直放站防雷V10.docx

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直放站防雷V10

直放站防雷技术

一、防雷的基本理论

雷电是一种极具破坏力的自然现象，其电压可高达数百万伏，瞬间电流更可高达数十万安培。

千百年来，雷电所造成的破坏可谓不计其数。

落雷后在雷击中心1.5-2Km范围内都可能产生危险过电压损害线路上的设备。

雷电灾害如同暴雨、飓风一样都属于气象（自然）灾害，它与水、旱、刑事犯罪、交通事故统称为影响社会安全和经济发展的六大灾害。

雷暴的能量是由太阳辐射能转化的大气不稳定能所供给的。

每年进入春季，太阳辐射增强，大气中的不稳定能增加，因雷暴始发于春季，盛夏，太阳辐射强烈，大气不稳定能储存多，雷暴频繁。

秋冬以后，太阳辐射减弱，因而雷暴逐渐减少。

但由于全球气候变化和大气污染等原因，现在冬季也经常出现雷击现象。

据悉，每个闪电的强度可以高达10亿伏，一个中等强度雷暴的功率约有10万千伏，相当于一座小型核电站的输出功率。

近年来，随着移动通信事业的蓬勃发展，移动通信基站和直放站的使用地域日益复杂，雷电损害造成的事故有逐年上升的趋势。

由于设备内部结构的高度集中化，使设备耐受过电压、过电流的能力下降，更易遭受雷电破坏。

轻者可造成通信设备的接口损坏，使通信中断；重者使通信网络主机损坏，导致网络瘫痪，工作无法进行。

在雷电灾害防御方面，纵观人类防雷历史，已有两个多世纪，从建筑物防雷发展到供电防雷、电气和电子设备防雷，现在已进入第四个阶段即现代微电子设备防雷。

防雷技术和产品，也随着现代高新技术发展得到显著发展，除传统的避雷针引雷拦截技术外，已拥有消散削减、屏蔽隔离、抑制分流、疏导均衡等电位、优化接地泄放和雷电控测定位预警等技术，并相应研制出多种高科技的隔离装置、电子避雷器、高效防腐降阻剂等设备、器件和产品，这些都为有效防御治理雷电灾害奠定了技术和物质基础。

1、雷击侵入设备的途径

雷击的途径主要有两种：

A）.直接雷击：

雷云之间或雷云对地面某一点的迅猛放电现象称之为直接雷击。

在移动通信领域直接雷击的主要破坏对象是：

基站建筑物、各类室外安装的设备、野外工作台、架空配电线路、作业人员等。

B）.感应雷击：

雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击。

装有避雷针的建筑物，可以避免雷击损坏建筑物，但是雷击通过避雷针的地线从建筑物顶端泻放入大地或者附近发生雷击的时候，会产生很强的电场，建筑物内的所有金属物品均会产生感应电压，这些感应电压的高低随着金属形状、距地线的距离和雷击大小而变（根据IEC1312标准，当雷击击中建筑物时，即使装有避雷针，大约50%的雷击能量仍会分配到电源系统）一旦您的电源输入线、电话线、网络线或其它电子设备的金属引出、引入线感应到瞬间高压，避雷针就无能为力了。

感应雷击破坏的主要对象是各类设备。

C）．地电位反击：

建筑物的外部防雷系统（如避雷针、避雷网等）遭受直接雷击，在接地电阻的两端就会产生危险的过电压，由设备的接地线引入设备，造成设备的损坏。

D）．外部避雷和内部避雷：

避雷针（或避雷针、避雷网）、引下线和接地系统构成外部防雷系统，主要是为了保护建筑物免受雷击引起火灾事故及人身安全事故；而内部防雷系统则是防止雷电和其它形式的过电压侵入设备中造成损坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部避雷，需要进出各保护区的电缆、金属管道等都要连接避雷及过电压保护器。

2、雷击防护的基本原理和方法

雷击防护就是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，是疏导，而不是堵雷或消雷。

一个完整的防雷系统应包括两个方面：

直接雷击的防护和感应雷击的防护。

在直放站领域的应用上，直接雷击的防护主要运用在室外天馈系统，感应雷的防护主要运用于直放站的电源系统。

缺少任何一方面的防雷措施都是不完整的、有缺陷的和有潜在危险的。

雷击的防护原理：

用导体将雷云中的电荷导入大地。

简单地说是人为地给雷电创造一条放电通路，不让雷电中的电荷流过需要保护的物体。

直接雷击的防护系统包括接闪器、引下线、地网三大部分。

其中接闪器主要使用避雷针、避雷带、避雷网等。

在我国，直接雷击防护系统的设计和施工所必须遵从的规范是《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）。

感应雷击的防护系统主要由浪涌抑制装置构成。

在科学技术日益发展的今天，虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，已积累起很多有关防雷的知识和经验，形成一系列对防雷行之有效的方法和技术，这些方法和技术对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的指导意义。

A）.接闪

接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。

移动通信基站的安全在很大程度上取决于能不能利用有效的接闪装置，把一定保护范围的闪电放电捕获到，纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中。

避雷针是一种主动式接闪装置，其功能就是把闪电电流引导入大地。

避雷线和避雷带是在避雷针基础上发展起来的。

采用避雷针是最首要、最基本的防雷措施。

B）.均压连接

接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。

为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。

移动通信系统的金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。

这样在闪电电流通过时，系统内的所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。

完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。

C）.接地

接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地，良好的接地才能有效地降低引下线上的电压，避免发生反击。

过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。

现在，防雷工程领域不提倡单独接地。

在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地，美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出:

不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。

接地是防雷系统中最基础的环节。

接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。

防雷接地是地面通信系统安装验收规范中最基本的安全要求。

本文后述有详细的接地要求。

D）.分流

分流就是在一切从室外来的导线（包括电力电源线、天线的馈线等）与接地线之间并联一种适当的避雷器。

当直接雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设备时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，将闪电电流分流入地。

我公司推出的防雷设备及器件如防雷箱、天馈避雷器主要是采用这种分流方式。

天馈避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上，它们能让有用信号顺畅通过，而对雷电过压波进行阻隔。

分流是现代防雷技术中迅猛发展的重点，是防护各种电气电子设备的关键措施。

近年来频繁出现的新形式雷害几乎都需要采用这种方式来解决。

由于雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。

采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。

天馈避雷器在通带内的损耗要尽量小。

E）.屏蔽

屏蔽就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。

屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。

二、直放站的防雷技术应用

目前我公司在防雷技术应用上主要是电源防雷、天馈防雷和屏蔽防雷。

2．1、电源防雷

按照GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，电子信息系统的雷电防护等级应按防雷装置的拦截效率划分为A、B、C、D四级。

直放站设备内部的防雷等级为最末端的D级。

缺少其中任意一个等级的防雷拦截都有可能导致整个防雷措施的失效，造成被保护设备的损坏。

直放站工程在勘测和开通时，应对供电线路的防雷措施予以检查确认（B级防雷），必要时应向供电方提出要求，使其达到防雷技术要求。

针对不同的应用环境公司提供以下几种电源防雷设备（均属C级防雷）。

1）.防雷箱

　本产品主要针对室内电源引线中产生感应雷对供电设备造成损坏的现象。

运用屏蔽隔离及浪涌保护的内部防雷措施并采用国际知名品牌的核心器件（德国LEUTRON公司EnerPro282Tr型防雷模块，如图一），以最大限度地减低雷害所产生的危害。

图一防雷模块

防雷箱工作原理

线路正常时，防雷模块内的压敏电阻处于高阻状态，不影响电路正常工作。

此时，显示窗呈绿色。

当线路中由于雷击或操作过电压而引起高电压脉冲时，压敏电阻以纳秒级的响应速度呈低阻状态，迅速将过电压限制在一个很低的幅值内。

当线路中有较长时间的持续脉冲或者持续过电压，使压敏电阻长期工作在超负荷状态中，压敏电阻的性能劣化而发热到一定程度时，浪涌保护器中的热脱机构会自动脱落，避免火灾发生。

当线路中瞬间脉冲电流超过极限吸收能力而导致压敏电阻短路失效时，产生的瞬间大电流也会使内部热脱机构自动脱钩，隔绝短路电流，避免火灾发生。

以上二种状态下，显示窗均显示红色。

压敏电阻是一种以氧化锌为主要成份的金属氧化物半导体非线性电阻元件；电阻对电压较敏感，当电压达到一定数值时，电阻迅速导通。

由于压敏电阻具有良好的非线特性、通流量大、残压水平低、动作快和无续流等特点，被广泛应用于电子设备防雷。

防雷箱技术参数

保护等级

C

额定电压50/60Hz

[V～]

230V～/400V

最大工作电压50/60Hz

[V～]

275V～/480V

最大保险丝强度

[A]

100gL

在Umax（L-PE,N-PE）时泻漏电流

无

在1KV/us（L-PE,N-PE）时保护电平Up

[KV]

≤1.4

响应时间ta

[ns]

≤25

标称冲击泻放电流（8/20μs）

[KA]

10x15

最大冲击泻放电流（8/20μs）

[KA]

1x40

寿命测试电流（10/700μs）

[A]

500x100

100x500

1x1000

工作温度

[°C]

-25...+85

绝缘等级

IP20

防雷箱安装使用说明

通过随机附带螺栓将防雷箱安装固定在阴凉，干燥的安装面。

按图二连接到位：

图二防雷箱连接示意图

注意：

地线采用BRV不小于6平方毫米以上的黄绿线连接。

地线连接好坏直接影响防雷效果。

确认以上步骤正确无误后，可先引入交流电。

测量确认输出电压正确后方可接通直放站。

2）.防雷电源

需要对直放站设备的电源模块实施改造或者使用专用电源模块。

本产品针对高山多雷区域，空中电磁场在架空电源引线中产生感应雷对供电设备造成损坏的现象。

防雷电源为室外直放站等通信设备提供+27V、+12V（或+9V）直流电源。

电源组成及各部分连接关系如图三所示。

它包含以下四部分：

☐电源隔离箱

☐电源隔离箱连接线

☐电源模块（内置于通信设备中）

☐电源模块连接线（内置于通信设备中）

图三电源组成及各部分连接关系

电源隔离箱

电源隔离箱如图四所示。

它由箱体、电源线、断路器、电源插座、环形变压器和航空插座等组成。

电源线将AC220V交流电引入隔离箱。

断路器既是整个电源系统的开关，又在过流时自动切断电源。

将断路器开关置于“ON”位置时，电源接通；将断路器开关置于“OFF”位置时，电源断开。

电源插座可以提供由电源线引入的AC220V电源。

环形变压器是实现电源隔离和防雷的主要部件，它将输入的高压交流电转换为低压交流电。

航空插座是低压交流电的输出接口。

图四电源隔离箱

电源隔离箱连接线

电源隔离箱连接线如图五所示，它用于连接电源隔离箱和电源模块连接线。

航空插头1和航空插头2分别与电源隔离箱的航空插座和电源模块连接线的航空插座相对接。

图五电源隔离箱连接线

电源模块

电源模块如图六、图七所示。

它内嵌于通信设备中，实现低压交流电到直流电的转换。

八芯输入插座是低压交流电的输入端。

交流检测插座用于对模块是否有交流输入进行检测。

直流输出端有一路+27VDC输出（通过两个两针插座共同输出）和两路9V/12VDC输出（每路通过一个两针插座单独输出）。

9V或12V输出可通过插拨跳线插座上的跳线器来选择。

图六电源模块内部

图七电源模块外部

电源模块连接线

电源模块连接线将八芯电源模块插头转换为航空插座，便于与电源隔离箱连接。

电源模块插头与模块上的八芯插座对接，航空插座与电源隔离箱连接线的航空插头相对接。

图八电源模块连接线

电源隔离箱的安装

电源隔离箱在抱杆上的安装如下：

安装支架的固定，见图九所示；

电源隔离箱在支架上的安装，见图十所示；

电源隔离箱的接地，见图十一所示，具体要求请参照后述“接地要求”；

方位选择上应避免太阳长期直射，并应位于避雷针范围之内。

图九安装支架的固定

图十电源隔离箱在支架上的安装

图十一电源隔离箱的接地

3）新型防雷箱

ERP:

03001010000防雷箱II型号：

HXFLX0201A

新型防雷箱将前述的隔离箱和防雷箱结合到一起，将两级防雷手段集中到一个箱体内。

其内部结构如图十二所示。

图十二防雷箱II

其线路连接方法如图二所示，。

接地要求

地线连接好坏直接影响防雷效果！

接地一般要求

1.接地线截面积应满足最大负荷要求，一般为16－35平方毫米，材料为多股铜线。

2.出入直放站的电缆金属护套在入站处应加装保护器，并作保护接地。

3.隔离箱应在避雷针保护范围内。

避雷针与引下线应可靠焊接连通，引下线材料为40毫米×4毫米镀锌扁钢。

引下线在地网上连接点与接地引入线在地网上连接之间的距离宜不小于10米。

4.低压电力电缆在进隔离箱之前，应分别对地加装氧化锌无间隙避雷器或其他可靠防雷器件，交流零线不作重复接地。

5.架空电力线路，其进站端上方宜设架空避雷线，长度为300－500米。

避雷线的保护角应不大于25°。

避雷线（除终端杆外）宜每杆作一次接地。

为确保安全，宜在避雷线终端杆的前一杆上，增装一组氧化锌避雷器。

避雷线与避雷器的接地体，宜设计成辐射形或环形。

联合接地系统

●地网的组成

1.地网可由建筑物的基础（含地桩）及铁塔基础内的主钢筋作为接地体的一部分。

2.铁塔地网的组成：

当直放站在天线铁塔座落在机房旁边时，其地网面积应延伸到塔基四脚外1.5米以远的范围，网格尺寸应不大于3米×3米，其周边为封闭式。

同时，还应利用塔基地桩内2根以上主钢筋作垂直接地体，与地网焊接连通；当直放机房位于直放天线塔内或直放天线铁塔位于机房屋顶时，宜在机房地网四角设置辐射式外引接地体，以利雷电散流。

3.当地网的接地电阻值达不到要求时，应扩大其面积，具体做法是：

在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置。

环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间均应每间隔3－5米相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10－30米。

●接地体

1.接地体应采用镀锌钢材，其规格要求如下：

钢管Φ50毫米，壁厚应不小于3.5毫米；

角钢应不小于50毫米×50毫米×5毫米

扁钢应不小于40毫米×4毫米

2.垂直接地体长度为1.5－2.5米。

垂直接地体间距为其自身长度的1.5－2倍。

当垂直接地体埋设有困难时，可设多根环形水平接地体，其彼此间隔可为1－1.5米，且应每隔3米相互焊接连通一次。

3.接地体之间所有焊点，除浇注在混凝土中的以外，均应进行防腐蚀处理。

接地装置的焊接长度：

对扁钢为宽边的2倍；对圆钢为其直径的10倍。

4.接地体埋深，其上端距地面应不小于0.7米，在寒冷地区，接地体应埋设在冻土层以下。

接地坑应回填土壤或降阻材料。

●接地引入线

1.接地引入线长度应不超过30米，其材料为镀锌扁钢，截面积应不小于40毫米×4毫米。

接地引入线应作防腐、绝缘处理，并不得在暖气地沟内布放，埋设时应避开污水管道和水沟，裸露在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。

2.接地引入线应以对称方式（南北或东西）由地网就近引入，其中2根与电力室接地汇集线相连，另2根与机房接地汇集线相连。

两接地汇集线之间应采用截面积不小于40毫米×4毫米镀锌扁钢妥善连通。

●接地汇集线

1.接地汇集线一般设计成环形或排状，材料为铜材，其截面积应不小于120平方毫米，也可采用相同电阻值的镀锌扁钢。

2.电力室的接地汇集线可设在干燥的地槽内或墙面适宜位置。

3.直放机房的接地汇集线可设在地槽内、墙面适宜位置或走线架上。

●接地电阻值

地网的接地电阻值应小于5Ω，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值可小于10Ω。

接地电阻测量参见地阻测量仪使用说明。

后附：

全国主要城镇年平均雷暴日数统计表

2．2、天馈防雷

目前我公司采用天馈线串接浪涌保护器的方法对天馈系统进行防雷保护，见图十三。

图十三避雷器（浪涌保护器）

型号：

HXBLQ-1（CA-23R）ERP:

030050090001

频率范围：

DC~2.5GHz

特性阻抗：

50Ω

驻波系数：

≤1.2

插入损耗：

≤0.2dB

通流容量：

50KA

功率：

100W

其主要应用有以下两方面：

（1）铁塔上安装移动通信天馈线的防雷接地

如图十四，铁塔上架设的移动通信系统馈线、同轴电缆金属外护层应在天线侧及进入机房入口处外侧就近接地，经走线架上塔的馈线及同轴电缆，其屏蔽层应在其转弯处上方0.5～1米范围内作良好接地，当馈线及同轴电缆长度大于60米时，其屏蔽层宜在塔的中间部位增加一个与塔身的接地连接点，室外走线架始末两端均应和接地线、避雷带或地网连接。

图十四天馈系统防雷示意图

（2）在建筑中安装的移动通信天馈线的防雷接地

直放站对基站系统的延伸、再规划，天馈系统一般都利用城市内建筑设立站址，在建筑物房顶安装移动通信天线，应该利用办公大楼、大型宾馆、高层建筑和居民楼的接地网作为天馈线系统的接地。

由于条件所限，可以利用楼顶避雷带或者在楼顶的避雷网预留的接地端以及建筑物楼顶的各类可能与地构成回路的金属管道接地。

室内覆盖分布系统应该在各类设备的信号出入接口处，在天馈线上串接浪涌保护器，并就近可靠连接到接地排、线槽、桥架等建筑内与地等电位的金属体上，以迅速释放具有破坏力的浪涌电能，保护直放站。

2．3、整机屏蔽防雷

公司还提供了对于整机进行屏蔽防雷保护的防护箱（图十五），将直放站设备安装在防护箱内，将防护箱可靠接地，阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道，达到对雷电的屏蔽功效。

图十五屏蔽防护箱

安装方法及要求：

序号

名称

数量

1

左右撑脚

各1

2

左右支架

各1

3

左右箱内撑脚

各1

4

左右箱内长撑脚

各1

5

前箱体

1

6

后箱体

1

7

箱门

1

8

顶盖

1

9

防雷单元支架

1

10

防雷单元

1

11

底板

1

12

双头螺杆M16X300

4套

13

半圆头螺钉M5X10

20

14

六角螺栓M6X12

10

15

六角螺栓M10X25

10套

16

六角螺栓M12X25

2套

17

卡条

2

18

止回杆

图十六屏蔽防护箱装配图

按装配图（图十六）要求,并按下列顺序进行安装

1、装件号2，左、右支架用2根件号12，双头螺杆固定在水泥杆上，要求上平面平，两根间距一致；

2、装件号1，左、右撑脚，用2根件号12，双头螺杆固定在水泥杆上，并用件号16，M12X25六角螺钉将件1、件2连接固定，要求牢固的起支撑作用；

3、将件号3，左、右箱内脚用件号13；M5X10半圆头螺钉固定在件11底板上。

将件号9，防雷单元支架，用件号13，M5X10半圆头螺钉固定在件号3上。

再将安装好的整件安装在杆上件号2，左右支架上，用件号15，M10X25六角螺栓固定牢固。

4、将件号10防雷单元和直放站装在撑脚上；

5、将件号5件号用前后箱体用件号17卡条连成整体，装在件号11底板上，用件号14，M6X12六角螺栓固定，并装上件18止回杆

6、装上件号8顶盖用件号14，M6X12六角螺栓固定；

7、装上件号7，箱门。

安装好的内部结构图如图十七示：

图十七屏蔽防护箱装成图

工程部技术组

二〇〇八年六月

附：

全国主要城镇年平均雷暴日数统计表