无线基站防雷与接地概论.ppt

1,无线基站防雷与接地概论,2,目 录,1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题,3,目 录,1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题,4,1 无线基站易遭受雷击原因和途径,1.1 直接雷和雷电电磁感应 直击雷：闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。 雷电感应：闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花。 电磁感应：由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势。 引自GB 50057-94(2000年版),5,6,全球雷击事件的一些统计数字如下： 1）全球每年有数以千计的人员死伤于雷电事故。 2）全球平均每年要发生1600万次闪电。 3）在英国每年50万次雷击事件发生。 4）在马来西亚每年有近289天是雷暴天，而印度尼西亚的雷暴天气则高达322天。 5）根据记录，直击雷的最大电流高达210kA，其平均值也有30kA。 6）每次雷击所产生的能量约550000kWh。 7）雷电产生的温度高达3000K（相当于5倍太阳表面的温度）。 8）根据IEEE统计，在一处电网中每8min便有一个过电压产生，而且大约每14h就有一次破坏性的冲击。 9）据统计在欧美国家每年有近20%30%的计算机故障是有感应雷造成的。 10）在德国每年有近4000万美元的设备损失费。 11）在我国广东省每年有雷击1000多次，造成直接和间接损失高达数亿元。 注：IEEE电气为电子工程师学会 引自 机房与UPS选型技术手册,7,1 无线基站易遭受雷击原因和途径（续）,1.2 恶劣的自然环境和基站建筑、通信设施的特殊性 自然环境：山区、旷野、多雷区等； 基站建筑：孤立、体量小； 通信设施：通信杆塔、市电引入、传输线缆。,8,目 录,1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题,9,2 通信设备受损原因分析,基站雷害除了个别造成线缆损坏外，极大部分是设备（模块）中元器件损坏，元器件在过电压或过电流情况下受损。随着电子器件从电子管时代、晶体管时代至大规模集成电路时代的演变，元器件的电气特性越来越脆弱，通信设备的雷害也越来越频繁。,10,2 通信设备受损原因分析（续）,11,目 录,1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题,12,3 基站雷电防护的基本原则 防雷区（LPZ）的划分 （GB 5005794 2000年版）,13,基站雷电防护的基本原则（续） 无线基站防雷区的划分的参考结构,14,3 基站雷电防护的基本原则（续）,3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度,15,3 基站雷电防护的基本原（续）,3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度,16,3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量,措施：直击雷防护、联合接地、电磁屏蔽、雷电分流和雷电过电压保护等。 关注四个途径： （1） 馈线 （2） 电源线 （3） 传输线 （4） 接地引入线,17,（1） 馈线,注意馈线的第三点（或第四点）接地情况： 馈线窗口接地排应就近与地网相连，不能与馈线走线架或塔身相连。若馈线走线架较长，需要在机房端接地时，应直接接至地网，不能接至馈线窗口接地排或其与地网的引接线。,18,（2） 电源线,1）架空避雷线（防御直击雷） 2）埋地 3）使用SPD 4）使用变压器 专用变压器 防雷变压器（公变电，1:1，日本） 5）电缆室内环绕（案例）,19,（2） 电源线（续1） 干扰方式,20,（2） 电源线（续2）,非直击雷对电源线路的干扰方式 就干扰形式和传输途径而言，大体可分为两类：一是共模干扰，二是差模干扰。 共模干扰是由于辐射或串扰藕合到电路这来，而差模干扰是源于一条电源电路的。通常这两种干扰同时存在的，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转化。干扰信号经长距离传输后，差模分量的衰减要比共模大，这是由于线间阻抗与线-地阻抗不同的缘故。共模干扰在线路传输中还会向临近空间辐射，而差模则不会，因此共模干扰比差模干扰更容易造成电磁干扰。,21,（2）电源线（续3） 电缆室内环绕（案例） 电力电缆在机房内上部环绕50m，其电缆两端外导体 分别与地网相连。,22,（3） 传输线 雷电过电压造成光缆金属体与机架间放电情况,23,（3） 传输线（续） 关于光缆引接的行业标准,YD/T 778-2006（代替YD/T778-1999） 光纤配线架 5.4.1 光缆固定与保护功能 应具有光缆引入、固定和保护装置。该装置具有以下功能： b）光缆金属部分与机架绝缘； c）固定后的光缆金属护套及加强芯应可靠连接高压防护接地装置。 5.5.2 高压防护接地装置 5.5.2.1 机架高压防护接地装置与光缆中金属加强芯及金属护套相连，连接线的截面积应大于6mm2。 5.5.2.2 机架高压防护接地装置与地相连的连接端子的截面积应大于35mm2。 5.5.2.3 机架高压防护接地装置与机架间绝缘，绝缘电阻不小于1000M/500V（直流）。 5.5.2.4 机架高压防护接地装置与机架间耐压不小于3000V（直流）/1min不击穿、无飞弧。 5.5.2.5 机架高压防护接地装置应能可靠接地，接地处应有明显的接地标志。,24,（3） 传输线（续） 基站光缆的雷害防护,1）终端杆至机房段落采用无金属光缆； 2）光缆进机房段落采取埋地方式； 3）光缆进机房后，其金属体与机架等金属构件电气隔离后单独与地网相连。,25,（4） 接地引入线,当发生直击雷时，地电位反击通过接地引入线影响机房设备安全。关于地电位反击的概念部标无线基站防雷技术要求和测试方法（征求意见稿）有以下表述： 雷电电流与接地装置的电阻上产生了对无穷远点的地电位升高，即地电位反击。 当有雷击通过地网泄放时，则会造成瞬间的地电位抬升，使得直流电源正、负极间的瞬态电位差变大，造成设备敏感部位（整流模块和收发信机等）损坏。,26,（4） 接地引入线（续） 地电位反击案例 减轻地电位反击影响的方法是增大接地引入线与雷电流 引下线在联合地网上两连接点的距离。,某基站地处平原，是一屋顶塔基站，宜遭直接雷袭击。该站已经经过整治，从机房内看，未见明显不妥之处。该站电源、主设备、监控均遭雷害。2006年11月进行再次整改，实施外引地网，取得良好效果。,27,3 基站雷电防护的基本原（续）,3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度,28,3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压,主要措施： （1）等电位连接 （2）使用浪涌保护区（SPD）,29,3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压（续） （1）等电位连接 ITU-T接地手册（2003）提出： 原则上，有星形IBN、网状IBN和网状BN三种不同的连接结构（见下图）。,30,（1）等电位连接 ITU-T K.56 无线基站的防雷 Mesh（网状）-BN结构,31,（1）等电位连接（续） ITU-T K.56 无线基站的防雷 Mesh（网状）-IBN结构,32,（1）等电位连接（续）,网状BN的主要特征是通信设备及其他电气设备的机箱和机架总许多点上进行相互连接，并多点连接到CBN。 （ITU-T K.27 电信大楼内的连接结构和接地） 目前中国移动基站机房采用的是Mesh（网状）-BN结构，其优点是 ： 屏蔽，有利于抗电磁干扰 分流，有利于抗御地电位反击引起的干扰电流,33,3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压（续） （2）使用浪涌保护器（SPD）,浪涌保护器（SPD）对通过线缆进入设备口的雷电过电压进行限压，以保护设备安全。 对于各种不同用途、不同类型的线缆（同轴电缆、电源线等），可按需选用不同类型和不同规格的SPD。 使用SPD是等电位连接的组成部分。由于SPD在平时处于断开状态，在出现雷电过电压时，SPD呈现短路状态，故也称瞬态等电位连接。 科学地使用SPD有助于提高基站的雷电防护能力。,34,3 基站雷电防护的基本原（续）,3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度,35,3.3 提高设备的雷电抗扰度,雷电抗扰度是设备本身抗御雷电过电压的性能指标，在YD/T 14292006通信局(站)在用防雷系统的技术要求和测试方法中定义如下： 雷电抗扰度：本标准中指系统和设备经受雷电浪涌而不降低其运行性能的能力。 雷电抗扰度应有设备厂商考虑并解决，也是运营商考虑通信设备技术指标之一。 雷电抗扰度指标是通过规定的波形，施加一定量级的幅值后，观察其运行的状态是否正常。,36,表C.1 通信信息交换传输设备雷击抗扰度技术要求,37,38,目 录,1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题,39,4 谈几个问题,4.1 接地电阻与地网结构 4.2 SPD的运用,40,4.1 接地电阻与地网结构,地网的作用：发生直击雷时，提供雷电流入地通道。 联合地网的作用：发生直击雷时，对基站相对狭小的环境能防止不同地网（机房地网、铁塔地网及变压器地网）间的接地体发生反击；同时使各地位上的地位处于相对的均压状态。 接地电阻对基站防雷的影响：接地电阻的大小影响到地电位反击的程度。接地电阻越大，地电位反击的影响也越大。 为减轻地电位反击的影响，除减小接地电阻外，还应尽量增大接地引入线与雷电流引下线在联合地网上两连接点的距离，即利用增大上述两点间接地体上的阻抗，来削弱地电位反击的强度。,41,4.1 接地电阻与地网结构（续） 雷害案例1：机房地网与铁塔地网未连接,42,4.1 接地电阻与地网结构（续）,雷害案例2： 接地引入线与雷电流引下线在地网上的连接点距离太近。 地网改造及接地连接方式的变更方案 1）将原地网完善成封闭、格状地网； 2）避雷针引下线接至地网的远端； 3）馈线第三点接地、与塔身、馈线走线架、铁笼的接地从原设备保护地改接至地网的远端。,43,4.2 SPD的运用,使用SPD要注意以下事项： （1）为释放雷电流，SPD需要一个畅通的接地通道。 （2）当交流电源使用多级SPD时，需要注意以下事项： 1）级间耦合，避免下一级（相对于外部变压