移动通信基站的防雷与接地.ppt

中讯邮电咨询设计院2008 1 18 移动通信基站的防雷与接地刘吉克 主要内容 富兰克林与避雷针雷击的主要途径等电位连接接地电阻值基站地网电源spd的最大通流量与接地之间的关系光缆内金属构件接地的处理馈线spd是否需要安装的问题馈线接地点的处理原则防雷器的选择 一富兰克林与避雷针避雷针的发明者b franklin2006年是电学先驱b 富兰克林诞生三百周年 他在1706年1月17日生于美国波士顿 在大气电学方面 他第一个发现雷电是由电造成的 他发现闪电是一种电荷 这有很大的实际用途 他知道电流可被针尖吸引 但不知道闪电是否也会被吸引 一七五二年 他进行了有名的 但也是危险的实验 实验在费城郊野进行 在一个行雷闪电的日子 他把一只镶有金属在顶部的风筝放入云层去 连接风筝下端的线上则系着钥匙 当行雷闪电之际 他即用手紧握钥匙 当即感觉一种轻微的震动 流经拳头 然後通过身体 进入地面 他事後说 那种震动有如电池所产生一样 由此他证明了天电是一种放电现象 发明了避雷针 图1 富兰克林放风筝进行雷电实验 避雷针是是一根简单的安装在高层建筑物上的金属针 称为接闪器 再加上引下线和接地极 就成为一套完整的防护直击雷的装置 200多年来避雷针有效地保护了各种建筑物和工业设施 避雷针的防雷原理就在于它能接闪雷电流 并顺利地将其引导进入大地 而保护它下面的或它周围的建筑物不受雷击 避雷针泄放雷电流时 在其周围将产生强烈的电磁幅射干扰 在以前 或者说对于普通的建筑物 机器 或人类 这种电磁幅射不会带来显著的危害 可是到了现代社会的今天 计算机和其它精密仪器设备在各行各业的大量应用 情况就不同了 在这些精密仪器设备中 存在大量的微电子器件 特别是计算机芯片 在这些芯片中 集成着大量的微小的电子元件 它们很小 它们之间的绝缘也十分微弱 它们工作在几伏的低电压下 避雷针引导雷电流产生的强烈电磁幅射将在这些电子器件的回路中感应生成过电压 这种过电压将有极大的可能性击穿集成电路芯片中元件之间的绝缘 摧毁这些芯片 造成对这些精密仪器设备的不可弥补的损坏 从上世纪70年代初期美国的消雷器到90年代初期的半导体消雷器 2000左右出现的各类优化避雷针 以及八十年代放射源避雷针 到的法国依丽 helita 的pulsar大气高脉冲电压避雷针 atmospherichighpulsevoltagelightningconductor 到九十年代的富兰克林避雷针 franklinconductor 圣埃尔摩避雷针 saintelmolightningconductor 到现在的各种型号的提前放电避雷针 如拓海通用 tohi 的易敌雷 indelec e s e 主动式提前放电避雷针 以及杜尔 梅森的卫星 satelit 提前放电避雷针 西班牙ingesco公司的pdc系列主动式早期放电避雷针 等等 这些都属于非常规避雷针 半导体消雷器宣传它对雷电有两种作用 一是可以中和云中的电荷 二是可以限制雷电流的大小 而各类优化避雷针宣传的主要作用是可以改变雷电流波形陡度 减小雷电流的幅值 其实这些都是人们为了市场制造出来的故事 主动式提前放电避雷针 e s e 根据宣传资料的介绍主要有两个作用 一是它可以 主动放电 或 提前放电 或 早期放电 即这些避雷针比普通避雷针具有更好的引雷性能 二是将它的提前放电时间换算成提前放电距离后 相当于增加了避雷针的高度 从而可以增大保护半径 在相同接地网 极 和引下线的情况下 一根等高的普通金属针作接闪器与一支昂贵的洋避雷针作接闪器可以得到同样的保护效果和保护半径 国际学术界对以法国为首的ese避雷针 并对其提出的相应标准草案持完全否定的态度 17位属于iclp internationalconferenceonlightningprotection 国际防雷保护会议 的科学委员会成员的科学家 签发了一个联合声明 反对ese避雷针技术 这些科学家代表了15个国家 包括美国 日本 英国 和12个大陆欧洲国家 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 二雷击的主要引入途径雷电可以从基站通信设备四个接口影响移动通信基站的正常工作 如图所示 1 电源端口一直是雷电保护的重点 相关统计数据显示 雷击造成设备的损坏90 以上都是与电源端口有关的接口 2 天馈端口的雷电保护 标准规定spd作为馈线可以选择保护器件 不是必须的 但对于馈线的雷电保护接地却有明确的规定 铁塔上架设的波导馈线 同轴电缆金属外护层应分别在上 下端及进入机房入口处外侧就近接地 当馈线及同轴电缆长度大于60m时 其外护层宜在塔的中间部位增加一个接地连接点 接地连接线截面为不小于10mm2 另外馈线的接地线应避免从雷电引下线 特别是从铁塔角引接 当基站采用房顶铁塔的方式时 馈线入口处的接地排必须接在地网上 而不宜接在房顶铁塔的塔基上 从而避免雷电流直接进入机房 3 信号及系统端口 由于基站为了实现无人值守 采用了环境监控装置3 站内传输设备与基站发射机等相连的信号线 这些信号端口对于雷电的抗扰度是较弱的 基站经常有信号接口雷击损坏的记录 而且在采用屏蔽线时同样有雷击造成信号接口雷击损坏的记录 在k56内容中基站设备信号端口没有提供耐受浪涌电压 电流 指标要求 耐受能力的依据没有 怎能评判是否对信号端口进行保护 当然包括电源设备耐受浪涌电压 电流的指标 4 接地端口主要是瞬间的电位升对设备的影响 对于接地端口主要是瞬间的电位升对设备的影响 移动机房设备直流供电一般采用两种形式 24v 直流负接地 和 48v 直流正接地 而这两种形式的供电都是需要接地 当有雷击通过地网泄放时 则会造成瞬间的电位抬升 这样就使得直流电源正负极的瞬态电位差很大 造成设备敏感部位 整流模块和收发信机等 损坏 由于地电位抬升有时会从前端 开关电源直流输出口 引入损坏设备 也有可能从后端 用电设备如gsm的直流输入口 引入损坏设备 所以应在直流电源的两端分别加装防雷器 形成直流电源正 负极与地的瞬态等电位 防止因地电位升高造成的电位反击损坏设备 以往对阻性耦合 地电位升的影响仅仅是理论分析上 在实际应用的结果统计上 现场基站开关电源那边的直流spd雷击损坏的情况还很少见 下面是在其它省 某地区直流spd击坏的照片 显示了加在开关电源直流端spd被雷电击坏的状况 从击坏情况可以看出地电位升高产生的能量还是相当可观的 因此基站开关电源直流spd不是可装可不装的问题 在雷暴日较多 雷电强度较大的地区 特别是有铁塔的基站 在开关电源的直流端一定需要加装直流spd进行保护 三 等电位连接1 基站内经常遭雷击损坏设备情况曾遭雷击损坏的设备 电源类占88 变压器 配电箱 稳压器 整流模块 空调主板 照明系统 信号类占12 gsm或cdma设备的核心cpu 用户板 监控 传感器 消防控制板 小微波 高压避雷器被雷击损坏 稳压器被雷击损坏 感应过电压造成信号线对机壳放电 光缆终端盒被雷击打掉 2基站内经常遭雷击损坏设备的原因与分析这些设备的损坏的都是由于机房内某些设备的电源线 信号线遭受雷击或有感应过电压时 使得自身电位抬高 而其他设备仍处于低电位或零电位状态 由于机房内设备通过电源线或信号线均有若干联系 这样就在设备间形成了等电位差 导致了设备的绝缘及内部元器件被击穿所至 机房设备的接地方式的等效图一般如图一所示 当有雷击时 会在接地引线上产生较大的电位差 这个电位差有时足以使设备损坏 这个电位差 可根据下式算出 u ldi dt ir 如引线长1m 入侵的雷电流为20ka 8 20us 则每米导线上的电压降为3 6kv 如接地线长度为5米则地电位抬高为18kv 为了减小此电位差 可采取如图所示的方法加以改造 这时的电位差 可根据下式算出 u ldi dt ir如引线长1m 入侵的雷电流为20ka 8 20us 则每米导线上的电压降为3 6kv 如果等电位连接点提高到a点 a至设备b之间为0 5m a至pe之间为4 5m 则设备a和设备b之间的电位差降为原来的十分之一1 8kv 此改造方法适用于机房设备较多的情况下使用 采取右图所示的方法改造后设备间的电位差会更低 效果更好 3通信用开关电源必须和电源一级spd进行等电位连接移动基站机房设备的等电位连接 一般都忽略了一个至关重要的环节 就是开关电源与电源一级spd之间的等电位连接 因为一般从交流配电箱配送到开关电源的都是三相四线形式的电源 不做等电位连接的等效形式如图所示 以上是spd安装后的残压示意图 当有雷电流时 其中 u1为从配电箱到spd的连线上的残压 u2为spd自身的残压 u3为从spd的接地端子到接地汇流排间连线的残压 这时 加在被保护设备的上残压为 u改造前 u1 u2 u3 spd与被保护设备的等电位 为了减小加在被保护设备上的残压 我们可以采取如图所示的办法 即在spd的接地端子与被保护设备的接地汇流排间加一根等电位连接线 此时加在被保护设备上的残压为 u改造后 u1 u2或u改造后 u改造前 u3当有雷电流 8 20 s 时 在导线上产生的电压降可按下式计算 假如引线长1米 入侵的雷电流为20ka 8 20us 则每米导线上的电压降为 v 1 1 44 h 20 ka 8 s ir 1 1 44 h 20 ka 8 s 3 6 kv 4 机房内等电位连接4 1机房内接地汇流排的改造在机房走线架上依据走线架的位置新设一组环形 日字形或口字形 接地汇流排 材料采用30 3mm铜排 要求环形接地汇流排为全封闭的且电气连通 环形接地汇流排在靠近墙壁的两侧用膨胀螺栓和绝缘子将其固定在墙壁上 位于走线架上的两侧可用螺钉直接固定在走线架上 根据实际情况 位于走线架上的接地排可竖立在走线架上 也可横放在走线架上 接地引下线应就近与环形接地汇流排可靠连接 对于公用建筑或租用民房还应将房间里柱子的柱钢筋敲出 也与接地汇流排电气连通 机房内各设备应用不锈钢螺钉就近与环形接地排可靠连接 包括交流配电箱 开关电源 gsm设备 sdh设备 ddf 环境监控设备 走线架 金属门窗等 特别说明 如果机房内空间位置 设备摆放的情况不能完全做环形地排 可采用将局部设备做环形地排后 再与其他设备电气连通 4接地电阻值 原来所有通信局 站 的防雷检测技术人员 特别是来自气象局防雷中心的检测人员 一提到建筑物 通信局 站 防雷接地检测 第一反映的是接地电阻的检测 检测合格判断是接地电阻值是否符合各类标准的要求 好象只要接地电阻符合要求 那么建筑物 通信局 站 防雷接地问题就解决了 防雷检测工作就完事大吉了 建筑物 通信局 站 地网的接地电阻基本上是人们对于防雷接地合格判定的唯一依据 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 这种电流如果经过的电阻为1欧姆 理论上能产生非常危险的电势 只试图达到1欧姆的电阻 这是不合理的 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 本标准是2006年3月6日颁布的 其实作为标准的主要起草人 当时作为另外一个标准的主要起草人 已经完成了yd5098 2005 通信局 站 防雷接地工程设计规范 的报批稿 虽然yd5098 2005的条款在这以后有所变化 但标准的内容及核心没有任何变化 在新的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 例如 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 中讯邮电设计院在1998年以来对全国各个运营商通信局 站 改造时 这一观点得到了广泛应用 在我们咨询改造得通信局 站 一般都是将原有局站内建筑物地网及机房进行连接 构成环形地网 接地电阻值没有检测过 也不考虑局方提供的接地电阻值 仅仅作为参考 防雷接地改造后的局 站 经过多年的统计 基本上没有雷击发生设备击坏的记录 综上所述 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接地电阻值 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要求 标准的条文是严格的 既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 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 通过中讯邮电咨询设计院对这个问题长达10几年的时间 最早的研究成果发表在广东全国微波站防雷会议上一篇 微波站地网优化设计问题的考虑与接地电阻的测量 的论文 该文改变人们固有的传统观念 并被当时多个省微波局列为规范 做为解决接地电阻问题的办法 后来我们和广东移动合作的 移动通信基站地网优化设计及新型综合防雷接地解决方案 以及与广东移动通信有限责任公司江门分公司的 移动通信基站防雷接地科学研究 的合作项目先后在项目中得到应用 结果证明该论点是正确的 而且在其他省基站也得到了广泛得应用 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 五基站地网 5 1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 5 2基站不同构筑物地网形式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 2 铁塔四角包含机房的地网移动通信机房为框架结构建筑 机房包含在铁塔四角之内 铁塔避雷针应专门设40 4的热镀锌扁钢作为雷电引下线 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 接地系统应利用建筑物自身的基础和铁塔四角外设的环形地网为其接地装置 接地网的面积最小应大于15 15mm 若土壤电阻率大于1000 m时采在原地网的基础上加附加辐射形接地体 即在地网的四个角向外辐射20m左右的水平接地体 在水平接地体终端附加垂直接地体 其水平接地体四周采用长效降阻剂处理 机房的接地排分为一侧单独设立或者两侧各一个接地排 3 铁塔建在机房旁边的地网将机房 铁塔 变压器地网相互独立的地网相互连通组成一个联合地网 如果土壤电阻率较高的地区 再在铁塔地网远离机房一侧的铁塔两角采用辐射型接地体 并在辐射型水平接地体周围采用液状长效降阻剂处理 4 自立式铁塔或者通信杆塔的地网自立式铁塔一般采用塔基基础内的金属作为接地体 自立式铁塔接地系统应和建筑物的接地以及避雷带相连 宜围绕机房做一个地网 其地网应与自立式铁塔地两端相连 当使用通信杆塔时 宜围绕杆塔3m远范围设置封闭环形 矩形 接地体 并与杆塔地基钢板四角可靠焊接连通 杆塔地网应与机房地网每隔3m 5m相互焊接连通一次 5 利用办公楼 大型建筑作为机房的地网机房建在办公楼 大型建筑的地网 应充分利用建筑物自身各类与地构成回路的金属管道 如消防水管 并与大楼顶避雷带上或者在大楼顶的避雷网预留的接地端多次连接 在条件允许的情况下 应将机房内几根柱子内的钢筋与大楼顶避雷带上或者在大楼顶的避雷网预留的接地端相互连在一起作为基站的接地 6 土壤电阻率较高 有引外接地时铁塔建在机房旁边时地网 杆塔建在机房旁边时典型地网的设计 6电源spd的最大通流量与接地之间的关系 由于基站防雷接地对于接地电阻值放宽了要求 基站接地电阻值不是那么重要了 但基站防雷接地系统确是必须的 接地网最佳面积的大小确是非常重要的 一个接地地网的面积不论有多大 在工频时 是可以把接地体的表面近似地看成等位面 故接地网全部面积都能得到利用 但是 许多根接地体在地中构成的网状接地体 在冲击电流的作用下 当土壤电阻率和介电系数一定时 接地网的冲击等效半径就是一个常数 而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 在工频时 接地电阻之所以和接地网面积的平方根成反比 是因为接地网上的电位比较均匀 全部接地体都起着散流作用 接地网得到充分利用的缘故 但在雷电流作用下 情况就不同了 由于接地体的电感作用 接地网的电位呈现不均匀性 离开雷电流引入点愈远的地方 接地体上的电位就愈低 甚至电位为零 其变化规律按指数曲线衰减 只有雷电流引入点附近一块接地网才起着散流作用 而且散流的程度与这一块面积上的电位分布成正比 雷击电流通过接地系统流入大地 接地网提供了泄流渠道 接地电阻的增加 自然反击地电位提高 由地电位施加在电源配电线上的对地电压或者地对线电压增加了 由于电流幅值很大 在接地体周围形成强大的电场 土壤呈现的电阻率 也受到电场强度的影响 随着电场强度增加 也就是随着电流密度的增加 土壤电阻率随之减少 接地体周围电场强度达到一定数值时 电压和电流不是直线关系 而呈现非线性 等效于接地电阻减小 地网接地电阻与引外线路的耐雷水平成反比 根据基站所在地区的土壤电阻率的情况 在条件允许的情况下 尽可能地降低基站地网的接地电阻 这是提高线路耐雷水平的基础 地网设计时 在大地电阻率较高的情况下 采取对地网优化设计的方式 表面上忽视了地网接地电阻值的大小要求 其实接地电阻值不可避免的增加了 从而导致地网地电位升高 由此提高spd最大通流容量的量级是必须的 7光缆内金属构件接地的处理 进入基站的光缆 其内部金属构件加强芯和光缆pvc塑料内金属护层的接地非常重要 按照ituk25光缆的接地有两种方式 一是将光缆的金属构件直接接地 另外是将光缆的金属构件断开不接地 在基站采用的方式是前者 由于光缆一般都是架空引入机房的 长距离架空光缆可能将雷电引入机房 悬挂光缆的钢绞线一般可以通过加绝缘子将光缆的金属构件断开不接地或钢绞线直接接入基站地网的方式泄放雷电流 但光缆只有进入基站后 才能将光缆钢芯和金属护层接地 如果有光缆接头盒 则光缆钢芯和金属护层在接头盒内接地 然后再引到光端机或综合柜中 光缆钢芯和金属护层接地不良的话 最多在光缆接头盒附近对地发生放电现象 如果光缆进入基站后直接进入综合柜 按照规定将光缆钢芯和金属护层直接接在专用的接地端上 并用不少于16平方毫米的多股铜线引到站内第一级汇流排接地 但由于光缆钢芯容易接地 而光缆金属护层在施工时往往不注意 没有或接地不良 引起光缆钢芯和金属护层之间的电位差 雷击时光缆金属护层在雷电的作用下 对光缆钢芯的接地端放电 轻者金属护层在雷电的作用下 拉弧产生与接地端放电 重者致使光缆塑料外层燃烧 燃烧的后果非常严重 图1是西南地区光缆塑料外层燃烧后的严重后果 光缆燃烧后导致馈线燃烧的情况 8馈线spd是否需要安装的问题 ituk 56 无线通信基站的雷电防护 是itu tk系列标准中有关移动通信基站防雷接地的技术性标准 最后的修订版本于2003年颁布 该建议提供了天线塔同轴电缆的内外导体间是否安装spd的计算方法 其中雷电流峰值取自首次雷击 而di dt取自后续雷击 此时条件最严酷 馈线电缆横向电压的计算如下式 式中 ic 临界雷电流 ka zt 馈线单位长度的转移阻抗 m 天线塔因子 无量钢 l 同轴电缆长度 m rc 同轴电缆的几何平均半径 mm rall 导体束中所有导体的几何平均半径之和 mm 横向电压与接至电缆的设备界面的耐受能力比较 如果横向电压大于设备界面的耐受能力 则必须安装spd 如果横向电压小于设备的耐受能力则无须安装spd 通过对管式塔 三角塔 四角塔的计算 馈线电缆的横向电压范围为0 006 0 050kv 不同雷暴区的馈线电缆的横向电压如下表 这些计算结果表明 所有数据都低于itu所讨论的无线设备的耐受能力 在这最严酷的计算条件下 计算结果可以明确表明 移动通信基站天馈线一般不需要安装spd进行保护的 如果基站采用微波中继的方式 微波的电缆采用的是多芯同种电缆 电源 控制 信号 应在机房内微波机直流端口加装保护器 因为雷击铁塔时 电缆馈线上的电源线的电位上升 其上升的幅度为地网电压与塔身电压之和 而机房内部电源系统电位上升幅度为地网电压 两者之间的压差可能导致微波设备的损坏 9馈线接地点的处理原则 基站馈线由于在避雷针的保护下 根据雷电保护区的划分 直击雷不可能直接击到造馈线上 数十米的馈线为了等电位连接 就近接地泄流的需要 一般要求铁塔上敷设的同轴电缆金属外护层及馈线应分别在天线处 离塔处以及机房入口处外侧就近接地 当馈线及其它同轴电缆长度大于60m时 宜在铁塔中部增加一个接地点 室外走线架始末两端均应接地 根据电磁兼容的原理 馈线在机房入口处外侧需要就近接地 而且同轴线的接地引线应在机房外直接与地网连接接地方式 对于铁塔在机房附近的情况由上图所示 但对于建在机房上面的铁塔 馈线的塔下接地点就非常重要了 从雷电流的分配模型可以看出 当雷击避雷针的情况 95 以上的雷电涌电流流经大楼的立柱 墙壁 避雷针引线中的雷电流仅仅是百分之几的比例 而且入侵大楼的雷电流几乎全部集中在外墙 大楼内的柱子中的电流仅占百分之几以下 大楼内的雷电流几乎全是沿纵向柱子入侵 除房顶外 横向电流很少 那么避雷针引线中的雷电流仅仅是百分之几的比例 对于铁塔保护的馈线系统电磁场感应的电流更小可怜 计算结果表明 当直击雷的雷电流是100ka时 流经每个铁塔的四角塔体钢结构的雷电流 假设是均匀分配的情况 即25ka 每塔体结构 此时由雷电电磁场在馈线感应电流不超过1ka 在4 5节对管式塔 三角塔 四角塔的计算 馈线电缆的横向电压范围仅为0 006 0 050kv 尚若对于建在机房上面的铁塔 馈线的塔下接地点 如果不是直接接在地网上 而是接在铁塔塔体的一角的话 雷电流的分布就大不一样了 原本通过铁塔塔体 建筑物柱子钢筋流入大地的25ka 每塔体的雷电流 就分为两过渠道 雷电流一是通过建筑物柱子钢筋流入大地 二是由雷电电磁场在馈线不超过1ka感应电流加上由塔体 塔角分流到馈线 设备外壳 接地线流入大地的雷电流 变为数千安 甚至10ka以上 即增加了雷电流流入基站机房的渠道与量级 江门基站主要是铁塔建在机房上面的机房 在防雷接地改造中 将接在铁塔角的馈线接地线改为了直接接入地网的方式 10 spd的分类及功能要求10 1浪涌保护器浪涌保护器 surgeprotectivedevices简称spd 在通信局 站 是用于各类通信系统对各种雷电电流 操作过电压等进行保护的器件 spd可以分为 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spdvoltagelimitingtypespd安装在防雷区建筑物内的spd 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 9 2在通信局 站 不允许使用的spd类型10 2 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 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浪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 不造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及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不可能出现的 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 10 2 2c级防雷模块并联的大通流量防雷器不能使用标准表中还提及了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 动作电压低的链路首先动作 引起弱点击穿 造成该链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 超过了阈值就无法谈可靠性了 另外 就是在通流容量40ka以下 从实际应用情况看 仍有较多的国内外公司的模块式spd的过流 过热保护是不可靠的 造成了不少设备损坏和机房燃烧事故 而用 c级防雷模块 并联组合而成的b级防雷器 由于其内部用于组合的防雷模块存在特性各异 均流失调等情况 极易造成其过流 过热保护功能配合紊乱 最终发生失效短路事故 综上所述 对非线性器件进行并联组合 一定要建立在严格的专业测量 试验 筛选 匹配和检验等技术基础之上 若不具备这类技术手段 而是采用简单的并联组合 非但不能明显提高通流容量 而且会带来燃烧等问题 因此第一级大通流容量的防雷箱采用 c级防雷模块 并联组装制作是不科学的 10 3sdp的功能要求电源spd模块及避雷箱的功能既满足了spd一般性能的需要 又考虑了环境集中监控对spd性能监控的要求 电源用spd应符合下列要求 10 3 1工程选用限压型spd时 必须考虑通信局 站 供电电源的不稳定等因素 对spd的标称导通电压 标称放电电流 冲击通流容量 限制电压 残压等参数 应根据工程的具体情况进行选择 10 3 2通信局 站 采用的电源用第一级模块式spd 应具有以下功能 1 spd模块损坏告警 2 遥信 3 spd劣化指示 4 热容和过流保护 5 雷电记数 10 3 3通信局 站 采用的电源用第一级箱式spd 应根据通信局 站 的具体情况选择 且具有以下功能 1 spd劣化指示 2 spd损坏告警 3 热容和过流保护 4 保险跳闸告警 5 遥信 6 雷电记数 11各类通信局站供电方式的要求通信局 站 的供电方式应采用tn系统 tn系统可以分为tn s系统 字母s的含义是pe线和n线一般在中性点接地后 配电单独设立不再接触 图1 tn c s系统 字母c的含义是电源至建筑物的一段线路中pe线和n线 中性线 是合为一根pen线的 字母s的含义是pen线进入建筑物后即分为pe线和n线并不再接触 图2 tn c系统 字母c的含义是电源中pe线和n线自始至终合用一根pen线 图3 通信