防雷接地.pptx

0 概述概述n随着通信设备的集成度越来越高，其过电压耐受水平却大大降低，以及通信局（站）的环境条件越来越复杂，在通信防雷方面出现了许多新的挑战。尤其在通信供电系统的雷电过电压保护方面更加突出，因其所处工作环境的特殊性，容易遭到雷电、电涌或其它过电压的损害。雷击造成通信设备损坏事故的75%左右是因雷电过电压侵入通信供电系统引起的。因此，对通信供电系统进行切实有效的雷电过电压保护就显得十分必要。0 概述概述n信息产业部2005年颁布了通信网防御雷电安全保护检测管理办法，2006年8月31日又转发了国务院办公厅关于进一步做好防雷减灾工作的通知。2002年以来信息产业部先后颁布了YD/T1235.1-2002通信局（站）低压配电系统用电涌保护器技术要求、YD/T1235.2-2002通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法、YD/T1429-2006通信局（站）在用防雷系统技术要求及测试方法、YD5098-2005通信局（站）防雷接地设计规范四个标准。0 概述概述nYD/T1429-2006和YD5098-2005涵盖了各种通信局（站）的防雷、接地、雷电过电压保护以及现场检测的技术要求及检测等内容。另外这些标准也是通信局（站）的防雷、接地、雷电过电压保护设计、施工、监理、维护和各类保护器件选择的技术依据。0 概述概述n通信系统雷电安全防护是一个系统工程，包括机房屏蔽、合理布线、规范接地和装置合适的SPD等措施。首先是在进入机房的线路和设备接口安装SPD，而改善设备所处场所的电磁环境则包括外部防护和内部防护两部分。0 概述概述面向EMC的雷电电磁脉冲防护改善通信设备所处场地的电磁环境建筑物的外部保护建筑物的内部保护避雷带或避雷网（必要时避雷针）接闪器屏蔽（建筑物结构金属等电位连接（均压）引下线接地体设置SPD设备综合防护示意图0 概述概述n外部防护仍采用传统方法，由于避雷针是引雷针，建筑物顶部的避雷针往往将不应袭击该建筑物的雷电吸引到该建筑物上，而雷电闪电道和避雷针引下线中的雷电流都可以在建筑物内产生感应雷电效应。因此对于含通信设备的机房，应当尽量减少直击雷的概率，不采用避雷针等引雷装置，而在预期直击雷频度较高地区的设备机房建筑物顶部设置避雷网、带，在雷电击中建筑物时，被动地将雷电泄放入地。含无线电发射天线的建筑物应当设置避雷针，以防止雷电直击天线设备，避雷针只要能保护天线设备即可。0 概述概述n内部防护包含屏蔽、接地和等电位连接。屏蔽一方面是建筑本身的屏蔽，最好的办法是利用建筑物的自然构件组成，另一方面是合理布线和线路屏蔽，减少设备内部的感应影响。等电位连接的目的，在于减小需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差，防止雷电反击。将机房内的设备金属外壳，金属地板框架、金属门框架、设施管路、电缆桥架、铝合金窗的等电位连接，并以最短的线路连到最近的等电位连接带或其它已做了等电位连接的金属物上，且各导电物之间的尽量附加多次相互连接。0 概述概述n电源防雷一般采用三级防护，第一级保护（B级）一般安装在建筑物输入电源总配电室配电柜上，或楼内单位输入电源的主配电盘上。主要用于保护整幢建筑物用电设备或单位的主要用电设备。第二级保护（C级）主要安装在机房配电柜上，保护机房内UPS机房空调、照明等用电设备。第三级保护主要安装于各个计算机设备的电源配线端，用于保护最终的设备。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n1）建筑物内各楼层被保护的通信设备的分布情况。n2）楼顶各类金属构造物的分布情况，接地情况。n3）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）。n4）通信系统的计算机网络和通信网络的结构。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n5）通信系统各设备之间的电气连接关系、信号的传输方式。n6）供、配电情况，供电方式（TT、TN）及其配电系统接地方式，有无专用变压器，是380V或220V供电，供电电压是否稳定。n7）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。n10）防直击雷的接闪装置（避雷针、带、网、线）现状。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n8）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）。n9）站址为公共建筑站址还是租的民房，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）。n10）建筑物及其它各类地网的现状和平面图。n11）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。n12）建筑物雷电引下线的现状及其与通信设备接地线的距离。n13）高层建筑物防侧击雷的措施。n14）电气竖井内线路布置情况。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n15）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。n16）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。n17）局（站）有无计费中心、97网管中心、专用机房，其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。n18）电源线路的引入方式，是否架空引入，供电方式。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n19）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。n20）SPD接地线的位置、长短、粗细，电源保护器的接线方式。n21）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。n22）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。1 1 通信局（站）防雷系统检测应收集的资料通信局（站）防雷系统检测应收集的资料n23）机架是否接地，机架内机盘是否接地。n24）等电位连接及各局部等电位连接情况，共用接地装置状况（位置、接地电阻值等）。n25）消防管道、上下水管道、地下管线的接地分布情况。2 2 防雷装置检测流程防雷装置检测流程通信局（站）在用防雷系统文件查验接地电阻检测接闪器检测引下线检测等电位检测内部等电位外部等电位进局电缆屏蔽接地检测SPD配置和保护模式的检查SPD接地线线径及长度检测混合波限制电压检测通信网上运营设备的抗扰度查验 结束开始3 3 接地电阻值接地电阻值n原邮电部标准对交换设备允许的接地电阻值是沿用苏联的标准，在其制定过程中存在许多未定因素，并且是通过人为取值进行计算的，存在许多缺陷。n交换设备允许的接地电阻值只要使串音保持在适当限制内，不产生干扰，不影响交换机的正常工作，有实践表明，当接地电阻在20时，因接地而产生的串音还在允许的范围内，当然在工程设计中应尽可能达到较低的接地电阻值。3 3 接地电阻值接地电阻值n基于模拟技术的交换系统局间金属实线连接已经被光缆所代替，因此局间接地电阻引起的电位差产生的问题已不复存在。n实践和理论证明，接地电阻的大小对无线设备的技术参数和信号传输无多大影响。3 3 接地电阻值接地电阻值n为进行防雷，很难设立人员保护所需的明确接地电阻。直击雷所带来的电流从几百到三十万A不等，雷电流如果经过的电阻为1，理论上也能产生非常危险的电势。n从防雷的角度讲接地电阻越小越好。这是因为接地装置上流过的雷电流会使接地点的地电位升高，因此地网的设计主要从防雷保护的角度考虑，尽可能降低接地电阻的数值。3 3 接地电阻值接地电阻值n一个避雷针的接地体接闪时所呈现的电阻，与直流、工频电流的接地电阻有显著不同，对于雷电在土壤所发生的物理过程和工频有着相当大的区别，它们的最主要区别在于雷电的形成过程以及土壤对高频电磁波传输特性所决定的。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，因此，在实际雷电流作用下接地网的接地电阻值小了。3 3 接地电阻值接地电阻值 n通信局（站）内所有建筑物钢筋混凝土基础加上外设环形接地体作地网，已经是局址范围内可能产生的最小接地电阻值。n建筑物钢筋混凝土基础埋地较深，与大地的接触面积大，在相同的土质条件下，用基础作接地体可以比一般人工接地体的电阻低得多，另外基础钢筋埋设在混凝土中，作为接地体的钢筋不会受到外力的损伤和破坏，不需要维护，使用期限长，接地电阻稳定。对于通信局（站）来说，这种接地方式是相当有效的。3 3 接地电阻值接地电阻值n新标准中已将通信局（站）接地合格的判定依据从接地电阻值变换为另一种方式。即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。n接地电阻的测试，仅仅作为观察接地系统经过长时间埋在土中有无锈蚀，接地线出土的地方有无机械损伤和断开的问题。4 4 通信局站的接地系统和地网通信局站的接地系统和地网n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，包括建筑物的基础的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。外设环形接地体垂直接地体接地引入线通信局站接地系统示意图4 4 通信局站的接地系统和地网通信局站的接地系统和地网n环形接地体就是把接地体沿建筑物周围围成一个闭合环。这样的接地网可以使到界面以内的电场分布比较均匀，减少跨步电压对人的危害，也减少室内在受雷击时，由于地面电位梯度大而产生对设备高压反击的危险。5 等电位连接等电位连接n通信系统系统网型、星型和星型网状混合型接地（等电位连接网络结构）5 等电位连接等电位连接SsM M mS型星形结构M型网状结构ERP组合1组合2ERP接至共用接地系统的等电位连接基本的等电位连接网接至共用接地系统的等电位连接 ERPS ：建筑物的共用接地系统；：等电位连接网；：设备 ERP ：接地基准点；：等电位连接网与共用接地系统的连接。5 等电位连接等电位连接n 网状接地结构（M型结构）：网状分配接地减少了不同设备接地之间的电位差，通信系统可以从不同的方位方便的就近接地。当采用网状结构时，系统的各金属组件应通过多点就近与公共接地网相连形成Mm型。Mm形等电位连接网的主要优点是在高频时可获得一个低阻抗网络，对外界电磁场有一定的衰减作用。其缺点是理论上可能会引入低频干扰。网状结构一般适用于延伸较大的开环系统，系统内设备间以及设备与外界的连接线较多而且复杂。4 等电位连接等电位连接n星型接地结构（S型结构）：星型分配接地减少了环流电流的干扰，使得干扰电流不能形成回路，从而解决了通信系统的干扰问题（在高频下易引入干扰）。典型的星型分配接地的衍生物树枝型分配接地结构，从公共接地汇流排只引出一根垂直的主干地线到交换机室的分接地汇流排，再有分接地汇流排分若干路引至大列和机架。5 等电位连接等电位连接n星型网状混合型接地结构：星型网状混合型接地采用了两类结构的特点，通信局（站）机房的通信设备一部分接地采用网状布置，这种网状分配接地由于相互之间没有一个严格的绝缘要求，网状结构减少了不同设备接地之间的电位差对，通信系统可以从不同的方位较好的就近接地。由于其结构正馈电线与机架之间没有严格的绝缘要求，所以交换设备在机架结构上比较容易处理。而另一部分对交流和杂音较为敏感的设备的接地采用星型布置。这种等电位连接方法更为方便灵活，接线简便，安全、可靠性高。5 等电位连接等电位连接5 等电位连接等电位连接n 通信系统的等电位连接网采用S型还是M型，除考虑通信设备的分布和机房面积大小外，为了效地消除杂音干扰，还应根据通信设备的抗扰度及设备内部的接地设计方式来选择等电位连接网络及接地型式。接地线应尽量短，如无法实现，可考虑接成小星形，尽量实现等电位连接。5 等电位连接等电位连接6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用n浪涌保护器（SPD）是用于各类通信系统对各种雷电电流、操作过电压等进行保护的器件，可分为：1）开关型（间隙型）SPD：安装在一般建筑物外，用于电源系统的SPD，由放电间隙、石墨等材料组成，或由间隙和限压型器件组合的SPD。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用 2）限压型SPD：安装在防雷区建筑物内的SPD，可疏导8/20s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。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用n在通信局（站）不允许使用的在通信局（站）不允许使用的SPDSPD类型类型 1）开关型（间隙型）及其组合型 开关型及开关组合型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15m，动作时间较慢s级，间隙型保护器雷击电流放电时，电极电弧瞬间可产生7000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及通信系统的安全。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用nC C级防雷模块并联的大通流量防雷器级防雷模块并联的大通流量防雷器 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，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，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就可以完成，而是要在全工作区间上逐一进行伏-安特性匹配。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用通常，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，动作电压低的链路首先动作，引起弱点击穿，造成该链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。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用 2）模块式 SPD 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,正如在配电回路中用铜丝、铁丝代替保险丝一样的道理。另外，就是在 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燃烧事故。而用C级防雷模块并联而成的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、过热保护功能紊乱，最终发生失效短路事故。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用n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。若不具备这类设备及技术手段，而是采用简单的并联组合，非但不能明显提高通流量，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。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用n限压型SPD的参数 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。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。残压（residual voltage，Ures）：当放电电流通过时，SPD端子间的电压峰值。最大持续工作电压Uc。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用n对SPD要求多级保护、逐级限压、将雷电过电压限制在设备的承受水平上。对SPD特别是第一级SPD的安装方式应引起充分重视。接地线越长，其电感量（常用铜导线的电感值约11.6H/m）将越大，雷电流因其陡度di/dt作用而产生的压降也就越大，一般都在数kV以上。在这种情况下，施加到设备的残压并不只是SPD的残压，还包括在接地线上的压降，因此要努力缩短接地线的长度（0.5-1m）。使SPD紧靠机房总接地排安装，是解决这一问题的最好办法。从防雷保护角度看，接地基准点越靠近设备越好，因为在这种情况下用于连接设备和接地基准点的等电位连接导体的长度可以做到最短，从而能保证在雷电流通过时等电位连接导体两端的电压降最低。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用对于TN系统可选用4、7模式限压型SPD或3+1模式的SPD（L-N是3个限压型SPD，N-PE是一个开关型SPD。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用对于TT供电方式，必须选用3+1模式的SPD。因为TT 系统供电当发生接地故障时，低压断路器（自动开关）不一定能跳闸，会造成SPD 发生燃烧事件。6 6 SPDSPD的分类及使用的分类及使用nSPD的功能要求 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。7 7 通信局（站）遭受雷击的主要原因通信局（站）遭受雷击的主要原因n通信局站建筑物设计与通信系统设计脱节；n扩建、改建、增加设备时，利用原有机房或建筑物安装设备，使新旧机房相互独立；n在原有的市话机房附近设置移动通信、微波通信铁塔；n机房装修与通信设备接地的要求不配套；n在通信系统设计时未考虑建筑物内部雷电流及电磁场的分布；n接地系统及接地网不完善；n不能就近接地；nMDF不能就近接地；n天馈线接地不完善；n对建筑物遭直击雷的保护不当；n对雷电过电压保护不重视；n雷电过电压保护装置选择不当，各级保护缺少相互之间的协调，致使SPD不能有效地发挥作用；7 7 通信局（站）遭受雷击的主要原因通信局（站）遭受雷击的主要原因n选用SPD器件没有测试数据为依据，仅听厂商的广告宣传；nSPD器件的一致性差；nSPD的安装位置和方法不对；n环境监控、97网管中心、图像监控缺少过电压保护；n现代通信高度集成化，易受雷电电磁场的影响；n出入楼缆线进局时金属外皮未做接地处理；n出入楼缆线缺少雷电过电压保护；n楼内较长的网络线缺少过电压保护。n上述问题的关键是缺少整体、系统的防雷设计。局站可能存在的一些问题 n地网及建筑物防雷设计、竣工资料不全。n老局站经过多次扩容，地网中原有通信机房的工作地、保护地、防雷地未按等电位的要求进行联合接地。n地线腐蚀严重。n新建铁塔的地网未与原局内通信地网连通，导致局内地线间产生电位差。n微波站、无线接入设备的馈线未按要求接地。局站可能存在的一些问题n部分通信局站电源系统未采取有效的防护措施或接地措施不合理，导致雷电从电源系统引入机房。n市话电缆未做接地处理，或配线架保安单元不符合要求，雷电丛电缆引入机房。n个别设备采用单片压敏电阻做为防雷保护，无热熔保护、过流保护、劣化指示等。nSPD引线过长。局站可能存在的一些问题n光缆的金属外护层、金属加强芯未直接接地。电源系统的防雷改造n低压系统n变压器的低压侧加装避雷器。n架空进入电力室的低压电缆改为直埋，长度尽量大于15米，电缆金属护套应两端接地。n对进入电力室的电力电缆第一个端子处增加一级避雷器。电源系统的防雷改造n直流系统n雷击较多的局站，各专业机房直流引入端应加装避雷器。n避雷器的动作电压大于70V，小于90V。电源系统的防雷改造n同一局站内新、老地网，必须改成联合接地形式。n建筑物楼顶上的金属物品，电源线的金属护套应与避雷网或避雷带就近连接。大楼的避雷带设在女儿墙上，每隔510米与避雷网连接一次。n楼顶设有微波天线或其他通信天线的应在其上设置避雷针，其引下线应就近在两个相对方向上与安装避雷网连接。电源系统的防雷改造n有塔楼的应在塔楼上设置避雷针，利用塔楼柱内的两根主钢筋作为引下线，并与避雷网连接焊牢。n接地引入线由地网的两个方向就近引出并与机房接地汇流排接通，应避免从接地雷电流引下线附近引出。电源系统的防雷改造n天馈线应在铁塔上部、下部及走线架进机房入口处就近接地，在机房入口的接地应就近与地网引出的接地线妥善连通。铁塔高于60米时，馈线应在铁塔中部增加一处接地。同轴电缆大于30米时应在机房入口处加装相应的避雷器。n铁塔地网与机房地网需两点以上连通。电源系统的防雷改造n由机房屋顶进入机房的缆线和太阳能电池连线应采用具有金属护层的电缆，其金属护层在进入机房入口处，就近与屋顶上的避雷带焊接连通，电缆内芯应一一就近对地加装避雷器。电源系统的防雷改造n各类信号线缆引入，金属外皮应在进线室作接地处理。n进局电缆应先通过保安器后再与设备连接，空线对应接地。n出入局计算机的数据线、监控线在设备两端应加装避雷器。n测量室MDF配线架就近与地网在两个方向连接。电源系统的防雷改造n计算机控制线大于50米时应在设备终端加装信号线避雷器。n与天线设备相连的数据线在终端设备前加装信号线避雷器。n光缆进局后金属构件应在进入设备前作接地处理。