td基站防雷与接地.ppt
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1、TD基站防雷与接地,深圳市盾牌防雷技术有限公司 联系人:凌育华 电话:15255155315,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,目录,随着信息技术系统的不断发展,人们对信息技术系统的过电压防护技术要求越来越高。这主要是因为与传统的电气设备相比,各种以大规模、超大规模集成电路元件为核心的信息技术
2、设备在过电压情况下是非常的脆弱易损。为了确保这些大规模集成电路设备的正常运转,信息技术系统设备的雷电防护问题已显得日益突出。,传统信息技术与现代信息技术特点比较,传统信息技术 模拟技术 抗干扰能力差 分立元件 抗雷电能力强 分离接地,现代信息技术 数字技术+模拟技术 抗干扰能力强 超大规模集成电路 抗雷电能力差 等电位连接,能量耐受密度图,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD
3、基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,伴随着信息技术系统的飞速发展,针对信息技术系统和设备的防雷问题,相关国际标准化组织推出了一系列的有关标准,我国也积极采用相关国际标准。 信息产业部近年来推出了大量采用国际先进标准内容的有关行业技术标准。从2006年10月1日起执行的YD50982005通信局站防雷与接地工程设计规范更是给出了各种详细要求。,TC37 Surge Arresters TC64 electrical installations and Protection against Electric Shock TC81 Lightnin
4、g Protection TC28 Insulation Coordination TC77 Electromagnetic Compatibility,IEC(国际电工委员会)标准,ITU(国际电信联盟)标准 K系列标准,国标及行业标准,YD/T5098-2005通信局(站)防雷与接地工程设计规范 GB50057-94建筑物防雷设计规范 YD/T1235.1-2002通信局站低压配电系统用电涌保护器技术要求 YD/T1235.2-2002通信局站低压配电系统用电涌保护器测试方法,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配
5、电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,基站的过电压 基站内主要包括电源设备、通信设备、计算机设备、远动设备、监控设备等,与这些设备连接的天馈线、电源线、信号线从外部引入,而在天馈线、电源线、信号线系统中,存在以下几种过电压:,雷电过电压 操作过电压 暂时过电压 高电位反击,一、雷电过电压,IEC于1960年在60-2文件中公布的雷电压冲击波形为1.2/50s、感应雷电流冲击波形为8/20s 。,国际公认
6、:应将雷电视为“恒流源”、而不应将其视为“恒压源”,因其产生的根本原因是两种异性电荷的放电、中和。所以以下主要讨论电流波。,直击雷过电流,感应雷过电流,地电位抬高,高电位反击 (用8/20s波形模拟),线路来波 (用8/20s波形模拟),电磁感应雷过电流(用8/20s波形模拟),静电感应雷过电流(用8/20s波形模拟),正极性波(用10/350s波形模拟),负极性波(用2.6/40s波形模拟),对雷电流的模拟波形,雷电流的波头时间与波长时间,波头时间越短陡度越大 波长时间越长能量越大 f/t表示雷电流,1.2/50s 电气电子设备绝缘耐受性能试验用标准雷电过电压波形,雷电过电压波形,100 9
7、0 50 30 0,1,2,50,8/20s 防雷设计和保护装置试验用标准电流脉冲波形,感应雷电流波形,100 90 50 10 0,8,20,雷电过电压-直击雷,由于铁塔高于基站机房,其构成的直击雷防护范围包含住了整个机房,直接雷击不能击中机房 。,雷电过电压-感应雷(静电感应),考虑一条架空线路(供电线或信号线)位于雷击点附近,在负极性雷放电的向导阶段,向导通道中充满了负电荷,他对架空线产生静电感应作用,使架空线上距向导通道附近的部分累积起正电荷;当向导发展到地面以后,主放电开始,向导通道中的负电荷自下而上迅速中和,从而使架空线上原先被束缚的正电荷被迅速释放,形成沿架空线传播的暂态过电压波
8、。,静电感应现象也会在传输线上形成过电压,雷电过电压感应雷(电磁感应),电磁感应形成共模过电压,电磁感应形成差模过电压,二、高电位反击,三、操作过电压 (用2ms或10/1000s冲击电流波模拟),切合电感性负载引起的过电压 开断电容性负载引起的过电压 故障过电压,四、暂时过电压 (工频正弦波),转移过电压 位移过电压 失零过电压 单相搭地故障过电压,移动基站低压供电系统需要注意的几种暂时过电压,位移过电压,移动基站低压供电系统需要注意的几种暂时过电压,失零过电压,转移过电压,单相搭地故障过电压,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护
9、水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,过电压类别设备绝缘水平与雷电保护水平,IEC60664-1 1992低压系统内设备的绝缘配合第一部分“原理、要求和试验”提出了过电压类别(Overvoltage categories)的概念,并已被IEC3644443 1995建筑物的电气装置第四部分“安全防护”第44章“过电压防护”底443节“大气过电压或操作过电压的防护”采用。 过电压类别也称安
10、装类别,是根据安装位置的不同对电气设备最低能够耐受的冲击(1.2/50S冲击电压)过电压水平和电气设备在使用的过程中其可能出现的最大过电压(1.2/50S冲击电压)水平的分类要求。对用于该安装位置的器件,过电压类别是该器件最低必须耐受的1.2/50S冲击电压值。,直接由低压电网供电的设备要采用过电压类别的概念,低压供电系统的过电压类别划分,IV:6KV,用于主配电柜前的建筑物电气装置前端的设备,如电力仪表、初级过电流保护设备和纹波控制设备。 III: 4KV,固定电气设备和其他预计可能用于较高类别的设备,如配电板、断路器、固定装置的缆线系统(包括电缆、母排、边接盒、开关、出口插座)和与固定设备
11、永久相连的电机等其它设备。 II: 2.5KV,连接到建筑物固定电气装置上的设备 ,如家用电器、便携式工具和小负载; I: 1.5KV,连接至具有将瞬态过电压限制至特定水平的措施的电路的设备,如具有过电压保护措施的电子电路。,分级保护,第一级保护,根据局(基)站具体 情况,其最大通流容 量优先值为:8/20s 60KA,80KA,100KA, 120KA,用于从雷电保护区LPZ0B到LPZ1区的用户主配电柜的雷电防护,该类设备的过电压类别为IV级。,第二级保护,根据局(基)站具体 情况,其最大通流容 量优先值为: 8/20s 20KA,40KA,第三级保护,根据局(基)站具体情况,其最大通流容
12、量优先值为: 8/20s 5KA,10KA,精细保护,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,一、中压配电系统的接地方式,A.中性点不接地系统 B.中性点经消弧线圈接地系统 C.中性点经小电阻接地系统,TN系统:电源端有一点直接接地,用电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。 TT系统:
13、电源端有一点直接接地,电气设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。 IT系统:电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地,电气设置的外露可导电部分直接接地。,二、低压供电系统的接地,TN系统,TNS系统:整个系统中性导体和保护导体是分开的。 TNC系统:整个系统的中性导体和保护导体是合一的。 TNCS系统:系统中一部分线路的中性导体和保护导 体是合一的。,L1,L2,L3,PE,N,电源端 接地点,电源,TNS系统,L1,L2,L3,PEN,电源端 接地点,电源,TNC系统,L1,L2,L3,PEN,N,电源端 接地点,PE,电源,TNCS系统,L1,L2,L3,N
14、,外露可导电部分,电源,电源端 接地点,TT系统,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,一、耦合途径,干扰源 传导 近场感应(容性/感性),远场辐射,设备,地电位反击,二、耦合机制 阻性耦合 resistive coupling 阻性直接耦合 线路来波 公共地阻抗耦合地电位差、地电位升 转移
15、阻抗耦合电缆屏蔽层 芯线 容性(电场)耦合 capacitive /electric coupling 感性(磁场)耦合 inductive/magnetic coupling 辐射(电磁)耦合 radiation/electromagnetic coupling,三、防护原理,屏蔽 对电磁场耦合的过电压采用屏蔽的方法消除或减小; 等电位连接 对电路耦合的过电压采用等电位连接的方法消除或减小; 接口保护 对设备的各接口进行防护,来消除或减小引入的过电压; 绝缘配合 将过电压限制在设备的冲击电压耐受水平以下。,3.1 防护原理屏蔽,当有屏蔽时,在隔栅形大空间屏蔽内,即在LPZ1区内的磁场强度从H
16、0减小为 H0为没有屏蔽时区域内某点的磁场强度,H1为采取屏蔽措施后的该点的磁场强度,SF为屏蔽系数(取决于屏蔽材料及其结构)。,等电位连接(静态连接),3.2 防护原理等电位连接,等电位连接缩小了设备间的雷电压差,保护了设备,等电位连接(动态连接),雷电过电压,雷电过电压,3.3 防护原理接口保护,雷电可以从通信设备四个接口影响移动通信基站的正常工作: 1)电源端口; 2)信号端口; 3)馈线端口; 4)接地端口。 接口保护一是要减小端口间地电位差,二是要减小同一接口中线间电位差,3.4 防护原理绝缘配合,目录,一、雷电防护的重要性和必要性 二、相关标准 三、过电压的类型 四、设备绝缘耐受水
17、平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式 六、过电压耦合机制及防护原理 七、基站的接地及等电位连接 八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别 九、TD基站的雷电防护方案 十、基站的雷害原因及解决决策 十一、基站供电系统防雷的几个典型问题,一、接地技术,1 接地和接地的目的 众所周知,电位的高低是相对而言的,工程上常常需要有零电位参考点。接地就是将金属物体或电气回路的某一节点,通过导体与大地相连,使该物体或节点经常保持等电位。 接地主要有以下三方面的目的: 1)安全保护。 2)信号参考。 3)雷电保护。,2 工频接地电阻的物理概念 工频电流从接地体向周围的大地流散时,土壤呈
18、现的电阻称为工频接地电阻,通常简称为接地电阻。接地电阻的数值,等于接地体的电位与通过接地体流入地中的电流的比值。 由高斯定理及欧姆定律的微分形式,可得出在各向同性的大地中: 由上式可以看出: 增大接地网的面积是减小接地电阻的主要因素。,3 冲击接地电阻的物理概念 冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时,不再采用工频接地电阻而应采用冲击接地电阻来表征接地效果。 冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时,接地体冲击电压幅值与冲击电流幅值之比冲击接地电阻。 由上述定义我们可以看出,冲击接地电阻只是一个人为定义的概念,并无具体的物理意义,因为冲击电压幅值和冲击电流幅值往往并不在同一时间出现。,冲击电流通
19、过接地体散流的情况比较复杂,简单讲它具有以下特性: 1)在冲击电流作用下,除了接地体的电阻和电导外,其电感和电容均 对冲击阻抗发生影响。 2)当接地体表面的电流密度达到某一数值时,会产生火花放电现象, 其结果就相当于加大了接地体的直径。 3)冲击电流在地中流动时,由于高频电流的集肤效应,电流主要集中在距离地面不太深的范围内流动。 4)大地的电气参数土壤电阻率和介电常数,特别是电阻率,在高频情况 下,并非象在工频时那样可近似为常数,而是在一定程度上有随频率 增加而减小的趋势。 5)接地体周围电场强度达到一定数值时,电压和电流不再是线形关 系,而是表现为非线性。,4 安全接地 4.1 如前所述,接
20、地的首要目的是:在系统正常运行以及故障(交流电力故障和直流电力故障)情况下,保证人身和设备的安全,特别是人身的安全。 图1 半球接地体的地中散流及地面电位分布示意图 图2 跨步电压和接触电压的计算,减小电击危险的主要措施,跨步电压的计算公式: 接触电压的计算公式: 由上述公式可以看出,加大地表土壤的电阻率可以增大人脚与土壤间的接触电阻,从而降低跨步电压和接触电压。并可采取如下措施以减小电击危险: 1) 减小接地电阻。 2)增大地表的土壤电阻率 3)减小人体附近地表电位分布的梯度。 4)完善供电系统的故障保护措施,迅速切除接地故障,缩短 电击时间。, 信号接地 在数字通信中,对接地电阻值没有特殊
21、要求。 防雷接地 安全接地与防雷接地相比,有以下特点: 首先,接地的作用不同。一个是侧重于对人身安全的保护。一个是侧重于对设备的保护。 其次,对接地电阻值的要求不同。对于安全接地,要求接地电阻尽可能小。对于防雷接地,一般对接地电阻地要求不高,我国电力行业对防雷接地电阻的要求也不高,一般认为不大于30欧就可以了。但要特别考虑由分布电感引起的地电位抬高问题。,而对于基本绝缘类设备,由于安规要求必须接地,所以不但要解决差模(线间)感应雷过电压的防护问题,而且还要解决共模(线地间)感应雷过电压的防护问题,并且一般而言差模感应雷过电压的幅值远小于共模感应雷过电压的幅值。另外,由于移动通信基站是一个非常复
22、杂的系统,雷电过电压引起的地电位抬高,高电位反击常常是造成设备损坏的主要原因,所以就造成了人们对接地的偏见,认为防雷就必须接地,甚至很多人以为防雷就是接地。 正确的概念是:接地是安全、设备的要求而非防雷的必需,单纯依赖接地是解决不了防雷问题的。,另外,不能简单的认为接地电阻越小,防雷效果就越好 通常接地电阻越小,防雷问题就越容易解决,但防雷效果和接地电阻并无直接关系。这是因为对防雷而言,接地线电感对设备的影响远大于接地电阻对设备的影响。这个原因在于只要按照标准设计和施工,接地电阻上的电压降对整个机房设备都是等电位的,而不会在设备间形成大的电位差,但连接结构引线电感上的电位差却是直接加在设备间的
23、。,正确的概念是:对必须接地的设备,从防雷角度讲,必须进行可靠接地,但地阻值的大小是安规的要求,对防雷效果并无直接影响。对防雷效果影响最大的是基站内系统间的接地连接结构,因此为了保证基站内设备安全,设备间必须进行合理有效的等电位连接。,1、标准对接地电阻值的要求 根据YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范的要求,基站地网的接地电阻值应小于5,对于特殊地区,可放宽至10。而在新的标准YD5098-2005通信局(站)防雷与接地工程设计规范中,对通信基站的接地电阻则无强制要求。 2、接地电阻与雷击事故的关系 日本在70年代,花了三年时间对419个微波站的雷击事故进行了调查研究,其结果表明
24、雷电事故与微波站的接地电阻几乎无关系。 3、在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研究项目调查的过程中也发现,在有雷害的基站中,74%是接地电阻小于 5的。,二、接地电阻,一些国家交换设备允许的接地电阻值(),三、等电位连接,1 现状 机房设备的接地方式一般如图1.1 (右图为等效图)所示,是一种典型的大星形接地方式。 图1.1 机房设备的接地方式,地电位,.,排状接地汇流排,设备,2.2 S型 星型结构,基本的等电位连接网,接至公用接地系统的等电位连接,2.3 星型网状混合型接地,接至共用接电系统的等电位连接,这个电位差,可根据下式算出:U=Ldi/dt+IR 如引线长1m,入
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