无线基站防雷与接地概论

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(4) 接地引入线
当发生直击雷时,地电位反击通过接地引入线影响机 房设备安全。关于地电位反击的概念部标《无线基站防雷 技术要求和测试方法》(征求意见稿)有以下表述:
雷电电流与接地装置的电阻上产生了对无穷远点的地 电位升高,即地电位反击。
当有雷击通过地网泄放时,则会造成瞬间的地电位抬 升,使得直流电源正、负极间的瞬态电位差变大,造成设 备敏感部位(整流模块和收发信机等)损坏。
0.5
图C.1
A
模拟用户口
图C.5
A
ISDN-BRA口
10/700s
25
4
图C.5与图C.6
C
ADSL口
图C.5与图C.7
B
连接双绞线的2048kb/s口
图C.5与图C.11
C
2
接入网及传 输设备
以太网口
V24口、V35口
混合波
12
0.5
图C.5与图C.10
B
图C.5与图C.12
C
连接同轴线的传输设备支路
网状BN的主要特征是通信设备及其他电气设备的机 箱和机架总许多点上进行相互连接,并多点连接到CBN。
(ITU-T K.27 电信大楼内的连接结构和接地)
目前中国移动基站机房采用的是Mesh(网状)-BN 结构,其优点是 :
屏蔽,有利于抗电磁干扰 分流,有利于抗御地电位反击引起的干扰电流
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3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压(续)
3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度
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3 基站雷电防护的基本原(续)
3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度
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3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量
措施:直击雷防护、联合接地、电磁屏蔽、雷电分流 和雷电过电压保护等。
(直流)。 5.5.2.4 机架高压防护接地装置与机架间耐压不小于3000V(直流)/1min不击穿、
无飞弧。 5.5.2.5 机架高压防护接地装置应能可靠接地,接地处应有明显的接地标志。
22
(3) 传输线(续)
基站光缆的雷害防护
1)终端杆至机房段落采用无金属光缆; 2)光缆进机房段落采取埋地方式; 3)光缆进机房后,其金属体与机架等金属构件电气隔 离后单独与地网相连。
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(2)电源线(续3)
电缆室内环绕(案例)
电力电缆在机房内上部环绕50m,其电缆两端外导体 分别与地网相连。
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(3) 传输线
雷电过电压造成光缆金属体与机架间放电情况
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(3) 传输线(续)
关于光缆引接的行业标准
YD/T 778-2006(代替YD/T778-1999)
光纤配线架
5.4.1 光缆固定与保护功能 应具有光缆引入、固定和保护装置。该装置具有以下功能:
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4.1 接地电阻与地网结构(续)
雷害案例1:机房地网与铁塔地网未连接
40
4.1 接地电阻与地网结构(续)
雷害案例2:
接地引入线与雷电流引下 线在地网上的连接点距离太近。
地网改造及接地连接方式 的变更方案 1)将原地网完善成封闭、格状 地网; 2)避雷针引下线接至地网的远 端; 3)馈线第三点接地、与塔身、 馈线走线架、铁笼的接地从原 设备保护地改接至地网的远端。
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(2) 电源线
1)架空避雷线(防御直击雷) 2)埋地 3)使用SPD 4)使用变压器
专用变压器 防雷变压器(公变电,1:1,日本) 5)电缆室内环绕(案例)
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(2) 电源线(续1)
干扰方式
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(2) 电源线(续2)
非直击雷对电源线路的干扰方式
就干扰形式和传输途径而言,大体可分为两类:一是 共模干扰,二是差模干扰。
注:IEEE电气为电子工程师学会 引自 机房与UPS选型技术手册
5
1 无线基站易遭受雷击原因和途径(续)
1.2 恶劣的自然环境和基站建筑、通信设施的 特殊性
自然环境:山区、旷野、多雷区等; 基站建筑:孤立、体量小; 通信设施:通信杆塔、市电引入、传输线缆。
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目录
1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题
联合地网的作用:发生直击雷时,对基站相对狭小的 环境能防止不同地网(机房地网、铁塔地网及变压器地网) 间的接地体发生反击;同时使各地位上的地位处于相对的 均压状态。
接地电阻对基站防雷的影响:接地电阻的大小影响到 地电位反击的程度。接地电阻越大,地电位反击的影响也 越大。
为减轻地电位反击的影响,除减小接地电阻外,还应 尽量增大接地引入线与雷电流引下线在联合地网上两连接 点的距离,即利用增大上述两点间接地体上的阻抗,来削 弱地电位反击的强度。
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(4) 接地引入线(续)
地电位反击案例
减轻地电位反击影响的方法是增大接地引入线与雷电流 引下线在联合地网上两连接点的距离。
某基站地处平原, 是一屋顶塔基站,宜遭 直接雷袭击。该站已经 经过整治,从机房内看, 未见明显不妥之处。该 站电源、主设备、监控 均遭雷害。2006年11月 进行再次整改,实施外 引地网,取得良好效果。
(2)使用浪涌保护器(SPD)
浪涌保护器(SPD)对通过线缆进入设备口的雷电过 电压进行限压,以保护设备安全。
对于各种不同用途、不同类型的线缆(同轴电缆、电 源线等),可按需选用不同类型和不同规格的SPD。
使用SPD是等电位连接的组成部分。由于SPD在平时 处于断开状态,在出现雷电过电压时,SPD呈现短路状态, 故也称瞬态等电位连接。
目录
1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题
1
目录
1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题
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1 无线基站易遭受雷击原因和途径
1.1 直接雷和雷电电磁感应 直击雷:闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或
b)光缆金属部分与机架绝缘; c)固定后的光缆金属护套及加强芯应可靠连接高压防护接地装置。
5.5.2 高压防护接地装置 5.5.2.1 机架高压防护接地装置与光缆中金属加强芯及金属护套相连,连接线的
截面积应大于6mm2。 5.5.2.2 机架高压防护接地装置与地相连的连接端子的截面积应大于35mm2。 5.5.2.3 机架高压防护接地装置与机架间绝缘,绝缘电阻不小于1000MΩ/500V
雷电抗扰度:本标准中指系统和设备经受雷电浪涌而 不降低其运行性能的能力。
雷电抗扰度应有设备厂商考虑并解决,也是运营商考 虑通信设备技术指标之一。
雷电抗扰度指标是通过规定的波形,施加一定量级的 幅值后,观察其运行的状态是否正常。
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表C.1 通信信息交换传输设备雷击抗扰度技术要求
序 适用范围 号
接口
ITU-T接地手册(2003)提出: 原则上,有星形IBN、网 状IBN和网状BN三种不同的连接结构(见下图)。
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(1)等电位连接
ITU-T K.56 无线基站的防雷
Mesh(网状)-BN结构
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(1)等电位连接(续)
ITU-T K.56 无线基站的防雷
Mesh(网状)-IBN结构
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(1)等电位连接(续)
1)全球每年有数以千计的人员死伤于雷电事故。 2)全球平均每年要发生1600万次闪电。 3)在英国每年50万次雷击事件发生。 4)在马来西亚每年有近289天是雷暴天,而印度尼西亚的雷暴天气则高达 322天。 5)根据记录,直击雷的最大电流高达210kA,其平均值也有30kA。 6)每次雷击所产生的能量约550000kWh。 7)雷电产生的温度高达3000K(相当于5倍太阳表面的温度)。 8)根据IEEE统计,在一处电网中每8min便有一个过电压产生,而且大约每 14h就有一次破坏性的冲击。 9)据统计在欧美国家每年有近20%~30%的计算机故障是有感应雷造成的。 10)在德国每年有近4000万美元的设备损失费。 11)在我国广东省每年有雷击1000多次,造成直接和间接损失高达数亿元。
科学地使用SPD有助于提高基站的雷电防护能力。
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3 基站雷电防护的基本原(续)
3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度
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3.3 提高设备的雷电抗扰度
雷电抗扰度是设备本身抗御雷电过电压的性能指标, 在YD/T 1429-2006《通信局(站)在用防雷系统的技术要 求和测试方法》中定义如下:
口、2048kb/s口和ISDN-PRA 混合波
2
0.5
图C.7与图C.11
C
口等
直流电源接口
混合波
2/12
0.5
图C.1
A
交流电源接口
混合波
2/12
6
图C.1
A
注: 判据A:设备应能够承受住规定量级的测试且没有损坏以及出现其它的紊乱(例如软件无法正常运行或故障保护部件的误动作), 且在测试后设备在规定的限制范围内能够运行正常。在测试期间不要求设备能够正常运行;
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2 通信设备受损原因分析
基站雷害除了个别造成线缆损坏外, 极大部分是设备(模块)中元器件损坏, 元器件在过电压或过电流情况下受损。随 着电子器件从电子管时代、晶体管时代至 大规模集成电路时代的演变,元器件的电 气特性越来越脆弱,通信设备的雷害也越 来越频繁。
8
2 通信设备受损原因分析(续)
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目录
波形参数
回路阻 抗()
浪涌水 平
(kV)
测试电路
合格判据
无一次保护 局
10/700s
25
1
图C.6
A

有一次保护
10/700s
25
4
口 配线架
10/700s
25
4
图C.8
A
1
交换设备
用 户 口
用 户 终 端
无一次保护 有一次保护
10/700s
25
1.5
10/700s
25
4
图C.5
A
电源接口
混合波
2/12
共模干扰是由于辐射或串扰藕合到电路这来,而差模 干扰是源于一条电源电路的。通常这两种干扰同时存在的, 由于线路阻抗的不平衡,两种干扰在传输中还会相互转化。 干扰信号经长距离传输后,差模分量的衰减要比共模大, 这是由于线间阻抗与线-地阻抗不同的缘故。共模干扰在线 路传输中还会向临近空间辐射,而差模则不会,因此共模 干扰比差模干扰更容易造成电磁干扰。
25
3 基站雷电防护的基本原(续)
3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量 3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压 3.3 提高设备的雷电抗扰度
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3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压
主要措施: (1)等电位连接 (2)使用浪涌保护区(SPD)
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3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压(续)
(1)等电位连接
1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题
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3 基站雷电防护的基本原则
防雷区(LPZ)的划分
(GB 50057-94 2000年版)
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3 基站雷电防护的基本原则(续)
无线基站防雷区的划分的参考结构
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3 基站雷电防护的基本原则(续)
判据B:长度为1500字节的数据包能正常传输,且5min内不出现丢包; 判据C:试验后5min内不出现误码现象或通话恢复清晰。
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试验发生器
Rm2 0
1
S1
2
3
4
耦合网络

辅助设
保护设





参考接地




号 EUT








1开关S1:线-地时,置于0处;线-线时,置于1~4处; 2试验发生器为混合波时:Rm2=4×40=160; 试验发生器为10/700s波形时:Rm2=4×25=100; 3本图仅考虑了4线特例,实际中往往不一定是4线,而是n根线,本图中n=4。
图C.4无屏蔽对称用户信号线接口(线-线和线-地耦合)抗扰度测试
辅助设 备 辅助设 备
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目录
1 无线基站易遭受雷击原因和途径 2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则 4 谈几个问题
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4 谈几个问题
4.1 接地电阻与地网结构 4.2 SPD的运用
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4生直击雷时,提供雷电流入地通道。
防雷装置上,产生电效应、热效应和机械力者。 雷电感应:闪电放电时,在附近导体上产生的静电
感应和电磁感应,它可能使金属部件之间产生火 花。 电磁感应:由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变 的强电磁场,使附近导体上感应出很高的电动势。
引自GB 50057-94(2000年版)
3
4
全球雷击事件的一些统计数字如下:
关注四个途径: (1) 馈线 (2) 电源线 (3) 传输线 (4) 接地引入线
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(1) 馈线
注意馈线的第三点 (或第四点)接地情况:
馈线窗口接地排应就 近与地网相连,不能与馈 线走线架或塔身相连。若 馈线走线架较长,需要在 机房端接地时,应直接接 至地网,不能接至馈线窗 口接地排或其与地网的引 接线。
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