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1、通信电源基础及防雷与接地简介通信电源基础及防雷与接地简介移动设计院移动设计院 唐为民唐为民1第一部分 通信电源基础知识一、通信电源概述二、通信电源系统的组成三、通信电源系统的发展四、UPS系统2一、通信电源概述1、通信局（站）供电的特点 重要性，供电中断造成的损失大。复杂性，高稳定电源的实现环节多。供电种类多：380V、48V、24V等。供电对象多：通信设备采用直流供电。局内建筑采用交流供电。监控、计费等采用UPS供电。3一、通信电源概述2、通信电源的作用提供满足通信设备要求的工作电源 电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件，好比通信系统的心脏，是不允许中断的。电源中断将使整个通信系
2、统陷入瘫痪，带来巨大的经济损失和严重的社会影响。4一、通信电源概述3、通信系统对电源的基本要求可靠性高；要求在各个环节多重备份，保证可靠性。稳定性高；电压波动范围、杂音和瞬变电压满足要求。效率高；寿命长，电费成本低。可维护性好；自动化、智能化、模块化5一、通信电源概述4、目前常用的直流供电系统-48V供电。目前为主流的供电制式。采用-48V供电的原因：平衡设备电位，作为良好的电位参考点，降低通信的噪声；“+”极接地减小电缆、设备电化学腐蚀。+24V供电；个别设备仍采用，如ERICSSON 的GSM基站，自动控制系统中的控制部件。6二、通信电源系统组成1、组成框图高低压配电市电油机交流配电屏整流
3、器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备UPS交流设备防雷与接地系统动力与环境集中监控7二、通信电源系统组成2、各组成部分的作用高低压配电：主要有高压配电设备、变压器、低压配电设备组成，实现市电高低压转换和低压电能分配。油机：柴油发电机组，在市电停电期间提供备用交流电源。交流配电屏：输入市电或油机电，为各路交流负载分配电能。UPS:交流不间断电源系统，提供稳定可靠的交流电源。8二、通信电源系统组成9二、通信电源系统组成整流器 电源系统的关键设备，将交流电转变为直流电，一方面通过直流配电屏给通信设备供电，另一方面给蓄电池组充电。蓄电池组 交流中断时提供直流电，是直流不间断供电
4、的基础条件。直流配电屏 为不同容量的负载分配电能，并在负载异常时产生告警和保护，降低对其它通信设备的影响。变换器 DC-DC变换，提供满足通信设备要求的电源。10二、通信电源系统组成n几个常用定义DCDCACACDC-DC变换器输入输出逆变器整流器调压或变频器11高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备10KV380V48VA、正常工作3、各部分工作过程12高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备10KV380V48VB、市电停电，油机尚未启动3、各部分工作过程13高低压配电市电油机交流配电
5、屏整流器整流器10KV380VC、油机启动3、各部分工作过程直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备48V14高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备10KV380V48VD、市电来，进入正常工作3、各部分工作过程15三、通信电源系统的发展高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备UPS交流设备1、集中供电方式保证建筑负荷通信空调一般建筑负荷16n1）几个常用术语保证负荷：在市电中断的过程中应该由备用电源进行提供，供电等级高，如设备、空调、机房照明、消防等。一般负荷：办公用房、电梯
6、、土建其他用电。保证照明：对应机房内的照明负荷。一般照明：对应一般负荷。事故照明：保证人员继续工作的照明应急照明：消防疏散照明，等级较事故照明高。17优点：实现简单，代价小，在通信局（站）负 荷较小、供电种类少、设备单一时采用。缺点：可控性差，任何一个设备故障都有可能 造成电源系统故障，故障面、故障风险 大，后果严重。2）集中供电方式的优缺点18高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备UPS交流设备2、分散供电方式交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池变换器通信设备其它设备19优点：故障的范围面小，可靠性高。各直流供电系统可分层设置，也可以按
7、 照通信设备系统设置，设置地点可为单 独的电力电池室，也可与设备安装在同 一个机房。缺点：代价大，占地面积大，工程实施容易。分散供电方式的优缺点203）供电发展的方向交流供配电电源走向集中直流不间断电源走向分散交流不间断电源相对集中211、监控系统的结构(移动运营商)4)、动力与环境监控系统222、组网方式BTS1 MUXBTS2 MUXCDMA MUX1个2M信道组网BTS1 MUXBTS2 MUXBTS3 MUX传输2M业务信道1（纯监控信息流）SDH 传送网传输2M业务信道2（纯监控信息流）动力监控中心2M业务信道12M业务信道2说明：利用传输环内空余1个2M信道在基站内增加MUX组成链
8、形或总线形专用监控网络。1个2M信道组网23电信局的监控监控组网24第二讲 电源的原理与应用n第一节：整流器的原理简介n第二节：蓄电池组的原理简介n第三节：简单应用主要内容：25复习通信电源系统组成框图高低压配电市电油机交流配电屏整流器整流器直流配电屏蓄电池逆变器变换器通信设备交流设备其它设备UPS交流设备防雷与接地系统动力与环境集中监控26第一节：整流器的原理整流器发展和分类 目前常用PWM型开关电源。经历3个发展阶段：线性电源、相控电源和开关电源。线性电源：功率调整管和负载串联分压，调整分压比来保证输出电压不变。相控电源：改变晶闸管的导通相位角来稳压。开关电源：功率器件IGBT处于开关状态
9、，采用PWM方式控制功率器件的开关状态。27线性电源工作原理整流电路工频变压器滤波电路负反馈通信设备380V+UR-UOUNUN=UO-URn说明：通过改变晶体管电压进行稳压。28相控电源工作原理整流电路工频变压器滤波电路负反馈通信设备晶闸管相位控制380V an说明：通过晶闸管导通角a进行稳压。29开关电源工作原理整流电路高频变压器负反馈通信设备IGBTPWM电路380V滤波电路IGBT管工作在开关状态，通断频率高。PWM产生的脉冲宽度控制IGBT导通时间,改变y宽度。y30频率高、体积小、重量轻，可制成模块式；效率高，寿命长。均流技术使多模块运行,提高系统容量和可靠性。功率因素高，符合环保
10、需要并降低使用成本。智能化给维护工作带来方便。n开关电源成为通信网的主导基于以下主要特点：开关电源的主要特点31开关电源的典型配置（交换局）交流配电屏（380V）直流配电屏(48V)有高阻低阻区分监控模块整流模块整流模块整流模块整流模块整流模块整流模块开关电源容量单位：A蓄电池组I蓄电池组II3233343536开关电源的典型配置（基站）直流配电整流模块整流模块整流模块整流模块整流模块交流配电1、基站是综合的小容量电源2、交流屏对应交流配电单元3、直流屏对应直流配电单元4、基站电源多了LVD功能 脱离非重要设备；脱离电池组373直流供电系统蓄电池组蓄电池组基站电源系统38393交流供电系统市电
11、油机电交流配电箱市电油机电转换屏浪涌抑制器基站电源系统40开关电源的容量计算主要计算整流模块的数量：按N+1冗余方式配置其中：ILOAD本期负荷电流；IBATT电池充电电流，按0.1C10考虑；IREC单个整流模块的容量。411、蓄电池组的定义和分类n定义：储存电能的一种设备，将充电时得到的电能转化为化学能储蓄起来，又能及时将化学能转变为电能。n分类：固定电池、移动电池；酸性和碱性电池 讨论固定式酸性电池。n条件：反应物质和电解液组成电解池。正极为PbQ2,负极为Pb,电解液为H2SQ4 n组成：极板、隔板、电池槽、电池阀等。第二节：蓄电池组的原理422、蓄电池组原理目前常用阀控式密封铅酸蓄电
12、池（VLRA)。工作原理：PbQ2+2H2SO4+Pb PbSO4+2H2O+PbSO4 (+)(-)(+)(-)充电放电特点：密封程度高；水分不易蒸发，采取抑制气体产生的方法，极少有酸雾溢出，基本无污染；对温度敏感。容量单位：Ah43蓄电池组的安装情况n电池立放n电池卧放443、蓄电池容量的选择n主要根据市电状况、负荷大小配置其中：K安全系数1.25 I近期负荷电流 T放电小时数（h）t最低环境温度（5）放电容量系数 电池温度系数0.006放电小时236100.610.750.88145第三节：-48V电源系统应用需要明确的几个概念：需要明确的几个概念：A、接地接地必要性：必要性：直接影响到
13、通信的质量和电源系统的正常运行，直接影响到通信的质量和电源系统的正常运行，保障人身和设备安全。保障人身和设备安全。接地的作用：接地的作用：直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。直流电源直流电源“”极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽作用，减小杂音干扰。作用，减小杂音干扰。避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快入地。避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快入地。46接地的分类：接地的分类：工作接地：电源系统的极
14、性接地，仅在电源侧接地；工作接地：电源系统的极性接地，仅在电源侧接地；其他专业一般指电源的正极。其他专业一般指电源的正极。保护接地：各类设备、金属器件的接地。保护接地：各类设备、金属器件的接地。防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。第三节：-48V电源系统应用B、KVA与与KW为交流电源功率的计量单位。为交流电源功率的计量单位。KVA：U与与I的乘积，包括有功功率和无功功率的乘积，包括有功功率和无功功率2部分部分。KW：有功功率计量单位，为有功功率计量单位，为KVA*。47第三节：-48V电源系统应用C、直流线路压降直流线路压降定义：在
15、供电过程中线路上的电压损失，等于线路首端定义：在供电过程中线路上的电压损失，等于线路首端 末端的电压差末端的电压差作用：用来计算直流电源线径。作用：用来计算直流电源线径。-48V系统系统3.2V概念：概念：满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电终了电压与最低电压的差值。终了电压与最低电压的差值。48第三节：-48V电源系统应用直流配电屏蓄电池通信设备机房配电屏 0.5V X 3.2V0.5V0.4V0.2VX 一般在一般在11.5V左右。左右。49-48V电源系统应用 1、电源设计的内容：、电源设计的内容：各类通信设备交直流负荷的估算，交直流各
16、类通信设备交直流负荷的估算，交直流电源设备的配置及安装，相关电源线的线电源设备的配置及安装，相关电源线的线径核算与选择，以及交直流供电系统和室径核算与选择，以及交直流供电系统和室内外接地系统的设计等。内外接地系统的设计等。502、电源设计的分工、电源设计的分工 作用：明确工程设计界面和责任界面。作用：明确工程设计界面和责任界面。分工包括：与建设单位的分工；分工包括：与建设单位的分工；与电源设备厂家分工：与电源设备厂家分工：与各专业分工：与各专业分工：主设备有电源柜则以电源柜输入端为界主设备有电源柜则以电源柜输入端为界 无电源柜则由电源专业与主专业协商。无电源柜则由电源专业与主专业协商。-48V
17、电源系统应用51例例1：某局新增设备负荷为：某局新增设备负荷为48V/50A，远期负荷为远期负荷为100A，设备与电源设备与电源的距离为的距离为20米（蓄电池组放电时米（蓄电池组放电时间按间按3小时计算，最低环境温度为小时计算，最低环境温度为5，整流模块容量为，整流模块容量为50A/个）。个）。-48V电源系统应用52计算计算步骤：蓄电池组步骤：蓄电池组根据公式：根据公式：查表得查表得=0.75将各类数据代入，其中I100A则Q540Ah，蓄电池可选择600AH。蓄电池组平时使用2组，则每组容量为300AH。问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量53计算计算步骤
18、：开关电源步骤：开关电源考虑考虑2个方面，个方面，1、开关电源机架容量、开关电源机架容量 2、本期配置整流模块的数量。、本期配置整流模块的数量。根据公式：根据公式：将各类数据代入其中I50A，则N2.2个，取3个，根据N1冗余，则整流模块需要4个。开关电源机架容量应大于300A。问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量54问题问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量：计算开关电源和蓄电池组的容量关于设备的安装n开关电源EMC以达到标准，可与主设备共机房。n蓄电池组基本无酸溢出，也可与主设备共机房。n蓄电池组较重，如48/300AH重量约550Kg,1000AH约在1.
19、8吨，四层安装单位面积荷载 通常在1吨左右。需要分层安装。一般高层基站根据设备按一层或二层安装；交换局电池室一般在工艺阶段提荷载要求，后期加固往往比较困难。55工程上常用固定压降分配法计算：工程上常用固定压降分配法计算：电源配电端子至设备一般取电源配电端子至设备一般取11.5V。根据公式：根据公式：将各类数据代入其中I100A,Y铜的电导率57，则S47mm2取S50mm2。注意：供电路数应当根据设备要求定。问题问题2：计算开关电源至通信设备的直流电源线：计算开关电源至通信设备的直流电源线56例例2：某局交流设备负荷为：某局交流设备负荷为6KVA，计算：计算：1、单相、单相220V供电时，电源
20、线径。供电时，电源线径。2、三相、三相380V供电时，电源线径。供电时，电源线径。-48V电源系统应用57工程中常用载流量计算：方法是根据计算电流与电源线额定载流量比较来选择。计算1：计算电流I6000/220=27A。查交流电源线额定电流表，得6mm2电源线额定电流为35A。则选择该截面电源线。计算2：计算电流I6000/380/=9A。查表得4*1.5mm2可满足要求。交流电源线径计算58四芯电缆载流量表四芯电缆载流量表单芯电源线载流量表单芯电源线载流量表主线芯截面主线芯截面（mm2)中性线截面中性线截面（mm2)mm2)1KV（四芯，（四芯，350C）载载流量流量主线芯截面主线芯截面（m
21、m2)RVVZ（单单芯，芯，350C）载载流量流量(A)442511666331.5201010442.527161660436252581647353510210645050128169070701592511995951953514712012022450185150150260702291851852989528124024033912032415037118542324048059四、UPS系统概述60UPS的主要作用的主要作用1 为什么要使用为什么要使用UPS？为了保护重要设备（网络、服务器、为了保护重要设备（网络、服务器、DCS等等)免受免受断电断电及市电电网中存在的动及市电电网中
22、存在的动态或静态态或静态干扰干扰的影响，不至造成数据丢夭、硬件损坏、控制误动、传输误码率降的影响，不至造成数据丢夭、硬件损坏、控制误动、传输误码率降低等不良后果低等不良后果。2 什么是什么是UPS？UPS是英文是英文Uninterruptable Power System的缩写，中文名叫的缩写，中文名叫不间断电源不间断电源。3 UPS的主要作用是什么？的主要作用是什么？市电故障时市电故障时，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供电的连续性，可以等效为一台电的连续性，可以等效为一台发电机发电机。市电正常时市电正常时，UP
23、S是一个具有稳频稳压功能的是一个具有稳频稳压功能的高性能滤波器高性能滤波器。保证向负载提供。保证向负载提供无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源 61双变换在线式双变换在线式UPS通用结构框图通用结构框图整流器整流器逆变器逆变器蓄电池蓄电池静态开关静态开关维修旁路维修旁路主市电输入主市电输入UPS输出输出62U PS的的基基本本组组成成部部分分 整流器整流器 将输入的将输入的交流电转化为恒定电压的直流交流电转化为恒定电压的直流,一路给蓄电池进行补充一路给蓄电池进行补充 电，电，一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用。一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使
24、用。逆变器逆变器 将整流器或蓄电池送来的将整流器或蓄电池送来的直流转化为交流输出直流转化为交流输出，以便供给负载以便供给负载 使用。使用。蓄电池蓄电池 能量储存装置能量储存装置。作用是市电供应中断时，能通过逆变器继续向作用是市电供应中断时，能通过逆变器继续向 负载维持交流电能的供给。负载维持交流电能的供给。静态开关静态开关 二路输入一路输出的高速转换开关二路输入一路输出的高速转换开关，转换时间可认为是零转换时间可认为是零 毫秒。毫秒。二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。维修旁路开关维修旁路开关 以便以便UPS常规保养或故障检修时，在不中断
25、负载运行条件常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件 下将下将UPS退出运行并与系统隔离退出运行并与系统隔离，保证操作时设备和人员，保证操作时设备和人员 的安全。的安全。63UPSUPS分类（按工作方式）分类（按工作方式）后备式 线路交互式 双变换在线式 DELTA变换式64后备式UPS工作原理（1）市电正常时，UPS处于后备状态，由市电直接向负载供电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电，逆变器不工作。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电65 （2）市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由UPS的逆变器向负载提供交流电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电后备式UPS工作原理66后备式UPS的特点n
26、效率高效率高n低成本低成本n占地小占地小n部件少部件少n容量小容量小n逆变器不在线逆变器不在线n4 41616msms转换时间转换时间n方波输出方波输出n输出电性能指标差输出电性能指标差67双变换在线式UPS原理与特点（1）市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接驱动逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电68（2）当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器工作。对逆变器而言，它的输入端电压一直存在，故负载可不间断供电。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电双变换在线式UPS原理与特点69（3）当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件故障或者负载故障过载时，由静态开关将负载
27、转换至旁路。静态开关负载整流器逆变器蓄电池市电双变换在线式UPS原理与特点70n逆变器在线逆变器在线n抗尖峰冲击抗尖峰冲击n静态旁路应付过载静态旁路应付过载及内及内 部故障部故障n零转换零转换(转向静态旁路的时候才转向静态旁路的时候才有有1ms左右的中断左右的中断)n发电机兼容性好发电机兼容性好n输出特性好输出特性好n效率低效率低n成本高成本高n部件多部件多n占地大占地大n容量大容量大双变换在线式UPS原理与特点71线路交互式UPS原理与特点n效率高效率高n充电快充电快n噪音低噪音低n部件少部件少n占地小占地小n滤波特性滤波特性n容量中等容量中等n对频偏反应差对频偏反应差n逆变器不在线逆变器不
28、在线n阶跃负载反应差阶跃负载反应差n逆变器受热冲击逆变器受热冲击n峰值因数差峰值因数差n无旁路无旁路72（1）正常工作时正常工作时正常工作时正常工作时：市电经Delta逆变器为负载供电，主逆变器稳定系统输出电压，市电和系统输出的电压差由Delta逆变器补偿。市电故障或市电电压超出允许的极限时市电故障或市电电压超出允许的极限时市电故障或市电电压超出允许的极限时市电故障或市电电压超出允许的极限时：系统转入蓄电池供电方式，主逆变器为负载供电。因为主逆变器始终连接在系统输出端，在从市电供电向蓄电池供电的转换过程中不会产生供电中断。Delta变换UPS原理与特点（2）和线路交互式类似，正常情况等效稳压器
29、、输出不隔离。73UPS实实际际应应用用系系统统框框图图输入配电屏UPS蓄电池输出配电屏负载市电输入油机电输入转换开关n注：方框中的部分一般要求供货厂家提供。注：方框中的部分一般要求供货厂家提供。74UPS的配置vUPS容量的确定容量的确定v电池后备时间电池后备时间v工作方式的选择工作方式的选择75UPS容量的确定容量的确定统计本期负载的功耗；统计本期负载的功耗；结合发展规划，确定中远期的总功耗；结合发展规划，确定中远期的总功耗；考虑至少考虑至少3050%安全余量；安全余量；UPS的配置76UPS的配置电池后备时间电池后备时间主要取决于市电供应情况主要取决于市电供应情况油机发电机组的配置油机发
30、电机组的配置维护响应时间维护响应时间UPS的容量的容量工程中简易方法：工程中简易方法：1.25*S*t=V*AH77UPS的配置nUPS工作方式的选择工作方式的选择单机工作方式单机工作方式串联备份工作方式串联备份工作方式并联冗余工作方式并联冗余工作方式78UPS的配置单机工作方式单机工作方式单机工作方式是UPS最常见的和最基本的工作方式，它一般使用在不能停电的一般负载一般负载场合，其可靠性较差。79UPS的配置串联备份工作方式串联备份工作方式 双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性，它和双机并联一样，也是使用在特别重要的场合。其工作方式是：UPS2的输出作为UPS1的旁路输入，正常时UPS
31、1处于主用状态，承担100%的负载，UPS2处于热备份状态；UPS1故障，则由UPS2转为主用，承担全部负载；UPS1、UPS2均故障，则由市电经静态旁路开关直接对负载供电。缺点：主备机老化程度不一，易造成切换失败。或需要定期倒换。UPS2UPS1市电输入负载80UPS的配置并联冗余工作方式并联冗余工作方式两台UPS并联的必要条件时同频、同相、等幅同频、同相、等幅同频、同相、等幅同频、同相、等幅，因此必须有一个并联控制器，它主要完成同步锁相、均流及并联管理等功能。UPS并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性，它往往使用在特别重要的场合。其运行模式是：两台UPS均正常时，各承担50%的负载；当
32、其中某一台UPS故障，由另外一台承担100%的负载；当两台UPS均故障时，市电经静态旁路开关直接对负载供电。UPS1UPS2输入配电屏输出配电屏市电输入负载8182第二部分 防雷与接地简介83为什么要防雷n现代的通信网络，大规模采用了计算机和集成电路技术，抗干扰能力特别是抗瞬变干扰能力和临界损坏能量大大降低，其可靠性直接威胁到网络全程全网的畅通。n近年来，愈来愈多地出现了电子设备的损坏问题，发生的部位大多集中在线路与设备的结合部、数据输入输出部：如计算机系统的接口、MODEM、路由器；交换机的用户板、电源板；与天馈线相连的无线设备机架、PCM通路盘；传输设备的光电接口、用户交接箱；配线架保安单
33、元等。n电源系统遭受雷击甚至引起全局性的瘫痪，给通信行业带来难以挽回的社会和经济损失。采取有效的防护措施和防护手段势在必行。8419501960197019801990干扰变量干扰变量/设备内置电子元件数量设备内置电子元件数量时间时间抗干扰能抗干扰能力力真空管晶体管集成电路2000个人电脑n为什么要防雷85遭受雷击的局站规律n架空缆线进局；n局(站)建筑在该地区高度突出；n较为孤立；n地处江、河、池、湖边等局(站);n以前曾遭受雷击的局站；n山区、风口等位置处的局站易受雷击。86雷电产生机理n雷电电磁场的产生原因很复杂，其基本机理是：n云中或是在云对地之间的的电场强度并不是到处一样的，而是一个
34、非常不均匀的电场，当云中电荷密集处的电场强度达到2530KV/cm时，就会由云向地开始先导放电，当先导通道的顶端接近地面时，可诱发迎面先导，当先导与迎面先导会合时，即形成了从云到地面的强烈电离通道，这时出现极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，雷鸣和电闪都伴随着出现。n主放电阶段存在的时间极短，约50100MS，主放电的过程是逆着先导通道发展的，速度约为光速的1/201/2，主放电的电流可达数十万安，是全部雷电流的主要部分。87雷电产生机理n主放电到达云端时就结束，然后云中的残余电荷经过主放电通道流下来，称为余光阶段。n由于云中电阻很大，余光阶段对应电流不大（约数百安），但持续时间却较长（0.0
35、30.15S）。由于云中可能同时存在着几个电荷中心向第一通道放电，因此雷电多呈多重性，每次放电相隔600MS到800MS，放电的数量平均23次。88-+-+-+-+-+-+-+-+-+电场电场+n雷电产生机理89雷电特点n雷电流具有两大特点，一是幅值大，二是持续时间短。n由雷电流产生的磁场是一瞬变的电磁场，这一瞬变磁场的幅射对在一定范围内的微电子设备造成干扰，又因瞬变磁场产生的电磁感应对电压与雷电流的大小及变化速率成正比，并与雷击处的距离成反比，由于雷电流极大的幅值和陡度，其感应电压可达相当高的幅值，是对微电子设备安全运行的最大威胁，其也可沿着传输线、供电线侵入、干扰甚至损坏设备。90强雷电波
36、形模拟-40-2000200400600800t(s)100300500700900经过几毫秒（ms）首次雷击后续雷击实测的雷电流脉冲波形雷电流脉冲模拟波形,10/350 s Iimp1100I(kA)91直击雷电流脉冲波形,10/350 s感应浪涌电流波形,8/20 s感应雷波形92直击雷直击雷直击雷直击雷感应雷感应雷感应雷感应雷直击雷击中线路并沿导线或电缆流过大量的雷电流，同时引起几千伏的过电压直接加到线路装置和电源设备上感应雷通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的线缆或用电设备等导体上产生过电压雷击分类93雷击发生时产生极大峰值和陡度的雷电流雷电流在周围空间产生强大的变化磁场磁场中的导体
37、感应出较大的过电压感应过电压通过传导线击毁设备感应雷电造成机房设备损坏的原因94接地的必要性n接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。n通信回路接地n在电话和公用电报通信回路中，利用大地完成通信信号回路。n在直流远距离供电回路中，利用大地完成导线大地制供电回路。n减少由于用户线路对地绝缘不良时引起的串话。95接地的必要性n保护接地 将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部分接地，以减小电磁感应，达到屏蔽的目的，减小杂音的干扰。n防雷接地 为了避免由于雷电等原因产生的过电压而危及人身和击毁设备，应装设地线，让雷电流尽快
38、入地。n防腐接地 避免电路板、地下金属管线腐蚀而设置的接地。96接地系统的组成n1、地 接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导电的特性，并且具有无限大的容量，可以用来作为良好的参考电位。n2、接地体 为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部分。为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部分。n3、接地引入线 把接地电极连接到地线排（或地线汇集排）上去的导线。把接地电极连接到地线排（或地线汇集排）上去的导线。n4、地线排 专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇集排。专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇集排。5、接地配线 把必须接地的各个部分连接到地线排或地线汇流排上去
39、的导线。把必须接地的各个部分连接到地线排或地线汇流排上去的导线。97雷击破坏的机理 我们以遭受雷击相对较多的移动通信基站来分析雷击破坏的机理。下面分情况进行讨论：1)雷击机房避雷针或避雷网 （以楼顶塔为例）98雷击破坏的机理 99机房遭受雷击，计算BTS设备高度处雷电引下线上的电压：设该设备距地面高度为A。n瞬态电压计算公式：U0iRCH+L0*LAdi/dt+iR0n U0设备A高度处引下线电压值（KV）n i 雷电流（KA）n L0引下线单位长度电感（H/m）n LA设备A距地面高度即引下线长度n di/dt雷电流陡度（KA/S）n RCH大楼接地体冲击电阻n R0引下线电阻雷击破坏的机理
40、 100n假设：RCH5,R00.5，i峰值=100KA，di/dt50KA/S,LA=10m，导体电感L160H/100m。则设备A高度处引下线电压值U01.35MV。n后果分析：A、如设备A未与地网可靠连接，雷击时设备A电位仍停留在0伏，其与引下线间电压值为1.35MV，而空气的击穿场强约为0.9MV/m，则发生空气击穿，称为“侧闪”，闪击距离约1.5米。雷击破坏的机理 101 B、如设备可靠接地，设地网电阻为10，则机壳电压瞬时为100KA101000KV，可能超过设备绝缘水平，形成“反击”。引起机壳对电源板的放电，损坏电源板、电路板等。雷击破坏的机理 1022）雷击架空线路n雷击架空线
41、路或其它平行线路，使线路上出现过电压，将直接损坏站内设备如交流配电屏、PCM信道盘等。1033）雷击铁塔n雷击铁塔避雷针，此时天馈线电压由2部分构成：电流流经塔体在天馈线内产生的互感电压和静电感应电压。互感电压值为Mdi/dt，（M为天馈线与塔体互感值），静态感应电压值近似为天馈线与塔体分布电容影响下的电流值与天馈线接地电阻的乘积。若天馈线屏蔽层未按标准将A、B、C点可靠接地，则内层导体感应电压值等于天馈线电压，将远远超过发射机架的工作电压。1044）感应过电压 n雷电流通过引下线、室内接地线在周围空间产生强大的电磁场，对与之平行导体上如上下楼层电源线、通讯电缆等产生感应电压和感应电流，轻则使
42、保护开关跳闸，电磁兼容性较低的设备工作不正常，重则损坏集成元器件。当导体有开口或间隙，开口处将产生火花，引起电气绝缘水平降低，增大电气事故发生的隐患，甚至引起火灾。105防雷接地方面的规范国内相关防雷标准规范：n建筑物防雷设计规范（建筑物防雷设计规范（GB5005794）n微波站防雷与接地设计规范（微波站防雷与接地设计规范（YD201193）n通信局（站）接地设计暂行技术规定（通信局（站）接地设计暂行技术规定（YDJ2689）n移动通信基站防雷与接地设计规范（移动通信基站防雷与接地设计规范（YD506898）n通信工程电源系统防雷技术规定（通信工程电源系统防雷技术规定（YD507898）n通信
43、局（站）雷电过电压保护工程设计规范（通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范（YD/T 50982001）106防雷的总体原则与概念n通信局（站）的雷击防护、防雷改造是一项系统工程，通信局（站）的雷击防护、防雷改造是一项系统工程，必须综合防护、整体实施；必须综合防护、整体实施；n必须结合建筑物的结构并做好系统的分级防护；必须结合建筑物的结构并做好系统的分级防护；n没有任何一种产品可以全面防止雷击造成的所有危害，没有任何一种产品可以全面防止雷击造成的所有危害，因此，防雷改造需考虑经济性和可靠性的最佳化，安装因此，防雷改造需考虑经济性和可靠性的最佳化，安装保护设备的部位应有所选择，重点对雷击容易损坏
44、的部保护设备的部位应有所选择，重点对雷击容易损坏的部位进行保护，做到有的放矢；根据设备的重要程度和地位进行保护，做到有的放矢；根据设备的重要程度和地理位置进行有重点、有层次的保护。理位置进行有重点、有层次的保护。n雷电过电压保护应建立在联合接地的基础上。雷电过电压保护应建立在联合接地的基础上。n贯彻内外防雷策略：贯彻内外防雷策略：引、均、分、屏、地、保六字引、均、分、屏、地、保六字。107接闪器接闪器引下线引下线接地网接地网外部防雷保护108通信通信局站局站交流电源引入线交流电源引入线传输信号线传输信号线天馈线天馈线计算机网络计算机网络对对易易引引入入雷雷电电的的四四条条路路径径，分分别别采采
45、取取针针对对措措施施，安安装装相相应的避雷器应的避雷器内部防雷保护109 楼顶避雷带（253热镀锌扁钢）避雷带支柱高度为150-200mm的 12热镀锌圆钢，埋设深度应不小于50mm。间距为1-1.5m，转弯处间距不大于0.3m，且转角两边应对称放置。避雷带引下线（253热镀锌扁钢）引下线固定支架，高度为10-15mm，间距不应大于2m。注：注：1、避雷带在转角需转弯时，扁钢不应出现直角死弯，平弯时最小弯曲半径为其宽度的两倍。扁钢连接其焊接长度为宽度的两倍。2、避雷引下线沿建筑物外墙敷设时，其路经应尽可能短而直。引下线应对称放置，引下线的平均间距不应大于18m。引下线的接地点应尽可能远离工作地
46、在地网上的引接点，两点之间的距离应不小于5m。建筑物的防雷110联合接地方式图联合接地方式图111铁塔的防雷与接地（落地塔）铁塔的防雷与接地（落地塔）铁塔的防雷与接地（落地塔）铁塔的防雷与接地（落地塔）112铁塔的防雷与接地（楼顶塔或抱杆）铁塔的防雷与接地（楼顶塔或抱杆）113电源系统的防雷据统计，约有据统计，约有50%以上的雷电入侵波来自于电力传输以上的雷电入侵波来自于电力传输线。因此对电源系统的防雷保护是重点。对此应采取线。因此对电源系统的防雷保护是重点。对此应采取层层设防、多级保护的原则，对电源系统进行完整的层层设防、多级保护的原则，对电源系统进行完整的五级防护。即在：五级防护。即在：n
47、 n电力变压器的高压侧电力变压器的高压侧电力变压器的高压侧电力变压器的高压侧n n低压配电系统进线柜的输入端低压配电系统进线柜的输入端低压配电系统进线柜的输入端低压配电系统进线柜的输入端n n交流配电屏的输入端交流配电屏的输入端交流配电屏的输入端交流配电屏的输入端n n整流器输入端整流器输入端整流器输入端整流器输入端n n通信设备直流输入端通信设备直流输入端通信设备直流输入端通信设备直流输入端分别加装相应电压等级、容量等级的过电压保护器、直分别加装相应电压等级、容量等级的过电压保护器、直流浪涌吸收装置等。流浪涌吸收装置等。114供电系统的防雷与接地供电系统的防雷与接地115电源系统的防雷（续）
48、n除了在设备上进行防护以外，对于局站内的架除了在设备上进行防护以外，对于局站内的架空交流引入线应一律改为地埋方式空交流引入线应一律改为地埋方式；n并应采用铠装电缆或普通电缆穿金属管保护、并应采用铠装电缆或普通电缆穿金属管保护、两端接地处理的方式进行改造。两端接地处理的方式进行改造。这样就从供电线路和电源设备上有效阻止了雷电这样就从供电线路和电源设备上有效阻止了雷电流的入侵。流的入侵。116引引入入基基站站的的交交流流低低压压电电力力电电缆缆和和信信号号电电缆缆宜宜从从地地下下敷敷设设。交交流流电电力力电电缆缆应应采采用用铠铠装装电电缆缆或或穿穿金金属属管管埋埋地地后后进进入入机机房房，电电缆缆
49、或或金属管两端应作良好接地。金属管两端应作良好接地。交流和信号线的防雷与接地117馈线的金属外护层应在：馈线的金属外护层应在：铁塔顶部平台处（铁塔顶部平台处（A点）点）馈线离开塔身至天桥转弯处馈线离开塔身至天桥转弯处 上方上方 0.51米范围内（米范围内（B点）点）进入机房入口处外侧（进入机房入口处外侧（C点）点）作作“三点接地三点接地”。ABC天馈线系统的防雷与接地EGB118馈线的金属外护层应在：馈线的金属外护层应在：当当铁铁塔塔高高度度超超过过60米米时时，还还应应在中部增加一处接地。在中部增加一处接地。ABC60mD天馈线系统的防雷与接地（续）119馈馈线线进进入入机机房房后后与与基基
50、站站收收发发信信机机连连接接前前应应安安装装馈馈线线避避雷雷器器，以以防防来自天馈线引入的感应雷。来自天馈线引入的感应雷。避雷器接地端子应与室外的接避雷器接地端子应与室外的接地排地排EGB相连。相连。EGB馈线避雷馈线避雷器器天馈线系统的防雷与接地（续）120天馈线系统的防雷与接地（续）121天馈线系统的防雷与接地（续）122天馈线系统的防雷与接地（续）123传输系统的防雷需对出入局站的传输中继线采取如下的措施：需对出入局站的传输中继线采取如下的措施：（1）尽可能采用全线）尽可能采用全线直埋方式直埋方式直埋方式直埋方式，或者至少在入，或者至少在入局站前直埋。埋地光（电）缆的金属屏蔽层或局站前直