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防雷基础知识,课程编号：HD-PK-004 编写部门：工程中心业务管理部 发布时间：2004-07-01,雷电知识简介 雷电防护的基本原则 通信局站的防雷接地 通信设备雷电防护基本措施 常见问题,目 录,雷电知识简介,雷电的产生 防雷区的划分 雷电参数简介 雷电过电压的产生及其危害,雷电的产生及部分统计特性,1、产生 形成雷云 云中电荷分布不均匀,2、部分统计特性 多数雷电放电发生在云内，少数发生在雷云与大地之间 90左右的雷是负极性,雷电知识简介,雷电的产生 防雷区的划分 雷电参数简介 雷电过电压的产生及其危害,雷电保护区域划分示意图,防雷区的概念,将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间 不同的电磁环境，同时指明各区交界处的等电位联结点的位置。 LPZ0A：本区内各物体可能遭受直接雷击,电磁场没有衰减； LPZ0B：本区内各物体不可能遭受直接雷击,电磁场没有衰减； LPZ1：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有可能衰减； LPZ2：后续防雷区，电磁场有进一步的减小。 一个被保护的区域，从电磁兼容的观点来看，由外到内可分 为几级保护区，最外层是0级，是直接雷击区域，危险性最高； 越往里，则危险程度越低。,雷电知识简介,雷电的产生 防雷区的划分 雷电参数简介 雷电过电压的产生及其危害,雷电参数简介雷暴日,表征雷电活动的频率：年平均雷暴日 北回归线以南的大部分地区，平均雷暴日数一般在80以上； 北回归线到长江一带约为4080之间； 长江以北的大部分地区（包括东北）多在2040之间； 西北地区的大部分地方在20以下； 西藏雅鲁藏布江一带约为5080。 少雷区：我国把年平均雷暴日不超过25天的区域 中雷区：年平均雷暴日在2540天的区域 多雷区：年平均雷暴日在4090天的区域 强雷区：年平均雷暴日在90天的区域以上。,雷电参数简介雷电流波形,t,I(%),100,10,50,T,1,I,peak,记为T1/T2 如8/20us,T,2,T1：波头时间 T2：半峰值时间 Ip： 峰值电流 主要雷电测试波形：8/20us、10/350us（电流波）；10/700us、1.2/50us（电压波）等。,雷电参数简介雷电波频谱分析,通过对雷电波的频谱分析可知： 1.雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富； 2.雷电的能量主要集中在低频部分，约90以上的雷电能量分布在频率为10kHz以下。这说明了在信息系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90以上，这对防雷工程具有重要的指导意义。,雷电知识简介,雷电的产生 防雷区的划分 雷电参数简介 雷电过电压的产生及其危害,雷电过电压的产生,直击雷 感应雷 线路来波 地电位反击,其中，直击雷的防护主要是建筑防雷应完成的任务，感应雷、线路来波、地电位反击是需要通信设备防雷需要认真考虑的因素。,直击雷（一）,雷电过电压的产生,直击雷（二） 高电位引入 大电流引入,天馈线,雷电过电压的产生,设备间互连的信号电缆,雷电过电压的产生,设备间互连信号电缆,雷电过电压的产生,雷电侵入波,低压电力线,雷电过电压的产生,地电位反击,接地体1,接地体2,电缆,设备,设备,雷电过电压的产生,机房内设备之间的地电位差,雷电过电压的产生,电磁污染、电磁干扰 设备损坏、系统崩溃,雷电过电压造成的后果,雷电知识简介 雷电防护的基本原则 通信局站的防雷接地 通信设备雷电防护基本措施 常见问题,目 录,系统防护原则 多级防护原则 概率防护原则,通信设备雷电防护的基本原则,建筑物的直击雷防护,系统防护措施,概率防护原则,1、雷电放电本身就有一定的随机性，雷电参数有一定的统计性质 2、防雷装置不能阻止雷闪的形成（IEC61024第一句） 3、防雷器件不能完全抑制所有过电压和过电流 4、对于发生概率很小的高水平浪涌其防护的费用急剧上升,电源系统多级保护方案 IIV级保护,多级防护原则,雷电知识简介 雷电防护的基本原则 通信局站的防雷接地 通信设备雷电防护基本措施 常见问题,目 录,通信设备雷电防护设计,通信局站的接地系统 低压配电系统简介 局内布线 接地电阻,通信局站地接地系统,接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体。 接地总汇集线：建筑物内各种接地线由此引出。 接地引入线：建筑物内接地总汇集线与接地体之间的连接线。 接地排：从接地总汇集线上接出到建筑物各层或各房间中的接地装置。各种通信设备的接地线一般接到各房间的接地排上。,建筑物的接地系统,通信局站地接地系统,几个常见名词,保护接地：设备金属外壳及其他非正常带电部分的接地。 工作接地：在AC/DC电源内（或配电屏内），输出直流48V总接线排的正极接地。对于24V系统，是直流24V的负极接地。 建筑物的防雷接地：属于接地系统的一部分，用于建筑物的直击雷保护。包括建筑物的避雷针、避雷带、避雷网等结构，以及雷电流引下线。,工作接地,不规范用词：工作地,等电位联结,等电位联结是用联结导体或浪涌保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来导体、电气装置或电信装置等联结起来。 其主要目的是减小需要防雷空间内的各金属部件以及各系统之间的电位差。,等电位联结,等电位联结,对信息系统的外露导电物应建立等电位联结网，它们与建筑物的共用接地系统的等电位联结有以下两个原则方法： S型 星形结构 M型 网状结构 通常，S型等电位联结网用于相对较小或限定于局部的系统。M型等电位联结网用于延伸较大的开环系统。在复杂系统中，两种型式（M型和S型）的优点可组合在一起，形成复杂的联结网结构。,等电位联结,等电位联结,等电位联结,通信局站等电位连接基本要求,通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。这是对通信局站地等电位连接要求。 对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器地网连接成一个统一的地网。,移动站天馈系统外部防雷接地,通信设备雷电防护设计,通信局站的接地系统 低压配电系统简介 局内布线 接地电阻,低压供电系统的接地型式,TN系统（分为TN-S、TN-C、TN-C-S三种） TT系统 IT系统,低压供电系统根据国家的不同有差异。在我国，城市的建筑物内普遍采用TN-S,或TN-C-S，农村和郊区旷野地带较长见TT系统。,型式以拉丁文字作代号，其意义为： 第一个字母表示电源端与地的关系： T（法文Terre）电源端有一点直接接地； I（法文Isoland）电源端所有带电部分不接地或有一点通过阻抗接地。 第二个字母表示电气装置的外露可导电部分与地的关系： T（法文Terre）电气装置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点； N（法文 Neutre）电气装置的外露可导电部分与电源端接地点有直接电气连接。 短横线（）后的字母用来表示中性导体与保护导体的组合情况： S（法文Separateur）中性导体和保护导体是分开的； C（法文Combinaison） 中性导体和保护导体是合一的。,低压供电系统的接地型式,TN-S系统,L,2,L,3,L,1,N,L,PE,电源端接地点,设备,设备,外露可导电部分,TN-C系统,L,2,L,3,L,1,L,PEN,电源端接地点,设备,设备,外露可导电部分,TN-C-S系统,L,2,L,3,L,1,L,PEN,电源端接地点,设备,设备,外露可导电部分,TT系统,L,2,L,3,L,1,L,N,电源端接地点,设备,设备,外露可导电部分,IT系统,L,2,L,3,L,1,L,电源端不接地或通过阻抗接地,设备,设备,外露可导电部分,通信设备雷电防护设计,通信局站的接地系统 低压配电系统简介 局内布线 接地电阻,进入通信局站的低压电力电缆宜埋地引入，宜采用具有金属铠装屏蔽层的电缆（或穿金属管屏蔽）。 屏蔽层两端接地（或金属管两端接地）。电缆埋地长度宜不小于50m。,进局的低压电力电缆,进局信号电缆的正确布放和防雷,信号电缆应埋地进入通信局站。 进入通信局站的信号电缆应采用屏蔽电缆（或穿金属管）。 信号电缆的屏蔽层（或金属管）建议两端接地。 信号电缆进入室内后应在设备的对应接口处加装信号避雷器保护，信号避雷器的保护接地线应尽量短。,信号电缆在通信局站外不应架空布放,正常情况下建筑物内互连的信号线，如果在建筑物外架空走线，由于外部暴露空间对雷电电磁场没有衰减作用，这些信号线在雷击发生时引入的雷击过电压和过电流往往超过设备接口正常设计的防雷保护级别，很容易造成设备遭受雷击损坏。 特别是移动基站到传输设备的E1线。由于不同用户很多情况机房分开建设，E1线在外部暴露空间受到雷电电磁场的严重感应之外，还可能出现不同机房之间的地电位反击问题，所以移动基站到传输设备的E1线架空对于设备防雷而言是极恶劣的一种情况。要尽量加以避免。,进入通信局站的光缆，若光缆中含有金属加强筋，则加强筋在机房内应可靠的连接到机房的保护接地排。 这是由于光纤在外部暴露空间架空走线，光纤加强筋是金属的，可以感应非常高的雷击过电压。如果加强筋没有做接地处理，雷击时加强筋很可能对接地物体发生绝缘击穿，从而产生瞬间高温，严重时可以使光纤融化。,光缆的防雷,通信设备雷电防护设计,通信局站的接地系统 低压配电系统简介 局内布线 接地电阻,接地电阻值,a 综合通信大楼的接地电阻宜不大于1欧姆。 b 交换设备的接地电阻应满足下表的规定。,接入网、传输、宽带接入、数通、多媒体可参考。,c 移动通信基站的接地电阻值应小于5欧姆，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10欧姆。 无线接入基站可参考。,接地电阻值,雷电知识简介 雷电防护的基本原则 通信局站的防雷接地 通信设备雷电防护基本措施 常见问题,目 录,通信设备雷电防护设计,简介 端口防护设计 接地设计,通信设备的防雷设计，主要包括三大方面的内容：端口防雷设计、设备内部系统接地设计，电缆屏蔽设计。 对于绝大多数产品来说，端口防雷设计，以及设备内的系统接地设计最为关键。 从防雷角度，一般仅对室外型设备提出电缆屏蔽设计的要求。,简 介,通信设备雷电防护设计,简介 端口防护设计 接地设计,作用： 1、外部线缆引入设备的过电压，经过防雷器后过电压值被限制到后级接口电路能够承受的范围之内； 2、外部线缆引入设备的过电流，绝大部分被防雷器短路到大地，仅有极少部分的电流泄漏到后级接口电路之中，从而起到保护设备的作用。,定义： 防雷器是通过限制瞬态雷击过电压以及旁路雷击过电流来保护设备的一种保护装置，它包含至少一个非线性元件。,防雷器及其作用,E1防雷器的例子,电源防雷器（SPD）的要求,模块式电源SPD的要求 1、SPD模块损坏声光告警； 2、SPD模块损坏告警上报； 3、SPD模块替换； 4、热容和过流保护；,箱式电源SPD的要求 1、SPD劣化指示； 2、SPD模块损坏声光告警； 3、SPD模块损坏告警上报； 4、热容和过流保护； 5、保险跳闸告警；* 6、雷电计数；*,SPD； Surge Protection Device,信号防雷器,以下场合需要在设备信号端口加装防雷器 a、信号线架空出户； b、建筑物内部，信号走线长度超过50m。 另外，移动基站的信号口、与移动基站的有信号连线的设备端口以加装E1信号防雷器。,电源防雷器的不正确的连接,信号防雷器的不正确接地,正确的防雷器接地,通信设备雷电防护设计,简介 端口防护设计 接地设计,接地线严禁从户外架空引入，必须全程埋地或室内走线。 接地线不宜与信号线平行走线或相互缠绕。 接地线应选用铜芯导线，不得使用铝材。 保护地线应选用黄绿双色相间的塑料绝缘铜芯导线。 保护地线上严禁接头，严禁加装熔断器或开关。 接地端子必须经过防腐、防锈处理，其连接应牢固可靠。 移动通信基站设备到用户接地排的距离不应超过30米，且越短越好。当超过30米时，应要求用户重新就近设置接地排。,基本规则,设备级系统接地设计,a、具有外露金属外壳的设备应做保护接地 这是防止设备产生电击危险而作出的安全规定。通信设备保护接地端子引出的保护接地线应连接到机房的保护接地排上。,b、直流回流导体与保护地在设备内单点短接 接地设计采用直流电源回流导体（-48VRTN/+24VRTN）和保护地在设备内部单点短接的方式，对设备防雷有极大的好处。,c、同一套设备的相邻机柜间保护地应做等电位互连,设备级系统接地设计,d、设备机壳的绝缘 设备放置在机房中，除了有意连接的保护接地线之外，设备的外壳应与机房的地板、墙壁、天花板、走线架绝缘。,设备系统接地设计的例子,雷电知识简介 雷电防护的基本原则 通信局站的防雷接地 通信设备雷电防护基本措施 常见问题,目 录,保护接地线的线径,a、设备额定工作电流,b、防雷,c、抗偶然外力碰触,对接地电阻选取的正确认识,a、接地电阻值和防雷 接地电阻值对设备防雷的影响不大。 b、接地电阻值和安全 接地电阻值的大小对通信局站的安全问题有影响。 c、接地电阻的工程界面问题 应该由电信运营商对通信局站的接地电阻负责。,哪些设备需要做保护接地,机房内具有金属外壳的设备都应该做保护接地。例如，DDF架，虽然是不耗电的设备，其金属外壳也需要保护接地；机房中一些专门放置小型台式设备的金属机架，其架体本身也需要做保护接地。 电视机、显示器等具有加强绝缘塑料外壳的电器，不需要做保护接地。,设备采用单独的通信地,a、首先，信产部的相关规范中规定，通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地应共用一组接地体，即采用联合接地的方式 b、其次，从防雷角度，通信设备的接地必须和建筑物的防雷接地共用一个地网。防止因为地电位反击损坏通信设备。 c、等电位连接措施,接地错误理解,机房内无保护接地排，配电柜48V正极排能否当做保护地排,1、首先应向用户要求提供机房保护接地排。 2、如果用户表示无法提供机房保护接地排，可以考虑将机房AC/DC电源设备的48V正极排当做机房的保护接地排。 2.1、首先要征得用户的同意。也即用户同意将AC/DC电源设备的48V正极排当做机房的保护接地排， 2.2、这样做不能称为复接到工作地线上 2.3、必须保证AC/DC电源设备的电源48V正极排是可靠接地大地的!,接地问题解答,机房无保护接地排，能否通过交流电源的PE接地,a、小型台式终端设备、或低端设备，用户家庭或办公环境，设备功耗很小，采用普通电源软线供电 b、大型柜式局用设备。 功耗大，采用专用电源线供电 c、小型箱式或柜式局用设备。功耗较小，普通电源软线供电 c1、设备可以通过电源软线中的PE线做保护接地。但不推荐这样做。 c2、需要掌握设备的额定电流。 c3、确保用户提供的公网电源插座中的PE端子已经可靠接地。,接地问题解答,交流电源线中保护地和楼内的机房接地排的关系,与直流供电的主设备有信号线连接关系的交流用电终端设备，公司研发体系一直支持终端设备的保护接地线断开与交流电源PE线的连接，连接到机房接地排上，这样做对EMC、防雷、接地可靠性都有好处。 但目前研发体系没有将这个要求变为强制要求，因为接地的本质目的是为了设备和人身的安全保护，从这个角度讲，交流电源线中的PE和大楼内的接地排本质的作用是一致的。,接地问题解答,DDF架的接地,对DDF架接地的要求是： a、DDF架具有金属外壳，所有DDF架的外壳应做保护接地。 b、DDF架不耗电，所以保护接地线的线径要求不高。一般以10平方毫米，或16平方毫米为宜。 c、DDF架要求E1同轴电缆的外皮与金属机壳良好接触，在相关标准中没有提及过这个问题，所以不对这个问题给出要求。,接地问题解答,逆变器已做保护接地，终端设备是否需要保护接地,终端设备不能只利用逆变器电源插座中的接地端做保护接地。终端设备自身还需要引出单独的保护接地线。 逆变器本身不是具有转接接地线功能的设施。一个独立的用电设备，不能够利用另一个不具有转接接地线功能的设备来做保护接地。,接地问题解答,机架的绝缘问题,通信设备除了专门连接的保护接地线之外，通信设备的金属外壳应该与机房内的地面、墙壁、天花板、走线架绝缘 在公司内要求设备金属外壳设计为与机房四周绝缘，不是从安全、防雷、EMC角度提出来的。 在公司内要求设备金属外壳设计为与机房四周绝缘，是从规范符合 度的角度提出来的。 设备除了有意连接的保护接地线之外，设备放置在机房内，不允许因为偶然因素而可能出现另外的接地路径,接地问题解答,谢 谢 ！,