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1、2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集 论移动通信基房( 站) 的防雷接地 中国移动通信集团I 匹lJ l l 凉山分公司尹均先 l 概述 随着通信电源力量的不足，新老交替使用到今天基站依然存在不可避免遭受雷击现象，移动基站多为 高铁塔，雷击概率增多，常常遭受雷害，导致通信设备损坏、通信中断。尽管我们采取了各种各样的防雷 措施，耗费了大量人力财力，每年雷害造成的损失仍然很大。怎样才能有效地预防雷害，确保移动通信基 站设备和工作人员的安全呢? 通过一些维护经验告诉我们：必须根据每个基房的实际情况设计移动通信基 站的防雷接地系统，实施基站针对性防雷。 2 机房雷击侵入途径的分析 2 1 直接雷击
2、侵入电气设施 盛 ， 、 彳 图 总体人手分析人手 罩 胸 划 图 2 4 3 攀 供电安全 一一一 2 2 间接雷击( 感应雷) ，通过电阻、电感、电容耦合效应侵入电气设施 电气 电子设备 图直接雷击通过高压线路、低压线路或通信、控制线路 以雷电侵入波的形式耦合到设备 电容耦合 图地下引线或架空线路产生瞬态过电压或受瞬态过电压 干扰的最常见的原因。 图空间电场决定了建筑物会带与雷云相反的电荷，当雷击于其他建筑接闪器时，失去电场束缚的电荷会迅速地向大地移动 而产生过电流和过电压。这解释了为什么不遭直击雷击的独立建筑物内设备损坏的另一个原因。 2 3 雷电侵入波，通过架空线缆进入电气设施 被雷击
3、的现象： 2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集 3 设计原则 越西普雄基站基 站B 级防雷器箱与 交流配电箱全部 雷击燃烧。 苍嘲 由于机房雷电防护系统对所保护系统的业务正常运行具有非常重要的作用，因此，防雷保护系统应具 备可靠性原则、经济性、安装工艺等方面的突出特性。防雷工程设计及设备的选择应遵从以下的原则： 3 1 可靠性原则 设计系统防雷保护工程应最先考虑的问题就是可靠性。在工程的设计中不一定要求最先进，但一定要 用最成熟可靠的产品和技术，有些新技术确实在某些方面有优势，但还需用更多的时间去考验，在网络系 统的防雷保护中尽选择被广泛应用和证实的可靠产品和技术。 3 2 实用性原则 本
4、着一切从实际预测承受负荷角度出发，配置防雷保护系统购买配置安装大小要得当，安全的保证网 络系统的正确运行；实用性就是能够最大限度地满足实际工作要。 2 4 5 2 4 6 供电安全 3 3 经济性原则 整个防雷保护的建设要坚持实用为主，根据投资的强度选择有实用价值，在满足系统需求的前提下，应 尽可能选用性能价格最好，可靠性高，可维护性好的产品，选用性能价格比高的设备，尽快投入使用，并使整 个系统能安全可靠地运行，以便节省投资，以最低成本来完成计算机网络系统防雷保护的建设。 3 4 防雷器安装工艺原则及标准 3 4 1 尽量缩短引接线的长度 电感以及由此而产生 的电感电压直接与电 缆的长度相关，
5、长度 越短感应电压越低； 因此，引接线的长 度应尽量短。最好在 2 5 c m 左右。接地线 以l m 为宜。 3 4 2 引接线相互紧密绑扎 余了缩短电缆长度外，在 电缆的整个长度范围内， 直采用电缆扎带、胶布带 或采用螺旋缠绕等方法， 将它们相互尽可能紧密的 郛扎在一起，可有效的 硝除感应。由此降低产生 均压降。 哆 镒醚浏幽 2 V L 【 V v L 【一 接设备 窀L 压 珞之间的附加电压 u “o 聋出越l r l j 翟盈圈晒罐鼹国 烈兰心 | 瞬| | 札 。imr v 2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集 3 4 3S P D 的安装 3 4 4 数据、信号防雷保护安装
6、A B 3 4 5 防止交叉耦合的。洁净”电缆布线 2 4 7 y 2 4 8 供电安全 4 移动基站防雷是一个复杂的系统工程 4 1 基站被雷击的主要原因是工程常见问题如以下几大点： A 、工程质量控制不严；B 、设备配置不当；C 、线路布放不规范 基站内设备被直击雷和雷电感应雷概率非常大( 感应雷主要发生在机房布线凌乱电感耦合发生引雷入 室如下图A 、B ) ，直击雷发生较小，安装的不到位导致间接引入雷击，如天馈线串道。这是因为基站设备 ( 包括基站室外电力变压器) 的位置普遍较低，完全处于建筑防雷设施、目前凉山分公司已将0 3 年的基站 变压器台区全部至4 米。铁塔以及架空线路避雷系统的
7、保护之下，雷电流只能沿铁塔避雷系统、架空线路避 雷系统和建筑防雷等外围的避雷系统泄放，所以基站设备很难遭到直击雷损害。另外基站内的设备外壳、 天馈线、走线架等金属物全部安装了接地保护，再加上与室外的雷击点和避雷器接地引线有足够的距离， 所以雷电感应也很难发挥作用。几年来雷击事故的主要现象为：基站B 级防雷器保护空开动作，部分单相交 流设备和直流设备损坏。我们从中不难看出地电压反击和雷电波侵入是造成基站设备损坏的主要原因，所 以基站防雷系统应以防止地电压反击和雷电波侵入为主要目标。等工程验收、设备配置、布线凌乱常有发 生，所有导致雷击现象是不可避免的主要原因。 A 图越西中普 雄电源输出交 l
8、叉线较多，且 重复连接严重 B 图甘洛火车站 I 交流配电箱内 接线不规范。 I 医一 p 2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集 4 2 基站工程规范化安装案例 除设立较为完善的建筑物防雷地网之外，还应在联合接地的基础上，按照整体防护原则，做到全方位 防护，综合治理，层层设防，做好基站内外的过电压保护和接地。 a 如室外接地系统一铁塔形式 b 室外接地系统一桅杆形式 粤一土矿 墨上簋 专黝磷， I 静j ；“ ，J 肯哆y7 i + ：! j C 室外接地系统一馈线、传输线接地 基站天馈线在室外部分采用三点接地方式，即将馈线的金属外护层在铁塔顶部平台处( A 点) 、馈线 离开塔身至天桥转
9、弯处上方0 5 1 米范围内( B 点) 、进入机房入I Z l 处外侧( C 点) 作三点接地。当铁塔高 度大于6 0 米时应在铁塔中部增加一处接地。 其中A 点馈线宜与塔身作可靠连接，B 点与塔身作良好连接，c 点接至馈线窗附近外墙上的室外接地 排( E G B ) 上。E G B 用导线或扁钢直接入地。( 也有用铜铁转换排的) 传输线尽可能采用全线直埋方式，或者至少在入基站前直埋。埋地光( 电) 缆的金属屏蔽层或金属 管道在两端接地，光缆金属加强芯也一并接地。 dS P D 配置 2 4 9 2 5 0 供电安全 关于S P D 常见的几个概念 lS P D 类型：a 、开关型( 也称为
10、间隙型) 特点：通流量大但速度慢残压高b 、限压型c 、组合 型由于开关型的缺点且基站面积小难以满足退耦要求，因此基站第一级不采用，多采用限压型。 2S P D 通流容量( 最大放电电流I m a x ) 一般为标称放电电流( I n ) 的2 5 倍，其中I m a x 为1 0 0 K A 的S P D 为两 个6 0 K A 模块并联而成( 有问题) 。 33 + 1 方式：即相对零，零对地分别加装S P D 的安装方式。 一 兰 一丝印 U U ： 一 U ：鼻： _ l ! 1 一 ! H 厂 呻垦 计 I - l IO 0 I 卧一一一p 0O0 1 冒 3 + 1 方式在三相严重
11、不平衡或接地故障时通过N 线泻流，避免漏电流引起S P D 过热燃烧。 e 接地排 室外接地排：一般设置在馈线窗下1 0 0 - 2 0 0 m m 处。 室内接地排：一般设置在走线架下1 0 0 - 2 0 0 m m 处。在尽量靠近扁钢入站处上方。若预先不知可尽 量在馈线窗对面墙上。 ，乩左二弋 量 t t - L j ! - 一 y 鬯o ： _ ： 屯立正 I I l l l l 匹 。；I I 叩 M 剐雹喇坼鼻，_ f 平面布置及走线 交流配电屏( 内置避雷器) 、避雷器箱：除尽量靠近市电入站端外，还应考虑到避雷器接地线尽量 短的要求，接尽量靠近接地扁钢入站处。 开关电源架：考虑到
12、两级避雷器间连线 5 米的要求，与交流配电屏( 箱) 保持一定距离。 蓄电池：除考虑到与开关电源架间的连线尽量短而尽量靠近开关电源架外，还应考虑基站承重现状 ( 特别是不在一楼的商品房) ，此类情况电池尽量采取一层安装方式或采取下铺槽钢( 架在梁上) 的方 式，或直接对基站采取加固。对于平面局限的情况也可采用l 组电池。 走线架：与无线、传输设备共用。垂直爬梯应设置在电池出线端且尽量位于两组电池间。 2 0 0 8 通信电源学术研讨会论文集 g 、基站接地网 基站接地电阻值要求小于5Q 基站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成。之间必须有不少于2 处的连接点。连接材料使用 4 0 m m
13、4 m m 热镀锌扁钢，焊接处作防腐处理。 在砂砾、岩石、砂石，干土等高土壤电阻率地区，或是在城市拥挤等没有宽大地域人工地网的地 区，建议采用在接地体周围加降阻剂。 工作地和防雷地在地网上的引接点间距必须大于5 米。所以室内、外接地扁钢引出处的设置不宜过 近。室内接地排一般宜设置距在馈线窗较远处。 5 机房雷电防护总体方案 5 1 电源系统的防雷与过电压保护 由于局机房电力供给是由大楼的建筑物主配电引入。电源高压端的防雷保护已由电力供电部门实施。 因此，对于U P S 电源系统的雷电防护，个人及相关单位认为采取以下的防雷保护方案： u P S 配电回路设计选用原产较好的防雷器件，安装在防雷配电
14、箱内，采取两级输入防雷系统保护。 5 2U P S 电源系统的防雷保护 从机房目前的情况来分析，供电线路穿越各级防雷区，考虑到机房各种不同用电设备的耐过压的能 力，我们建议采用如下的电源系统防雷方案，以达到最佳的防护效果和最经济的投入。由于机房U P S 不间 断电源设备是用于为机房内重要通信设备提供稳定、可靠、高质量用电的重要设备，并且是由市电供电输 入机房的主要途径，所以我们将电源系统防护的重点放在了对U P S 不间断电源的保护上。 在通信设备专用配电柜、U P S 电源做两级输人防雷保护。采用五级防雷措施对终端设备进行保护，同 样采用浪涌电压放电器，将残余的雷电流基本吸收，通过地线泄入
15、大地。 在本系统中我们除了考虑到相线对零线及地线的保护外，还考虑到远点雷击完成火线与零地合一线的 三级保护，近点雷击，完成火线与交流配电地线的保护最后送给u P s 一个稳定的电压。 电源系统的全部防雷器件集中安装在低压配电系统中，组成两级输入防护的防雷系统，用于U P S 电源 系统的保护。 5 3 终端设备的防雷保护 外事办机房设备包括服务器、交换机、路由器等，为了确保设备万无一失，而感应雷害又无孔不入， 同时因考虑到电网的浪涌可能带来对设备的冲击。因此我们还将采用以上的防护机理实施同样电源终端防 雷保护，以确保整个重要通信系统( 如监控终端交换机、S D H 等) 的核心部分安全运行。 5 4 通讯系统的防雷与过电压保护 通讯系统防雷包括由户外引至户内的通讯线路，主要线路包括网络通讯线路、专线、微波通信线( 天馈 线) 等，( 由于网络通讯线路、专线线路是由光纤引入可不予考虑) 。 5 5 接地系统 防雷器件首先起到的作用是对雷电流的吸收和泄放作用，同时也是一种“等电位连接器”。所有的防 雷产品器件的防护原理均是在雷击发生的瞬间内，迅速启动响应，保证设备、大地、建筑物及其附属设备 之搭接构成一等电位体，从而避免过电压的损坏，实现均压等电位的关键就是整个机房的地线系统。 所以说接地系统在系统防雷中非常重要的。 5 5 1 地线装置现状 2 5 1 2 5 2 供电安全 目前
