G移动基站综合防雷设计.ppt

1 3G移动基站综合防雷设计 2 前言为了最大限度地减小无线基站雷击损坏频次 确保其设备的安全和正常工作 结合目前已运行基站的现状及安装环境等特殊性 从基站的直击雷防护 等电位连接 屏蔽 共用接地 设计安装浪涌保护器 SPD 供电信工程3G基站设计中参考使用 3 为了防止移动通信基站遭受雷害 确保移动通信基站内工作人员 建筑物和设备的正常安全工作 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 4 1 直击雷和雷电感应高电压及雷电电磁脉冲防护主要采用综合防雷技术措施 防雷工程是一个系统工程 3G基站综合防雷技术措施包括以下六个方面 1 直击雷防护技术 2 等电位连接技术 3 屏蔽技术 4 合理布线技术 5 共用接地技术 6 设计安装浪涌保护器 SPD 技术 工程设计中应对六大综合防护技术进行设计 一 雷电灾害防治的技术措施 二 雷电防护的主要方法 移动通信基站防雷工程的设计应树立整体防护的概念 应采用隔离 钳位 均压 滤波 屏蔽 接地 过压与过流保护等方法将雷电过电压 过电流以及雷电电磁脉冲消除在设备外围 从而达到保护移动通信基站在雷击发生时起到保护通信设备正常运行的目的 6 三 综合防雷工程设计原则 1 3G系统的防雷设计应坚持全面规划 综合治理 技术先进 优化设计 多重保护 经济合理 定期检测 随机维护的原则进行综合设计 施工及维护 2 3G系统应根据所在地区雷暴等级 设备所在不同的雷电防护区以及系统对雷电电磁脉冲的抗扰度等要求采用不同的防护措施进行综合设计 7 四 防雷等级的确定 1 3G系统的防雷设计应根据雷暴日多少 设备所在雷电防护区的位置 设备对雷电电磁脉冲的抗扰度 通过雷击风险评估方法 确定防雷防护等级 8 2 雷击风险评估方法 1 按建筑物年预计雷击次数N1和建筑物入户设施年预计雷击次数N2确定N 次 年 值N N1 N2 计算方法见附录A 2 建筑物电子信息系统设备 因直击雷和雷电电磁脉冲损坏可接受的年平均最大雷击次数NC可按下式计算 NC 5 8 10 1 5 C 次 年 计算方法见GB50343 2004附录A 9 3 按防雷装置拦截效率E确定其雷电防护等级 E I Nc N 1 当E 0 98时定为A级 2 当0 90 E 0 98时定为B级 3 当0 80 E 0 90时定为C级 4 当E 0 80时定为D级 10 3 ITU T K39雷击风险性评估 1 评估步骤 1 根据电子信息化设施所在地的雷电密度 计算每年雷击损坏频度F 2 计算电子信息化设施遭受雷击损坏的危险度R 3 确定电子信息化设施遭受雷击时可接受的危险度R允 4 比较R与R允 作出判断 11 2 雷电风险评估结论 1 R R允不需再采取保护措施 雷击风险可以接受 2 R R允必须采取相应保护措施 雷击风险不可接受 12 五 3G移动基站雷电产品的选择 1 直击雷防护应优选避雷针或优化避雷针 2 工程设计共用接地应优选设计角钢与扁钢组成的室外接地系统 当达不到要求时采用低电阻接地模块或降阻剂 3 交流电源防护应采用交流电源避雷器 4 直流电源避雷器应采用直流电源避雷器 5 天馈线防护应采用宽带天馈避雷器 6 信号线防护应采用信号避雷器 13 1 主要解决建筑物和建筑物天面设备防直击雷的问题 标准 BG50057 2000 六 直击雷防护技术 14 2 直击雷防护设计 1 3G系统基站防雷设计应在认真调查地理 地质 土壤 气象 环境等条件和雷电活动规律以及被保护物的特点等基础上 详细研究防雷装置的形式及其布置 2 防直击雷装置 在设计时应严格执行国标 建筑物防雷设计规范 的要求 必须按滚球法计算避雷针高度和保护范围 3G系统宜按二类或三类防雷设施设计 滚球半径二类45m 三类60m 15 3 直击雷防护可选用避雷针 避雷针有降低雷电流幅值 衰减雷电流陡度 减小雷电感应高电压的作用 16 4 ZGU 5A3型 ZGU 5A3 1 雷电流前沿陡度 di dt 衰减倍率 33 2 雷电流幅值衰减率 80 3 冲击通流容量大于300kA 4 适用于高雷区 强雷区和重要设施的防直击雷 5 抗风强度大于40m s 17 5 ZGU 3A2型 ZGU 3A2 1 雷电流前沿陡度 di dt 衰减倍率 25 2 雷电流幅值衰减率 65 3 冲击通流容量大于200kA 4 适用于高雷区 强雷区和重要设施的防直击雷 5 抗风强度大于40m s 18 避雷针接闪电流和入地电流的波形分析示意图 由波形图可得 1 i2 i1 t1 t2 di2 dt2 di1 dt12 入地电流幅值IM2 接闪电流幅值IM1 地电位高位反击的问题也得到很好的克服 19 17 ZGU 型优化避雷针实测波形对比图 用8 20 s波形模拟 20 6 ZGU 5AB型防直击雷避雷针 ZGU 5ABE S E避雷针 1 ZGU 5AB型具有提前接闪 E S E 功能 2 保护角大于620 3 冲击通流容量大于300kA 4 主要用各种雷区 各类建筑物 各类设施的防直击雷 5 抗风强度大于40m s 6 全不锈钢 免维护 7 保护范围按滚求法计算 21 7 屋顶铁塔防直击雷避雷针 22 8 地面铁塔防直击雷避雷针 23 9 双极性空间电荷放电避雷针 1 通过持续的电荷放电分散 在被保护对象的上部形成很宽的空间低电荷区 因此可以防止电荷的集中 预防雷击现象的发生 把雷云的云地闪转移到其他地方 24 2 双极性空间电荷放电分散型避雷装置的主要目的是 预防和阻止被保护范围内雷击现象的发生 3 当雷云离开被保护对象时 避雷装置就自动停止放电 恢复到原来的状态 所以根本上预防了雷电对建筑物等设施的袭击 25 26 27 28 29 七 等电位连接技术 1 主要解决设备与设备之间 系统与系统之间危险的电位差 标准 IEC61312GB50343 2004 30 八 屏蔽技术 1 主要解决雷电电磁脉冲幅射引起的感性和容性耦合雷电高电压 标准 BG50343 2004 IEC61312 31 九 合理的综合布线 1 主要解决线间电磁感应相互间耦合的高电压 标准 GB T50311 2000GB50343 2004 32 十 共用接地技术 1 主要解决接地技术中地网间的危险电位差 地电位反击等问题 标准 BG50343 2004 IEC62305 33 2 接地设计 1 共用接地系统是将交流工作地 直流工作地 安全保护地 防静电接地 防雷接地等共用一组接地装置 共用接地系统是自然接地体与人工接地体的组合 2 接地装置材料的选择 要充分考虑其导电性 热稳定性 耐腐性和承受雷电流的能力 宜选用热镀锌钢材 铜材及其它新型接地材料 34 3 接地应从共用接地网引出 通过接地干线引至3G系统基站等电位接地端子板 4 接地线宜采用多股铜芯电缆穿镀锌钢管敷设 5 埋于土壤中的人工垂直接地体和水平接地体宜采用热镀锌角钢 钢管 圆钢或接地摸块 35 3 影响接地电阻的三要素 1 土壤电阻率 2 地网包围的有效面积 3 地网埋设的深度 体积 36 4 接地装置电阻大小的关系 1 在同等材料条件下所设计的地网 如果土壤电阻率 越小 则地网的接地电阻越小 2 地网包围的有效面积越大 则地网的接地电阻越小 3 地网埋设的深度越深 则地网的接地电阻越小 4 接地体截面的选择 主要决定于耐腐蚀性以及安装的强度 37 5 降低接地电阻的主要方法 1 选择潮湿肥沃电阻率低的土壤 2 加大接地网的有效面积 3 增加接地极埋设深度 4 换土法 5 改善土壤的导电性能 6 普通地网与深井地网混合 7 深井爆破法 高压压注降阻材料 8 各种措施混合使用 做混合式地网 38 6 接地材料 1 接地材料种类 1 低电阻接地模块 2 金属材料 如 热镀锌圆钢 角钢 钢管 铜板 铜管 铜棒等 3 电解质接地棒 4 金属块装接地极 5 高效接地极 6 降阻剂 导电水泥 2 共用接地系统的接地电阻应按信息系统设备要求的最小值确定 39 1 传统金属接地极的接地电阻气候随 土壤潮湿程度 的变化会发生大幅度的起伏 并且随着时间的推延接地电阻不断增大 所以使用寿命很短 7 ZGD系列低电阻接地模块简介 40 2 ZGD系列低电阻接地模块是一种以非金属材料为主和电解物质组成的接地体 其导电性 稳定性较好 增大了接地体本身的散流面积 减小了接地体与土壤之间的接触电阻 具有优良的吸湿保湿能力 通过缓释电解质能改善周围土壤的导电特性 能获得低而稳定的接地电阻 41 1 无毒无害不污染空气 水源和土壤 2 不含对人体有害的铅 锌 铜 镍 镉 鉻 汞 砷等八种重金属和放射性有害物质 3 通过环保部门检测 4 使用寿命50年以上 5 可用于沙漠地区和常年冻土带等恶劣地质条件 3 低电阻接地模块的特点 42 4 低电阻接地模块在一些国家大型工程 多项重要军事工程中使用 如 大型油田 西气东输工程 青藏铁路 全国电气化铁路接触网防雷接地改造工程 高速公路 民航机场 卫星发射场 大 中型变电站 金融机构 移动基站 小灵通基站等多项重大防雷接地工程项目 低电阻模块主要应用用在高土壤电阻率的地区使用如高原 戈壁 沙漠等工程中 43 1 技术指标 8 低电阻接地模块的设计与应用 44 2 低电阻接地模块的用量计算 1 ZGD I型 垂直埋置 单个模块的接地电阻 2 ZGD 型单个模块的接地电阻 45 式中 埋置地层的电阻率 m L 型模块的长 m d 型模块的直径 m h 接地模块的埋置深度 m a b 型模块的长 宽 m M0 模块调整系数ZGD 1型取0 38ZGD 2型取0 35ZGD 3型取0 30ZGD 1型取0 33 n 接地模块个数 模块利用系数 可采用0 4 0 85 46 ZGD 2 ZGD 1 ZGD 3 9 低电阻接地模块外型及安装示意图 1 外型示意图 47 2 用ZGD 3型接地模块设计的地网与安装示意图 垂直埋设法 48 3 用ZGD 3型接地模块设计的地网与安装示意图 水平串连埋设法 49 4 用ZGD 1型接地模块设计的地网与安装示意图 垂直埋设法 50 5 用ZGD 1型接地模块设计的地网与安装示意图 横向垂直埋设法 51 6 ZGD 1不可平埋 平埋下面会下陷 行成空洞 造成与土壤接触不良 降阻效果严重受到影响 52 10 常规接地极与接地模块曲线图 53 1 3G系统基站接地电阻建议不应大于4 2 根据现场实际地质勘探结果 选择合适接地模块的型号 在实际的工程施工中 由于 的不均匀性以及随季节的变化 计算结果往往不易准确 必须以现场实测的结果为准 因此在计算的基础上应适当留有余地 11 接地电阻 54 3 沿长度L 20m 60m 80m的延长接地体电位的变化率 55 12 冲击电流下接地体的泄流特性 1 在雷击冲击电流作用下 接地装置向土壤泄放的电流密度 形如半球状 其电流密度为 时 则产生的电场强度EnEn n 电流密度 n 冲击电流流过土壤的电阻率 56 2 电流由接地体扩散时地中的电场 57 3 多根接地装置并联后每根泄放电流密度示意图 58 4 多根接地体并联后 由于每根接地体泄流时电场强度不同 因电场的相互屏蔽作用 它们并联后的总电阻并不等于单根接地体电阻并联之和 而是大于单根接地体电阻并联之和 59 5 在冲击电流下 接地体越长 由于电感的作用 阻碍了雷电流流向接地体较远的距离 使雷电流不能沿接地体全长均匀扩散 因此接地体的长度应控制在泄流点的一定半径范围内 最好不应大于60m 高寒地区应埋设在冻土层以下 60 13 移动基站的防雷接地示意图 61 14 移动基站机房接地端子板示意图 62 15 楼顶塔防雷接地 63 16 落地塔的防雷接地 64 17 移动基站综合防雷示意图 65 十一 设计安装浪涌保护器 SPD 66 1 设计安装浪涌保护 SPD 主要解决电源线路 信号线路 天馈线路雷电感应过电压 过电流的保护问题 标准 BG50343 2004相关行业标准 67 2 电涌保护器SPD的设计 1 供电电源线路的要求 1 3G系统基站机房内电源的进 出线不应采用架空线路 2 3G系统基站设备交流配电应采用TN S系统接地方式 当交流电源应采用TN系统时 从建筑物内总配电柜 箱 开始引出的配电线路和分支线路应采用TN C S系统 68 2 耐冲击电压类别及浪涌保护器分级 TN 示例图 69 3 浪涌保护器的类型 1 电源浪涌保护器可分为开关型和限压型两类 外型可分为箱式和模块式 2 从用途可分为单相并连型 三相并连型 单相串连型 三相串连型两类 3 它们都是由开关型和限压型两类元件加上一些附属功能的元件组合而成 70 4 浪涌保护器 箱 的功能 1 电源浪涌保护器 箱式及模块 必须带自动脱离装置和劣化显示功能 2 电源浪涌保护器 箱 模块 宜带遥控接线端子 用户可根据报警的需要任意选择报警方式 3 组合式电源浪涌保护器 箱 可选配雷电计数器装置 用来累计雷电侵入该供电系统的次数 71 5 串连型电源浪涌保护器 箱 的主要技术指标 1 两级 B C 保护2 工作电压AC 220 380V 3 最大持续运行相电压AC 350 385 420 优选 4 称放电电流8 20 s 40 120kA 优选 5 最大放电电流8 20 s 80 240kA 优选 6 限制电压8 20 s 1kV 7 保护模式 L N L PE N PE 优选 8 额定负载电流 5 100A 优选 9 雷电计数器灵敏度不低于1 0kA 8 20 s 低于该值计数器不应计数 72 6 下图是三相串连型组合式 共模保护模式 电源浪涌保护器 箱 原理示意图 两级 B C 加退耦器组合 适用于TN制式 TT制式可改装组成3 1模式 73 7 由于3G系统基站电源大多数是一根电缆至设备 多级保护拉不开距离 因此 输入端应安装混合串联型两级 B C 保护的SPD 其技术指标应满足设备要求 8 在直流电源 二次电源 的设备前宜安装直流电源SPD 其标称放电电流In 10kA 8 20 s波形 标称导通电压Un 1 5UZ UZ