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1、概述通信系统的防雷越来越受到广泛重视，尤其是近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，这都充分说明，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，每年因为雷害给电信企业带来的损失是巨大的，因此，我们必须给与高度重视，较少雷害损失，防患未然。第1页/共61页名词解释防雷系统：通信局（站）及其内部防雷和接地系统的整套装置，它由外部防雷装置和内部防雷接地系统两部分组成。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置等组成；内部防雷接地系统由除外部防雷装置外的所有其他附加防雷设施组成，它主要包含通信局站内用于对各种运营设备进行雷电保护的防雷器和均压等电
2、位装置等，其主要作用是为了有效的较少流入被保护设备的雷电流和降低雷电磁脉冲对被保护设备的侵袭，最大限度的保护通信局站内人员和设备的安全。第2页/共61页接地：一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体。注：接地的目的是（1）使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；（2）引导入地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。第3页/共61页等电位连接：通过可靠的电气连接，使两个彼此分离的导体间的电位差趋于零。接地体：埋入土壤或混凝土基础中作散流用的导体。电涌保护器（Surge protective device,SP
3、D)：通过抑制瞬态或暂态过电压，旁路电涌电流来保护设备的一种装置。它至少含有一个非线性元件。第4页/共61页限压型SPD（voltage limiting type)：在无电涌时呈高组态，但随着电涌的增大，其阻抗不断降低的一种SPD。限压型SPD的常用器件有：压敏电阻、瞬态抑制二极管等。开关型SPD（switching type)：在无电涌时呈高组态，但对电涌响应时，其阻抗突变为低阻值的一种SPD。开关型SPD的常用器件有：火花间隙、气体放电管等。第5页/共61页开关组合型SPD（switching combination type)：由电压开关型器件和限压型器件组合而成的一种SPD。依据所加
4、电压的特性，它可呈现出电压开关的特性或限压的特性或者这两者都有的特性。标称放电电流（nominal discharge current,In):用于划分SPD等级的、具有8/20s波形的放电电流峰值，用于动作负载预备性试验。第6页/共61页最大放电电流（冲击通流容量）（maximum discharge current,Imax)：能够流过SPD的、具有8/20s波形的最大放电电流峰值。它用于动作负载试验，一般Imax=2.5 In。雷电抗扰度（Surge immunity)：指系统和设备经受雷电浪涌而不降低其运行性能的能力。第7页/共61页残压（residual voltage,Ures)：
5、当放电电流通过时，SPD端子间的电压峰值。限制电压（measured limiting voltage)：施加规定波行、幅值和次数的放电电流时，SPD端子间的测得的残压最大值。第8页/共61页接闪器：建筑物的接闪器（国家标准GB50057-94规定接闪器由避雷针、避雷带、避雷网格）；建筑物柱内钢筋；基础接地体组成。第9页/共61页8、混合波(combination wave)当输出开路时，其端电压Uoc的波形为1.2/50s电压脉冲；当输出短路时，其输出回路脉冲电流ISC的波形为8/20s，幅值为0.5UOC，即规定混合波发生器的虚拟阻抗Zf=2或12。混合波测试波形应符合下图。A）短路电流波
6、形（8/20us冲击电流）第10页/共61页b)开路电压(1.2/50 s冲击电压)第11页/共61页我们对在用的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/T1429-2006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。第12页/共61页因此，我们要学会使用这个标准，用这个标准规范防雷工程实施以及对防雷系统进行检测。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
7、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。第13页/共61页由于对通信网上运行的通信设备进行雷击抗扰度测试是一项复杂而专业性(要求具有通信专业知识、电磁兼容专业知识、高电压试验技术知识和雷电磁脉冲防护知识)极强的工作，不恰当的测试方法和操作都会严重威胁到网络安全，因此开展该项测试必须要谨慎进行。第14页/共61页通信局（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
8、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。第15页/共61页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）。第16页/共61页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
9、220供电，供电电压是否稳定。第17页/共61页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）。第18页/共61页12）站址为公共建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。第19页/共61页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
10、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。第20页/共61页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。第21页/共61页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，第22页/共61页23）SPD连接的接地线的位置、长短、粗细，电源保护器的接线方
11、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。第23页/共61页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。第24页/共61页对接地电阻值的重新认识防雷离不开接地，接地电阻的大小是对接地系统状况的间接反应，ITU2003年接地手册认为：为进行防雷，也难以设立人员保护所需的明确的接地电阻。直击雷所带来的电流从几百到30万安培不等
12、，如此大的雷电流如果经过电阻为1欧姆的接地系统，理论上能产生非常危险的电势。第25页/共61页 因此，即使接地电阻只有1欧姆，这也不是十分合理的。有经验表明，如果接地电阻为10欧姆，对大楼、变压器、传输线路、塔和其它外露构件的防雷保护就变得非常可靠了。这说明接地电阻值的大小不足以说明防雷保护是否可靠、是否安全。第26页/共61页2006年3月6日颁布的YD5098-2005通信局（站）防雷接地工程设计规范，在标准中已经将通信局（站）接地合格的判定依据从接地电阻值变换为另外一种方式，即机房接地网面积以及联合接地方式。第27页/共61页标准对接地体组成提出要求，如，对于综合通信大楼、数据通信局或者
13、市话局其地网应利用建筑体基础部分混凝土内的钢筋和围绕建筑体四周敷设的环形接地体（由垂直和水平接地体组成）及与之相连的电缆屏蔽层和各类管线相互焊接组成。在标准中没有提及综合通信大楼地网的接地电阻问题，这里仅对地网的组成提出了明确的要求，但其地网接地电阻值被认为可以忽略。第28页/共61页由此可见，由于通信局（站）联合接地利用建筑物其钢筋混凝土基础已经是可以获得、可得到的最低接地电阻值以及设备在此条件下可能得到的较低接地电阻值了。随着技术的进步，工程设计实践应用的逐渐深入，特别是模拟技术与数字技术的发展、铜线与光纤技术的演变引起的差别，原来模拟技术由于实线引起的的局间电位问题，已经得到解决。第29
14、页/共61页因此标准中没有再提及交换设备对接地电阻值的具体要求。既用对所有建筑物地网进行环形连接方式组成的最大面积，来代替对接地电阻值大小的要求。因此，我们今后要更加注重接地网的接地方式以及的接地网的面积等信息，但每年还必须要测试接地电阻值，以便检验接地网络连接情况、接地电阻值变化情况，确保接地系统完好。第30页/共61页世界各个国家对于基站的接地电阻都有明确的规定，世界著名的移动通信设备生产商也在标准中明文规定了接地电阻值，按照原YD5068-1998移动通信防雷接地设计规范的要求，基站接地电阻要求为5，接地电阻5的要求是否能满足基站防雷的需要，接地电阻5的要求在大地电阻率较高的地区是否能够
15、达到呢？。第31页/共61页新的标准基本上对基站的接地电阻是这样处理的：当基站所在地区大地电阻率较低时，基站地网接地电阻一般不大于10，当采用环形接地时，地网面积一般应大于100m2；当基站的土壤电阻率大于1000m时，第32页/共61页可不对基站的接地电阻予以限制，但要求其地网的等效半径应大于等于20m，并在地网四角加以10m20m辐射型接地体。地网环形接地体的周边可以根据地形、地理状况决定其形状。新的标准基本上对基站的接地电阻是这样处理的：当基站所在地区大地电阻率较低时，第33页/共61页 基站地网接地电阻一般不大于10，当采用环形接地时，地网面积一般应大于100平方米；当基站的土壤电阻率
16、大于1000m时，可不对基站的接地电阻予以限制，但要求其地网的等效半径应大于等于20m，并在地网四角加以10m20m辐射型接地体。地网环形接地体的周边可以根据地形、地理状况决定其形状。第34页/共61页联合接地系统：通信局（站）内通信系统、设备和装置的接地系统所包含的所有电气连接和器件包括建筑物的基础地和外设接地系统的接地体（地网）、接地引入线、接地汇集线、接地线，及与地网相连的电缆屏蔽层、与地相连的设备外壳或裸露金属部分、建筑物钢筋、构架在内的复杂系统及各类管线进行等电位连接，组成联合接地系统。第35页/共61页图 1 通信局（站）接地系统示意图第36页/共61页基站地网的组成：移动基站地网
17、由机房地网、铁塔地网或者由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，基站地网应充分利用机房建筑基础（含地桩）、铁塔基础内的主钢筋和地下其它金属设施作为接地体的一部分。第37页/共61页1）机房地网：机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置，同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网。当机房建筑物基础有地桩时，应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。2）铁塔地网：当铁塔位于机房旁边时，应采用40mmx4mm的热镀锌扁钢将铁塔地基四角塔脚内部金属构件焊接连通组成铁塔地网，其地网网格尺寸不应大于3m3m，其周边为封闭式，铁塔地网与机房地网之间应每隔3m5m相互焊接连通，连接点
18、不应少于两点。第38页/共61页3）变压器地网：当电力变压器设置在机房内时，可共用机房及铁塔地网组成的联合地网；当电力变压器设置在机房外，且距机房地网边缘大于30m时，宜设独立地网；若电力变压器设置距机房地网边缘30m以内时，变压器地网与机房地网或铁塔地网之间应连接焊通，一般宜在两处连通焊接连通，以相互组成一个周边封闭的地网。第39页/共61页1）铁塔建在机房上的地网 当铁塔位于机房屋顶时，铁塔四脚应与楼（房）顶避雷带就近不少于两处焊接连通，机房铁塔除利用建筑物框架结构建筑四角柱内的钢筋作为雷电引下线外，且在铁塔避雷针上设置专门雷电引下线（若铁塔金属构件电气连续可靠，铁塔避雷针可以不设置专门雷
19、电引下线），在天线铁塔避雷针引下线所接的垂直接地体周围施放液状长效降阻剂，这样有利于增加雷电流的泄流能力。接地系统除利用建筑物自身的基础还需要外设环形地网为其接地装置，同时应在机房地网四角设置20米左右的水平接地体作为辐射式接地体，以利散流。机房内的接地排分为一侧单独设立或者两侧各一个接地排的方式。第40页/共61页图2 接地汇集环方式混合型接地连接示意图第41页/共61页SPD的应用1）开关型（间隙型）SPD（Switching type SPD）：安装在一般建筑物外,（按照IEC 1312-3的要求，一般用在LPZ0B-LPZ1区）用于电源系统的SPD，开关型SPD由放电间隙、石墨等材料组
20、成，或者由间隙和限压型器件组合的SPD。第42页/共61页2）限压型SPD：安装在防雷区建筑物内，可疏导8/20 s的模拟雷电冲击电流。限压型SPD一般由氧化锌压敏电阻（MOV）或半导体放电管（SAD）等元器件组成，在通信局（站）推荐使用限压型SPD。另外由MOV与滤波器、半导体放电管（SAD）与MOV等电路可以组成混合型SPD。第43页/共61页在通信局（站）不允许使用的SPD类型1、开关型（间隙型）及其组合型 标准中提及了开关型及开关组合型电涌保护器不应在通信局(站)低压配电系统中使用，其主要依据是：其一：在中华人民共和国通信行业标准YD1235.1-2002通信局(站)低压配电系统用电涌
21、保护器的技术要求、YD1235.2-2002通信局(站)低压配电系统用电涌保护器的测试方法、第44页/共61页YD5098-2005通信局站防雷接地设计规范）标准中均已规定其不宜在除N-PE以外的其它保护模式下使用，而从目前通信局(站)低压配电系统使用情况来看，诸如由于其在通信局(站)使用中存在工频续流造成通信局(站)燃烧事故和由于其响应时间配合失调造成被保护设备的雷击事故等问题很多，实践证明其科学性、安全性、可靠性和稳定性都是无法同限压型电涌保护器相提并论的；第45页/共61页直击雷雷击通信局(站)并侵入到0B区域是极小概率事件，即使发生，开关型以及开关组合型SPD使通信局(站)不遭受雷害的
22、几率也是极小的。开关型以及开关组合型SPD有以下问题：残压高达4000V,两级保护器之间的去耦距离要求大于15米移动通信基站机房太小，第一级（B级）、C级两级保护器之间的距离，难以满足去耦距离要求,动作时间较慢S级,间隙型保护器雷击电流放电时，第46页/共61页 电极电弧可瞬间产生7000度的高温，间隙型保护器灭弧腔中会排出高速电离气体，爆炸式的气体伴随火花产生巨大冲击力。从残压、退耦距离、火花气体、响应时间等因素来看，间隙型在通信局站使用将危机通信系统的安全运行。在雷电强度较大的地区使用间隙型或组合型雷电电流保护器情况看：第47页/共61页第一级（B）级使用10/350S间隙型保护器造成大量
23、基站通信设备大规模受到雷电损坏,如果安装8/20S限压型100kA的保护器这类情况是很少出现的；间隙型与限压型能量配合之间存在火花放电盲点，致使间隙型不动作，造成第二级（C级）保护器承受较高的雷电流，C级保护器被雷电击坏；第48页/共61页间隙型雷电电流型保护器对雷电的响应时间过慢，致使全部雷电流通过C级限压型保护器，造成C级保护器被雷电击坏；间隙型残压过高、两级（B级、C级）去耦距离不足，保障不了通信设备的安全运行；爆炸式的气体伴随火花产生巨大冲击力将防雷箱箱体冲开；间隙型不能满足所有雷电频谱的保护要求，自身安全都不能保障。第49页/共61页因此通信局(站)防雷所考虑的主要任务是通过选择符合
24、标准等级(如通流容量为：150kA、120kA、100kA、80kA)的限压型电涌保护器进行感应雷防护，从通信局站实际运行情况来看，对于防雷工程设计施工符合YD5098标准的通信局（站），限压型电涌保护器是目前最佳和最合理的选择。第50页/共61页不能使用C级防雷模块并联的大通流量防雷器通信局站防雷用第一级大通流容量的防雷箱不得用“C级防雷模块”并联组装制作。这主要是基于以下两个原因：1）“C级防雷模块”一般用在开关电源内部，并且模块可以插拔，模块为氧化锌压敏电阻型，而氧化锌压敏电阻是一种非线性电阻，其等效阻抗会随外加电压不同而显著变化，表现出非常强的非线性伏-安特性。当用压敏电阻进行并联组合
25、时，均流技术是非常关键和复杂的，它不是对器件进行简单的参数筛选，而是要在全工作区间上逐一进行伏-安特性匹配。第51页/共61页通常，压敏电阻的动作电压（直流参考电压）的容差范围是标称电压的正负10%，再加上伏安特性的分散性，如果不在全工作区间上进行伏-安特性分选和匹配，仅进行简单的并联组合，在雷电流冲击下，动作电压低的元器件首先动作，引起弱点击穿，造成该电路中压敏电阻率先非预期劣化或失效，显然此时并联后的通流量并不会有明显提高。压敏电阻的非线性越强，这种不均匀性就越大。另外，电感在高频大电流下的电压降很大，所以并联技术的另一个关键技术就是每一链路的等阻抗设计。第52页/共61页 2）“C级防雷
26、模块”的过流、过热保护技术是建立在40kA以下通流容量基础之上的，这同空气开关的分断能力概念是一样的，超过了阈值就无法谈可靠性了。另外，就是在通流容量40kA以下，从实际应用情况看，仍有较多的国内外公司的模块式SPD的过流、过热保护是不可靠的，造成了不少设备损坏和机房起火事故。而用“C级防雷模块”并联组合而成的B级防雷器，由于其内部用于组合的防雷模块存在特性各异、均流失调等情况，极易造成其过流、过热保护功能配合紊乱，最终发生失效短路事故。第53页/共61页综上所述，对非线性器件进行并联组合，一定要建立在严格的专业测量、试验、筛选、匹配和检验等技术基础之上。若不具备这类技术手段，而是采用简单的并
27、联组合，非但不能明显提高通流容量，而且会带来燃烧等问题。因此第一级大通流容量的防雷箱采用“C级防雷模块”并联组装制作是不科学的。第54页/共61页SDP的功能要求电源SPD模块及避雷箱的功能既满足了SPD一般性能的需要，又考虑了环境集中监控对SPD性能监控的要求。电源用SPD应符合下列要求：工程选用限压型SPD时，必须考虑通信局（站）供电电源的不稳定等因素。对SPD的标称导通电压、标称放电电流、冲击通流容量、限制电压、残压等参数，应根据工程的具体情况进行选择。第55页/共61页通信局（站）采用的电源用第一级模块式SPD，应具有以下功能：1）SPD模块损坏告警；2）遥信；3）SPD劣化指示；4）
28、热容和过流保护；5）雷电记数。第56页/共61页通信局（站）采用的电源用第一级箱式SPD，应根据通信局（站）的具体情况选择，且具有以下功能：1）SPD劣化指示；2）SPD损坏告警；3）热容和过流保护；4）保险跳闸告警；5）遥信；6）雷电记数。第57页/共61页自检自查1、接地系统组成方式2、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、接地线经检查第58页/共61页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、接地网图的完整性第59页/共61页谢谢大家！第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页