防雷接地-华为讲义.pdf

课程 LA000003 防雷接地基础知识ISSUE 1.0 LA000003 防雷基础知识ISSUE1.0 目录i 目录课程说明书.1课程简介：.1培训目标：.1预备知识：.错误！未定义书签。课程要点：.错误！未定义书签。参考资料：.1第 1 章 关键词及简介 .21.1 简介.21.2 关键词 .2第 2 章 防雷接地所依据的标准和规范.32.1 IEC相关标准.32.2 ITU-T K 系列相关标准.42.3 国家标准、行业标准.52.4 公司内标准和规范.5第 3 章 雷电知识简介 .63.1 雷电的产生 .63.2 防雷区的划分.63.2.1防雷区的划分.63.3 雷电参数简介.83.3.1雷暴日.83.3.2雷电流波形.83.3.3雷电波频谱分析.93.4 雷电过电压的形成.9小结.10思考题 .10第 4 章 雷电防护的基本原则.114.1 系统防护原则.114.2 概率防护原则.114.3 多级防护原则.12小结.12思考题 .13第 5 章 通信局站的防雷接地.145.1 通信局站的接地系统.145.1.1简介 .145.1.2工作接地与保护接地.155.1.3通信局站等电位连接的基本要求.16LA000003 防雷基础知识ISSUE1.0 目录ii 5.1.4移动站天馈系统外部防雷接地要求.165.2 低压配电系统简介.175.2.1 TN配电系统 .185.2.2 TT 配电系统.195.2.3 IT 配电系统.205.2.4与配电系统有关的接地故障.215.3 局内布线.225.3.1交流电源线.225.3.2普通的信号电缆.225.3.3光纤的防雷.235.4 接地电阻.245.4.1国内相关规范中的规定.245.4.2接地电阻和防雷的关系.24小结.25思考题 .25第 6 章 通信设备防雷的基本措施.266.1 端口防雷设计.266.1.1 E1 信号防雷器的设计案例.276.1.2防雷器的使用要求和使用场合.276.1.3防雷器的正确接地.286.2 通信设备的系统接地.326.2.1基本原则 .326.2.2通信设备的系统接地设计.33小结.34思考题 .34第 7 章 常见问题 .367.1 保护接地线的线径.367.2 接地电阻值问题.387.3 哪些设备需要做保护接地.397.4 接地错误理解设备采用单独的通信地.397.5 直流供电设备，机房内无保护接地排，配电柜的电源48V 正极排能否做保护地.407.6 交流用电的设备，机房无保护接地排，能否通过交流电源的PE 接地 .407.7 终端接地，接交流电源线中保护地还是楼内的机房接地排.417.8 DDF架的接地 .427.9 逆变器已做保护接地，终端设备是否需要保护接地.437.10机架的绝缘问题.43小结.45思考题 .45附录 A：接地电阻的测量方法.46A.1 接地电阻的测量方法.46A.2 测量注意事项.46LA000003 防雷基础知识ISSUE1.0 目录iii 附录 B:通信局站防雷接地检查通则.48B.1 通信机房建筑物防雷.48B.2 电源系统 .48B.3 电缆布放 .50LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 课程说明1 课程说明课程介绍本课程通过对雷电基础知识、雷电防护基本原则、通信局站的防雷接地、通信设备的防雷接地基本措施、常见问题处理的讲解，引导学员掌握通信设备防雷的基础知识。培训目标学完本课程后，学员能够：了解雷电基本知识以及雷电防护的基本原则掌握通信局站防雷接地的方式和基本要求掌握通信设备防雷的基本措施学会防雷接地方面一些常见问题的处理方法参考资料YDJ 26-89 通信局（站）接地设计暂行技术规定YD 5068-98 移动通信基站防雷与接地设计规范YD/T 5098-2001通信局站雷电过电压保护工程设计规范LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 1 章关键词及简介2 第1章 关键词及简介1.1 简介简要介绍雷电基本知识，雷电防护的基本原则，讲解通信局站的防雷接地方式和基本要求，说明通信设备防雷的基本措施，并给出工程安装和维护工作中的常见问题。1.2 关键词防雷、接地、雷电保护、防雷区LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 2 章防雷接地所依据的标准和规范3-3 第2章 防雷接地所依据的标准和规范2.1 IEC 相关标准w IEC 61024 Protection of structures against lightning（建筑物的防雷）IEC61024-1：1990 建筑物防雷第一部分通则IEC61024-1-1：1993 建筑物防雷第一部分第一部分防雷装置保护级别的确定IEC61024-1-2：1998 建筑物防雷第一部分第二部分防雷装置的设计、施工、维护和检测IEC61024-2（草案）：建筑物高于60 米的附加要求IEC61024-3（草案）：火灾爆炸危险环境的建筑物的附加要求IEC61312 Protection against lightning electromagnetic impulse（雷电电磁脉冲防护）分五部分：Part 1：General principles（通则）；Part 2：Shielding of structures,bonding inside structures and earthing（建筑物的屏蔽、建筑物内等电位联结和接地）；Part 3：Requirements of Surge Protective Devices（浪涌保护器的要求）；Part 4：Protection of existing structures（现有建筑物的保护）；Part 5：Application guide（应用指南）Part 1 为正式出版物，Part 24 为草案，Part 5 没有出过文件。第 1 部分简介：目的为建筑物或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查和维护提供信息。简介提供了不同保护级别下雷击点的雷电流参数（三个分量，其显著特点是首次雷击采用10/350us波）；提出雷电保护区（防雷区）的概念及划分方法，提出接地、屏蔽和等电位联结的基本方法。其附录还给出了电磁耦合机理及耦合过程。第 3 部分简介：对SPD 进行分类；防雷区内SPD 的布置原则；SPD 工作特性要求；能量配合IEC61663 Protection of telecommunication lines against lightning（通信线路防雷）分两个部分：Part 1：Fibre optic installations（光纤装置）；Part 2：Subscriber lines using metallic conductors（采用金属导线的用户线路）现在都是草案。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 2 章防雷接地所依据的标准和规范3-4 IEC61644 Surge protective devices connected to telecommunications and signaling networks（接至电信及信号网络的浪涌保护器）Part 1：Performance requirements and testing methods（工作特性要求和试验方法）2.2 ITU-T K 系列相关标准ITU-T K.11 Principles of protection against Overvoltage and overcurrents 过电压过电流防护原则，提出危险过电压过电流的来源；保护基本措施；保护器件的类型；危险性评估；线路的保护；设备的保护等方面的内容。ITU-T K.20 Resistibility of telecommunication switching equipment to overvoltage and overcurrents 交换设备耐过电压过电流的能力，将运行环境分为两类：“非暴露”环境和“暴露”环境；给出交换设备在不同的运行环境中应具有的过电压过电流耐受能力；并给出试验电路及试验参数。ITU-T K.21 Resistibility of subscribers terminal to overvoltage and overcurrents 用户终端耐过电压过电流的能力，给出用户终端应具有的过电压过电流耐受能力；并给出试验电路及试验参数。ITU-T K.27 Bonding configurations and earthing inside a telecommunication building 电信大楼内的联结结构和接地，提出了等电位联结和接地的基本概念和原理；提出了联结网的几种拓扑结构；给出了几种联结网的实施原则和电力配电实施原则；并在附录中给出了三个实例。ITU-T K.31 Bonding configurations and earthing for tele-installations inside a subscribers building 用户大楼内电信设备的联结结构和接地，给出了用户大楼内电信设备等电位联结和接地的实施原则和电力配电实施原则。ITU-T K.35 Bonding configurations and earthing at remote electronic sites 远方电子场所的联结结构和接地，给出了远方电子场所的等电位联结和接地的实施原则和电力配电实施原则。ITU-T K.36 Selection of protective devices 保护装置的选择，常用的保护器件的分类及其特性分析；提出了电信系统实施保护的基本策略；给出保护器件的失效方式；给出了保护器件的安装位置。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 0 3-5 ITU-T K.39 Risk assessment of damages to telecommunication site due to lightning discharges 电信场所的雷击危害性评估，提出了雷电过电压的耦合机制，危险性评估的原则及方法。ITU-T K.40 Protection against LEMP in telecommunications centres 电信中心的雷电电磁脉冲防护，给出电信中心的雷电电磁脉冲防护的基本措施（防雷区的概念、接地、等电位联结以及合理布线）和附加措施（屏蔽）。2.3 国家标准、行业标准GB50057-1994 建筑物防雷设计规范YD5098-2001 通信局（站）雷电过电压保护设计规范YDJ26-89 通信局（站）接地设计暂行技术规定（综合楼部分）YD2011-93 微波站防雷与接地设计规范YD5068-98 移动通信基站防雷与接地技术规范YD5003-94 电信专用房屋设计规范YD5078-98 通信工程电源系统防雷技术规定YD944-98 通信电源设备的防雷技术要求和测试方法YD/T950-1998 电信交换设备过电压过电流防护技术要求及试验条件2.4 公司内标准和规范C&C08 交换设备接地规范C&C08 交换设备接地规范补充说明HONET 综合业务接入设备接地规范宽带多业务交换接入设备接地规范SDH 传输设备接地规范SDH 传输设备防雷与接地工程规范SDH 传输设备防雷与接地设计规范服务器机柜接地规范排队机附属设备接地规范移动通信设备防雷接地规范（正在拟制）防护电路设计规范通信设备防雷测试规范相关产品的接地指导书LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 3 章雷电知识简介3-6 第3章 雷电知识简介3.1 雷电的产生雷电是一种自然现象。它是由雷云产生的。形成雷云必须具备以下三个条件：1、空气中含有足够的水蒸气；2、大气中的空气形成温度差，以使潮湿的空气形成强大的上升气流；3、没有破坏或防碍强烈而持久的上升气流形成的因素。大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。根据放电电荷量进行的多次统计，90左右的雷是负极性的。3.2 防雷区的划分3.2.1 防雷区的划分将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的电磁环境（雷电电磁厂的危害程度），同时指明各区交界处的等电位联结点的位置。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 3 章雷电知识简介3-7 图3-1 雷电分区保护示意图以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。LPZ0A：本区内各物体可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ0B：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；LPZ1：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有可能衰减；LPZ2：本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有进一步的衰减一个被保护的区域，从电磁兼容的观点来看，由外到内可分为几级保护，最外层是0 级，是直接雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。过电压主要是沿线窜入的，保护区的交界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属罩等构成的屏蔽层而形成，电气通道以及金属管道等则经过这些交界面。图3-1 是雷电保护区域划分的示意图。SPD（Surge Protect Device）：浪涌保护器的英文简称，公司内也叫做防雷器，用于保护设备接口免受雷击过电压和过电流的损坏。在本文中，统一将SPD 称为防雷器。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 3 章雷电知识简介3-8 3.3 雷电参数简介雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带有一定的统计性质。在防雷设计中，我们对雷暴日、雷电流波形、幅值等参数比较关心。3.3.1 雷暴日为了表征雷电活动的频率，采用年平均雷暴日作为计算单位。无论一天内听到几次雷声，只要有一次，该天就记为一个雷暴日，一天有多次，仍记为一个雷暴日。雷暴日数与纬度有关，在炎热潮湿的赤道附近雷暴日数最多，两极最少。关于我国的雷电活动情况，经实测与气象数据的研究得出的主要结论如下：北回归线（北纬23.5 癬）以南的大部分地区，年平均雷暴日数一般在80 以上（但台湾省只有30 40 左右，而广东的雷州半岛和海南岛则高达100133）；北回归线到长江一带约为4080 之间；长江以北的大部分地区（包括东北）多在2040 之间；西北地区的大部分地方在20 以下；西藏雅鲁藏布江一带约为5080。我国把年平均雷暴日不超过25 的区域叫少雷区，2540 的区域叫中雷区，40 90 的区域叫多雷区，超过90 的区域叫强雷区。在防雷设计时，要根据雷暴日的多少因地制宜。此外，我们还应注意雷电季节的开始与结束时间。一般而言，南方的雷电季节在 2 月份就开始了，长江领域则在3 月开始，华北、东北地区在4 月左右开始，西北地区较晚，一般在5 月才开始雷电季节。10 月以后，除江南以外，其他地区的雷电活动几乎停止。3.3.2 雷电流波形雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到峰值，然后较为缓慢的下降。雷电流的波头时间是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间；波长时间是指从零上升到峰值，然后下降到峰值的一半的时间，又称为半峰值时间。由于在雷电流波的起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1 和视在波长时间T2 来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度，一般记为T1/T2，如下图所示。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 3 章雷电知识简介3-9 图3-2 雷电流波形示意图在 IEC 标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：8/20us、10/350us（电流波）、10/700us 以及 1.2/50us（电压波）等。3.3.3 雷电波频谱分析雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布，根据这些数据可以估算信息系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定适当的避雷措施。通过对雷电波的频谱分析可知：1.雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富；2.雷电的能量主要集中在低频部分，约90以上的雷电能量分布在频率为 10kHz 以下。这说明了在信息系统中，只要防止10kHz 以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90 以上，这对避雷工程具有重要的指导意义。3.4 雷电过电压的形成雷电对信息设备产生危害的根源是雷电电磁脉冲。雷电电磁脉冲包括两个方面，雷电流和雷电电磁场。雷电流是产生直击雷过电压的根源，而雷电电磁场则是产生感应雷过电压的根源。对于通信设备而言，雷电过电压的来源主要有以下几种：1、感应过电压：感应过电压是指雷击建筑物或其近区时，瞬态空间电磁场造成设备的损坏。感应过电压包括电磁感应和静电感应两个分量。静电感应过电压是由电容性耦合产生的，而电磁感应过电压则是由电感性耦合产生的。对于建筑物内的各种金属环路或电子设备而言，电磁感应分量大于静电感应分量。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 0 3-10 2、雷电侵入波。雷电侵入波又称为线路来波。当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生的感应过电压（包括静电感应和电磁感应两个分量，但对于长距离线路而言，静电感应过电压分量远大于电磁感应过电压分量）。该感应过电压也会以行波的方式窜入室内，造成电子设备的损坏。3、反击过电压。雷电反击是指雷击建筑物或其近区时，造成其附近设备的接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分间产生高过电压（称为反击过电压），而导致设备的损坏的现象。小结防雷区是防雷领域一个非常重要的概念，请注意掌握准确。通信设备防雷需要掌握的最基本的参数：雷暴日、雷电过电压/过电流的波形、雷电的频谱特性。雷电过电压类型：直击雷、感应雷、雷电侵入波、地电位反击。通信设备防雷需要考虑预防的：感应雷、雷电侵入波、地电位反击，其中需要重点关注的：雷电侵入波、地电位反击。思考题1、通信设备的防雷中，为什么雷电侵入波、地电位反击比感应雷更值得关注？2、我们的工作环境，一般属于什么防雷区？3、为什么图3-1 中的两个SPD1 放在了房间与外部暴露空间的交界面上？LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 4 章雷电防护的基本原则3-11 第4章 雷电防护的基本原则4.1 系统防护原则应将信息系统及其运行环境作为一个整体进行考虑，防护应该针对整体进行，而不应该只考虑局部情况。信息系统的保护可以分成线路的保护和电子设备的保护两个部分，两者是相辅相成，缺一不可的。线路保护的主要作用是降低起源处的过电压、过电流，从而减小对系统所有部分的危害（包括对线路本身的绝缘危害）。电子设备的保护则主要指经过适当的保护后，电子设备免于受雷击的损坏。通信设备的防雷包括外部防雷系统和内部防雷系统两个部分，它们是一个有机的整体。外部防雷主要是指防直击雷，它由接闪器、引下线和接地装置组成。而内部防雷则包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入以及提供人身安全，它是指除了外部防雷系统外的所有附加措施。这些措施可能会减少雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应，防止雷电损坏机房内的电气设备或电子设备，这是外部防雷系统所无法保证的。通信设备雷电防护系统结构示意图可归纳为下图。接闪器引下线接地装置防直击雷屏蔽防雷电感应安全距离防反击、防生命危险等电位联结防反击、防生命危险过电压保护防雷电侵入波外部防雷内部防雷雷电防护合理布线防雷电感应4.2 概率防护原则雷电防护是概率防护，我们不可能提供100的防护。其一、雷电放电本身就有一定的随机性，雷电参数具有一定的统计性质，这就决定了建立在这些具有统计特性的雷电参数之上的所有防护措施不能提供LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 4 章雷电防护的基本原则3-12 100的保护。如：直击雷防护绕击特性；雷电流幅值、波形等都具有统计性质。其二、防雷装置不能阻止雷闪的形成；其三、防雷器件不能理想地消除所有干扰电压/电流。采取保护措施的根本目的在于保证由干扰引起的大部分能量不扩散到装置的易损部件以及工作人员。最后，对于发生概率很小的高水平浪涌其防护的费用急剧上升。4.3 多级防护原则多级防护的原则是基于防雷区的划分原则而定的。从 0 级保护区到最内层保护区，必须实行分级保护。对于电源系统，可将其分为 IIV 级保护，从而将过电压降到设备能承受的水平。对于信息系统，则分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度来选择。.3L+NBCDAC/DCIVIIIIII6kV4kV2.5kV1.5kV吸能极大响应较慢机房进线处，用户选配吸能较大响应一般电源交流配电处吸能一般响应较快整流模块前吸能很小响应很快整流模块内图4-1 电压电力系统的多级保护示意图小结系统防护：通信设备的防雷是一个系统工程，不仅与设备供应商有关，也和电信运营商有很大关系。做好通信设备的防雷需要方方面面共同的努力。概率防护：通信设备的防雷不能保证设备100不遭雷击损坏。多级防护：多用于电力系统的防雷。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 0 3-13 思考题1、系统防护中，与我们相关性强的是哪些项目？2、低压电力系统的多级防护，与我们相关性较大的是哪一级？LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-14 第5章 通信局站的防雷接地5.1 通信局站的接地系统5.1.1 简介通信局站的接地系统包含：接地体、接地总汇集线、接地引入线、接地排等。其中，接地体就是埋入地中并直接与大地接触的金属导体，也就是通常所称的地网；接地总汇集线是建筑物内各种接地线汇接的地方，可以理解为建筑物内的总接地排；接地引入线是建筑物内接地总汇集线与接地体之间的连接线。有了接地引入线连接到地网，接地总汇集线才算是连接到了地网；接地排就是从接地总汇集线上接出到建筑物各层或各房间中的接地装置，各机房内通信设备的接地，都接到机房的接地排上，如图5-1 所示。设备接地的路径为：设备的接地线-接地排-接地总汇集线-接地引入线-接地体，就实现了设备与大地的接地连接。对于相对比较简陋的机房（例如，只有一个机房的通信局站），机房内的接地排也可以看做是整个局站的接地总汇集线。这时从接地排上直接连接接地引入线到接地体就可以了。图 5-1 还画出了建筑物的直击雷防雷保护装置避雷针及引下线。一般建筑物的直击雷保护装置由安装在楼顶的避雷针（或避雷带、避雷网）以及雷电流的引下线组成，雷电流引下线可以是多根的。对于一些高大的现代建筑，往往有必要将外墙体的建筑钢筋（或金属结构）与直击雷避雷装置良好的连接在一起。对于通信局站而言，很重要的一点是建筑物的防雷接地和建筑物内通信设备的接地应共用一组接地体，如图5-1 所示。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-15 接地总汇集线接地排接地排接地体接地引入线避雷针避雷针接地引入线设备地面地下图5-15.1.2 工作接地与保护接地在国内，通信局站的接地常常提到两个概念：工作接地和保护接地。在这里有必要将这两个概念做一解释，过去公司内部对这个问题的认识一直比较混乱，造成了很多的误解。保护接地：设备金属外壳及其他非正常带电部分的接地。工作接地：在AC/DC 电源内（或配电屏内），输出直流48V 总接线排的正极接地。对于24 系统，是直流24V 的负极接地。以上解释与国内信息产业部相关规范中的定义文意一致。对于设备的保护接地，一般比较好理解。但是“工作接地”的概念往往不易理解正确，下面澄清几个常容易理解错误的问题：a、工作接地的概念不是针对直流用电通信设备的48V 正极（或24 的负极）的电源线连接LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-16 直流用电通信设备的48V 正极（和 24 的负极）到电源设备的连接应该属于电源线连接的概念，不应属于接地线连接范畴。b、“工作地”的称呼不规范国内的防雷接地标准中，工作地不是一个规范性的用语，是在规范的长期使用中，在一些场合把“工作接地”的概念误改成“工作地”，造成了一定的混乱和概念不清。公司内以前长期把设备上的48V 正极称为“工作地”，是不规范的。5.1.3 通信局站等电位连接的基本要求基本要求：a、通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。b、对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器（如果配电变压器在移动通信站内的话）地网连接成一个统一的地网。这是两项最基本的通信局站等电位连接要求，对于通信设备的防雷至关重要。最根本的作用是为了防止通信局站内雷击发生时，不同的接地体之间产生地电位反击。由于地电位反击很可能导致通信设备的一些接口引入过大的雷击过电压和过电流，即使接口部分有合理设计的防雷电路，通信设备也不能有效防止这种情况下的设备遭受雷击损坏。由于上述两项通信局站的等电位连接要求主要是由用户完成的，因此在安装、硬件工程质量检查、维护等相关工作中，应特别注意对上述两项要求进行检查。5.1.4 移动站天馈系统外部防雷接地要求a、基站的天线应有避雷针保护，天线应处于避雷针30?角的保护范围之内，如图 5-2 所示。b、天馈线应铺设在走线桥上进入机房或埋地进入机房。c、天线的馈线应在铁塔顶、铁塔底及机房入口处外侧就近良好接地。当铁塔高度大于或等于60m 时，同轴电缆馈线的金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地，如图5-2。铁塔底的接地应在馈线经走线桥上铁塔的转弯处上方0.5 1 米范围内实施，同时走线桥应良好接地。d、走线桥始末两端应良好接地e、铁塔和机房、配电变压器（如果在移动站内的话）应合用一个地网。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-17 30度角天线30度角避雷针接地夹馈线接地夹室外接地排接地体避雷器基站设备铁塔室内保护地铜排a b图5-25.2 低压配电系统简介本章所描述的低压配电系统是根据国际电工委员会标准IEC 664-1 的要求来定义的，适用于海拔至2000m，额定交流电压至1000V，额定频率至30kHz或直流至1500V 的系统中。另外，在通信设备中所说的交流配电，一般是指220/380V的供电系统。IEC 364-3 标准中，按照载流导体的配置和接地的方法划分成TN、TT 和 IT交流配电系统，在下面的图示中给出了配电系统的一些实例。图中：-在大多数情况下，配电系统适用于单相和三相设备，但为了简化起见，图中仅划出了单相设备；-供电电源可以是变压器的次级绕组，电动机驱动的发电机或不间断电源系统；字母代号的含义：第一个字母T 或 I 表示电源对地的关系，第二个字母N 或 T 表示装置的外露导电部分对地关系，横线后字母S、C 或 C-S 表示保护线与中性线的组合情况。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-18 5.2.1 TN 配电系统TN 配电系统中，电源有一点（通常是中性点）直接接地，设备端的外露导电部分通过保护线（即PE 线包括 PEN 线）与该接地点连接的系统。按照中性线（N）与保护线的组合情况，TN 系统又分为以下三种型式：-TN-S系统：整个系统中保护线PE 与中性线N 是分开的，见图5-2；-TN-C-S系统：系统中有一部分保护线PE 与中性线N 是分开的，见图 5-3；-TN-C系统：整个系统中保护线PE 与中性线 N 是合一的，见图5-4。设 备L2L3NPEL1NPEL2L3L1NPEL2L3L1配电电缆建筑物区域单独的中线和保护接地线电源图5-3 TN-S 配电系统实例建筑物或设施1设 备L2建筑物区域配电电缆NPEL1L2L3L3NL1PENL2L3L1设 备NPEL1L2L3建筑物或设施2PEN电源图5-4 TN-C-S 配电系统实例如图 5-4 在系统的某一部分中，中线和保护接地功能合并在一根单独的导线上（PEN）LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-19 注：将 PEN 导线分解成保护接地线和中线的点可在建筑物入口处或建筑物的配电板上。设 备PENL3L2L1NPEL1L2L3建筑物区域配电电缆L2PENL3L1中线和保护接地功能合并在一根单独的导线上（PEN）电源图5-5 TN-C 配电系统实例这三种供电类型在我国都有比较广泛的应用。由图5-3、5-4、5-5 可以看出，TN-S 系统因为有单独的保护接地线，因此，对设备而言是最可靠的。但是由于增加了一根单独的PE 线，而使供电系统的造价提高。该用电设备金属外壳接到 PE 线上，PE 线正常工作时不呈现电流，因此外壳不呈现对地电压。出现事故时易切断电源，比较安全。通常该系统主要应用在用电量大的楼宇中，也适用于环境条件较差的场所。TN-C 系统有一根由中性线和PE 线功能合并的 PEN 线，相对TN-S 系统少了一根线，因此使供电系统成本减少。但如果出现三相负荷不平衡时（在我国的电网中常有这种情形发生），在PEN 线上就会有较大的电流。为解决这类问题，通常要求从电源端到设备端每隔50m，将 PEN 线接地一次。由于TN-C 系统的安全措施比较复杂，如果实施不规范容易引发问题，国内一般在建筑物内部不使用TN-C 的供电方式。综合TN-C和 TN-S 系统的某些优点，又推出了一种TN-C-S 系统，主要应用在用电量较小的建筑物或线路末端环境较差的场合。5.2.2 TT 配电系统具有一个直接接地点的配电系统，设备上需要接地的零部件在用户建筑物中连接到接地电极上，该接地电极与配电系统的接地电极无电气连接，如图5-6。TT 系统每一设备金属外壳或外露可导电部分采用各自的PE 接地线单独接地，故障时电流较小，往往不足以使保护装置动作，安全性较差。只适合于功率不大的设备，或作为精密电子设备的屏蔽接地，主要应用在农村低压电力网。这种系统的缺点在于，因为雷击或相线对地意外短路产生的转移过电压，将对人LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-20 和设备造成损害。同时，如果因为中性线折断产生的失零过电压，使相线电压可达到700V。因此，TT 系统要求：除变压器低压侧中性点直接接地外，中性线不得再行接地，且保持与相线同等绝缘水平。为防止中性线机械断线，截面积不小于表5-1 的规定。全网必须实施漏电保护，且中性线不得装设熔断器或单独的开关装置。表5-1 按机械强度要求中性线与相线的配合截面相线截面S mm2中性线截面S0 mm2S16 S 1635 S/2 注：相线的材质与中性线的材质相同时有效N设 备L1L3L2L3L1L3L2PEN建筑物区域N配电电缆L1L2接地的中线和设备上独立的接地线电源图5-6 三相线加中线的TT 配电系统实例5.2.3 IT 配电系统IT 配电系统。电源与地绝缘或通过阻抗连接，而设备的外露导电部分则接地的系统，如图5-7。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-21 中线通过阻抗或限压装置连接到地，或与地隔离建筑物区域NPE设 备L1L3NL2L1L2L3L3N配电电缆L2L1电源图5-7 三相线（加中线）的IT 配电系统IT 系统在供电端有一点通过阻抗或限压装置接地，发生单相接地故障时，短路电流很小，保护装置不会动作供电系统还可以继续运行。被 PE 线接地的设备外壳不会带电，但其它处的中性线电压会升高。主要应用在对安全有特殊要求的场合，如：矿井、火药库或纯排灌的动力电力网。采用 IT 配电系统时要求：配电变压器低压侧及各出线回路应装设过流保护，网络内的带电导体严禁直接接地；各相对地应有良好的绝缘水平，在正常运行情况下，从各相测得的泄漏电流（交流有效值）应小于30mA。5.2.4 与配电系统有关的接地故障所谓接地故障是指电气回路中的带电导体，即相线和中性线（L 线和 N 线）与大地、电气设备金属外壳以及各种接地的金属管道、结构之间的短路。它是单相对地短路，但其事故后果和防范措施与一般短路不同。为便于区别，国际电工标准将它称作接地故障（Earth fault）。大家知道，金属性短路的短路电流大，常用的熔断器、断路器等过流保护装置能有效的切断电源，从而防止了火灾的发生；电弧性短路的短路电流小，过流保护器往往不能及时切断电源，而电弧、电火花的局部温度可达千度以上，甚至可使附近的可燃物质起火。接地故障火灾多的原因不仅是它发生的机率大，而且一旦发生接地故障，它还往往以持续的电弧性短路的形式存在，比一般短路更易引燃起火。TN 系统的接地故障多为金属性短路，故障电流较大，可利用原来作负荷保护和短路保护的过电流保护电器（熔断器、低压断路器）兼作接地故障保护，这LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-22 是 TN 系统的优点。但在某些情况下，如：线路长、导线截面小而使线路导体阻抗增大，过电流保护器常不能满足它的切断故障电流时间的要求，产生电弧性短路而造成危险。所以在 TN 系统中，常将保护线与接地良好的金属导体相连接，使保护线的电位尽量接近地电位，降低发生接地故障和PEN 线断线时，外露导电部分和保护线的对地故障电压。TT 系统发生接地故障时，故障电路内包含有外露导电部分接地极和电源接地极的接地电阻Ra 和 Rb，如图 5-8 所示。与TN 系统相比，TT 系统故障电路阻抗大，故障电流小，更易以电弧性短路的形式出现。并且由于Ra 的作用，使设备外壳对地电压升高，如果超过了安全电压的标准50V 时，将会对人身造成危险。因此在TT 系统中推荐采用漏电保护器作接地故障保护。RbTIdRaIdNLPE图5-8 TT 系统在实际应用中，应当根据三种配电系统各自的特点，选择合理的接地和保护方式。5.3 局内布线5.3.1 交流电源线进入通信局站的低压电力电缆宜埋地引入，宜采用具有金属铠装屏蔽层的电缆（或穿金属管屏蔽），屏蔽层两端接地（或金属管两端接地）。电缆埋地长度宜不小于50m。5.3.2 普通的信号电缆本小节中的普通信号电缆指E1 线、网线等等非用户线类的信号电缆。对于用户电缆的一些防雷要求请参见通信设备防雷产品知识方面的内容。LA000003 防雷接地基础知识ISSUE1.0 第 5 章通信局站的防雷接地3-23 1.普通的信号电缆在通信局站内不应架空布放通信局站内的E1 线、网线不应架空走线。这些在正常情况下建筑物内互连的信号线，如果在建筑物外架空走线，由于外部暴露空间对雷电电磁场没有衰减作用，这些信号线在雷击发生时引入的雷击过电压和过电流往往超过设备接口正常设计的防雷保护级别，很容易造成设备遭受雷击损坏。较容易出现问题的是移动基站和传输设备之间连接的E1 线，和数据通信类产品接出的以太网线。特别是移动基站到传输设备的E1 线，往往是移动和电信之间，或联通和电信之间的E1 线架空走线。由于不同用户很多情况机房分开建设，E1 线除在外部暴露空间受到雷电电磁场的严重感应之外，还可能出现不同机房之间的地电位反击问题，所以移动基站到传输设备的E1 线架空对于设备防雷而言是极恶劣的一种情况。要尽量加以避免。2.普通信号电缆出入通信局站的保护措施I、信号电缆宜穿金属管从地下入局，金属管两端接地，信号电缆进入室内后应在设备的对应接口处加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。II、如果因条件限制，室外电缆无法从地下走线，信号电缆宜穿金属软管进行屏蔽，金属软管的两端应可靠接地，在机房内可连接到机房保护接地排。电缆进入室内后在设备的对应接口处应加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。室外电缆若采用具有金属外护套的电缆，金属外护套的两端应可靠接地，在机房内可连接到机房保护接地排。电缆进入室内后在设备的对应接口处应加装信号防雷器保护，信号防雷器的保护接地线应尽量短。III、出入局站