4FTTX设备的防雷技术.ppt

2006 00 00 FTTx设备的防雷技术 陈求福宽带产品部2011年7月 2020 3 5 目录 雷电防护的必要性电源线路的防雷信号线路的防雷防雷标准介绍FTTx设备的防雷接地工程案例分析 2020 3 5 雷电防护的必要性 什么是雷电 雷电的形成必须满足以下三个条件 空气中必须有足够的水汽 有使潮湿水气强烈上升的气流 有使潮湿空气上升凝结成水珠或冰晶的气象条件 形成过程 水珠随着气流在强烈上升的过程中凝集成小水滴 水滴在运动过程中相互碰撞摩擦产生电荷 在水滴相互碰撞过程中分类 大水珠带正电荷 小水珠带负电荷 小水珠被上升气流推到云层上部 云层在大气电场极化作用下 云层上部带负电荷 下部带正电荷 当带电荷云层逐步积累到足够的能量 其电场强度达到500KV m时 就发生空气的击穿 出现云间或云地闪电 周围空气被急剧加热膨胀而发生震耳鸣声 即雷声 首次雷击后 后续雷击可有多次 持续时间在1秒内 首次雷击能量大 电流峰值高 破坏力大 雷击具有选择性 雷击的选择地取决于三个条件 一是易于形成雷云 二是易于形成雷电通道 这是二个必备条件 只具备了就有落雷的机会 雷电通道总是沿着电阻最小的路经发展 因此 电阻率低的地方 如低洼地 地下矿藏地 河滩地 地下水出口处 存放大量金属地带 开阔地带的建筑物 高层建筑物等都易于形成雷电通道 将雷电引向自己 易于遭受雷击 通过统计分析 雷电流强度一般如下 小于50KA的占70 60KA 80KA的占20 100KA的占10 200KA的占 1 雷电流能量 雷电流波形一般是单极性脉冲 含有丰富的谐波 能量在10KHZ内的占90 在40KHZ内的占95 其余为高次谐波 气象部门一般用 雷暴日 来描述当地的雷电情况 雷暴日 是指当地每年出现过闪电的日子 都由当地气象台进行统计 2020 3 5 雷电的分类自然界的雷击分为 直接雷击和雷击电磁脉冲 LEMP 两类 前者通常叫直击雷 后者通常叫感应雷 雷电流脉冲波形 直击雷用10 350 s波形模拟 感应雷一般用8 20 s波形模拟 直击雷声光并发 电闪雷鸣 它以强大的雷击电流 灼热的高温 猛烈的冲击波 瞬变的电磁场等损坏放电通道上的建筑物 击死击伤人 畜等 感应雷靠静电感应 架空的长金属导体感应上与雷云下端相反极性的电荷 雷击电流在闪电通道及泄流通道周围空间产生电磁场 主要是磁场的影响大 雷击电流向空间辐射雷电电磁波 LEMP概念很广 指直接雷击以外的各种雷击灾害的总称 在IEC62305 4中阐述LEMP包含所有的雷击瞬态现象 如雷电流 雷电磁场及感应过电压和过电流 雷击有时会引起地电位反击 接闪装置通道引下线和接地装置泄放雷电流入地 电气 电子设备接地线引接地点不当 靠近高电位点入地 通过接地线对设备反击 称为地电位反击 感应雷入侵电子信息系统的途径电子信息系统的雷电危害主要是LEMP的耦合效应所产生的感应脉冲过电压和过电流 其雷击概率比直击雷大得多 而且作用范围大 这是由于电子信息系统设备工作在低电压和小电流状态下 其电磁兼容能力低 抗LEMP的能力差 在闪电强磁场环境下的易损性高 云间闪电 本建筑物落雷 邻近落雷在500m至1km范围内都要产生LEMP 给电子系统构成威胁 空间 电源线路 信号线缆 天馈线 接地线 金属设施等是LEMP浸入的主要通道 以过电压和过电流方式损坏电气设备和电子设备接口部件 我国近几年电气 电子系统遭受雷害呈逐年上升趋势 据近几年的统计 雷害损失每年50 100个亿人民币 每年近3000人伤亡 电气 电子系统应用在哪里 雷电灾害就跟踪到哪里 如移动基站系统 公安的监控系统 铁路电子系统等等 造成雷电灾害的主要原因有以下几个方面 被保护系统的屏蔽性能差 没有采取等电位连接 综合布线不合理 接地不规范 没有安装浪涌保护器SPD 安装的SPD不符合规范要求等等 雷电防护的必要性 2020 3 5 分级防雷策略雷电已成为电子化时代的一大公害 现代防雷技术重点是研究电气 电子系统防雷 防雷的重点是防雷电电磁脉冲LEMP 电气 电子系统防雷电电磁脉冲LEMP是防雷减灾工作的重点 将需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的建筑物 从外部到内部划分为不同的雷电防护区 LPZ0 LPZ1 LPZ2 LPZn 这是一个虚拟的概念 见下图 雷电防护策略是根据不同的雷电防护区 LPZ0 n 进行分级防雷 电子信息系统的雷电防护 应按综合防雷技术的要求进行设计 必须坚持预防为主 安全第一的指导方针 为确保防雷的科学性 先进性 在设计前要做好现场环境的评估 在进行建筑物电气 电子系统的防雷工程设计时 应认真调查地理 地质 土壤 气象 环境条件 雷电活动规律 雷击事故受损原因 系统设备的重要性 发生雷击后果的严重程度以及被保护物的特点等的基础上 分别采取综合防护措施 雷电防护的必要性 2020 3 5 直击雷防护 建筑物直击雷防护系统按国标GB50057 94 2000 标准执行 电气 电子系统建筑物防直击雷接闪装置提倡采用避雷网格 避雷带 避雷线 不提倡采用避雷针 但建筑物屋顶有通讯天线等设施时 必须采用避雷针保护 不提倡用高针 提倡用低矮针 多针保护 如公安系统 铁路系统等 因为雷击概率与雷暴日成正比 与建筑物及避雷针高度的平方成正比 直击雷防护首先要考虑把直击雷电流平安泄放入地 钢筋混凝土结构的建筑物 本身具有较强的耐雷击的能力 建筑物顶三层及外墙和外围柱内的雷电流密度大 其电磁感应较强 而建筑物中心部位的磁场环境较好 因此垂直竖井通道应设立在楼的中心部位 感应雷防护 雷电是具有高电压 大电流和瞬时性特点 一次中等雷击的电荷量有几十库仑 电流达几万安培 电压几十万伏 能量达到百兆焦耳以上 而电子信息设备仅能承受毫焦耳级能量 几十毫安电流 几十伏耐过电压能力 对于集成电路0 07GS磁感应强度就会误动作 2 4GS就会使其永久性损坏 这一相比差距悬殊 防感应雷的措施中 屏蔽技术是首选措施 利用各种屏蔽体来阻挡 隔离 衰减加在电子设备上的雷电干扰和能量 防感应雷主要是磁场屏蔽 其次是电场屏蔽 屏蔽材料主要是铁质材料 其次是铜铝 塑料管无效 有以下屏蔽方式 1 建筑物初级屏蔽 即LPZ0与LPZ1区界面屏蔽 2 机房屏蔽 即LPZ1区与LPZ2区界面的屏蔽 方法是用小于1mm薄钢板对墙面封闭式屏蔽 机房顶和地板下用铝合金材料屏蔽 实施六面屏蔽 门窗也要屏蔽 用钢筋条做成网格式屏蔽 网孔有3cm 10cm 20cm等大小 全部网格接点均应焊接并接地 网格越大衰减越小 网格孔越小 衰减越大 3 设备屏蔽 是后续防护区的屏蔽 4 线缆屏蔽 屏蔽电缆是防雷电缆 电源线路 信号线路线缆应采用金属屏蔽线缆或套入铁管进行敷设 在室外埋地敷设进入建筑物 在楼内一般采用金属屏蔽槽垂直 水平敷设进入各个机房 雷电防护的必要性 2020 3 5 等电位连接技术和共用接地系统是综合防雷的基础和关键 共用接地系统指以一栋建筑物为单位 共用一组接地装置 与土壤接触 与等电位连接网格 与土壤不接触 两部分组成建筑物的共用接地系统 一栋建筑物应将防雷接地 交流工作接地 直流工作接地 安全保护接地共用一组接地装置 其接地电阻值必须接入设备中要求最小值确定 并优先利用建筑物的自然接地体 当自然接地体达不到要求时应增加人工接地体 在建筑物LPZ0和LPZ1区交界处应设置总等电位接地端子板 也叫总等电位连接带 每层楼宜设置楼层等电位接地端子板 电子设备机房应设置局部等电位接地端子板 也叫局部等电位连接带 共用接地装置应与总等电位接地端子板连接 通过接地干线引至楼层等电位接地端子板 由此引至设备机房的局部等电位接地端子板 局部等电位接地端子板应与机房内预留的主钢筋接地端子板连接 接地干线一般采用铜带 其截面积不小于16mm2 接地干线应与电气竖井内明敷设 并与楼层主钢筋作电位连接 电子信息系统的机房 应设等电位连接网络 电气和电子设备的金属外壳 机柜 机架 金属管 槽 屏蔽线缆外层 信息设备防静电接地 安全保护接地 浪涌保护器SPD接地端均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端连接 等电位连接网络的结构形式有 S型和M型或两种结构形式的组合 如下图 合理布线也很有必要 合理布线是指电源线缆不能与信号线缆绑扎在一起或同用一个金属槽附设 二者也不能相距太远 就是说既要避开相互干扰 又要避免它们间构成较大的环路面积 否则环路中雷电感应过电压显著增加 容易造成设备损坏 雷电防护的必要性 2020 3 5 对于电源线路而言 在直击雷非防护区 LPZ0A 或直击雷防护区 LPZ0B 与第一防护区 LPZ1 交界处应安装通过I级分类试验的开关型浪涌保护器或限压型浪涌保护器作为第一级保护 第一防护区之后的各分区 含LPZ1区 交界处应安装限压型浪涌保护器 使用直流电源的信息设备 视其工作电压要求 宜安装适配的直流电源浪涌保护器 电源线路安装多级SPD防护 主要目的是达到分级泄流 避免单级防护的SPD因过大的雷击电流损坏增加及产生高残压 不能实现有效保护的目的 通过安装多级SPD 合理地达到级间的能量配合 使之实现逐级泄能 这样 不仅能达到有效的保护 还能保证SPD有较长的使用寿命 并且使设备电源输入端口上受到的残压低于它的耐雷电冲击过电压 确保信息设备的防雷安全 浪涌保护器连接导线应平直 其长度不宜大于0 5m 当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m 限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m时 在两级浪涌保护器之间应加装退耦装置 当浪涌保护器具有能量自动配合功能时 浪涌保护器之间的线路长度不受限制 浪涌保护器应有过电流保护装置 并宜有劣化显示功能 要求浪涌保护器连接导线平直 其长度不宜大于0 5m 主要是为了减小连接导线上的动态电压 从而降低被保护设备电源输入端口上的残压 根据ITU K20和IEC61312 3等规范的规定 两级SPD之间 必须有一定的线路长度 即一定的感抗或加装退耦装置 来达到避免盲点的要求 规范同时规定 末级电源SPD的保护电压水平必须低于被保护设备对浪涌电压的耐受能力 要求开关型SPD1至限压型SPD2之间的线路长度大于10m和限压型SPD2至限压型SPD3之间的线路长度大于5m的规定 其主要目的是解决当雷电高电压脉冲沿电源线路侵入时 应确保各级SPD都能分级启动导通泄流 避免多级SPD当中出现某一级SPD不启动导通泄流的盲点 后续防雷区交界处的SPD之间的线路长度只要符合规定要求或加装了退耦装置 就能保证从末级到第一级 逐级都能可靠启动导通泄流 确保多级电源SPD不出现盲点 达到最佳的能量配合效果 各级电源SPD能量配合的最终目的 是将总的威胁设备安全的浪涌电压 电流值降低到被保护设备能耐受的安全范围内 而各级电源SPD泄放的浪涌电流不超过其自身的标称放电电流 浪涌保护器安装的数量 应根据被保护设备的抗扰度和雷电防护分级确定 作单级防护时 只能用于要求不高的场合 如装在小型的家电及办公设备内 但对于敏感的电子设备而言 单级防护所能达到的保护水平 是无法满足其抗冲击能力的 因此 多级电源防雷是目前电子设备常用的保护措施之一 耐冲击过电压额定值一般如下 电源处的设备要求6kV 配电线路和最后分支线路的设备要求4kV 用电设备要求2 5kV 特殊需要保护的电子信息设备要求1 5kV 具体到设备 在不同的应用环境会有不同的要求 电源线路的防雷 2020 3 5 电源线路的防雷 2020 3 5 1 POTS线路的防雷 1 1 5KV10 700us雷击方案 61089 ptc此方案主要用于I类用户环境 如电信中心 远端机房 用户楼宇 商业楼宇内的机房 还有户外集装箱等微机房环境 2 4KV10 700us雷击方案 61089 ptc SLIC近端串4 7欧姆的电阻 3 6KV10 700us雷击方案 61089 ptc SLIC近端串4 7欧姆的电阻 气体放电管61089的型号PTC的型号 SDP50A或者B59550T1120A262或者SCT500D 气体放电管的型号 BS401N 2 以太网线路的防雷以太网接口的防雷指标要求1KV以上 对于以太网口 包含FE GE POE 不进行横向的浪涌 雷击过电流 以及电力线接触 电力线感应测试 信号线路的防雷 2020 3 5 国际雷电防护执行标准有 IEC61024IEC62305 1 5ITU TK1 K64国家标准有 GB50343 2004GB50057 94 2000版 行业标准有 YD 通信YD5098 2005 QX 气象 TD 铁路 MH 民航 通信行业的标准 标准号 YD T1082 2010 接入网设备过电压过电流防护及基本环境适应性技术要求和试验方法 TechnicalRequirementsandtestmethodfortheprotectionagainstovervoltageandovercurrentsandthesuitabilityinbasicenvironmentonaccessnetworkequipmentFTTX设备的防雷指标按YD T1082 2010设计 防雷标准介绍 2020 3 5 接入网设备的运用环境按照恶劣程度分为以下三类 I类环境防雷 配电 连接和接地等符合k 27或k 35要求的物理设施环境 通常此类物理设施处于LPZn区 n 2 其所有外部信号口 电源口通常均在设施的外部端口电缆入口处配置有初级保护器 该类环境内温 湿度等环境条件被规定和监测 I类环境设施 主要包括但不限于 电信中心 远端机房 用户楼宇 商业楼宇内的机房 户外物理设施 如室外柜 户外集装箱等微机房环境 II类环境不符合I类环境要求的用户楼宇环境 通常此类环境处于LPZ1区 其所有外部信号口 电源口无初级保护器 且设备连接和接地无法满足k 27或k 35的相关要求 该类环境内温 湿度等指标无法进行控制和监测 参考图1所示 II类环境 主要包括但不限于 用户或商业楼宇楼道 用户或商业楼宇弱电井 用户或商业楼宇配电室 用户或商业楼宇地下室III类环境处于户外的物理设施环境 通常此类环境处于LPZ0B 属于高暴露环境 其所有外部信号口 电源口无初级保护器 且可能遭受较强等级的雷电危害 该类环境内温 湿度等指标无法进行控制 监测 III类环境设施 主要包括但不限于 街边安装环境 用户楼宇顶部安装环境 用户楼宇外墙安装环境 挂杆安装环境 防雷标准介绍 2020 3 5 防雷标准介绍 2020 3 5 局端PON设备接地示意图 FTTx设备的防雷接地 2020 3 5 局端 远端PON机架接地 FTTx设备的防雷接地 2020 3 5 远端PONONU接地 室外机柜接地示意图 FTTx设备的防雷接地 2020 3 5 1 PON设备中电源和地的定义 电源输入 48V 48V电源的负极 一般接蓝色线 GGND 48V电源的正极 也叫电源地 一般接黑色线 PGND 保护地 大地 也有设备中叫PE地 电源输出 48V 48V电源的负极 一般接蓝色线 0V 48V电源的正极 也叫子框电源地 一般接棕色线 GND 设备工作地 一般接黑色线 PDP到设备子框采用2根三芯电源连接线进行连接 有主备保护功能 电源接地 GND 0V GGND通过PDP进行汇集 最后以GGND从架顶接出 PGND和GGND在PDP上可以直接连接 也可不连接 一般情况下在PDP上不连接 而是通过配电机柜把PGND和GGND连接在一起 子框的金属机壳和机架的机壳通过螺钉保持良好搭接 机架机壳通过架顶保护地螺钉与局方的PGND PE相连 为保万无一失 烽火的设备子框和机架均配备保护地专用线 通过保护地专用线进行可靠连接 保护地一般用黄绿色的接地线进行连接 2 安装要求 所有接地线与接地分汇集线连接时 均要用铜线鼻 螺栓及弹簧垫片紧固 螺栓直径不得低于8mm 严禁设备的接地线直接用螺栓固定在接地总汇集线上 一个螺栓只能接一根地线 接地总汇集线 地网 接地引下线 电力室与进线连接装置在雷电发生时可能存在大的浪涌电流 通信设备应与之保持一定的距离 至少应大于1m 在小型机房内可能无法满足此要求时 应尽可能保持最大的距离 接地汇集线上各连接处应实行可靠搭接和防锈 防腐蚀处理 通信设备机架与建筑物钢筋不能直接接触 需绝缘 通信设备间的室内信号电缆应尽量布置于大楼中间位置 垂直布线时应尽量远离大楼立柱特别是大楼四角的立柱 最好相距在5m以上 该信号电缆宜用全密封式的金属电缆槽管进行屏蔽 金属管槽两端分别与两个机房的水平接地分汇集线连接 3 机架内接地线规格 PON系统内部接地线规格 6平方接地线 标称截面6mm220 时直流电阻最大值3 3 km绝缘厚度规定值0 8mm额定电压450 750V最高工作温度70 长度小于3米 4 接地电阻要求 针对不同的应用环境 接地电阻要求如下 中心机房 1 远端机房 5 室外设备 10 5 至PON系统的地线 16mm2的铜线 标称截面16mm2 绝缘层厚度1mm 安全电流60A 最大电流100A 额定电压450 750V最高工作温度70 裸铜导体 FTTx设备的防雷接地 2020 3 5 工程实例1 AN5116 02工程问题解决案例 问题现象 主要问题是设备在停电后来电 有的PON接口盘黑盘不上网管 还有其它不稳定现象 从网管软件方面解决了2个多月 没解决根本问题 现场查找原因 上电不稳 干扰太大 环境没有接好 发现我们设备放在华为机架上与华为PDP对接 共有18个子框 有的子框接地正确没有问题 有的子框把OV GND PE接反或交错 如果接地交错 那么设备的地线回路交错 造成设备对地回路不正确 从而引入较大干扰噪声 因此设备不能稳定工作 解决方案 按正确方法接地即解决问题 设备稳定 错误接法图 2020 3 5 工程实例2 工程PDP烧坏问题解决案例 问题现象 设备已使用一年多 现发现有的PDP模块烧坏 派几个人人到现场查找问题 发现很多的PDP发热 现场没能发现问题 查找原因 经对PDP模块和所带设备进行各种功率测试 发现如果把0V和GND接反 就会引起PDP电路板局部发热 直至烧坏 再看现场的确是没有按图纸进行规范连接 出厂时制造部把0V和GND接反了 解决方案 现场整改 按正确方法接地即解决问题 PDP再不发热和烧坏 2020 3 5 工程实例3 工程串口线烧坏问题解决案例 问题现象 工程现场串口线烧掉 查找原因 与PDP烧坏的原因是一样的 在AN2200 01设备的0V和GND电源接反 而抓线设备电源接法正确的情况下 就会烧两设备之间的连接线串口线中的GND线 由于两种设备接在同一PDP上 共用GND线 两设备之间用串口线通信 中间也含GND 设备电源线接反后 先烧断了PDP内部的GND线 AN2200 01设备的0V则通过PDP的GND 再通过抓线设备 再通过串口线的GND 再到PDP的0V端 从而走通了0V回路 由于0V回路电流有10A左右 而串口线中GND线允许通过的电流很小 为毫安级 因此 10A左右大电流通过时必定发热烧坏 示意图如 解决办法 正确连接地线即可 2020 3 5 工程实例4 5 实例4 中试AN5006 09设备复位问题解决方案问题现象 中试测试时发现 用手摸一下设备 设备即复位 有时设备以太网口灯还能亮闪一下 有时会电手 麻麻的感觉 查找原因 设备通过机壳螺钉接地 机壳有油漆 没有可靠接保护地 静电不能有效释放 因此设备不能稳定工作 易受外界干扰 解决方案 把油漆刮掉 紧固螺钉 即解决问题 设备稳定 实例5 试验室AN5006 20设备干扰问题解决方案问题现象 调试20系统时发现单盘拔插时相互有影响 会引起系统复位 查找原因 用示波器测试复位信号 发现有干扰引起复位 经查找是保护地 工作地 电源地没有连通 应该在电源盘上连通才正确 解决方案 把3个地连通 即解决问题 设备稳定 2020 3 5 工程实例6 AN5006 15 16 20设备POTS雷击问题解决方案 问题现象 有工程返回POTS盘较多 POTS盘易被雷击 坏的很严重 整框的坏 查找原因 保安单元插反 不起保护作用 解决方案 把保安单元插正确即可 2020 3 5 工程实例7 AN5006 15 16 20设备POTS雷击问题解决案例 问题现象 有工程返回POTS盘较多 POTS盘易被雷击