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1、移动通信基站综合防雷工程 南京邮电大学 防雷技术研究中心 胡冰,一、移动通信基站综合防雷工程设计理念1、移动通信基站雷电危害源的划分2、IEC的综合防雷系统理念3、移动通信基站防雷综合工程的基本实现理念4、移动通信基站综合防雷设计二、移动通信基站外部雷电防护体系构造和连接1、铁塔：铁塔防雷引下线、铁塔地网2、铁塔地网与机房地网，机房接地引入点3、电力线引入（高压线、变压器地网和低压电源线引入）4、馈线系统5、接地电阻：铁塔防雷引下线的接地电阻和机房地网的接地电阻,讲座内容和顺序,三、移动通信基站内部通信系统防护体系构造和连接1、安全距离：设备安放的位置和安装形式2、防雷分区、多级防护3、室内接
2、地系统设计4、室内接地系统的几个关键连接5、基站内几个关键SPD的使用问题四、移动通信基站内易受损害的系统和设备雷电防护1、移动通信基站变压器的雷电防护2、移动通信基站馈线用塔顶放大器的雷电防护3、移动通信基站开关电源的雷电防护4、移动通信基站监控和空调的雷电防护五、移动基站防雷工程是效率、效益的综合,讲座内容和顺序,1、中国移动通信基站综合防雷工程设计概述,现状：目前雷电的产生学说已成系统，建筑物本身的雷电防护理论也比较完善。随着电子信息和通信系统的迅猛发展，电子信息和通信系统设备的雷电防护护与建筑物外部防护理论迥异，雷电入侵室内设备的一些机理还未明确。特别是雷电流通过接地地网在大地中如何释
3、放的理论体系还未形成，故就目前的科学水平我们无法预测雷电流通过引下装置后在接地网中如何释放。我们在基站中碰到的很多不能解释的设备损坏往往归结为地电位反击！明确移动通信基站内所保护的对象：移动通信系统设备因此，我们以“地”为基础的等电位参考点，以设备为核心构建出以机房、系统、设备多层且结构简单的雷电防护体系！,人类在探索过程中总结出一套对待未知危险的科学态度：远离危险、规避风险结合移动基站的特点我们可将基站中可预知的风险进行归类分解：一类危害源：主要指直接雷击，它包括1、云层中雷电流通过外部防雷接地系统直接入地的途径，如铁塔接地系统、建筑物外部防雷接地系统。这取决于引下线、地网及土壤的导电分布情
4、况。2、雷击架空电力线，多出现在山区，电线杆从山脚架到山顶。二类危害源：室外感应雷击，它包括：1、靠近直击雷电流对地释放途径上的一些设备线路，如天馈线、微波馈线。2、雷电电磁场在架空电源线和光缆金属加强芯感应出的雷电流。三类危害源：靠近机房的雷电流在机房内空间内的电磁场，以及从外部引入线路的雷电流产生的磁场对室内线路和设备二次感应。如雷电通过移动基站的铁塔或雷电流引下系统产生的雷电电磁场在基站内设备和线路中感应出的雷电流，包含电源、信号、接地及设备的内部线路。,1.1 雷电危害基站雷电危害源的划分,1.1 雷电危害危害源,上图是典型移动通信基站之一，从图中可以看出危害性极大的一类、二类危害源可
5、以大致总结为四线一场四线：电力线，传输线（光缆金属加强芯或2M传输线）、馈线（天馈线及微波馈线）、接地引入线。一场：雷电流通过四线和铁塔或引下线对地释放产生的交变电磁场。,1.1 雷电危害源总结,基站综合防雷工程的基本实现理念：远离危险、规避风险1、通过合理的结构设计和工程施工，将基站通信系统的主要设备尽可能的 远离一类危害源。2、通过工程降低一类危害源的危害，并减少危害源。3、对不可避免的二类三类雷电危害源通过构造积极防护体系来缓解危害，如将入侵的雷电流和雷电磁场通过构造多级区间分流和多层空间屏蔽的方式来逐步减弱对设备的危害。4、从机房、系统、设备出发，建立空间层次分明、参考点清晰、可靠的等
6、电位连接系统。移动基站的雷电防护可以用一句话来概括 把握移动通信基站的外部工程特点，通过科学的对通信线路和设备安装位置设计安排和可靠连接，减少雷电入侵设备的途径并降低入侵雷电流至保护对象的设计承受能力。,1.2 基站防雷工程的基本实现理念,1.3 IEC的综合防雷系统理念,依据IEC的综合防护理念，将基站结构进行分解，结合移动通信基站的基本防护实现理念和移动基站的构成特点，构建综合防护体系，包含如下三部分。一、移动通信基站外部雷电防护体系构造和连接二、移动通信基站内部通信系统防护体系构造和连接三、移动通信基站内易受损害的系统和设备雷电防护,1.4 移动通信基站综合防雷设计划分,1.5 移动通信
7、基站系统图,构造移动通信基站外部雷电防护体系主要目的就是对一类雷电危害源的处理和降低二类雷电危害源危害。从前面的基站外部结构图中可以看出，基站外部结构根据危害源可以分成几个关键部分：架空高低压电源线铁塔、机房、变压器地网避雷针引下线馈线和光缆外部雷电防护系统设计即着眼于这几个关键构成部分，做好了外部结构设计并有通畅的对地连接，争取一、二类雷电电流直接按设计的途径从规定的地网中释放，同时将对接在机房地网内设备的风险降低到最小。,2、基站外部雷电防护体系构造和连接,1、铁塔：铁塔避雷针和引下线2、铁塔地网与机房地网，机房接地引入点3、电力线引入（高压线、变压器地网和低压电源线引入）4、馈线系统5、
8、接地电阻：铁塔防雷引下线的接地电阻和机房地网的接地电阻,2.1 室外工程构造的几个关键设计点,1、自建独立机房和大楼上带铁塔：铁塔顶部或天线周围应安装避雷针，使安装在铁塔上的天线在避雷针的保护之下。对于角钢踏避雷针直接塔身，可不安装引下线，对于钢管塔，如果避雷针能与塔身比较好的绝缘的话，应安装引下线，引下线直接接塔基远离机房一侧。2、抱竿或天线支臂：基站天线安装在建筑物房顶时，如天线在建筑物避雷针保护范围，不宜另外架设独立的避雷针。如不在建筑物避雷针保护范围内，应在抱杆（或增高架、铁塔，下同）上安装避雷针，抱杆应与楼顶避雷带或避雷网焊接连通。避雷针的引下线应接到远离机房接地引入点。3、引下线要
9、求：参照GB50057即可。,2.2 铁塔防雷及引下线,基站地网：采用联合接地。联合接地：当直接雷的雷电流通过基站的铁塔入地时，为了减小承载在基站地网上的所有通信设备、设施之间的电位差，将基站范围内的机房地网、铁塔地网地网和变压器地网相互连通形成一个共用地网，并将机房的工作接地、保护接地、机房外部的防雷接地分别接至地网。基站地网按危害划分，铁塔地网和变压器地网都属于一类雷电危害源，机房地网属于室内设备工作接地、保护接地之均压网，没有雷电入侵，故它属于被干扰者。故地网结构设计的关键在于既要做到联合又要做好隔离。,2.3 基站地网及机房接地引入点,1、铁塔地网与机房地网间的结构设计要求主要根据铁塔
10、与机房间关系的不同而不同，详细见地网部分图。但要注意铁塔地网于机房地网连接时，连接处以两处为宜。特别要注意两点：1）机房地网与铁塔地网连接时要避开铁塔或建筑物的引下线。2）机房地网不能与铁塔的塔基相连。2、变压器地网与机房地网间设计要求1）变压器地网如果靠近机房，则与机房连接点以两处为宜，可以在两地网的同一处进行两处连接。2）连接点应避开高压侧的地网,2.3 基站地网及机房接地引入点,3、室内接地排接地线引入点要求1）尽可能从远离铁塔接地网和变压器地网一侧的机房地网引入，要求距离最少大于5米（经验值）。2）为防止扁钢单点引入不牢靠，建议在地网的同一点使用两根扁钢或接地线引入到机房内。3）对于租
11、用民用建筑物，注意要避开建筑物本身的外部防雷网，如果重新改造的地网则可选择从该地网中引出接地端子，并要注意避开新建地网与建筑物地网的引下线入地处。4）不能与室外接地排接同一处，最好要有5米以上的距离（经验值）。4、室外接地排接地线引入点要求1）不要接到铁塔地网。2）接地体应有水平和垂直接地体。3）要做好防腐蚀处理。,2.3 基站地网及机房接地引入点,根据机房的属性特点和铁塔构造特点几种地网结构：1、塔边屋：钢管塔，角钢塔2、塔下屋：角钢塔3、屋顶塔：角钢塔4、租用民用建筑：天线抱杆5、通信大楼或大的商用建筑：图片来源中国移动通信基站防雷与接地技术规范,2.3 地网结构,2.3.1 塔边屋：钢管
12、塔，角钢塔,2.3.2 塔下屋：角钢塔,2.3.3 屋顶塔：角钢塔,要求：1、抱杆应与楼顶避雷带或避雷网焊接连通。2、如果楼顶避雷带或网腐蚀严重，应在楼顶单独敷设避雷带或避雷网，并通过引下线与建筑地网相焊接。3、对于处于商用建筑物侧边的天线支臂，应与大楼的钢筋做好连接，防止雷电侧击。,2.3.4 租用民用建筑：天线抱杆或支臂,2.3.5 租用民用建筑,我国电力线的引入特点：架空明线从线路上降低电力线一类和二类雷电危害风险措施的关键设计1、电力线进入机房方向设计：2、电力线防一类雷电风险3、电力线防二类雷电风险4、当涉及高压时，变压器的雷电防护，详见变压器防雷。,2.4 电力线路上的雷电防护设计
13、,（一）低压电力线引入机房的方向设计塔边屋：低压电力线应从远离铁塔的一侧引入机房塔下屋：从馈线窗的对面引入（二）、电力线一类雷电危害源的防护设计 1、高压线（来源中国移动通信基站防雷与接地技术规范）对于易遭雷击的架空高压线路，宜在其上方架设避雷线，其长度不宜小于500m。电力线应在避雷线的25角保护范围内。避雷线（除终端杆外）应每杆作一次接地。为确保安全，宜在避雷线终端杆的前一杆上，增装一组氧化锌避雷器。若已建的架空高压电力线路防雷改造采用避雷线有困难时，可在架空高压电力线路终端杆、终端杆前第一、第三或第二、第四杆上各设一组氧化锌避雷器，同时在第三或第四杆增设一组高压保险丝。,2.4 电力线路
14、上的雷电防护设计,2、低压线：适用基站类型：经常遭受直击雷侵入或建在山坡或山顶上基站的低压架空电源线。措施：1）应在架空电源线上方1m处同杆架设避雷线，避雷线可以使用8mm以上的钢绞线，其垂度应与电源线一致。避雷线（除终端杆处）应每杆做一次接地，原电杆的绝缘子铁脚等金属不再做接地处理。避雷线与避雷器的接地体宜设计成辐射形或环形2）使用铠装电缆，埋地引入，埋地长度不低于50米（经验值）,2.4 电力线路上的雷电防护设计,（三）、电力线二类雷电危害源的防护设计1、高压线对架空线路感应雷的防护（也包括对直接雷的防护）采取将变压器高压側的三根相线分别就近对地加装氧化锌避雷器，电力变压器的低压側三根相线
15、分别对地加装无间隙氧化锌避雷器，变压器的机壳、低压侧的交流零线，以及与变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近接地。对高压避雷器及变压器频繁受到雷击损坏的基站，可要求电力部门将高压侧的5kA配电避雷器更换为强雷电负载避雷器。,2.4 电力线路上的雷电防护设计,2、低压线：采用电力线地埋方式 无论的云闪还是地闪，都是以高频电磁场的形式出现的，将电力线采用地埋的方式进入机房是降低雷电过电压的有效办法。埋地多长，总之越长越好，最好是全部埋地！YD50982005规定：移动基站的电力电缆应埋地敷设，使用专用变压器时高压电力电缆的埋地长度不宜小于200m。低压电缆进入机房时，其埋地长度不宜小于15m（当
16、高压电力电缆已采用埋地敷设时，低压侧电缆一般不作要求）。低压埋地电缆应选用具有金属铠装层的电力电缆或穿钢管埋地进入机房，电缆金属铠装层和钢管应在两端就近与变压器地网和机房地网连通。（四）对于变压器 的雷电防护详见设备防护部分,2.4 电力线路上的雷电防护设计,1、馈线防雷的关键点：天线与馈线接口处的防水和馈线的接地2、多点接地措施，详见中国移动通信基站防雷与接地技术规范：铁塔上架设的馈线及其它同轴电缆金属外护层应分别在天线处、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，接地连接线应采用截面积不小于10mm2的多股铜线。为便于馈线及其它同轴
17、电缆金属外护层在机房入口处妥善接地，宜在机房入口处设置馈线接地排，馈线接地排应采用截面积不小于40mm4mm的铜排，并采用40mm4mm的热镀锌扁钢或截面积不小于95mm2的多股铜导线就近与机房地网作可靠连接。机房入口处的馈线接地线应接至馈线接地排，馈线接地线的走向应由天线朝机房方向。馈线接地排也可以设置在馈线口的室内侧，但必须确保馈线接地排与包括走线架在内的其它金属体和墙体绝缘，馈线接地排与地网的连接方式不变。,2.5 馈线防雷接地系统,2.5 馈线防雷接地系统系统示意图,3、馈线SPD的使用1）对于处于郊区、山区的基站，由于馈线受到的一类雷电危害风险较大，特别是该基站有BTS载频、天线或合
18、路器等主设备通信单元受到损害时，应该装馈线防雷器，其它在经济条件允许的情况下可选择安装。2）馈线SPD的选择要求，可参考中国移动通信基站防雷与接地技术规范中相关要求。,2.5 馈线防雷接地系统,一、接地电阻的意义：目前我们所测量接地电阻大小的真实含义：在工频或特定频率及一定的测试电压情况下地网的阻抗特性，这个数值表征在特定测试条件下该地网所能涵盖的土壤中的自由电荷数的多少。而实际雷电电流的频带是非常的宽，用工频测出来的接地电阻数值对雷电流的释放而言并无实际意义。国内外的一些统计资料和国内实践都表明基站（包括微波中继站）的接地电阻大小与雷害无明显关联。日本科学家对419个微波中继站经三年雷电损害
19、调查发现，雷电损害仅与雷暴日数、海拔高度呈正相关关系，而与微波站的接地电阻几乎无关。,2.6 接地电阻,二、机房的接地电阻要求：YD 50982005对基站的接地电阻规定：移动通信基站所在地区土壤电阻率低于700m时，基站地网的工频接地电阻宜控制在10之内；当基站的土壤电阻率大于700m时，可不对基站的工频接地电阻予以限制，但此时地网的等效半径应20m，并在地网四角敷设20m30m辐射型水平接地体。,2.6 接地电阻,解决光缆金属加强芯的二类危害源的结构设计1）使用无金属光缆(即全介质自承式架空光缆)对架空进入基站的光缆，从末端接头盒至机房的一段光缆改用无金属光缆，切断雷电感应过电压进入机房的
20、途径，但对鼠害严重的地区慎用。2）光缆埋地进入机房在继续使用普通光缆的情况下，可类似电力线进入机房的处理方法，使用直埋光缆或普通光缆套钢管埋地方式进入机房。,2.7 光缆防雷,3）普通光缆架空方式进入机房时，可采取以下结构设计：a）将光数综合架或光纤终端盒尽量设置在光缆进口处。b）在光数综合架或光纤终端盒中设立光缆金属体专用接地排，要求该接地排与光缆终端盒体和机架内金属框架体进行电气隔离将光缆金属体专用接地排直接与室外馈线接地排相连。c)为降低光缆金属加强芯对室内走线架上电源和信号线的感应，若专用接地排与馈线接地排距离较长，也可与室内接地汇集线就近连接。,2.7 光缆防雷,接地体材料要求：接地
21、体材料应采用热镀锌钢材1）垂直接地体：可采用直径为50mm壁厚3.5mm的钢管或50mm*50mm*5mm的角钢2）水平接地体和接地引入线：可采用40mm*4mm或50mm*5mm的扁钢。3）垂直接地体长度为1.52.5m，垂直接地体间隔为其自身长度的1.52倍。接地体上端距地面不小于0.7m，且应在冻土层之下。4）连接要求：焊接。,2.8 室外工程的关键连接,概述：移动通信基站内部雷电防护结构和连接的目的是为了对不可避免的二类三类雷电危害源通过构造积极防护体系来缓解危害。这涉及到对设备的直接保护，设计基站机房内部防护结构主要根据二类三类雷电危害源来展开。其中有几个关键设计部分：1、空间屏蔽；
22、2、安全距离：设备安放的位置和安装形式；3、防雷分区：通过防雷分区、多级防护的区间构造，对机房内设备进行保护，主要针对机房供电系统和接地系统的综合结构设计；4、室内接地系统设计：如果使用配电柜，适合在走线架上使用铜带；如果使用配电箱，适合使用等电位连接排；5、用于等电位连接的SPD选择应用。,3、移动通信基站内部雷电防护结构和连接,主要是对第三类雷电危害风险的防护，降低雷电电磁场对室内设备的干扰，IEC的防雷分区中的各个分区间的界面主要就是指处于各区间的屏蔽层。以屏蔽层为基础分界构造区域内设备的等电位连接体系，对处于各区域内的设备进行保护。,3.1 空间屏蔽,屏蔽措施可以减少建筑物内部的磁场强
23、度，建筑物结构中的钢筋可以作为屏蔽来使用，方法是把它们连接到等电位连接带上。例如：金属屋顶或屋面。建筑物混凝土中的金属配筋。金属门和金属窗架。金属容器。设备的金属机架。线缆的金属桥架等。由此图可以看出，设备放在什么地方最安全，我们来分析一下：,资料来源：DIN VDE V 0185,Part 4:02/2002,在每一交叉处连接,金属门,在每一金属条上的连接,金属窗架,3.1 空间屏蔽如何设置屏蔽措施,1、安全距离：IEC定义（磁场）设备安放的位置应不小于安全距离要求。2、机房内设备的安全距离。3、设备与一类雷电危害源的距离。4、基站内的监控设备和空调设备的位置摆放。,3.2 室内工程之关键设
24、计点安全距离,主要是供电和接地系统的构造，内容如下：1、基站防雷分区2、防雷分区下的基站供电系统的分级防护1）B类SPD的保护范围；2）开关电源内C类SPD的保护范围；3）设备-48V直流防护。3、机房室内接地系统构造关键点在于B类SPD的参考点的选择,3.3 防雷分区，多级防护的区间构造,B雷击放电器to VDE 0675 Part 6(A1,A2)等级要求 B(4 kV),C过电压保护器（防雷器）to VDE 0675 Part 6(A1,A2)等级要求 C(2.5 kV),D过电压保护器（防雷器）to VDE 0675 Part 6(A1,A2)等级要求 D(1.5 kV),IEC 62
25、305-1关于防雷保护分区的定义,3.3.1 基站防雷分区之理论依据,概念1：对雷电流的泄放根据IEC61312相关规定，保护建筑物内信息系统不受雷电流冲击的核心理念是：“防雷分区，逐级泄放“。,0B区,0A区,1区,2区,3区,概念2：设备保护保护设备免受雷电破坏的核心思想就是等电位连接。等电位连接的目的是减小防雷保护区内金属构件和系统之间的电位差。将危险的电位差降低至设备的耐压水平范围之内。但等电位连接点的位置要根据防雷分区来确定。,3.3.2 防雷分区之设备防雷的核心理念(两个概念）,根据防雷区的划分原则，基站机房内的防雷区可这样划分：机房内的空间为LPZ1区，设备机架内为LPZ2区。机
26、房的墙体（包括金属门窗）为LPZ0B与LPZ1区的界面，设备机架的金属外壳为LPZ1与LPZ2区的界面，鉴于基站内设有走线架（槽）等金属构件，为增强对雷电电磁波的屏蔽效果，避免直接雷侵害，可将其作为LPZ1与LPZ2区的界面处理。在对经过科学的结构设计后仍然面临的二类和一类雷电危害风险，危害源主要是入户的电源线和接地线，将主要采用构造防雷分区，逐级释放入侵雷电流。可以选择使用B类SPD作为两者间的带电金属的等电位连接。减小由外部线缆引入的雷电过电压和地电位反击在机房内所有外露金属体上（保护接地系统）的电位差。,3.3.3 基站防雷分区,3.3.4 基站防雷分区下的配电系统结构层次,1、使用落地
27、安装的交流配电屏（图）,3.4 室内接地系统设计,上图特点：1、配电情况：使用落地安装的交流配电柜；2、B级防雷器的安装位置放在交流屏的总空开后，由于基站通常使用上走线，要求防雷器尽可能在交流配电柜中靠上安装；3、在馈线窗的走线架的另一侧。,3.4 室内接地系统设计,2、挂墙安装的交流配电箱（图）,3.4 室内接地系统设计,3、挂墙安装的防雷箱,3.4 室内接地系统设计,1、B类SPD的连接L2的选择：要求于1米，并中间最好没有断点。2、光缆加强芯的连接：要求连接到室外接地排，并与机房内设备隔离。3、可以讨论的问题 天馈线的室内连接（见天馈线部分）,3.4 室内接地系统设计之关键连接,1、B类
28、SPD的选用2、C类SPD的选用3、馈线系统SPD的选用4、通信传输线SPD的选用,3.5 用于等电位连接的SPD选择应用,防雷分区、逐级释放雷电流的主要目的在于将能够到达设备的雷电风险降到最低。通过前面的一些措施仍然是不够的需要对设备进行精细级保护，如何实现？主要将是通过对相对独立的功能设备根据受到雷电入侵风险和损坏数据统计情况进行有针对性的防护：1、开关电源2、监控系统和空调3、传输和BTS主设备4、室外设备：变压器,4、设备精细保护,1、存在问题及现状a)目前主要依据标准目前变压器的防雷在高压侧主要是电力公司，主要依据标准有DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合推荐的防
29、雷措施。在配电变压器高压侧装设避雷器。及根据SDJ779电力设备过电压保护设计技术规程规定：“配电变压器的高压侧一般应采用避雷器保护，避雷器的接地线和变压器低压侧的中性点以及变压器的金属外壳三点应连接在一起接地。”其做法比较简单，特别是地网设置不能满足实际需要。b)变压器的损坏现状：1）中性点绝缘容易击穿。2）发生层间和匝间绝缘击穿 3）高压绕组上的层间绝缘被击穿4）高压避雷器被击毁,4.1 中国移动通信基站综合防雷工程设计之配电变压器防雷,究其主要原因，乃是雷电波侵入配电变压器高压侧绕组所引起的正、逆变换过电压造成的。正、逆变换过电压产生的机理如下：1、正变换过电压产生机理所谓正变换过电压，
30、即当雷电波由低压线路侵入时，配电变压器低压绕组就有冲击电流通过，这个冲击电流同样按匝数比在高压绕组上产生感应电动势，使高压侧中性点电位大大提高，它们层间和匝间的梯度电压也相应增加。这种由于低压进波在高压侧产生感应过电压的过程，称为正变换。2、逆变换过电压产生机理首先由高压进波引起的过电压，由低压电磁感应至高压绕组的过程，通常称之为逆变换。结果是中性点幅值最大、中性点绝缘容易击穿。同时，层间和匝间的电位梯度也相应增大，可能导致其他部位发生层间和匝间绝缘击穿。,4.1.1 破坏机理,4.1.2 变压器防雷与接地示意图,1）、变压器地网设计2）、配电变压器高压侧装设避雷器3）、变压器低压侧装防雷设备
31、,4.1.3 变压器防雷措施,在配电变压器高压侧装设避雷器。根据SDJ779电力设备过电压保护设计技术规程规定：配电变压器的高压侧一般应采用避雷器保护，避雷器的接地线和变压器低压侧的中性点以及变压器的金属外壳三点应连接在一起接地。这也是部颁DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合推荐的防雷措施。然而，大量研究和运行经验均表明，仅在高压侧采用避雷器保护时，在雷电波作用下仍有损坏现象。,4.1.3.1 配电变压器高压侧装设避雷器,在配电变压器低压侧加装普通阀型避雷器或金属氧化物避雷器。这种保护方式的接线为：变压器高、低避雷器的接地线、低压侧中性点及变压器金属外壳四点连接在一起接地(
32、或称三点共一体)。运行经验和试验研究表明，对绝缘良好的配电变压器，仅在高压侧装设避雷器时，仍有发生由于正、逆变换过电压造成的雷害事故。这是因为高压侧装设的避雷器对于正变换或逆变换过电压都是无能为力的。正、逆变换过电压作用下的层间梯度，与变压器的匝数成正比，与绕组的分布有关，绕组的首端、中部和末端均有可能破坏，但以末端较危险。低压侧加装避雷器可以将正、逆变换过电压限制在一定范围之内。,4.1.3.2 变压器内部低压侧装防雷设备,通过以上分析，可以看出，各种防雷保护措施各有其特点，各地应根据雷暴日雷电活动强度来合理选择适当的防雷保护措施。(1)在平原等少雷区，配电变压器年损坏率较低，可只采用配电变
33、压器高压侧装设避雷器的方式。(2)在一般雷电日地区，推荐采用配电变压器高、低压侧均装设避雷器的方式。(3)在多雷区，单独采用某一种防雷保护措施往往不能奏效，宜采用综合防雷保护措施，即高压侧装设避雷器单独接地，低压侧避雷器、低压侧中性点及变压器金属外壳连接在一起的分开就近接地。(4)在重雷区，特别是配电变压器年损坏率较高的地区，采用综合防雷保护措施仍未收到较好的防雷效果后，应根据技术经济比较，在配电变压器铁心上加装平衡绕组(即采用新型防雷避雷器)，或在配电变压器内部安装金属氧化物避雷器。,4.1.4 配电变压器防雷保护措施应用,1、开关电源易产生损坏的部位 a)整流模块 b)监控模块（RS232
34、/422/485通信端口）c)开关电源内的C类SPD（可以写C类SPD选择要求）2、开关结构,4.2 开关电源防雷,1、整流模块2、监控模块3、C类SPD的使用4、直流侧的雷电防护,4.2.1 开关电源构成和被危害原因,1）、开关电源内交流输入C类SPD几个关键参数的选择 通流能力残压特性及最大持续工作电压 N-PE间模块要求 类型选择 2）、开关电源内交流输入C类SPD与整流模块内保护装置的配合3）、安全性能要求,4.2.2 C类SPD的使用问题,残压特性是电源避雷器的最重要特性，残压越低，保护效果就越好。根据IEC60664-1 1992低压系统内设备的绝缘配合中对处于不同安装位置的电气设
35、备的过电压类别（IV III II I）划分，从开关电源的位置而言它属于III类，其耐受能力要求为4KV，但开关电源内含有整流模块、直流输出、监控系统等属于II类设备，其耐受能力要求为2.5KV，考虑到雷电流在SPD连接线和接线端子上的压降及要有冗余，故通常要求开关电源内C类SPD的最大残压即SPD的电压保护水平Up要小于2KV。考虑到我国电网电压普遍不稳定、波动范围大的实际情况，在尽量选择残压较低的电源避雷器的同时，还必须考虑避雷器有足够高的最大连续工作电压。如果最大连续工作电压偏低，则易造成避雷器发热自毁。通常交流输入端使用的C类SPD的最大连续工作电压要求为385V。,4.2.2 C类S
36、PD的使用问题残压特性及最大持续工作电压,不论通过哪种方式入侵的雷电流最终是要入地的，通常SPD共模保护方式特点在于处于相线、零线间的SPD直接将雷电流对地释放，而使用3+1模式（如图），雷电流先将L-N间击穿，然后通过N-PE间的SPD模块入地，所以理论上3+1类型保护模式下的N-PE间模块要承受的雷电流至少是L-N上的模块上雷电流的3倍。SPD的使用寿命跟雷电流的大小和冲击的次数密切相关，同等条件下的3+1模式中N-PE模块使用寿命是远低于其它模块，故在N-PE间是不能使用与L-N同样的限压型模块。如果L-N间选Imax 40KA Uc 385V的限压型模块，那是否可以考虑在N-PE间使用
37、Uc 385V同电压等级的大通流量的限压型SPD，如100KA（8/20），由于当出现电力故障如零点漂移或某一相零故障，由于N线上没有过流保护，所以在出现这类故障时应该是L-N间的模块先动作或L-N间的电流使SPD前级过流保护装置动作，而在N-PE间不能有产生危害的电流，这就要求N-PE间SPD的动作电压应大于L-N间的动作电压，故如果选用限压型SPD模块它应该与L-N间不属于同一电压等级，而至少应大一个等级。通常在没有雷电入侵的情况下N-PE间最好做到没有任何电流。另外从前面雷电引入途径分析可知开关电源存在遭受从基站地网中传导过来类似于直击雷反击的风险，故N-PE间模块的通流量要大而且要考虑
38、直接雷击。目前通常用气体放电间隙作为N-PE模块，在市电正常情况下它没有漏电流，而且放电间隙的动作电压是大于压敏电阻的，当供电系统产生零点漂移或电网故障时也不会有电流。对N-PE的通流能力的选择上，鉴于N-PE上可能承受的雷电流是L-N间40KA（8/20）的3倍达120KA（8/20），但实际情况不可能同时出现这么大的雷电流考虑到经济性和可行性N-PE间可按100KA来防护，通常开关型10/350波形与8/20波形间的换算关系为1：4，如果N-PE按100KA（8/20）的通流能力来看N-PE间模块的通流能力应达到25KA（10/350）。,4.2.2 C类SPD的使用问题N-PE间模块要求
39、,类型选择主要指SPD的保护模式，分共模保护和差模保护。共模保护指所有线路对地进行保护，如相线-地线（L-PE）、零线-地线（N-PE）间的保护；差模保护指相线-零线（L-N）、相线-相线（L-L）间的保护。仅选用L-PE、N-PE的共模保护模式是有缺陷的，会引起很多问题，其原由在于我们国家规定在N线上不能安装空开，当电路出现L-N短路故障或零点产生较大漂移时使N-PE上SPD长时间有大电流通过，加速SPD的老化容易引发SPD烧毁。故对于低压侧除选择共模的保护方式外，还应选择包括差模在内的保护，3+1类型的保护模式则可以很好的解决这类问题，采用“3+1”电路，即用3个ZnO压敏电阻模块分别接在
40、L1、2、3与N线间，用一个放电间隙模块接在N/PE间如图，其优点在于采用这种电路后，限压型SPD模块皆置于L/N间，一旦出现短路失效，由于回路电阻比原来L-PE的方式小了很多（低压供电系统L/N间短路电流一般为数千安培），SPD前面的过流保护装置将更容易动作，从而避免火灾，而且实现了差模保护。另外这种类型SPD有个关键在于其N-PE间的模块（对N-PE模块的要求下面单独说明），它通常为一个间隙型放电元件，由于加在N/PE间，不存在动作分散性问题、灭弧问题、响应速度问题，当L-N间SPD动作后促使N-PE间SPD动作从而实现雷电流L-PE对地释放的共模保护。3+1结构是一种全模式的保护方式，适
41、用于各种接地方式的供电系统，故在开关电源的C类SPD的使用上应采用“3+1”这种全保护类型模式。,4.2.2 C类SPD的使用问题类型选择,必须具有失效分离装置，当SPD在失效时，能自动与电源系统断开，而不影响通信电源系统的正常供电；电源避雷器必须具有阻燃功能，在失效、或自毁时不能起火；应该要有有失效警告指示、并能提供遥测端口功能的电源避雷器，以方便监控、管理和日后维护。,4.2.2 C类SPD的使用问题安全性能要求,C级与整流模块内保护装置D级间的配合问题属于限压型SPD间的配合，根据IEC2006年最新标准62305-4 电子信息系统防雷中附录C中限压型SPD间配合原理：C.3.2方案II
42、所选用的SPD都有连续的伏安特性（例如MOV或抑制二极管）。残压URES从SPD1到SPD4逐步升高(参见图C.11)。这种适用于电源系统的配合方案。注：此方案要求被保护设备内原配置SPD（SPD4）残压高于直接安装在它前面的SPD3的残压。,4.2.3 开关电源内交流输入C类SPD与整流模 块内保护装置的配合安全性能要求,1）、联合接地，单点接到室内接地排，入地网,4.3 存在的几种开关的接地方式,2）工作地和直流地分开，两点接到接地，一点入地网,4.3 存在的几种开关的接地方式,3）三点到接地排，单点到地网,4.3 存在的几种开关的接地方式,4）两点入地网,4.3 存在的几种开关的接地方式,1、要求避免两点接地网，2、开关电源避雷器的连接线：须有足够粗，并尽可能短，以降低线路电感；1）、引线应采用截面积不小于16mm的多股铜导线；2）、如果引线长度超过1.0m时，应加大引线的截面积；3）、引线应紧凑并排或帮扎布放；4）、电源避雷器的接地线应为不小于2535m多股铜导线，接入接地排。,4.4 开关电源防雷建议及连接要求,Fit for the future,OBO-Bettermann感谢您的参与！,
