高山基站防雷专项方案.doc

高山基站
防雷保护技术方案

目 录
第一章、 现场状况分析 5
第二章、 设计根据与防护办法 7
第三章、 设计范畴及工程责任分工 9
第四章、 防雷设备选型和应用原则 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、 地线引入点选取 22
附件一： 每个基站需增长防雷器型号即数量
附件二： 有关规范及防雷器选取、计算阐明

第一章、 现场状况分析
保定地区年雷暴日普通在30天左右，并且本次方案涉及改造基站均处在高山地区,由于客观环境制约,大某些高山站电源线路还采用架空电源线直接引入基站方式,因此高山基站遭到雷击也许性非常大。虽然诸多电源设备已经配备了某些防雷器,但只是简朴电源浪涌保护，与国家有关原则存在相称大差距。为此，在雷雨季节，很容易发生设备被雷击损害事故，影响通信网络正常运营。
普通来说高山基站雷击损害因素有如下几种方面：
1. 客观因素:由于各基站地理位置都处在高山上因此遭遇雷击侵袭概率都比较大,电源线路由于经济投入因素多采用架空方式引入这更加大了雷击侵袭概率和强度.
2. 直击雷防护:各基站均建有铁塔且运用其做为接闪器和引下线,因此直击雷防护装置相对比较完善,从各某些有关记录数据来看基站各设备也没有因雷直击损坏状况,因此此某些是普通是合格也无需进行改造.
3. 电源防雷器选型:虽然有某些基站已经在基站配电箱处安装了一或两级防雷器,但存在选取性能参数偏小状况,例如在高山站虽然采用最大通流仅为60KA限压型防雷器做第一级保护也是远远不够。有些状况是：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,主线没有距离和参数配合,因此保护效果也不好.
4. 防雷器安装:有些基站虽然已安装了防雷器,但防雷器安装位置选取不太恰当,且安装方式不对的导致相线引线和接地线过长从而使防雷保护效果下降状况也比较多.
5. 等电位连接和设备接地:某些设备由于接地不好或者没有接地从而导致损坏,例如据报道有些基站光端机主线就没有接地从而导致损坏.
6. 地网阻值和接地线引入:普通来说，高山基站地网阻值往往很难做到符合原则规定。此外，接地线引入位置经常有选取不恰当状况,例如有基站接地线是直接从铁塔脚上直接引入。
7. 天馈线和信号防雷器使用:普通馈线引下时普遍采用三点接地,因此因从天馈线引入雷击过电压导致设备损坏状况相对较少,并且信号线路由于采用光纤线路,只需做好接地工作即可。
咱们针对这些在高山基站普遍性问题，有针对性提出了如下技术方案供顾客参照,对于无需改造某些如直击雷防护,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，加上良好接地和屏蔽办法，从而形成一种多层完整全面防护体系为目。

第二章、 设计根据与防护办法
1 设计根据
l 国标《建筑物防雷设计规范》GB50057-94（）
l 国标《电子计算机机房设计规范》GB50174-93
l 国标《民用电气设计规范》JGJ/T16-92
l 国标《计算机场地安全规定》GB9361-88
l 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-
l 《通信局（站）接地设计暂行技术规定》YDJ26－89
l 《通信工程电源系统防雷技术规定》YD5078-1998
l 国际电工委员会 IEC系列原则
l 国际电信联盟ITU-T（原CCITT）有关建议及原则
l 建设单位提供资料，及设计人员理解和收集资料。
2. 防护办法
概括说，当今电子设备防雷手段，重要采用分流、接地、屏蔽、等电位和过电压保护五种办法。
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：建筑物内所有金属导线,涉及电力电缆、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，运用建筑物钢筋网和其她金属材料，使基站形成一种法拉第笼。用以防止外来电磁波（含雷电电磁波和静电感应）干扰基站内设备。
等电位连接：基站内所有金属物体，涉及电缆屏蔽层、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，为保证其稳定可靠工作、保护计算机通信设备和人身安全，解决环境电磁干扰及静电危害，需要一种良好接地系统。
过电压保护：电子设备信号线、电源线上安装相应过电压保护器，运用其非线性效应，将线路上过高脉冲电压滤除，保护设备不被过电压破坏。重要保护器件为氧化锌压敏电阻、二极或三极放电管、迅速箝位二极管等，依照需要进行组合，形成完整防雷保护器。

第三章、 设计范畴及工程责任分工
本方案十几种高山基站防雷设计，在本方案中考虑了如下五个方面内容：
1、 基站电源第一级防雷保护。
2、 直流48V设备防雷保护
3、 防雷器安装方式和注意事项
4、 等电位连接及接地
5、 地网引入点选取。
此外，本设计还负责提出电源避雷器设备技术性能规定，以及负责所需防雷设备选型。
咱们以为如下两个方面内容由于已经做比较完善,因此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:但愿顾客方在后来新建基站电源进线方式选取上,尽量采用埋地电缆方式引入基站,以减少雷击强度和幅值.

第四章、 防雷设备选型和应用原则
防雷设备对的选取和应用，将直接关系到整个系统防雷质量。如果选取不当，不但难于起到防雷作用，甚至还会对设备导致不必要影响，因而，防雷设备选型和应用将是至关重要。
1、 电源避雷器选取和应用原则
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以便，电源系统多级防雷，原则上均选用并联型电源避雷器。
电源避雷器保护模式有共模和差模两方式。共模保护指相线-地线（L-PE）、零线-地线（N-PE）间保护；差模保护指相线-零线（L-N）、相线-相线（L-L）间保护。对于低压侧各级保护，除选取共模保护方式外，还应尽量选取涉及差模在内保护。
残压特性是电源避雷器最重要特性，残压越低，保护效果就越好。但考虑到国内电网电压普遍不稳定、波动范畴大实际状况，在尽量选取残压较低电源避雷器同步；还必要考虑避雷器有足够高最大持续工作电压。如果最大持续工作电压偏低，则易导致避雷器自毁。
电源系统低压侧有不同保护级别，应依照保护级别不同，选取适当通流容量和电压保护水平电源避雷器，并保证避雷器有足够耐雷电冲击能力。原则上，每一级交流电源之间连接导线超过25m以上，都应做该级相应保护。
电源低压侧保护用电源避雷器，应当选取有失效警告批示，并能提供遥测端口功能电源避雷器，以以便监控、管理和日后维护。
电源避雷器必要具备阻燃功能，在失效、或自毁时不能起火；且必要具备失效分离装置，在失效时，能自动与电源系统断开，而不影响通信电源系统正常供电。
电源避雷器连接端子，必要至少能适应25mm²导线连接。安装避避雷器时引线应采用截面积不不大于10mm²多股铜导线，建议使用25mm²多股铜导线，并尽量短（引线长度不适当超过1.0m）。当引线长度超过1.0m时，应加大引线截面积。引线应紧凑并排或绑扎布放。
电源避雷器接地：接地线应使用不不大于10～35mm²多股铜导线，并尽量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。
依照防雷区划分和实际状况合理地设计各级电源防雷体系，并选取恰当防雷器。
附注：防雷区划分
依照IEC1312-1雷电电磁脉冲防护原则，计算机系统防雷保护区别为四个区域，各区交界处应作相应防雷解决。各区划分如下：
LPZ0A区：直击雷作用区，处在建筑物避雷针系统保护区以外区域，由于本区内所有物体均有也许遭受直接雷击，并也许导走所有雷电流；此外本区能所有物体均处在雷电电磁场最强处，故对于雷电感应最强。
LPZ0B区：感应雷主作用区，处在建筑物避雷针系统保护区内，但未经空间电磁屏蔽，雷电作用电磁场并不衰减，处在此空间所用可导电物体均可感应较强雷电流区域。
LPZ1区：建筑物屏蔽区，本区内各物体不也许遭受直击雷，流往各导体雷电流比0B区进一步减小，本区内电磁场也也许会衰减，取决于建筑物屏蔽办法。
LPZ2区：房间屏蔽区，对于计算机主机房所处空间，应采用屏蔽办法，以进一步减小空间电磁场干扰。
当金属导线（电源线、信号线等）穿越不同保护分区时，因电磁感应作用，会产生较高过电压，影响室内设备安全。因而，需安装相应过电压保护器，对设备进行保护。在不同保护分区，所采用防雷器级别是不同。同步，需要作相应等电位解决。
防雷保护分区和防雷器分级应用如下图所示：

第五章、 供电系统防雷保护设计方案
针对高山基站状况和咱们所理解某些信息,咱们提出如下防雷器使用方案，并请参照下图。

1）基站电源系统第一级保护
为了防止沿市电供电回路侵入雷击，根据国标《建筑物防雷设计规范》第6.4.7条和信产部原则《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》第3.7.6和3.7.7款规定，咱们设计在高山基站配电箱低压进线处安装德国PHOENIX FLT间隙型避雷器做为电源系统第一级保护。（规范原文及防雷器选型计算根据见附件2）
2）基站电源系统第二级保护
为了进一步减少沿市电回路侵入雷电过电压峰值，以及为了防止内部供电线路由于静电、电磁感应所产生过电压，根据国标《建筑物防雷设计规范》第6.4.9条和信产部原则《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》3.7.7款相应规定，咱们设计在开关电源输入端安装限压型防雷器做为第二级保护。由于开关电源已经普遍安装了这级防雷器,因此对于此级防雷器选型和性能指标在这里不再赘述。（规范原文见附件2）
3） 直流负载防雷保护
为了防止直流线路由于静电感应、电磁感应所产生过电压，以及为了消除直击雷泄流时在地线(正极)线路上所产生地电位反击，根据信产部原则《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》3.7.15条相应规定咱们建议在直流输出屏和负载处安装直流电源防雷器。
4） 一二级防雷器间配合
根据国标《建筑物防雷设计规范》第6.4.11条和信产部原则《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》第3.7.8规定，作为第一级开关型防雷器FLT 与作为第二级限压型防雷器（普通在开关电源柜已经配套）之间必要保证10米以上距离，这在有些基站恐怕是难以做到。因此采用普通开关型防雷器必要采用加退耦器来解决两级防雷器之间配合问题，但使用退耦器一方面增长了采购成本，另一方面退耦器自身功率限制以及有也许在供电线路上产生故障节点因素使得选取退耦器应用受到一定限制。而采用PHOENIXAEC（积极能量配合技术）则非常成功解决了这个问题，使得开关型防雷器使用不再受空间和用电功率限制。
AEC技术原理是在密封放电间隙基本之上，附加一种起孤电路，这个电路可以感受后级残压，并自主触发一种放电火花起动放电间隙，实现能量转移和减少整体残压。其基本原理如图所示。

由AEC技术制造FLT 35 CTRL系列保护器内部，点火电路参数选取也使电路受到先后级放电元件保护，从而保证其能长期稳定而可靠工作。
FLT 35 CTRL系列，初次实现把一、二级保护器动作特点综合起来，系统响应速度最快、残压最低、接线至少。不必外加任何解耦器件，安装不受任何限制，一切变得更加简朴以便，便于维护，便于安装。
为了选用以便，可以系统解决办法，由FLT 35 CTRL 和VAL-MS组合成POWERSET BC/3或/3+1可以以便直接安装于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备如下明显特点：
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.节约了安装空间(这也是在诸多欧洲国家，ERICSSON公司可以应顾客规定，在电源柜内直接加装POWERSET BC因素)。
4.改进功率因素，提高用电效率。
5.减少接线数量，提高安全系数。
6.节约安装时间。
7.不受解耦器工作电流限制。
8.节约解耦器件成本。
9.组合方式灵活合用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UC
260VAC
额定通流10/350us(L-N每相)
35KA
保护电平UP(L-N)
900V
响应时间tA
25ns
POWERSET BC/3+1

2858111
额定电压UC
260VAC
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tA
25ns
注：详细参数参见增补英文样本。

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
（10/350μs）
并联
残压900V

VAL-230
电源第二级防雷保护
开关电源输入端（380VAC）
40KA
（8/20μs）
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
（8/20μs）
并联

第六章、 防雷器安装方式和注意事项

1 防雷器安装位置选取
移动基站所采用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，而如果要在基站配电箱处添加PHOENIX公司采用AEC技术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C级防雷器配合问题。
2防雷器安装方式选取和应用
为了保证防雷器使用效果,咱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,这重要是考虑由于线路电感量所引起残压增长。在《建筑物防雷设计规范》条文阐明中就举了这样一种例子，如图1所示。

图1
在按照图1a接线中其两端电压UAB＝ 4KV+8.4X1=12.4KV(线路无屏蔽层)和U’AB＝ 4KV+2.52X1=6.52KV(线路有屏蔽层)，从中可以看出由于线路电感引起残压增长是非常巨大，因此在安装过程中咱们必要严格控制连接线长度。然而在实际安装中如果采用直接并联方式连接线长度要想控制比较短是很难做到。

图2
图2是一种普通并联式安装防雷箱在现场安装中实际位置图，人们可以看到相线和零线长度达到1.5米左右，而地线连接长度也许达到6－7米，这样由于线路电感而引起压降恐怕早已超过防雷器残压，而设备也是极度危险隐患中。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是采用凯文式接线实际接线图。固然这种接线方式施工量是比直接并联相对要麻烦某些，但相对于能增强基站设备保护效果，这些工程量也是微局限性道。

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、附近所有金属物以及其他大型埋地金属物、电缆金属屏蔽层、电力系统地线，建筑物接地、设备外壳地，防雷器接地等所有用电气连接办法连接起来，使整个基站及其内部设备形成一种良好等电位体，从而避免基站内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地阻更为重要。
实现等电位连接手段有两个,一种是针对金属线槽、金属管道、天馈线外皮及设备外壳等可以直接接地线路予以直接接地.此外一种是针对电源相线、信号线芯线等无法直接接地线路采用通过防雷器间接接地实现等电位连接。
普通来说，在基站等电位连接工作中重要问题是，某些设备接地不好,或者主线没有接地例如光端机,因此需要把这些设备进行详细检查,对于接触不好或者没有接地设备要实现良好接地,以保证明现等电位连接。

第八章、 地线引入点选取
如果基站接地阻值5欧姆如下,可以以为地阻符合规定。但对于室内接地汇流排与地网连接点也许有些基站选取不恰当,例如有基站接地线引入是如果直接从铁塔脚上引入,这种引入方式有也许直接把经铁塔泄放雷电流及高电位直接引入基站内部从而导致设备损坏,因此对于这些基站必要进行整治,以保证设备安全.整治办法为:将原先从铁塔脚下引入镀锌扁钢在铁塔脚处断开并挖出废弃不用,如不挖出要保证足够距离防止击穿.再从远离铁塔雷击电流泄放点地网边沿处重新引一条镀锌扁钢至基站地线汇流排处,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,并且要做好防腐办法.
附件一：需增长防雷器数量及型号

型号规格
防护级别
避雷器安装位置
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
（10/350μs）
1
残压900V

VAL-230
电源第二级防雷保护
开关电源输入端（380VAC）
40KA
（8/20μs）
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
（8/20μs）
1

附件二：有关规范及防雷器选型计算
1、国标50057－94《建筑物防雷设计规范》
第6 ．4． 7条 在LPZ0A 或LPZ0B 区与LPZ1 区交界处，在从室外引来线路上安装 SPD，应选用符合 I级分类实验产品。
应按本章第6.3.4 条规定拟定通过SPD 10/350 μs 雷电流幅值。当线路有屏蔽时，通过每个 SPD雷电流可按上述拟定雷电流 30%考虑。 SPD宜接近屏蔽线路末端安装。以上述得出雷电流作为 Ipeak来选用 SPD。
当按上述规定选用配电线路上SPD 时，其标称放电电流In 不适当不大于15kA 。
[阐明 ] 现举一例阐明如何在 LPZ0A或 LPZ0B区与 LPZ1区交界处选用所安装 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总配电箱上装设三台 SPD，在此后来改为 TN-S系统。
由于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 μs。

初次雷击雷电流参量 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 ）
200
150
100
T 1波头时间（μ s）
10
10
10
T 2半值时间（μ s）
350
350
350
Q s电荷量（ C）
100
75
50
W/R 单位能量（ MJ/ Ω）
10
5.6
2.5
注： 1. 由于所有电荷量 Qs 本质某些涉及在初次雷击中，故所规定值考虑合并了所有短时间雷击电荷量。
2.由于单位能量 W/R本质某些涉及在初次雷击中，故所规定值考虑合并了所有短时间雷击单位能量。

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iV1 = 25/3=8.3kA 和iV2 = 6.25/3 =2.1kA。
因此，选用I 级分类实验SPD 时，其Ipeak ＞8.3kA （10/350 μs ）。
因而咱们选取Ipeak ＝35kAFLT 35防雷器完全满足高山基站规定。

2、《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》YD/T5098-
3.7.1 从架空高压电力线终端杆引入通信局（站）10KV或6.6KV高压电力线，必要更换为铠装电缆，进入通信局（站）配电变压器高压测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（建在郊区和山区微波站、移动通信基站配电变压器，不适当与通信设备设在同一建筑物内），高压铠装电缆应从地下入局，且铠装电缆长度应不不大于200m,铠装两端应就近接地。
3.7.7 在配电变压器、配电室、电力室界面选用电源SPD工程规定：
7．无专用配电变压器供电移动通信基站低压电缆应从共用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构成SPD。地处中雷区基站应安装标称放电电流不不大于20KA限压型SPD；地处多雷区、强雷区基站应安装标称放电电流不不大于40KA限压型SPD。若采用架空电源线引入时，地处中雷区以上基站，在配电屏终端入口处，应安装冲击通流容量不不大于100KA限压型SPD。
对该规范条文解释：
对于应用在移动基站电源第一级防雷保护B级SPD是选取开关型（表征波形为10/350）还是选取限压型（表征波形为8/20），始终困惑广大着顾客，且引起众多生产厂家争论。
从技术原理和实际使用状况来看，两者都可以应用在移动基站第一级防雷保护上，这是和信产部防雷工程原则YDT5098《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》相一致，如在其中第3.7.7条第四条和第五条，分别规定了在中雷区以上郊区站和高山上分别可以采用冲击通流容量不不大于60KA、100KA限压型或标称放电电流不不大于15KA、25KA开关型防雷器。虽然原则中给出了两种选取，但由于数字量化导致感觉，在移动基站实际使用中多数顾客选取了限压型防雷器。可是这种状况忽视了一种问题，就是基站电源进线状况。虽然在信产部原则中规定了直到高山站都可以应用限压型防雷器，但应注意是：在该原则前面条款对电源线进入基站方式以及变压器高低压侧防雷器安装使用做了严格规定（详细参见3.7.1-3.7.5条款）；从一定限度讲，原则中第一级防雷器推荐参数和构造选取是建立在执行此条款（即电缆埋地进入局站）基本之上。然而现实中由于客观环境和经济投入等因素，相称数量基站是采用市电架空直接引入，这是原则中所不容许，但又是现实中实际存在问题。
郊区站和高山站普遍存在，对于这种基站所采用第一级防雷器该如何进行选取？如坚决章取义照搬不考虑前提原则条款选取60KA或100KA限压型防雷器那么必定存在某些隐患，特别在某些低压线路和变压器防雷保护不完善或者主线就没有保护地方，就更需要慎重考虑这个问题，由于这种基站必要考虑雷电直击－反击或近区雷击时防雷器也许通过10/350波形雷电流。曾经据说过装在四川某基站最大放电电流为100KA（8/20）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状况。因此对于这些基站在防雷器选取上除了参照信产部防雷原则之外，还应当参照国标《建筑物防雷设计规范》和IEC有关原则相应条款，估算各线也许分担最大雷电流，并选取通过一类测试防雷产品，才干保证安全。固然也可以采用通过10/350波形测试，并能在通流容量上不不大于预期雷电流限压型防雷器。对于那些简朴将8/20通流容量按4：1比例换算成10/350通流容量做法是欠科学，由于金属氧化物自身是非线性，并且在比例数值上争论也比较大。此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办法，还存在阀片间选取配合问题，由于不一致性而导致可靠性指数下降是难免，此外大通流容量限压型防雷器价格也远远超过开关型防雷器，因此经济上也不划算。
因而，依照当前保定联通在山区基站进线状况，咱们建议采用开关型避雷器作为一级防雷器，从而实现真正意义上防雷保护。