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1、-高山基站防雷方案-第 17 页高山基站防雷保护技术方案目 录第一章、现场情况分析5第二章、设计依据与防护措施7第三章、设计范围及工程责任分工9第四章、防雷设备的选型和应用原则10第五章、供电系统防雷保护设计方案13第六章、防雷器的安装方式和注意事项18第七章、等电位连接及接地21第八章、地线引入点的选择22附件一: 每个基站需增加防雷器的型号即数量附件二： 相关规范及防雷器选择、计算说明第一章、 现场情况分析保定地区年雷暴日一般在30天左右，而且本次方案涉及改造的基站均处于高山地区,由于客观环境的制约,大部分高山站的电源线路还采用架空电源线直接引入基站的方式,所以高山基站遭到雷击可能性非常大
2、。虽然很多电源设备已经配置了一些防雷器,但只是简单的电源浪涌保护，与国家相关标准存在相当大的差距。为此，在雷雨季节，很容易发生设备被雷击损害的事故，影响通信网络的正常运行。一般来说高山基站的雷击损害原因有以下几个方面：1. 客观因素:由于各基站的地理位置都处于高山上所以遭遇雷击侵袭的概率都比较大,电源线路由于经济投入的因素多采用架空方式引入这更加大了雷击侵袭的概率和强度.2. 直击雷防护:各基站均建有铁塔且利用其做为接闪器和引下线,所以直击雷防护装置相对比较完善,从各一些相关的统计数据来看基站各设备也没有因雷直击损坏的情况,所以此部分是一般是合格的也无需进行改造.3. 电源防雷器的选型:虽然有
3、部分基站已经在基站配电箱处安装了一或两级防雷器,但存在选择的性能参数偏小的情况,比如在高山站即使采用最大通流仅为60KA的限压型防雷器做第一级保护也是远远不够的。有些情况是：虽然在配电箱处就做了两级保护,但两级就是直接并联安装,根本没有距离和参数的配合,所以保护效果也不好.4. 防雷器的安装:有些基站虽然已安装了防雷器,但防雷器安装的位置选择不太恰当,且安装方式不正确造成相线引线和接地线过长从而使防雷保护效果下降的情况也比较多.5. 等电位连接和设备接地:部分设备由于接地不好或者没有接地从而造成损坏,比如据报道有些基站的光端机根本就没有接地从而造成损坏.6. 地网阻值和接地线引入:一般来说，高
4、山基站的地网阻值往往很难做到符合标准要求。此外，接地线引入的位置经常有选择不恰当的情况,比如有的基站接地线是直接从铁塔的脚上直接引入的。7. 天馈线和信号防雷器的使用:一般馈线引下时普遍采用三点接地,所以因从天馈线引入的雷击过电压造成设备损坏的情况相对较少,而且信号线路由于采用光纤线路,只需做好接地工作即可。我们针对这些在高山基站普遍性的问题，有针对性的提出了以下技术方案供用户参考,对于无需改造部分的如直击雷防护,地网建设等就不再详述和考虑.本方案将以高山基站内设备为保护对象，以对从电源线天馈线信号线进入的雷电过电压进行泄放和拦截为手段，并以等电位连接为保证，加上良好的接地和屏蔽措施，从而形成
5、一个多层的完整全面的防护体系为目的。第二章、 设计依据与防护措施1 设计依据l 国标建筑物防雷设计规范GB50057-94（2000年版）l 国标电子计算机机房设计规范GB50174-93l 国标民用电气设计规范JGJ/T16-92l 国标计算机场地安全要求GB9361-88l 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范YD/T5098-2001l 通信局（站）接地设计暂行技术规定YDJ2689l 通信工程电源系统防雷技术规定YD5078-1998l 国际电工委员会 IEC系列标准l 国际电信联盟ITU-T（原CCITT）相关建议及标准l 建设单位提供的资料，及设计人员了解和收集的资料。2. 防护
6、措施概括的说，当今电子设备的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种方法。分流：用避雷针、避雷带和避雷网等将雷电流沿引下线安全地流入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。屏蔽：建筑物内所有的金属导线,包括电力电缆、通信电缆和信号线均采用屏蔽线或穿金属管屏蔽，在基站建设中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使基站形成一个法拉第笼。用以防止外来电磁波（含雷电的电磁波和静电感应）干扰基站内设备。等电位连接：基站内所有金属物体，包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳等金属构件进行电气连接，以均衡电位。接地：在基站各系统中，为保证其稳定可靠的工作、保护计算机通信设备和人身安全，解决
7、环境电磁干扰及静电危害，需要一个良好的接地系统。过电压保护：电子设备的信号线、电源线上安装相应的过电压保护器，利用其非线性效应，将线路上过高的脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。主要的保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、快速箝位二极管等，根据需要进行组合，形成完整的防雷保护器。第三章、 设计范围及工程责任分工本方案十几个高山基站的防雷设计，在本方案中考虑了以下五个方面的内容：1、 基站电源第一级防雷保护。2、 直流48V设备的防雷保护3、 防雷器安装方式和注意事项4、 等电位连接及接地5、 地网引入点的选择。 此外，本设计还负责提出电源避雷器设备的技术性能要求，以及负责所需的防雷设备
8、的选型。我们认为以下两个方面的内容由于已经做的比较完善,所以在本方案就不再单独考虑:1. 直击雷防护2. 基站地网郑重建议:希望用户方在以后的新建基站的电源进线方式选择上,尽量采用埋地电缆方式引入基站,以降低雷击强度和幅值.第四章、 防雷设备的选型和应用原则防雷设备的正确选择和应用，将直接关系到整个系统防雷的质量。如果选择不当，不但难于起到防雷的作用，甚至还会对设备造成不必要的影响，因此，防雷设备的选型和应用将是至关重要。1、 电源避雷器的选择和应用原则考虑到电源负荷电流容量较大，为了安全起见及使用和维护方便，电源系统的多级防雷，原则上均选用并联型电源避雷器。电源避雷器的保护模式有共模和差模两
9、方式。共模保护指相线-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。对于低压侧各级保护，除选择共模的保护方式外，还应尽量选择包括差模在内的保护。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。但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，则易造成避雷器自毁。电源系统低压侧有不同的保护级别，应根据保护级别的不同，选择合适通流容量和电压保护水平的电源避雷器，并保证避雷器有足够的耐雷电冲击能力。原则上，每一级
10、的交流电源之间连接导线超过25m以上，都应做该级相应的保护。电源低压侧保护用的电源避雷器，应该选择有失效警告指示，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。电源避雷器必须具有阻燃功能，在失效、或自毁时不能起火；且必须具有失效分离装置，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。电源避雷器的连接端子，必须至少能适应25mm的导线连接。安装避避雷器时的引线应采用截面积不小于10mm的多股铜导线，建议使用25mm的多股铜导线，并尽可能短（引线长度不宜超过1.0m）。当引线长度超过1.0m时，应加大引线的截面积。引线应紧凑并排或绑扎布放。电源避雷器的接地：接地线
11、应使用不小于1035mm的多股铜导线，并尽可能就近与交流保护地汇流排、或总汇流排、接地网直接可靠连接。根据防雷区的划分和实际情况合理地设计各级电源防雷体系，并选择适当的防雷器。附注：防雷区的划分根据IEC1312-1雷电电磁脉冲的防护标准，计算机系统的防雷保护区分为四个区域，各区交界处应作相应的防雷处理。各区划分如下：LPZ0A区：直击雷作用区，处于建筑物避雷针系统保护区以外的区域，由于本区内所有物体均有可能遭受直接雷击，并可能导走全部雷电流；另外本区能所有物体均处于雷电电磁场最强处，故对于雷电的感应最强。LPZ0B区：感应雷主作用区，处于建筑物避雷针系统保护区内，但未经空间电磁屏蔽，雷电作用
12、电磁场并不衰减，处于此空间的所用可导电物体均可感应较强雷电流的区域。LPZ1区：建筑物屏蔽区，本区内各物体不可能遭受直击雷，流往各导体的雷电流比0B区进一步减小，本区内电磁场也可能会衰减，取决于建筑物的屏蔽措施。LPZ2区：房间屏蔽区，对于计算机主机房所处空间，应采用屏蔽措施，以进一步减小空间电磁场的干扰。当金属导线（电源线、信号线等）穿越不同的保护分区时，因电磁感应的作用，会产生较高的过电压，影响室内设备的安全。因此，需安装相应的过电压保护器，对设备进行保护。在不同的保护分区，所采用的防雷器级别是不同的。同时，需要作相应的等电位处理。 防雷保护分区和防雷器的分级应用如下图所示： 第五章、 供
13、电系统防雷保护设计方案针对高山基站的情况和我们所了解的一些信息,我们提出以下防雷器使用方案，并请参考下图。1）基站电源系统第一级保护2）基站电源系统第二级保护3） 直流负载的防雷保护4） 一二级防雷器间的配合AEC技术原理是在密封的放电间隙基础之上，附加一个起孤电路，这个电路能够感受后级残压，并自主触发一个放电火花起动放电间隙，实现能量转移和降低整体残压。其基本原理如图所示。由AEC技术制造的FLT 35 CTRL系列保护器内部，点火电路的参数选择也使电路受到前后级放电元件的保护，从而保证其能长期稳定而可靠的工作。FLT 35 CTRL系列，首次实现把一、二级保护器动作特点综合起来，系统响应速
14、度最快、残压最低、接线最少。无须外加任何解耦器件，安装不受任何限制，一切变得更加简单方便，便于维护，便于安装。为了选用方便，可以系统的解决办法，由FLT 35 CTRL 和VAL-MS组合成的POWERSET BC/3或/3+1可以方便的直接安装于TN或TT电网之中。POWERSET BC 接线原理和实物图POWERSET BC系列雷击电涌保护器具有以下明显的特点：1. 残压更低(相/零整体效果为0.9KV)。2. 响应更快(整体响应时间25ns)。3.节省了安装空间(这也是在很多欧洲国家，ERICSSON公司能够应用户要求，在电源柜内直接加装POWERSET BC的原因)。4.改善功率因素，
15、提高用电效率。5.减少接线数量，提高安全系数。6.节省安装时间。7.不受解耦器工作电流限制。8.节省解耦器件成本。9.组合方式灵活适用TN-C、TN-S、TT等各种供电方式。10.模块化设计，便于维护。技术参数型号定货号POWERSET BC/3 2858108额定电压UC260VAC额定通流10/350us(L-N每相)35KA保护电平UP(L-N)900V响应时间tA25nsPOWERSET BC/3+12858111额定电压UC260VAC额定通流10/350us(L-N每相)35KA保护电平UP(L-N)900V保护电平UP(L-N)1500V响应时间tA25ns注：具体参数参见200
16、1年增补英文样本。供电系统防雷保护设备选型表型号规格防护级别避雷器的安装位置最大通流容量/每线连接方式备注FLT 35/3+1 CTRL-0.9/I高山站第一级电源防雷保护基站配电箱进线处(380VAC)35KA（10/350s）并联残压900VVAL-230电源第二级防雷保护开关电源输入端（380VAC）40KA（8/20s）并联同类防雷器，已经安装 PHOENIX 直流48V防雷器直流电源防雷保护直流负载前端(48VDC)500A（8/20s）并联第六章、 防雷器的安装方式和注意事项1 防雷器安装位置的选择移动基站所采用的开关电源现已普遍采用C级模块式防雷器作为过电压保护装置，而如果要在基
17、站配电箱处添加PHOENIX公司的采用AEC技术的第一级防雷器就只需要考虑其性能参数，不必考虑与开关电源处的C级防雷器的配合问题。2防雷器安装方式的选择和应用为了确保防雷器的使用效果,我们建议在防雷器安装过程中采用凯文式接线方式,而不是采用直接并联方式,这主要是考虑由于线路电感量所引起的残压的增加。在建筑物防雷设计规范条文说明中就举了这样一个例子，如图1所示。图1在按照图1a的接线中其两端电压UAB 4KV+8.4X1=12.4KV(线路无屏蔽层)和UAB 4KV+2.52X1=6.52KV(线路有屏蔽层)，从中可以看出由于线路的电感引起的残压增加是非常巨大的，所以在安装过程中我们必须严格控制
18、连接线的长度。然而在实际安装中如果采用直接并联的方式连接线长度要想控制比较短是很难做到的。图2图2是一个普通并联式安装防雷箱在现场安装中的实际位置图，大家可以看到相线和零线的长度达到1.5米左右，而地线的连接长度可能达到67米，这样由于线路电感而引起的压降恐怕早已超过防雷器的残压，而设备也是极度的危险隐患中。但是如果用采用凯文式接线方式就可尽量减少这种危险。图3图3是采用凯文式接线的实际接线图。当然这种接线方式施工量是比直接并联的相对要麻烦一些，但相对于能增强基站设备的保护效果，这些工程量也是微不足道的。第七章、 等电位连接及接地基站等电位连接就是把移动基站内、附近的所有金属物以及其它大型埋地
19、金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统的地线，建筑物的接地、设备外壳地，防雷器接地等全部用电气连接的方法连接起来，使整个基站及其内部设备形成一个良好的等电位体，从而避免基站内的设备遭受高电位反击和人被雷击事故。并且，避雷器地需与建筑物地相连，使之成为等电位。从一定意义上说，接地系统等电位连接比地网的地阻更为重要。 实现等电位连接的手段有两个,一个是针对金属线槽、金属管道、天馈线外皮及设备外壳等可以直接接地的线路给予直接接地.另外一个是针对电源相线、信号线芯线等无法直接接地的线路采用通过防雷器间接接地实现等电位连接。一般来说，在基站的等电位连接的工作中主要问题是，部分设备接地不好,或者根本没有接地比如
20、光端机,所以需要把这些设备进行详细的检查,对于接触不好的或者没有接地的设备要实现良好的接地,以确保实现等电位连接。第八章、 地线引入点的选择如果基站的接地阻值5欧姆以下,可以认为地阻符合要求。但对于室内接地汇流排与地网的连接点可能有些基站选择不恰当,比如有的基站的接地线引入是如果直接从铁塔的脚上引入的,这种引入方式有可能直接把经铁塔泄放的雷电流及高电位直接引入基站内部从而造成设备的损坏,所以对于这些基站必须进行整改,以确保设备安全.整改方法为:将原先从铁塔脚下引入的镀锌扁钢在铁塔脚处断开并挖出废弃不用,如不挖出要确保足够距离防止击穿.再从远离铁塔雷击电流泄放点的地网边缘处重新引一条镀锌扁钢至基
21、站地线汇流排处,并与汇流排可靠连接.镀锌扁钢至基站要采用埋地引入方式,并且要做好防腐措施.附件一：需增加防雷器的数量及型号型号规格防护级别避雷器的安装位置最大通流容量/每线数量备注FLT 35/3+1 CTRL-0.9/I高山站第一级电源防雷保护基站配电箱进线处(380VAC)35KA（10/350s）1残压900VVAL-230电源第二级防雷保护开关电源输入端（380VAC）40KA（8/20s）0同类防雷器，已经安装 PHOENIX 直流48V防雷器直流电源防雷保护直流负载前端(48VDC)500A（8/20s）1附件二：相关规范及防雷器选型计算1、国标5005794建筑物防雷设计规范第6
22、 4 7条 在LPZ0A 或LPZ0B 区与LPZ1 区交界处，在从室外引来的线路上安装的 SPD，应选用符合 I级分类试验的产品。peak来选用 SPD。当按上述要求选用配电线路上的SPD 时，其标称放电电流In 不宜小于15kA 。说明 现举一例说明如何在 LPZ0A或 LPZ0B区与 LPZ1区交界处选用所安装的 SPD。一建筑物属于第二类防雷建筑物，从室外引入水管、电力线、信息线。电力线为 TN-C-S，在入口于界面处在电力线路的总配电箱上装设三台 SPD，在此以后改为 TN-S系统。因为是第二类防雷建筑物，按附表6.1 ，雷电流幅值分别为150kA 和37.5kA ，波头时间为10
23、s。首次雷击的雷电流参量 附表6.1雷电流参数防雷建筑物类别一类二类三类I 幅值（ kA ）200150100T 1波头时间（ s）101010T 2半值时间（ s）350350350Q s电荷量（ C）1007550W/R 单位能量（ MJ/ ）105.62.5注： 1. 因为全部电荷量 Qs 的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的电荷量。2.由于单位能量 W/R的本质部分包括在首次雷击中，故所规定的值考虑合并了所有短时间雷击的单位能量。按图上图 得ii1 = 150/2/3 = 25kA 和ii2 = 37.5/2/3 = 6.25kA。每个SPD 通过得电流为
24、iV1 = 25/3=8.3kA 和iV2 = 6.25/3 =2.1kA。所以，选用I 级分类试验的SPD 时，其Ipeak 8.3kA （10/350 s ）。因此我们选择Ipeak 35kA的FLT 35防雷器完全满足高山基站的要求。2、通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范YD/T5098-2001从架空高压电力线终端杆引入通信局（站）的10KV或6.6KV高压电力线，必须更换为铠装电缆，进入通信局（站）配电变压器高压测的铠装电缆宜全程埋地引入；当配电变压器设在通信局（站）建筑物内部时（建在郊区和山区的微波站、移动通信基站的配电变压器，不宜与通信设备设在同一建筑物内），高压铠装电缆应从
25、地下入局，且铠装电缆长度应大于200m,铠装两端应就近接地。在配电变压器、配电室、电力室界面选用电源SPD的工程要求：7无专用配电变压器供电的移动通信基站低压电缆应从共用的配电变压器全程埋地引入机房，且配电屏终端入口处，相应分别对中性线、中性线对地分别加装限压型SPD或者相线分别对中性线加装限压型SPD、中性线对地应采用间隙型组成的SPD。地处中雷区的基站应安装标称放电电流不小于20KA的限压型SPD；地处多雷区、强雷区的基站应安装标称放电电流不小于40KA的限压型SPD。若采用架空电源线引入时，地处中雷区以上的基站，在配电屏终端入口处，应安装冲击通流容量不小于100KA的限压型SPD。对该规
26、范条文的解释：对于应用在移动基站电源第一级防雷保护的B级SPD是选择开关型（表征波形为10/350）还是选择限压型（表征波形为8/20），一直困惑广大着用户，且引起众多生产厂家的争论。从技术原理和实际使用情况来看，二者都可以应用在移动基站的第一级防雷保护上，这是和信产部防雷工程标准YDT5098通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范相一致的，如在其中第条的第四条和第五条，分别规定了在中雷区以上的郊区站和高山上分别可以采用冲击通流容量大于60KA、100KA限压型或标称放电电流不小于15KA、25KA开关型防雷器。虽然标准中给出了两种选择，但因为数字量化造成的感觉，在移动基站实际使用中多数用户选
27、择了限压型防雷器。可是这种情况忽略了一个问题，就是基站的电源进线情况。虽然在信产部标准中规定了直到高山站都可以应用限压型防雷器，但应注意的是：在该标准前面的条款对电源线进入基站的方式以及变压器高低压侧防雷器的安装使用做了严格的规定（详细参见条款）；从一定程度讲，标准中第一级防雷器的推荐参数和结构选择是建立在执行此条款（即电缆埋地进入局站）基础之上的。然而现实中由于客观环境和经济投入等原因，相当数量的基站是采用市电架空直接引入的，这是标准中所不允许的，但又是现实中实际存在的问题。郊区站和高山站普遍存在的，对于这种基站所采用的第一级防雷器该怎样进行选择？如果断章取义的照搬不考虑前提的标准条款选择6
28、0KA或100KA限压型防雷器那么肯定存在一些隐患，尤其在某些低压线路和变压器防雷保护不完善或者根本就没有保护的地方，就更需要慎重考虑这个问题，因为这种基站必须考虑雷电直击反击或近区雷击时防雷器可能通过10/350波形的雷电流。曾经听说过装在四川某基站的最大放电电流为100KA（8/20）的某限压型防雷器被打得底座稀烂，模块飞到对面墙上又弹到地上的情况。所以对于这些基站在防雷器选择上除了参照信产部防雷标准之外，还应该参考国标建筑物防雷设计规范和IEC相关标准的相应条款，估算各线可能分担的最大雷电流，并选择经过一类测试的防雷产品，才能保证安全。当然也可以采用经过10/350波形测试的，并能在通流容量上大于预期雷电流的限压型防雷器。对于那些简单的将8/20的通流容量按4：1的比例换算成10/350通流容量的做法是欠科学的，因为金属氧化物本身是非线性的，而且在比例的数值上争论也比较大。另外由于大通流容量限压型防雷器都是采用多片压敏电阻并联的方法，还存在阀片间的选择配合问题，由于不一致性而导致可靠性指数下降是难免的，此外大通流容量的限压型防雷器的价格也远远超过开关型防雷器，所以经济上也不划算。因此，根据目前保定联通在山区基站的进线情况，我们建议采用开关型避雷器作为的一级防雷器，从而实现真正意义上的防雷保护。