通信机房防雷及接地(网运部)

通信机房防雷及接地技术要求与自检自查 概述 通信系统的防雷越来越受到广泛重视 尤其是近两年信产部多次就通信系统在用防雷检测发文件 强调通信防雷的重要性 还要进行抽检 这都充分说明 通信系统的防雷工作越来越提到日程上来 越来越受到通信行业的关注 每年因为雷害给电信企业带来的损失是巨大的 因此 我们必须给与高度重视 较少雷害损失 防患未然 名词解释 防雷系统 通信局 站 及其内部防雷和接地系统的整套装置 它由外部防雷装置和内部防雷接地系统两部分组成 外部防雷装置由接闪器 引下线和接地装置等组成 内部防雷接地系统由除外部防雷装置外的所有其他附加防雷设施组成 它主要包含通信局站内用于对各种运营设备进行雷电保护的防雷器和均压等电位装置等 其主要作用是为了有效的较少流入被保护设备的雷电流和降低雷电磁脉冲对被保护设备的侵袭 最大限度的保护通信局站内人员和设备的安全 接地 一种有意或非有意的导电连接 由于这种连接 可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体 注 接地的目的是 1 使连接到地的导体具有等于或近似于大地 或代替大地的导电体 的电位 2 引导入地电流流入和流出大地 或代替大地的导电体 等电位连接 通过可靠的电气连接 使两个彼此分离的导体间的电位差趋于零 接地体 埋入土壤或混凝土基础中作散流用的导体 电涌保护器 Surgeprotectivedevice SPD 通过抑制瞬态或暂态过电压 旁路电涌电流来保护设备的一种装置 它至少含有一个非线性元件 限压型SPD voltagelimitingtype 在无电涌时呈高组态 但随着电涌的增大 其阻抗不断降低的一种SPD 限压型SPD的常用器件有 压敏电阻 瞬态抑制二极管等 开关型SPD switchingtype 在无电涌时呈高组态 但对电涌响应时 其阻抗突变为低阻值的一种SPD 开关型SPD的常用器件有 火花间隙 气体放电管等 开关组合型SPD switchingcombinationtype 由电压开关型器件和限压型器件组合而成的一种SPD 依据所加电压的特性 它可呈现出电压开关的特性或限压的特性或者这两者都有的特性 标称放电电流 nominaldischargecurrent In 用于划分SPD等级的 具有8 20 s波形的放电电流峰值 用于动作负载预备性试验 最大放电电流 冲击通流容量 maximumdischargecurrent Imax 能够流过SPD的 具有8 20 s波形的最大放电电流峰值 它用于动作负载试验 一般Imax 2 5In 雷电抗扰度 Surgeimmunity 指系统和设备经受雷电浪涌而不降低其运行性能的能力 残压 residualvoltage Ures 当放电电流通过时 SPD端子间的电压峰值 限制电压 measuredlimitingvoltage 施加规定波行 幅值和次数的放电电流时 SPD端子间的测得的残压最大值 接闪器 建筑物的接闪器 国家标准GB50057 94规定接闪器由避雷针 避雷带 避雷网格 建筑物柱内钢筋 基础接地体组成 8 混合波 combinationwave 当输出开路时 其端电压Uoc的波形为1 2 50 s电压脉冲 当输出短路时 其输出回路脉冲电流ISC的波形为8 20 s 幅值为0 5UOC 即规定混合波发生器的虚拟阻抗Zf 2 或12 混合波测试波形应符合下图 A 短路电流波形 8 20us冲击电流 b 开路电压 1 2 50 s冲击电压 我们对在用的通信系统防雷进行技术改造 系统测试时要依据通信行业标准 YD T1429 2006 通信局 站 在用防雷系统技术要求及测试方法 这个标准在2006年进行了修订 其目的在于更好的规范通信局 站 在用防雷系统的技术要求和检测方法 并为通信局 站 防雷系统运行和监督检测提供技术依据 也是我们自检自查的依据 因此 我们要学会使用这个标准 用这个标准规范防雷工程实施以及对防雷系统进行检测 这个标准规定了通信局 站 在用防雷接地装置的接闪器 雷电流引下线 地网 室内接地系统以及雷电过电压保护装置的测试方法和技术要求 并通过对传输和交换等设备的信号接口进行雷击抗扰度测试来监测其传输性能是否符合相关标准的要求 由于对通信网上运行的通信设备进行雷击抗扰度测试是一项复杂而专业性 要求具有通信专业知识 电磁兼容专业知识 高电压试验技术知识和雷电磁脉冲防护知识 极强的工作 不恰当的测试方法和操作都会严重威胁到网络安全 因此开展该项测试必须要谨慎进行 通信局 站 在用防雷系统检测应收集的资料 1 被保护通信局 站 建筑物所在地区的地形 地物状况 气象条件 如雷暴日 和地质条件 如土壤电阻率 所处的地理环境 是山区 郊区 城市 独立高大的建筑物和雷电的易发区 2 被保护通信局 站 建筑物 或建筑物群体 的长 宽 高度及位置分布 相邻建筑物的高度 是否需要采用避雷针保护或者其它防止直击雷措施 3 建筑物内各楼层被保护的通信系统设备的分布状况 4 楼顶各类金属构造物的分布情况 接地情况 5 配置于各楼层工作间或设备机房内被保护设备的类型 功能及性能参数 如工作频率 功率 工作电平 传输速率 特性阻抗 传输介质及接口型式等 6 通信系统的计算机网络和通信网络的结构 7 通信系统各设备之间的电气连接关系 信号的传输方式 8 供 配电情况 供电方式 TT TN 及其配电系统接地型式 有无专用变压器 是380V或220供电 供电电压是否稳定 9 局 站 开通时间 是否遭受过雷击 雷击时间 雷击事故原因分析 10 防直击雷的接闪装置 避雷针 带 网 线 现状 11 查看局 站 接地平面图 含接地总汇集排 分汇集排位置 接地线的连接方式 12 站址为公共建筑站址还是租的用民房 接地方式 有无接地引下线 机房内的接地排是否连接 机房是否仅采用楼房避雷带接地 机房接地是否仅采用房间中的梁柱 采用几根梁柱 13 建筑物及其它各类地网的现状和平面图 14 配电室 电力室是否分开 如分开 第一级 B 级SPD在配电室设备内外的安装位置 15 建筑物雷电引下线的现状及其与通信设备接地线的距离 16 高层建筑物防侧击雷的措施 17 电气竖井内线路布置情况 18 各机房通信设备布置平面图 通信 信息系统设备的安装情况 19 现有的电源配电系统 网络信号线路的雷电过电压保护情况 20 局 站 有无计费中心 网管中心 专用机房的配电箱需要安装电源SPD 相应网络接口采用SPD保护 这些网络采用什么接口 传输速率 21 电源线路的引入方式 是否架空引入 供电方式 22 电力室或者机房内交流配电箱 交流配电屏前是否加装SPD 是否符合标准要求 23 SPD连接的接地线的位置 长短 粗细 电源保护器的接线方式 24 信号通路是通过什么形式与外界联系 ADSL HDSL 微波 光缆等 信号线路进入机房的方式 25 机房内是否有环境监控系统 环境监控是否有连线到机房外面 如有需要增加SPD保护 26 机架是否接地 机架内机盘是否接地 27 等电位连接及各局部等电位连接状况 共用接地装置状况 位置 接地电阻值等 28 消防管道 上下水管道 地下管线的接地的分布情况 对接地电阻值的重新认识 防雷离不开接地 接地电阻的大小是对接地系统状况的间接反应 ITU2003年 接地手册 认为 为进行防雷 也难以设立人员保护所需的明确的接地电阻 直击雷所带来的电流从几百到30万安培不等 如此大的雷电流如果经过电阻为1欧姆的接地系统 理论上能产生非常危险的电势 因此 即使接地电阻只有1欧姆 这也不是十分合理的 有经验表明 如果接地电阻为10欧姆 对大楼 变压器 传输线路 塔和其它外露构件的防雷保护就变得非常可靠了 这说明接地电阻值的大小不足以说明防雷保护是否可靠 是否安全 2006年3月6日颁布的YD5098 2005 通信局 站 防雷接地工程设计规范 在标准中已经将通信局 站 接地合格的判定依据从接地电阻值变换为另外一种方式 即机房接地网面积以及联合接地方式 标准对接地体组成提出要求 如 对于综合通信大楼 数据通信局或者市话局其地网应利用建筑体基础部分混凝土内的钢筋和围绕建筑体四周敷设的环形接地体 由垂直和水平接地体组成 及与之相连的电缆屏蔽层和各类管线相互焊接组成 在标准中没有提及综合通信大楼地网的接地电阻问题 这里仅对地网的组成提出了明确的要求 但其地网接地电阻值被认为可以忽略 由此可见 由于通信局 站 联合接地利用建筑物其钢筋混凝土基础已经是可以获得 可得到的最低接地电阻值以及设备在此条件下可能得到的较低接地电阻值了 随着技术的进步 工程设计实践应用的逐渐深入 特别是模拟技术与数字技术的发展 铜线与光纤技术的演变引起的差别 原来模拟技术由于实线引起的的局间电位问题 已经得到解决 因此标准中没有再提及交换设备对接地电阻值的具体要求 既用对所有建筑物地网进行环形连接方式组成的最大面积 来代替对接地电阻值大小的要求 因此 我们今后要更加注重接地网的接地方式以及的接地网的面积等信息 但每年还必须要测试接地电阻值 以便检验接地网络连接情况 接地电阻值变化情况 确保接地系统完好 世界各个国家对于基站的接地电阻都有明确的规定 世界著名的移动通信设备生产商也在标准中明文规定了接地电阻值 按照原YD5068 1998 移动通信防雷接地设计规范 的要求 基站接地电阻要求为5 接地电阻5 的要求是否能满足基站防雷的需要 接地电阻5 的要求在大地电阻率较高的地区是否能够达到呢 新的标准基本上对基站的接地电阻是这样处理的 当基站所在地区大地电阻率较低时 基站地网接地电阻一般不大于10 当采用环形接地时 地网面积一般应大于100m2 当基站的土壤电阻率大于1000 m时 可不对基站的接地电阻予以限制 但要求其地网的等效半径应大于等于20m 并在地网四角加以10m 20m辐射型接地体 地网环形接地体的周边可以根据地形 地理状况决定其形状 新的标准基本上对基站的接地电阻是这样处理的 当基站所在地区大地电阻率较低时 基站地网接地电阻一般不大于10 当采用环形接地时 地网面积一般应大于100平方米 当基站的土壤电阻率大于1000 m时 可不对基站的接地电阻予以限制 但要求其地网的等效半径应大于等于20m 并在地网四角加以10m 20m辐射型接地体 地网环形接地体的周边可以根据地形 地理状况决定其形状 联合接地系统 通信局 站 内通信系统 设备和装置的接地系统所包含的所有电气连接和器件 包括建筑物的基础地和外设接地系统的接地体 地网 接地引入线 接地汇集线 接地线 及与地网相连的电缆屏蔽层 与地相连的设备外壳或裸露金属部分 建筑物钢筋 构架在内的复杂系统及各类管线进行等电位连接 组成联合接地系统 图1通信局 站 接地系统示意图 基站地网的组成 移动基站地网由机房地网 铁塔地网或者由机房地网 铁塔地网和变压器地网组成 基站地网应充分利用机房建筑基础 含地桩 铁塔基础内的主钢筋和地下其它金属设施作为接地体的一部分 1 机房地网 机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置 同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网 当机房建筑物基础有地桩时 应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通 2 铁塔地网 当铁塔位于机房旁边时 应采用40mmx4mm的热镀锌扁钢将铁塔地基四角塔脚内部金属构件焊接连通组成铁塔地网 其地网网格尺寸不应大于3m 3m 其周边为封闭式 铁塔地网与机房地网之间应每隔3m 5m相互焊接连通 连接点不应少于两点 3 变压器地网 当电力变压器设置在机房内时 可共用机房及铁塔地网组成的联合地网 当电力变压器设置在机房外 且距机房地网边缘大于30m时 宜设独立地网 若电力变压器设置距机房地网边缘30m以内时 变压器地网与机房地网或铁塔地网之间应连接焊通 一般宜在两处连通焊接连通 以相互组成一个周边封闭的地网 1 铁塔建在机房上的地网当铁塔位于机房屋顶时 铁塔四脚应与楼 房 顶避雷带就近不少于两处焊接连通 机房铁塔除利用建筑物框架结构建筑四角柱内的钢筋作为雷电引下线外 且在铁塔避雷针上设置专门雷电引下线 若铁塔金属构件电气连续可靠 铁塔避雷针可以不设置专门雷电引下线 在天线铁塔避雷针引下线所接的垂直接地体周围施放液状长效降阻剂 这样有利于增加雷电流的泄流能力 接地系统除利用建筑物自身的基础还需要外设环形地网为其接地装置 同时应在机房地网四角设置20米左右的水平接地体作为辐射式接地体 以利散流 机房内的接地排分为一侧单独设立或者两侧各一个接地排的方式 图2接地汇集环方式混合型接地连接示意图 SPD的应用 1 开关型 间隙型 SPD SwitchingtypeSPD 安装在一般建筑物外 按照IEC1312 3的要求 一般用在LPZ0B LPZ1区 用于电源系统的SPD 开关型SPD由放电间隙 石墨等材料组成 或者由间隙和限压型器件组合的SPD 2 限压型SPD 安装在防雷区建筑物内 可疏导8 20 s的模拟雷电冲击电流 限压型SPD一般由氧化锌压敏电阻 MOV 或半导体放电管 SAD 等元器件组成 在通信局 站 推荐使用限压型SPD 另外由MOV与滤波器 半导体放电管 SAD 与MOV等电路可以组成混合型SPD 在通信局 站 不允许使用的SPD类型 1 开关型 间隙型 及其组合型标准中提及了开关型及开关组合型电涌保护器不应在通信局 站 低压配电系统中使用 其主要依据是 其一 在中华人民共和国通信行业标准YD1235 1 2002 通信局 站 低压配电系统用电涌保护器的技术要求 YD1235 2 2002 通信局 站 低压配电系统用电涌保护器的测试方法 YD5098 2005 通信局站防雷接地设计规范 标准中均已规定其不宜在除N PE以外的其它保护模式下使用 而从目前通信局 站 低压配电系统使用情况来看 诸如由于其在通信局 站 使用中存在工频续流造成通信局 站 燃烧事故和由于其响应时间配合失调造成被保护设备的雷击事故等问题很多 实践证明其科学性 安全性 可靠性和稳定性都是无法同限压型电涌保护器相提并论的 直击雷雷击通信局 站 并侵入到0B区域是极小概率事件 即使发生 开关型以及开关组合型SPD使通信局 站 不遭受雷害的几率也是极小的 开关型以及开关组合型SPD有以下问题 残压高达4000V 两级保护器之间的去耦距离要求大于15米 移动通信基站机房太小 第一级 B级 C级两级保护器之间的距离 难以满足去耦距离要求 动作时间较慢 S级 间隙型保护器雷击电流放电时 电极电弧可瞬间产生7000度的高温 间隙型保护器灭弧腔中会排出高速电离气体 爆炸式的气体伴随火花产生巨大冲击力 从残压 退耦距离 火花气体 响应时间等因素来看 间隙型在通信局站使用将危机通信系统的安全运行 在雷电强度较大的地区使用间隙型或组合型雷电电流保护器情况看 第一级 B 级使用10 350 S间隙型保护器造成大量基站通信设备大规模受到雷电损坏 如果安装8 20 S限压型100kA的保护器这类情况是很少出现的 间隙型与限压型能量配合之间存在火花放电盲点 致使间隙型不动作 造成第二级 C级 保护器承受较高的雷电流 C级保护器被雷电击坏 间隙型雷电电流型保护器对雷电的响应时间过慢 致使全部雷电流通过C级限压型保护器 造成C级保护器被雷电击坏 间隙型残压过高 两级 B级 C级 去耦距离不足 保障不了通信设备的安全运行 爆炸式的气体伴随火花产生巨大冲击力将防雷箱箱体冲开 间隙型不能满足所有雷电频谱的保护要求 自身安全都不能保障 因此通信局 站 防雷所考虑的主要任务是通过选择符合标准等级 如通流容量为 150kA 120kA 100kA 80kA 的限压型电涌保护器进行感应雷防护 从通信局站实际运行情况来看 对于防雷工程设计施工符合YD5098标准的通信局 站 限压型电涌保护器是目前最佳和最合理的选择 不能使用C级防雷模块并联的大通流量防雷器 通信局站防雷用第一级大通流容量的防雷箱不得用 C级防雷模块 并联组装制作 这主要是基于以下两个原因 1 C级防雷模块 一般用在开关电源内部 并且模块可以插拔 模块为氧化锌压敏电阻型 而氧化锌压敏电阻是一种非线性电阻 其等效阻抗会随外加电压不同而显著变化 表现出非常强的非线性伏 安特性 当用压敏电阻进行并联组合时 均流技术是非常关键和复杂的 它不是对器件进行简单的参数筛选 而是要在全工作区间上逐一进行伏 安特性匹配 通常 压敏电阻的动作电压 直流参考电压 的容差范围是标称电压的正负10 再加上伏安特性的分散性 如果不在全工作区间上进行伏 安特性分选和匹配 仅进行简单的并联组合 在雷电流冲击下 动作电压低的元器件首先动作 引起弱点击穿 造成该电路中压敏电阻率先非预期劣化或失效 显然此时并联后的通流量并不会有明显提高 压敏电阻的非线性越强 这种不均匀性就越大 另外 电感在高频大电流下的电压降很大 所以并联技术的另一个关键技术就是每一链路的等阻抗设计 2 C级防雷模块 的过流 过热保护技术是建立在40kA以下通流容量基础之上的 这同空气开关的分断能力概念是一样的 超过了阈值