，衰减倍率K33，幅值衰减80%，高度为3m，重量42kg，抗风强度40m/s。如基站处于平原地区，而且是租用民房建成的基站，基站铁塔在20m以下时，可选用ZGU-3A2（X）。其通流量为200kA，衰减倍率K25，幅值衰减60%，高度为2m，重量20kg，抗风强度40m/s。（2） 天馈线避雷器移动通信基站的天线多，其天馈系统安装在高楼顶部或高架铁塔上，电子设备遭雷击的机率很大，采用中光天馈避雷器可以防止系统收、发设备被雷击造成损坏。中光天馈避雷器采用“波道分流技术”，用集中或分布参数元件构成的高低通滤波器组合网络，能将雷电冲击波和有用的通信信号截然分开。改变了传统的空气隙、气放管、氧化锌压敏电阻及它们的组合避雷器的响应时间长，通流量低，噪声干扰大的局限性。天馈系列产品的特点；工作频率范围宽；防雷响应时间短；产品品种规格多；承受信号功率强；雷电通流容量大；应用范围广；驻波损耗小；输出保护电压低；性能稳定寿命长；安装方便。若基站是用爱立信、诺基亚产品，其天馈线避雷器可用中光ZGB040E1或ZGB040E2，该避雷器的工作频率范围850-960MHz、接头L29、阻抗50、平均功率300W、驻波系数1.12、插入损耗0.2，与设备串接。若是摩托罗拉产品，其天馈线避雷器可用中光ZGB040B5，该避雷器的工作频率范围850-960MHz、接头N型、阻抗50、平均功率150W、驻波系数1.12、插入损耗0.2，与设备天馈线串接。（3） 电源避雷器中光220/380V系列电源避雷器选用性能优良质量可靠的压敏电阻。当线路正常时，压敏电阻处于高阻状态，不影响供电线路正常工作。当线路中由于雷击或操作过电压而引起最大峰值电流或高能量脉冲时，压敏电阻以纳秒级的响应速度呈现低阻状态，迅速将过电压限制在很低的防护水平。当高能量脉冲过后，压敏电阻恢复高阻态，系统的续流值为零。中光电源避雷器的特点；标称放电电流（8/20s）100kA；限制电压低；响应速度快（2D，夹角 =2930。电流极和电压极应可靠接地，如果接地不良，甚至晃动而致与土壤形成空气间隙，则可能导致较大的误差。两种测试方法具体如图1、图2所示。电流极电压极 d12D d13电流极电压极d12图1 接地地阻值直线测量法(2930) Dd13 图2 接地地阻值三角测量法9 移动基站防雷接地存在的问题及可能造成的影响1) 由于基站通信的电波传播为直线传播，因此要求基站建在较高的地方，相对周围环境而言，形成一个十分突出的目标，从而导致基站易遭受雷击，因此损坏通信设备，中断通信的事故时有发生，尤其雷暴日高的地区更为严重，有的基站直接经济损失几十甚至上百万元。根据实地调查，各地的防雷接地通常存在以下问题：（1） 强、弱地线串用a. 铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线共用一根接地引入线与地网相连（见图3）。当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流就会沿着铁塔接地线进入到机房设备中，造成设备因雷击过电压而损坏。b. 铁塔避雷针接地线与机房接地汇集线虽然经各自的接地引入线与地网连通。但两根接地引入线在地网上的入地点相同，没有拉开5米以上的距离（见图4）。可能产生的影响是当铁塔避雷针遭受雷击时，大量的瞬间雷电流沿着接地引入线泄放到地网时，入地点的电位骤然上升，机房通信设备因地电压的高位反击而损坏。c. 天馈线的第一或第三外屏蔽接地线接到了机房内的接地汇集线上（见图5）。此时天馈线上感应过电压也会损坏机房内的设备。避雷针接地线针刺避雷带 机房设备汇集线接地引入线 与地网机房 焊接处 图3 避雷针接地线针刺避雷带 接地引入线 机房设备汇集线、 机房 与地网 焊接处 图4 天馈线第一或第三屏蔽接地线针刺避雷带 接地引入线机房设备汇集线 机房 与地网 焊接处 图5 d. 有的基站机房内通信设备保护接地不规范，直接与屋顶女儿墙上的避e. 有的基站机房内通信设备保护接地不规范，直接与屋顶女儿墙上的避雷带相连，其后果与a相同，并且接地电阻太大。（2） 接地不完善a. 天馈线进入机房前其外屏蔽层没有接地；b. 天线铁塔接地和机房接地没有形成联合接地，两者之间存在地电位差，易造成地电位反击损坏机房设备；c. 有的基站铁塔接地不规范，只用一根扁铁从铁塔一个角与机房建筑搭在一起，而且与地网之间电气也没连通；d. 有的基站机房屋顶上所有金属突出物没有和女儿墙上避雷带电气连通；e. 有的基站铁塔高为70米，天馈线中段屏蔽层和在机房入口处的外屏蔽层都没有接地。（3） 有的接地引线和螺丝拧在一起，而且螺丝已生锈，造成接地不可靠没有达到接地的要求；（4） 有的基站铁塔上避雷针尺寸不符合规范要求，应严格按照滚球法计算其尺寸。2) 上述情况均不符合防雷要求，会在雷击中引起损失。当基站遭受雷击时，可能对基站造成危害的主要部位有：（1） 基站收发信机的馈线入口；（2） 基站收发信机的电源入口；（3） 基站所有电源设备将会受到危害；（4） 中继传输设备和通信电缆接口；（5） 有线中继线路。10 充分理解规范，因地制宜实施防雷接地工程 由于各基站的环境和建设方式不同，所以对基站防雷接地不能一概而论，应根据具体情况采取防雷与接地措施，将基站接地系统按照均压等电位的原理进行设计和改造，即通信设备的工作地、保护地、防雷地、建筑地合用一组接地体的联合接地方式，将接地线和接地引入线按照“共地不共线，一点接地法”的原则进行合理布线。根据不同情况，具体分析如下：1) 楼顶建铁塔，机房所在建筑物女儿墙上有避雷带，市电引入机房(1)由于移动基站租用商品房或民房情况较普遍，此种情况占到全部基站的60-70%。首先在楼顶铁塔的基脚处南北或东西方向置180两处与楼顶避雷带相连，连接材料为404mm镀锌扁钢，利用建筑主钢筋多处泄放雷电流，并在楼下合适的位置建一地网，地网建成以后利用扁钢与建筑主钢筋两处焊接组成联合地网，从地网相距5m以上的位置抽两个头引出地面1.5m处做断接点，分别作为避雷针、机房工作保护接地引入线的接地点，机房内设置设备工作保护接地汇集线，其接地引入线接机房工作保护接地点；雷电流引下线下端接避雷针接地点，上端在楼顶与楼顶接地汇集线相连。接地引入线采用404mm镀锌扁钢或95mm2多股铜芯线。 铁塔上避雷针接地线，基站同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的上部、下部接地线均与楼顶接地汇集线相连，同轴电缆馈线的金属外屏蔽层的下部接地也可就近与铁塔中部相连。外屏蔽在机房入口处的接地与机房工作保护接地点引出的接地线妥善连通，接地线材料可采用35mm2铜芯线。 同轴电缆线进入机房后与通信设备连接处安装馈线避雷器，馈线避雷器接地端子接到室外入口处馈线屏蔽接地线上，接地线为6mm2铜芯线。 机房内的交流配电箱处应三相五线或单相三线，其中的PE线接配电箱及电源避雷器。 机房内-24V直流避雷器的接地线接机房工作保护接地汇集线。 机房内设备的工作接地、保护接地及走线架共用一个室内接地汇集线。如图6所示。避雷针接地线楼顶接地汇集线馈线金属外护层的上部、下部接地线避雷带 404mm镀锌扁钢接馈线避雷器接地端子及馈线金属外护层在机房入口处的接地接地引上线设备工作保护接地引入线避雷针接地点机房工作保护接地点（断接卡）404mm镀锌扁钢与建筑主钢筋焊接 404mm镀锌扁钢此 联合地网ZGD-I-3非金属接地模块50505mm镀锌角钢图6（2）对于利用商品房作机房的移动通信基站。 此建筑有防雷接地网或其他专用地网（如广播电视系统接地网或固定接入网的接地网），应就近再设一组地网，三者相互在地下焊接连通，有困难时也可在地网上可见部分焊接成一体作为机房地，其它方面与（1）相同，如图7所示。如原专用地网与基站新建地网边缘相距20米以上，并且连接有困难，可以不作连接处理。避雷针接地线楼顶接地汇集线馈线金属外护层的上部、下部接地线避雷带 404镀锌扁钢接馈线避雷器接地端子及馈线金属外护层在机房入口处的接地接地引上线设备工作保护接地引入线机房工作保护接地点（断接卡）避雷针接地点404mm镀锌扁钢与建筑主钢筋焊接 此 联合地网其他专用地网ZGD-I-3非金属接地模块404mm镀锌扁钢50505mm镀锌角钢图7（3）对于铁塔建在机房所在建筑顶端，楼顶女儿墙上没有避雷带（此种情况只占极少数）。 应在铁塔基脚两处成180引接地线与地网环形接地装置相连，使铁塔多处泄放雷电流，连接材料可采用404mm热镀锌扁钢或12圆钢。 如在楼下设置环形接地装置有困难，可在铁塔接地线的入地点分别建简易地网，地网地阻值应10，并使其中一个简易地网与机房地网相连，其他情况与（1）同，具体如图8、图9所示。避雷针接地线楼顶接地汇集线馈线金属外护层的上部、下部接地线铁塔接地线 接馈线避雷器接地端子及馈线金属外护层在机房入口处的接地接地引上线设备工作保护接地引入线避雷针接地点环型接地装置机房工作保护接地点（断接卡 50505mm镀锌角钢此 联合地网图8避雷针接地线楼顶接地汇集线馈线金属外护层的上部、下部接地线铁塔接地引下线 接馈线避雷器接地端子及馈线金属外护层在机房入口处的接地接地引上线设备工作保护接地引入线避雷针接地点机房工作保护接地点（断接卡）简易地网404mm镀锌扁钢与建筑主钢筋焊接 此 50505mm镀锌角钢联合地网图92) 独立铁塔（1） 由于租用的民房本身只有一层，而其房顶不宜建铁塔，将铁塔建在附近山坡上，而铁塔与机房相距一定的距离。 此时，铁塔地网应延伸到塔基四脚1.5m远的范围，网格尺寸不应大于3m3m，其周边为封闭式，同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体，铁塔地网与地网之间应每隔35m相互焊接连通一次，连接点不应不少于两点。铁塔避雷针接地，馈线金属外层的上部、下部接地就近接入铁塔地网，馈线金属外护层在入机房前处的接地线与机房地网相连，而天馈避雷器接地线就近与入机房前馈线金属外护层接地线相连，其他部分与楼顶塔（1）相同，具体见示意图10。接天馈线金属外护层进机房前接地线和天馈避雷器接地线避雷带优化避雷针接地线天馈线金属外护层的上部、下部接地线设备工作保护接地引入线 联合地网避雷针接地点机房ZGD-I-3非金属接地模块铁塔地网网机房地网机房地网与建筑主钢筋相连 图10（2） 通信铁塔位于机房建筑旁。 铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连接，其他部分与上同，具体见示意图。3) 没有设铁塔的移动基站 由于机房所在建筑物本身具有相当的高度，周围没有其他高大建筑物，而且所需覆盖的范围有限或建此基站的初衷是为增加信道，所以将天线面包板架设在建筑物四周的女儿墙上。 利用安放在楼顶平台中央位置的优化避雷针防止直接雷击，避雷针的基座应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通，避雷针接地线、馈线金属外护层的上部、下部接地线与楼顶接地汇集线相连。其它部分与楼顶塔（1）相同，如图11。避雷针接地线楼顶接地汇集线天馈线金属外护层上部接地线避雷带404镀锌扁钢 接馈线避雷器接地端子及馈线金属外护层在机房入口处的接地接地引上线设备工作保护接地引入线机房工作保护接地点（断接卡）避雷针接地点 404mm镀锌扁钢此 联合地网ZGD-I-3非金属接地模块50505mm镀锌角钢图1111 困难地网的改造为了增大移动基站覆盖范围，往往将基站建在高山上，而有些山区的土质很差，土壤电阻率极高，要想将地网地电阻控制在5以内，相当困难，当地网的接地电阻值达不到要求时，可采用以下方法进行地网改造。1) 在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置，以增大接地网的面积。对于复合式接地网的工频接地电阻的计算式R约为R0.5（/S），其中为土壤电阻率（.m），S为接地网的面积，从此公式中可以看出，在相同大地电阻率的条件下，要使地网接地电阻减小，就要增加地网的面积，表1列出了在不同土壤电阻率时保持R为5时的地网面积。表1R0.5（/S）=5时(.m)10020040080010001600S(m2)1004001600640010000256002) 由表1可知，在土壤电阻率很高的山区，仅仅依靠扩大接地网的面积很难达到所要求电阻（增加垂直接地体的长度对地网电阻率影响很小）的情况下，应采取引外接地方法。即移动基站设在高电阻率地山上，如附近有可资利用的导电良好的土壤及低电阻率地层（河流及其它）时，采用延伸接地体作为移动基站本身地网的辅助接地网；引外接地的极限长度应小于2（为土壤电阻率），根据此公式计算不同土壤电阻率的引外接地的极限长度见表2。土壤电阻率(.m)1002004008001600引外接地长度(m)2028.34056.780表2 土壤电阻率不同时，此外接地的极限长度3) 在电阻率较高的地区，可在移动基站的边缘大胆使用非金属接地体，以扩大地网的等效半径及面积，最终达到降阻的目的。12 接地体的布置由于雷电流相当于高频电流，除接地体的电阻和电导外，接地体的电感和电容对冲击阻抗发生作用。而在冲击电流的作用下，冲击等效半径要比接地网面积的等值半径小得多，即在冲击电流的情况下，仅仅利用接地网很小的一块面积。在有限的冲击半径内如何有效地利用所埋设的接地体，使雷电流几乎同时地到达各个接地体，成为接地体布置的关键问题，以下给出几种布置接地体的方法以供参考。（1） 条形接地引入线接地体符合IEC1024A型地网（2） 弧形（辐射状）：接地体接地引入线水平接地体（4）环形垂直接地体水平环形接地体（2）、（3）、（4），符合IEC1024B型地网四 移动通信基站电源防雷系统通信局（站）的电源是整个设备正常工作的能源保证，因此，电源系统的防雷保护措施是相当关键和必要的环节。首先，通信局（站）的供电体制应采用TN-S（三相五线）制。由于局（站）内供电大多采用交流市电主供电、油机及电瓶作辅助供电的方式，因此，电源防雷首先要从外部输电线路开始。参照YD5078-98通信工程电源系统防雷技术规定的条款5通信电源系统防雷措施中的条款5.1电力线路防雷措施，首先需在电力线路上方架设避雷线，并在避雷线（除终端杆处）每杆作一次接地，或在电力线路终端杆及其前第一、第三或第二、第四杆增设避雷器，同时在第三杆或第四杆增设高压保险丝，然后电力电缆或工频低压配电线应选用带金属铠装层或其他护套电缆穿钢管埋地引入局（站），其中电力变压器高，低压侧均应各装一组避雷器。根据条款3.0.1，综合通信局（站）的电源系统如图1所示：市电油机转换屏低压配电屏交流配电屏通信设备)直流配电屏整流器 D E E 变电站器) B C _ 通讯机房用空调不间断电源设备 A D市电 C D 油机发电机图1 综合通信局（站）电源系统示意图注：A、B、C、D、E即为避雷器安装位置。其中，根据设备安装地点条件和额定工作电压的不同，参照条款4.0.2，通信工程电源系统设备按耐雷电冲击指标可分为5类，如图2所示：通信设备机架电源直流配电屏整流器发电机备用 DC/DC变换器 市电油机转换屏交 稳流 压调 器压变压器 交流配电屏 DC/AC逆变器市电 交流不间断电源 机架电源 低压配电屏 通信设备 5类 4类 3类 2类 1类 图2 通信工程电源系统设备的分类参照条款4.0.3及IEC1312-1.2.3雷电电磁脉冲及其防护通信工程电源系统耐雷电冲击指标如表1所示。表1 通信工程电源系统耐雷电冲击指标类别设备名称额定电压（V）混合雷电冲击波模拟雷电压冲击波电压峰值（kV）（1.2/50s）模拟雷电压冲击波电压峰值（kV）（8/20s）5电力变压器10000752066006020交流稳压器220/380634市电油机转换屏220/38042交流配电屏低压配电屏备用发电机3整流器220/3802.51.25交流不间断电源(UPS）2直流配电屏直流24V，-48V或-60V1.50.75类别设备名称额定电压（V）混合雷电冲击波模拟雷电压冲击波电压峰值（kV）（1.2/50s）模拟雷电压冲击波电压峰值（kV）（8/20s）1通信设备机架电源交流入口（由不间断电源供电）220/3800.50.25DC/AC逆变器直流24V，-48V，-60VDC/DC变换器通信设备机架直流电源入口由表1可知电源系统的保护应分5级，根据相应设备的耐压情况来选择避雷器的参数，下面就每级设备作具体阐述：5类设备：在交流稳压器的输入端采用ZGSD160-JY、ZGDD160-JY作为前级大电流泄放设备，详细参数见下表：型 号工作电压（