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1、移动基站防雷与接地,山东兆宇电子技术有限公司,一、前言 二、国内外同类技术分析 三、中国移动基站防雷现状 四、移动基站的过电压 五、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 六、中压配电及低压供电系统的接地方式 七、过电压耦合机制及防护原理 八、移动基站的接地及等电位连接 九、移动基站的雷害原因及解决决策 十、移动基站供电系统防雷的几个典型问题,目录,前言,防雷接地是保障人身安全、通信设备安全可靠运行的重要技术措施之一。随着移动网域的不断扩大及通信设备的高度集成化，移动通信基站的防雷问题也越来越严峻。近年来通信技术是日新月异，但相应的防雷、防护技术及相应的标准却没有及时完善和补充。通信运营商，一直高度重
2、视移动基站的防雷接地问题，投入大量财力、人力和物力进行地网改造和加装防雷器等工作，取得了一定效果，但总体上不很理想。,在扩网及改造的过程中，陆续出现一些新问题：（1）部分高山及砂石土质站地阻始终降不下来；（2）部分基站投入巨大，虽然使地阻降了下来，也采取了相关的防雷措施，但雷害依旧；（3）装了SPD但被保护设备还是被打坏。,国内外同类技术分析,1、IEC（国际电工委员会）：IEC系列作为电工类基础标准，非常重视防雷工作，IEC有5个分委会,包括TC37、TC64、TC81、TC28、TC77，负责防雷标准的起草和制定，现共有各类防雷标准200多个。作为基础性标准，国际电工委员会（IEC）的上述
3、各标准为信息技术设备及系统的雷电防护提供了技术依据，是其他各专业组织及各国相关标准的基础。但由于其涉及面宽（适用于包括通信系统在内的所有信息系统），因此也存在针对性不强的缺点。而国际电信联盟（ITU）的相关建议则主要针对通信系统，具有较强的针对性，因此我国通信行业在采标方面，主要引用ITU的相关建议。,2、ITU（国际电信联盟）：对于通信系统雷电防护而言，对应的ITU标准为ITU-T K系列建议，主要建议为K.11、K.20、K.21、K.40、K.44、K.45、K.56、K.57、K.27、K.31、K.35、K.39，ITU-T接地与连接手册等。其中2003年7月颁布的K.56无线基站防
4、雷则主要针对无线基站的防雷。K.56基于对无线基站损坏频率的分析，提出了无线基站设备的防雷措施。大致思路如下：首先，默认无线基站的接地系统满足ITU-T K系列相关标准的要求。其次，确定无线基站允许的损坏频率（Ft）。最后，根据无线基站内设备、线缆以及天线塔等的物理结构及走线情况等，分别计算在不同防雷区中线缆和设备产生的过电压大小，从而确定所需的防雷措施。,令人遗憾的是，K.56也存在一些缺陷：首先，建议所基于的无线基站模型过于理想，与我国的实际情况间有较大差异，难以直接应用。其次，该建议提出的保护措施与具体基站内设备及线缆布局等物理结构直接相关，而且计算过于复杂，实用性不强，在工程实践中难以
5、具体操作。但建议中强调系统防护、分级防护以及等电位连接等思路无疑为无线基站的防雷与接地提供了明确的技术指引。ITU系列标准一般都基于欧洲式的、理想化的基站模型，其基站建设、布线等都非常规范，与我国的实际情况不符。,3、国内：国内的大部分标准是等同采用IEC，并没有结合国内的实际情况进行转化。而通信行业的标准是在参考ITU的基础上，结合其它相关标准制定而成，是较为完善的，但由于国内通信行业的发展过于迅速，所以现行标准亦不能满足实际的需要。主要表现在：其一、现行标准片面强调接地电阻的重要性，而没有从系统防雷的角度，对各种影响加以综合考虑；其二、现行标准规定的连接结构难以满足基站系统的防雷要求；最后
6、，在防雷器的选择、应用方面，现行标准没有进行详细规定。,移动基站防雷现状,1、复杂的基站环境 a.由于移动通信网络不断延伸和完善，基站所处地理环境也越加恶劣。信号覆盖由城市向农村的延伸、由平原向山区的延伸、由综合机楼向简易机房、直放站等的转变，使得基站因雷击造成的设备损坏和影响越来越严重，且防雷问题也越来越难解决。b.机房类型较多，很难进行归一化防护设计，致使防雷效果不明显。现存的移动基站的机房类型繁多，包括自建框架结构机房、自建一体化简易机房、租赁办公大楼机房、租赁民用房屋机房、直放站等，由于机房的多样性，使得机房结构及外部连接环境均不相同，很难用既有的模式直接套用，致使防雷效果大打折扣。,
7、c.由于基站大部分都建有铁塔，而铁塔又会引雷，使得基站遭受雷击的概率增加，而基站内的设备及线路所感应的雷电强度也会加大，致使雷害事故居高不下。d.给移动基站供电的电力系统是基于传统的民用设施建设的，其防护能力及防护配置明显不足，致使基站自身的防护压力加大。e.由于基站信号覆盖的需要，基站一般都在较高的山头。增大了信号传输和供电的难度，使得基站的防雷问题越来越复杂。如长距离架空供电的问题、电网不稳的问题、供电系统的接地问题等，都为解决基站的防雷增大了难度。,2、严重的雷灾现状 以某省移动公司为例，对2000年以来的基站雷害情况进行了初步统计。从下表可以看出：大部分地区的雷害情况相当严重。,3、雷
8、害损坏设备以电源系统为主 通过对雷害设备种类进行了统计，可以看出电源部分损坏次数最多：电源类占88%（变压器、高低压避雷器、交流配电箱、电缆、稳压器、整流模块、空调主板、照明系统等），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）。,4、满足现有规范的接地措施不能解决基站雷害问题 通地对某移动所属基站的地网情况和第一级电源防雷器安装情况进行了统计，现归纳如表1.3.5.1所示。可以看出：单纯依靠改造地网、加装防雷器的措施，不能很好地解决基站雷害问题。表1.3.5.1 某地移动基站雷害中有地网改造、一级防雷器的数量,过电压的类型,移动基站的过电压 移
9、动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：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。,直击雷过电压,感应雷过电压,地电位抬高(用8/20s波形模拟),线路来波(用8/20s波形模拟),电磁感应雷过电压(用8/
10、20s波形模拟),静电感应雷过电压(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,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,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
11、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。,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,移动基站低压供电系统需
12、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,设备绝缘耐受水平与雷电保护水平,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
13、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
14、.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,B,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，其最大通流容量优先值为：8/20s 5KA,10KA,精细保护,中压配电及低压供电系统的接地方式,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
15、的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。TT系统：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
16、源,TNCS系统,L1,L2,L3,N,外露可导电部分,电源,电源端接地点,TT系统,L1,L2,L3,外露可导电部分,电源,电源端接地点,IT系统,过电压耦合机制及防护原理,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/electro
17、magnetic 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H0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
18、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,移动基站的接地及等电位连接,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
19、围的大地流散时，土壤呈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。
20、,冲击电流通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，接地
21、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,信号接地 在数字通信中，对接地电阻值没有特殊要求。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
22、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。,B、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
23、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。,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
24、宽至10。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
25、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。,3 等电位连接方法,四、地网优化,1 移动基站的地网现状 根据YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范的要求，基站的接地电阻应小于5，且要求将工作地、保护地和防雷地三地合一，即采用联合地网。,2 地网面积与工频接地电阻 表1R为5时大地电阻率与地网大小的关系 由表1可见，在高土壤电阻率的山区，基站地网的接地电阻要控制在5或10是难以实现的。,3 基站引外接地的
26、极限长度 基站设在高电阻率的山上，如附近有可资利用的导电良好的土壤及低电阻率的地层和水源（河流及其它）时，采用引外接作为基站本身均压网或辐射型接地装置的辅助措施是合理的，但要注意引外接地的极限长度。表2 土壤电阻率不同时,引外接地的极限长度,(.m),4 地网的冲击效应 雷电流是个冲击波，而且具有非常大的电流值，由于雷电流幅度很大，在接地体附近形成的电场强度超过了土壤的冲击击穿强度而产生电弧式火花放电，结果相当于增加了接地体的尺寸，改善了接触电阻。表3列出了土壤电阻率=2502000.m,地网面积A=1006400m2时冲击等值半径与接地网面积的等值半径的变化规律。从冲击等值半径与接地网面积的
27、等值半径变化规律可以看出，基站接地网的大小应控制在（20m）2=400m2 左右，这时地网在雷击时冲击等值半径利用率较高,超过400m2其改善效果就不太明显了。,表3 在不同土壤电阻率条件下，冲击半径与接地网等值半径的利用率百分比,rch,移动基站的雷害原因及解决对策,一、基站经常遭雷击损坏设备的原因与分析,据信息产业部邮电设计院对某省的防雷事故统计得出：电源类损坏占80%以上（包括变压器、高低压避雷器、防雷箱、电缆、配电箱、稳压器、整流模块、空调主板、照明系统），信号类占10%（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），其他类占10%。,高压避雷器被雷击损
28、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,二、配电变压器中压侧避雷器损坏原因分析及对策,损坏原因：传统高压避雷器未充分考虑移动基站的恶劣运行环境，其通流指标一般为8/20us、5kA15次，40us 65kA一次（且国内多数产品仍未达到该水平）；高压线距离铁塔较近，当铁塔遭雷击时，会在高压线上感应到较强的雷电流；高压避雷器的由于本身质量问题发生损坏。,解决对策：避雷器应采用合格的、能耐受重负荷的且标称放电电流大于10kA的交流无间隙氧化锌避雷器（重负荷避雷器）；将高压电缆埋地或增加避雷线的方式改造；不用假劣产品，尽量选择经测试合格的产品。,三、配电变压器损坏原
29、因分析及对策,损坏原因：高压侧避雷器本身质量原因，残压过高；感应雷击电流过大，引起的残压过高；接地引线过长；低压侧未安装避雷器。,对策：选择合格的非伪劣假冒的氧化锌避雷器；选择能耐受重负荷的高压避雷器，凄残压更低；改进接线的方式，尽可能缩短高压避雷器的连接线及接地线，同时适当增加等电位线；在低压侧加装避雷器。,在配电变压器低压侧没有加装低压避雷器,如果只有高压侧装设避雷器（如图一所示），还不能使配电变压器免除雷害事故，这是由于雷击高压线路中，避雷器动作后的雷电流将在接地电阻上产生电压降。这一电压降将作用到配电变压器低压侧中性点上，而此时低压绕组出线相当于通过线路波阻抗接地，故将在低压绕组上产生
30、电流，通过电磁耦合在高压侧感应出电势。由于高压绕组出线段的电位被避雷器固定，所以这个高电位将沿高压绕组分布，在低压侧中性点上达到最大值，可能使低压侧中性点附近绝缘损坏。由高压侧遭雷击，避雷器动作，静电感应于低压绕组的电压通过电磁耦合又变换到高压侧。如低压侧线路遭受雷击，作用在低压侧的冲击电压按变比感应至高压侧，由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，故有可能在高压侧引起先击穿。,图一,四、高低压电缆被击穿损坏原因分析,原因：电缆进出口处未加装避雷器；铠装层的两端未能可靠接地；传送距离过长，且未加装避雷线，导致感应的雷击能量较强。,对策：在电缆的进出口处加装高性能避雷器；将铠装层的两端可靠接地；增加避雷线
31、，或采用铠装埋地的方式改造。,五、计量箱雷击损坏原因分析,原因：电源线上感应的雷击能量过大；未加任何保护措施。布线环过大.,对策：计量箱进出电源线采用金属管屏蔽方式；加装C级防雷保护器；优化布线方式。,六、光缆经馈线入口进入机房沿走线架布放或光缆加强芯接地未处理好,在现场勘察发现，有些基站的光缆加强芯固定端有明显的打火痕迹，由于其也是架空引入机房，原理同架空明线，会在加强芯上感应较大的雷击电流；当沿走线架布放时，过高的雷电压会在周围馈线、信号线、电源线上形成感应，引起设备故障。,光缆的解决对策,（1）使用无金属光缆对进入机房的光缆，从末端接头盒至机房的一段光缆改用无金属光缆，但对鼠害严重的地区
32、慎用。（2）普通光缆架空进入机房a）将光数混合架或光纤终端盒尽量设置在光缆进口处。b）对光缆金属加强芯的接地安装应作妥善处理。光缆安装时，应将光缆加强芯和光缆终端盒内专用的加强芯接地母排妥善连接，同时将加强芯接地母排直接与室外馈线接地排相连，布放的接地线宜不小于35mm2，且宜短、直。若与馈线接地排距离较长（大于2m），也可与室内接地汇集线就近连接。此外，加强芯专用接地母排应与光缆终端盒体和机架内金属物进行电气隔离对于新建基站，宜在光数混合架下方专设接地母排，用于光缆加强芯的接地，该接地母排应就近与地网相连。,七、电源避雷器（B级）损坏原因分析,产品本身质量较差；入室电源线由于架空或铠装层未可
33、靠接地引起的感应过电压较高；对SPD的脉冲寿命认识不足。,一级防雷箱损坏的解决对策,选择通过权威公正的防雷性能实验室测试通过的产品；入机房的电缆采用屏蔽措施；根据现场情况适当增加雷电通流容量。,八、基站内设备损坏原因分析,基站设备的接地线采用大星型接地机房整体没有屏蔽措施，机房内导线（电源线或信号线）也均未采用屏蔽措施走线架上电源线、地线和信号线混合布放，互相形成干扰接地参考点设置不合理，未考虑各防雷设备就近入地的影响许多信号端口未加任何防护措施,基站内设备损坏解决对策,设置接地汇集线，材料采用303紫铜或404热镀锌扁钢，根据需要沿走线架布放，同时应将机房内设备的接地线就近接入接地汇集线；交
34、流电源线、直流电源线、射频线、地线、传输电缆、控制线等应分开敷设，严禁互相交叉、缠绕或捆扎在同一线束内；同时，所有的接地线缆应避免与电源线、光缆等其他线缆近距离并排敷设；在相应的信号端口加装信号防雷器，防止因端口间电位不相等引起的电位反击。,移动基站供电系统防雷的几个典型问题,电源用SPD的雷电流水平,电源用SPD的作用是进行电源的雷电过电压保护，所以雷电流水平是选用电源SPD的最为重要的依据，它决定了SPD需要耐受的雷电能量水平。雷电流水平包括两重意思，雷电流的波形与幅值。,电流波形,由于通信局站电源SPD是安装在局站建筑物内部，该SPD不会遭受直击雷，所以不能简单的照搬或套用IEC6131
35、2中给出的直击雷电流波形（10/350S），而应该采用IEC61643中给出的感应雷电流波形（8/20S）；,通过低压供电线路引入机房电源口的线路来波，由于低压供电线路绝缘水平较低，其绝缘子的干闪络电压一般低于20KV，最高为35KV，绝缘子铁脚接地，接地电阻一般为30欧姆。当线路上不管是直接雷击还是感应原因具有超过绝缘子的干闪络电压时，低压供电线路中的绝缘子就会对地闪络放电，将雷电对大地泄放，从而降低了系统的雷电过电压水平。从这个角度来看，从低压供电线路上进入到电源设备的雷电过电压水平不会很高，以接地电阻为30欧姆计算雷电流幅值小于1200A；以接地电阻最小为一欧姆计算雷电流幅值最大35KA
36、。以上的估算没有考虑引下线分布电感的因素，实际上分布电感的影响很大，所以实际的电流值会更小。换句话说，直击雷不可能通过低压供电线路引入，所以应采用IEC61643中给出的感应雷电流波形（8/20S）。,从雷电流分流的角度来看，对用于内部雷电防护的设备采用10/350S波形也不合适。因为90%以上的直击雷都是负极性雷，应该采用IEC推荐的2.6/40S的波形来模拟。从全球电力系统的几十年运行经验看，采用2.6/40S更合理。由于2.6/40S与8/20S的半波长时间只差一半，而电源口的线路来波及感应雷能量通常大于雷电流分流能量，所以对用于内部雷电防护的设备采用8/20S波形更合理。而10/350
37、S波形则更适合用于直击雷防护的接闪器、引下线等。,从地电位反击的角度看，由于机房内部不会遭受直击雷，所以机房内部设备雷电泄放引起的地电位反击应该用描述感应雷电流的8/20S 波形。综上所述，对用于内部雷电防护的电源用SPD，应该采用IEC给出的感应雷电流波形（8/20S）进行考核和评价。,电流幅值,通信局站电源可能的雷电流幅值 由于低压供电线路上的感应雷电流幅值和着雷点雷电流幅值、离着雷点的距离、屏蔽程度等因素有关，而我国幅员辽阔，各地气候、地理差异很大，所以不同情况的通信局站其电源口可能的雷电流幅值相差很远。为了降低防护成本并便于操作，可分类进行讨论。,对雷暴日小于70的地区，地处闹市区、公
38、共建筑物及专用机房内，且按照信息产业部标准YD5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范规定电力线采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入，电力电缆金属护套或钢管两端就近可靠接地的通信局站，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20S）在10KA以下，极少超过20KA。对雷暴日小于70的地区，地处城郊、民房、水塘边及城市孤立高层建筑物楼顶的机房，且按照信息产业部标准YD5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范规定电力线采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入，电力电缆金属护套或钢管两端就近可靠接地的通信局站，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20S）在
39、15KA以下，极少超过30KA。对雷暴日大于70的地区的的机房，地处高山、丘陵、农民房的的机房，电源线采用架空引入的机房，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20S）在20KA以下，极少超过40KA。,SPD的脉冲寿命等降额特性,对用于电源雷电过电压保护为目的的电源SPD而言，其脉冲寿命是极其重要的。脉冲寿命等降额曲线反映了冲击电流的峰值、半峰值时间和冲击作用次数对防雷器脉冲寿命影响的关系。从SPD的脉冲寿命等降额特性曲线可以清楚看到：随着半峰值时间的延长，SPD的最大通流容量迅速下级；随着冲击电流的峰值下降，SPD的耐冲击作用次数急剧上升。,脉冲寿命,通信局站电源SPD的最大通流容量,SP
40、D的最大通流容量是指SPD在通过一次8/20S标准冲击电流后不击穿、不闪络、不发生实质性破坏的最大电流值。对通信局站电源SPD而言，不可能在其设计技术寿命期限内，只耐受一次雷电过电压。所以绝对不能将通信局站电源可能的雷电流幅值定为该局站电源SPD的最大通流容量。,通常SPD的最大通流容量是按照如下程序确定的,A、了解该通信局站的雷电环境，即了解该地区的雷暴日、地形、建筑物高度、低压供电线路屏蔽的程度等，估算出该通信局站低压供电线路每年可能出现的雷电流幅值及次数；B、了解该通信局站的设计技术寿命，估算出该通信局站低压供电线路在其设计技术寿命期限内可能出现的雷电流幅值及次数；C、用估算出该通信局站
41、低压供电线路在其设计技术寿命期限内可能出现的雷电流幅值及次数按照SPD的脉冲寿命等降额特性曲线估算出所需配置的SPD的最大通流容量；D、考虑其它环境加严条件，残压水平等因素进行验算，在留有适当安全裕度的基础上最后确定所需配置的SPD的最大通流容量；,如对一城市型基站，估算出该通信局站低压供电线路每年可能出现的10KA以下的雷电流小于3次数；该通信局站的设计技术寿命为20年，在其设计技术寿命期限内可能出现的10KA以下的雷电流小于60次；从SPD的脉冲寿命等降额特性曲线估算出所需配置的SPD的最大通流容量为60KA；验算残压水平等皆满足，考虑20年内可能出现的20KA的雷电流小于5次，在留有适当
42、安全裕度的基础上最后确定所需配置的SPD的最大通流容量为60KA。,关于电源用SPD的残压水平,SPD的残压水平是衡量SPD保护水平的最主要指标。但对于被保护设备而言，施加在设备上的残压是指SPD自身的保护水平与连接引线上电压降的总和，而这个电压总和应能满足被保护设备的绝缘耐受水平。,波形系数,设备的过电压类别是指在1、2/50S标准冲击电压下设备的冲击电压耐受能力，而电源用SPD的残压水平是在规定幅值的8/20S标准感应雷电流下测量的SPD电压，两者不能直接比较。通常取1.31.4的波形系数,即用SPD残压值的1.31.4倍和设备的冲击电压耐受水平比较。,动作电压,SPD的残压水平和SPD的
43、动作电压是直接相关的。电源用SPD的动作电压则是由低压供电系统的额定电压、接地方式、电网品质以及SPD采用的器件长期荷电寿命等因素所决定的。如果为了盲目追求低残压而随意降低SPD的动作电压，只会导致SPD频繁故障。这已被前几年通信电源SPD大量故障所证明。,关于电源用SPD的起火与解决方法,开关型防雷器的起火原因：开关型SPD的起火原因非常简单，下图是典型的接地方式的基站低压供电系统开关型SPD接线示意图：,正常情况下，开关型SPD将相线对地隔离，并无任何危险。但当系统中的雷电过电压或较高的操作过电压超过开关型SPD的动作电压时，开关型SPD将对地发生电弧性放电。如果该开关型SPD灭弧特性很好
44、，过电压过后开关型SPD就会遮断工频续流；如果该开关型SPD的灭弧特性并不很好或由于多次放电其灭弧特性蜕化，该开关型SPD就无法遮断工频续流，导致低压供电系统对地的电弧性短路，从而引起火灾。,限压型SPD的起火原因,下图是典型的接地方式的基站低压供电系统限压型SPD接线示意图：,对A、B、C每相对地的SPD皆有如下等效电路：,当SPD由于各种原因失效后，由于回路阻抗大，短路保护装置无法动作，导致带有限流电阻的电弧放电现象出现，从而就会使SPD起火，甚至导致机箱、机柜、机房火灾。,解决方案,采用“3+1”电路对TT系统，采用“3+1”电路，即用3个ZnO压敏电阻模块分别接在A/N、B/N、C/N
45、间，用一个放电间隙模块接在N/PE间，如下图：,采用这种电路后，ZNO压敏模块皆置于L/N间，一旦出现短路失效，由于回路电阻小（低压供电系统L/N间短路电流一般为数千安培），过流保护装置就会动作，从而避免火灾。这种电路中虽然也有一个气体放电元件，但由于加在N/PE间，所以不存在动作分散性问题、灭弧问题、响应速度问题，而且可以实现全模式保护，适应各种接地方式，是目前世界上一种流行的解决方案。,B、对防雷单元进行过热过流保护由于防雷器件的短路失效现象只有热击穿或电击穿，所以通过对防雷元件进行过热过流保护，就可以实现故障脱离，防止防雷元件的短路起火问题，但此项技术原理简单而真正实现有效保护的技术难度
46、很大，目前为止只有极少数厂家能提供进行有效过热过流保护的电源用SPD产品。,C、将TT系统改为TN系统，降低回路电阻采用这一方法，工程投资很大，且牵涉行业太多，目前很难实现。但对有专用配电变压器的通信局站采用此方法，难度并不很大，所以很有实际意义。,移动通信基站综合防雷工程,工程内容,外部防雷 内部工程改造优化接地方式,一、外部防雷,优化避雷针 雷电的感应破坏力来自雷电的瞬间脉冲，抑制雷电流的陡度，降低雷电的幅值就可以减少雷击时电磁场的强度，电磁场的强度得到消弱，线路以及设备的感应过电压就降低，,工程改造,1、电力线路的铠装地埋引入 不小于30米2、设置馈线室外地排，做好三点接地，接地线直接引入机房地网3、机房地网、变压器地网、铁塔地网联合接地改造4、室内设置均压环、不少于两个接地点或设子地排5、交流 直流防雷设备加装6、光纤加强筋单独地排、利用35线缆直接引入接地排7、馈线室内防雷与接地改造8、综合布线、三线分离,三、地网优化,塔下房塔边防 环形地网或延伸地网，满足雷电的泄放要求，不大于30米为宜,塔边房,塔下房,塔中房,基站内防雷整改系统配置图示,谢谢大家,
