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1、通信网络防雷技术与安全,王世超2008年 3月 7日,中国铁通河南分公司网运部,目 录,一、雷电综述,二、通信系统的防雷,三、防雷系统的检查与检测,一、雷电综述,1、引言2、雷电的产生及其特征3、雷电侵入的途径4、雷电综合防护,引言,雷电现象是自然界中一种瞬间放电现象，同时伴随有雷声，具有高电流、高电压、变化快、放电时间短、辐射强等特征。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每天约发生800万次雷电，有史以来，雷电便以极大的破坏力造成建筑物倒塌、起火和人员伤亡。,随着科技的发展，信息技术已渗透到了人类社会生产和生活的各个领域。特别是微电子技术的发展，先进的计算机信
2、息系统、通信网络等已广泛应用到各个领域。而微电子设备的高度集成化、低电压、小电流的特点，又带来了绝缘强度低、耐过压过流能力差的致命弱点。当雷击时，即使几公里外的高空雷闪都能对微电子设备产生影响。空间磁感应强度达到0.07GS时，计算机会发生误动作，磁感应强度达到2.4GS时，计算机会发生永久性损坏。可以说微电子设备的智能化水平越高，耐恶劣环境的能力越差。雷电对微电子设备的破坏而造成的损失，已远远超过雷击造成的人员伤亡、雷电火灾等造成的损失，已成为信息时代的一大公害,一、雷电综述,1、引言2、雷电的产生及其特征3、雷电侵入的途径4、雷电综合防护,雷电的产生,雷电是一种大气中放电现象，产生于积雨中
3、，积雨云在形成过程中，一些云团带正电荷，一些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25-30KV/cm)，开始游离放电，我们称之为 先导放电。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时(地面上的建筑物，架空输电线等)，便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流(一般为几十千安至几百千安)，并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成雷电。,放电类型多数的雷击放电是发生在云层内部或两个云层之间.负闪击 云/地(90)负闪
4、击 地/云正闪击 云/地正闪击 地/云,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,电场,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,典型分布：正电荷位于云的上部，负电荷在云的下部。,接近地面的部分带上正电荷。,雷电的特征,雷电分类:直击雷(直接雷击)感应雷(感应雷击),直接雷击:雷击直接击在物体上，产生电效应、热效应和机械力,称之为直接雷击。感应雷击:雷电放电时，在附近导体上产生的静电效应和电磁感应，可能使金属部件之间产生火花，称之为感应雷击。,直击雷波形与感应雷波形的区别,直击雷电流脉冲波形,10/350 s感应浪涌电流波形,8/20 s,直击雷,感应雷
5、,一、雷电综述,1、引言2、雷电的产生及其特征3、雷电侵入的途径4、雷电综合防护介绍,雷电入侵的途径,避雷针电源线、信号线、天馈线地电位反击,雷电入侵的途径,避雷针 传统避雷针的副作用产生二次感应雷击效应，雷电电流经过避雷针导地时感应到室内的传输线上,对设备造成损坏。,雷电入侵的途径,电源线、信号线或天馈线 通过电源线、信号线或天馈线引入感应雷击，通过电感性耦合（磁感应）耦合到各类传输线而破坏设备。电源线引入感应，雷电频谱在几十MHZ以下频域，主要能量集中分布在工频附近。因此，雷电与市电相耦合的概率很高。信号线引入雷击，为了扩大信号覆盖范围，就要尽可能地增加天线架设高度。这样，在提高信号覆盖范
6、围的同时，也增加了铁塔引雷的概率。当铁塔上的避雷针引雷入地产生二次雷击效应时，顺塔而下的天馈线首当其冲。一旦二次雷击效应以信号方式进入馈线时，收发信号设备端口损坏也就在所难免。,雷电入侵的途径,地电位反击 地点位反击引入感应雷击，通过阻性耦合方式会产生高达6000伏的瞬间电压经数据线、中线及地线破坏设备。,雷电侵入设备机房的途径,网络数据线路在远端遭受直接雷击或LEMP，沿网络线路进入设备；有线通讯线路在远端遭受直接雷击或LEMP，沿通讯线路进入设备；建筑物内部的各种线路，雷击电磁脉冲辐射，进入设备；电源供电线路在远端遭受直接雷击或LEMP，沿供电线路进入设备；地电压过高，反击进入设备；天线遭
7、受直接雷击或接收LEMP；避雷针引下线，在避雷针接闪泄放雷电流时，产生的雷击电磁脉冲辐射；临近建筑物或附近地面、树木等遭受雷击，同时带来LEMP和附近地面的跨步电压（地电压反击）；90%的闪电发生在云对云之间，可以产生几百千安培的电流和极强的LEMP。,一、雷电综述,1、引言2、雷电的产生及其特征3、雷电侵入的途径4、雷电综合防护,雷电的综合防护,雷电引起的冲击过电压和电流已成为造成电子设备损坏和工作中断的主要因素之一。因此，对雷击的防护，尤其是感应雷击的防护，已经成为通信、电力、铁路、银行（计算机网络）等行业重点关注和防范的课题。,雷电防护是一项综合性的系统工程，所采取的技术措施也是多方面的
8、。任何单一的防护措施，其效果都是有限的。综合防雷系统应包括直击雷防护（外部防护系统）和感应雷的防护（内部防护系统）。,直击雷防护是保护建筑物本身不受雷电损害，以及减弱雷击时巨大的雷电流沿着建筑物泄入大地时对建筑物内部空间产生的各种影响。直击雷防护主要采用独立针(矮小建(构)筑物)。建筑物防直击雷措施应采用避雷针、带、网、引下线、均压环、等电位、接地体。,感应雷的防护是对雷云发生自闪、云际闪、云地闪时，对进入建筑物的各类金属管、线上所产生雷电脉冲进行限制，从而保护建筑物内人员及各种电气设备的安全。采取的措施应根据各种设备的具体情况，除要有良好的接地和布线系统、安全距离外，还要按供电线路，电源线、
9、信号线、通信线、馈线的情况安装相应避雷器以及采取屏蔽措施。,现代防雷技术强调“整体防护、综合治理、层层设防”。在防雷工程设计时应将外部防护和内部防护有机地结合起来，贯彻整体防御思想，综合运用分流(泄流)、均压（等电位）、屏蔽、接地和保护（箝位）等各项技术，构成一个完整的防护体系，才能取得明显的效果。综合防雷系统主要应从以下几个要素着手。,分流（泄流）：在大楼顶部安装接闪器，让雷电按指定的路径泄放入地。避免大楼直接接受雷电流而受损。均压（等电位）：防止相邻金属导体及不同地网之间产生电位差，采用等电位连接和共用接地等措施。屏蔽：利用建筑物的钢筋混凝土墙体、人工屏蔽网和各种设备自身的金属屏蔽层以及屏
10、蔽电缆，衰减雷击电磁脉冲对设备的危害。接地：接地是分流和泄放直击雷和雷击电磁脉冲干扰能量的最有效的手段之一，也是等电位连接的基础。保护（箝位）：是在电源线、信号线、接地等过电压可能侵入的所在端口，装设必要的电涌保护器，将侵入设备系统的冲击过电压限制到设备能承受的冲击过电压水平之内。,分区防雷的基本思想是在过电压到达终端设备造成损害之前，逐级地减少它至无害的水平。为了达到这个目的，IEC根据雷击电磁脉冲的严重程度将建筑物内、外电磁环境划分为不同等级的雷电保护区（LPZ）。,分区防雷,1、IEC 的防雷分区：LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2.2、IEC 的防雷分区通俗说明：LPZ0A-天
11、空、没有避雷针保护的大楼外部、上面没有顶棚等覆盖物的地面.等等雷电可能会直接击中的的空间。如大楼顶部避雷针保护范围之外的空间。LPZ0B-没有避雷针保护的非屏蔽大楼内部、有避雷针保护的大楼天台受保护部分、避雷线下的电缆等等雷电不易直接击中的LEMP没有衰减空间。如大楼顶部避雷针保护范围之内的空间和没有屏蔽的大楼内部或有屏蔽大楼内部的窗口附近。LPZ1-雷电不易直接击中，但LEMP因屏蔽而衰减的空间。如上述屏蔽大楼内部（不包含窗口附近）。LPZ2-在LPZ1区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽大楼的另外设立的屏蔽网络中心。LPZ3-在LPZ2区内，再次屏蔽的空间。如上述屏蔽网络中心内的机器金属外壳内
12、部，或接地机柜内部。,防雷保护分区的定义,防雷保护区的概念,防雷的分级保护IEC 61312定义的防雷的保护分区，根据保护分区的要求，需要在每个分区的交界处，安装相对应的防雷器，在LPZ0B区与LPZ1区的交界处安装B级（即第一级）防雷器，在LPZ1区与LPZ2区的交界处安装C级（即第二级）防雷器，在LPZ2区内的设备前端安装D级（即第三级）防雷器。其工作原理为利用分级的防雷器，层层泄放雷电感应的能量，逐级减低浪涌电压，从而保护用户端设备。,防雷保护分区概念,区=雷电保护分区,根据VDE 0675对B、C、D三级防雷器保护水平的要求防雷器 保护水平 防雷器安装等级B级电源防雷器 4KV IC级
13、电源防雷器 2.5KV IID级电源防雷器 1.5KV III,目 录,一、雷电综述,二、通信系统的防雷,三、防雷系统的检查与检测,通信系统防雷,通信系统的雷电防护的主要立足点是分流和均压分流就是让雷电电流在机房外通过各种途径入地，尽量不进入或少进入机房；均压就是尽量保持各个设备间的等电位，保持电源地、保护地、防雷地的等电位,通信系统防雷,电源防雷信号系统防雷等电位连接金属屏蔽与重要接地,电源系统的防雷,弱电设备由于其运行电压低(几伏或十几伏)，电流小(毫安级),频率高.其防御电源线路的过电压能力，大大低于电力设备和电力线路.一般都是采用截断感应源、重点保护的策略,使瞬间过电压、电流被抑制到设
14、备能够承受的安全状态。,电源系统的防雷,A、第一级（B级）防雷 在变压器低压电源输出端（即机房市电输入总配电箱处）安装三相电源SPD，最大通流容量50KA（10/350s），保护水平小于4KV。B、第二級（C級）防雷 在机房三相交流电源输入端安装一套三相电源SPD，标称放电电流为40KA，最大放电电流为80KA，电压保护水平为小于2.5KV。C、第三級（D級）防雷 在机房重要设备（如：程控交换机、服务器、收发接受器等）电源输入端安装单相电源SPD，标称放电电流为20KA，最大放电电流为40KA，电压保护水平小于1.8KV。,信号线路的防雷 LEMP通过静电感应，高电位反击，直击等方式窜入外接信
15、号线，再进入设备，造成接口和设备损坏。因为信息线路又多又长，易于感应，一般都采用屏蔽、接地、安装防雷器的保护措施。,等电位连接 机房内所有设备的金属外壳必须就近接入附近的接地系统上。同时将设备的保护地、电源PE线、防静电地板支架、电源与网络线的屏蔽槽、门、窗、天花吊顶、交换机柜、电源防雷器、信号防雷器、地线等就近接于等电位连接环形母排上，接地线采用6-10平方多股铜线，使机房所有设备形成一个等电位系统。从而实现全面等电位，消灭雷电反击现象，保护工作人员安全。,屏蔽处理 雷电电磁脉冲影响设备主要是以场和路的形式藕合，减少电磁干扰的基本措施是屏蔽，为了减少雷电感应效应，应当联合采用外部屏蔽、线路敷
16、设于屏蔽槽内等措施,利用金属屏蔽体吸收或反射以衰减电磁干扰和过电压能量。（1）、对线路屏蔽敷设，采用50*50*0.5的白铁皮线槽沿线路架设,将信号线缆放入线槽中加以保护.并将线槽的两端与接地网引上线连接牢固.从而得以良好接地;这样可使雷击电磁脉冲在线路上产生的高频干扰电压降低2个数量级。（2）、对机房墙体的屏蔽处理，一般采用金属编织网格遮罩接地或用铝合金塑胶板装饰接地的方法进行保护，同时要求工艺美观，金属编织网格或铝合金塑胶板与接地装置之间不应少于4处可靠连接。,目 录,一、雷电综述,二、通信系统的防雷,三、防雷系统的检查与检测,通信系统的防雷检查,通信系统的防雷越来越受到广泛重视，尤其是近
17、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，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。信部科（2006）719号文件关于落实通信局（站）在用防雷系统安全检查责任的通知（豫通局20073号）信部科（2007）371号文件关于做好2007年通信网络防雷安全检查工作的通知(豫通局200749号文）河南省通信管理局2007年度安全检查,在用防雷系统的安全检查内容,1、对每个在用防雷系统进行自查，要有检查记录。自查发现的问题及时整改。2、统计本单位雷电灾害，分析灾害事故原因3、在用防雷系统的检测情况,自检自查,1、接地系统组成方式2、
18、接地电阻值以及比对每年同样季节所测接地电阻值的变化情况3、SPD选用类型4、SPD保护等级与匹配问题5、SPD功能检查6、接地线径检查7、接地线连接方式检查8、接地线长度是否符合要求9、各种测试记录的完整性和连续性10、历年遭受雷击的统计及防御措施11、接地网图的完整性,2007年通信局（站）雷电灾害事故年度报表,在用防雷系统检测,通信网在用防雷系统安全检测必须是由国家计量认证的并具有专业能力的检测机构承担 信息产业部北京电话交换设备质检中心 信息产业部通信产品防雷性能质检中心 信息产业部通信产品防护性能质检中心,对在用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/T1429-2
19、006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。,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。,防雷系统的抽检,通信局（站）类型：A：综合通信大楼、交换局、模块局、卫星地球站、数据中心B：微波站C：移动通信基站、接入网站D：固定无线基站、VAST接
20、收站、局域网站,抽查实施办法（1）各通信管理局负责组织对电信网上使用的防雷系统进行抽样检查；通信管理局责成电信运营企业选择部授权的防雷质检中心进行检测。（2）电信运营企业应按照信息产业部文件的相关规定配合做好通信局站防雷系统抽查工作，保存抽查检测报告3年，对抽查检验出现的问题及时整改，并将检测结果和整改情况向当地通信管理局汇报。（3）信息产业部授权的防雷质检中心负责具体的抽样及检测工作，并对抽查的通信局（站）检验结果出具检验报告，对检测不合格项，检测机构提出整改建议附在检验报告后面。检验机构要将检验结果统计报当地通信管理局。（4），通信管理局责成电信运营商进行整改，并将抽查整改情况汇总统一报信
21、息产业部科技司。（5）经信息产业部授权的通信防雷质检机构，应本着科学、公正和客观的精神开展好检测工作。对于掩盖事实、弄虚作假和违规检测的行为，取消检验资格并承担相应的法律责任。,检测收费,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
22、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
23、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
24、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。,防雷检测的监管,信部科（2006）719号文关于落实通信局（站）在用防雷系统安全检查责任的通知规定：省通信管理局具体负责本省通信网在用防雷系统进行安全监督检查.通信管理局责成电信运营商选择部授权的防雷质健中心进行检测。,谢谢大家！,
