防雷接地案例

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1、前言

隨著通信事業的發展,移動系統通信也不斷得以發展壯大。形成了以數字微波、光纖通信、擴頻通信、電力線載波通信等多種通信方式和數字程控交換機組成的較為完備的通信網絡,設備集成度愈來愈高,體積愈來愈小,而其抗雷的能力卻越來越弱。

因此移動通信基站的 綜合防雷電受到了高度的重視,為了最大限度的抑制雷電危害, 2008年5月我公司技術工程師對某移動管轄的五基站的防雷與接地情況進行了綜合勘查。

根據勘查情況,結合中國移動通信企業標準 QB-W-011-2007《基站防雷與接地技術規范》 及信息產業部頒發的 YD/T 5098 ? 2005《通信局(站)防雷接地工程設計規范》,我公司對某移動基站雷電防護提出了以下建議方案。

2、設計依據

移動基站的綜合防雷是一項要求高、難度大的綜合工程,涉及多方面的因素,需要針對不同的系統分別加以保護,又要考慮多個系統的協調工作,在工程中不能造成對系統的任何影響。因此,遵守國家和信息產業部有關規范的基礎上,引入國際電工委員會的先進防雷技術和標準要求,以達到更好的防護效果。

中國移動企業標準 QB-W-011-2007<基站防雷與接地技術規范>是參考GB 50057-94<建筑物防雷設計規范>(2000版)和YD 5098-2005<通信局(站)防雷接地工程設計規范>的核心內容而制定。標準中,重點提出了防雷分區和等電位的概念,根據雷擊在不同區域的電磁脈沖強度劃分防雷區,并在不同的防雷區界面上進行等電位連接,能直接連接的金屬物就直接連接,帶電導體(如電力線、通信線等)或不能直接連接于等電位體的,則需加裝SPD來作等電位連接。實踐證明這種分區分級等電位連接的防雷方案是最好的解決問題方法。

根據防雷分區的概念,結合移動基站的基本情況,移動基站的電源系統和信號中繼系統都處在 LPZ 0- A 和LPZ 0- B 之間,天饋系統處于LPZ0- B 和LPZ 2之間,根據基站防雷區的劃分情況,應在分區界面上選擇安裝符合IEC規范要求的防雷器,以將雷電電磁強度逐級降至最低。

設計依據以下標準和規范:

( 1)此地區的年平均雷暴日

( 2)GB 50057-2000《建筑物防雷設計規范》

( 3) YD/T 5098-2005 《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》

( 4) YD/T 1235.1-2002 《通信局低壓配電系統用電涌防護器技術要求》

( 5) YD/T 1235.2-2002 《通信局(站)低壓配電系統用電涌防護器測試方法》

( 6)IEC1312《雷電電磁脈沖的防護》

( 7) QB-W-011-2007《 基站防雷與接地技術規范》

3、基站 現場勘察情況及整改措施舉例

3.1 基站地處高山、丘陵,郊區等角鋼塔,曾有過雷擊事故發生。

3.2沒有獨立變壓器, 電力線為架空電纜進入機房,所用電力線為普通電纜,沒有鎧裝層。

隱患 :有過嚴重的雷擊事故,基站應處于林地雷電高發區,電力線路和低壓線路均為架空,不符合規范要求和防護原理,直擊或感應雷電沖擊波對后端的供電設備有很大的危害。

整改措施: 1、 將低壓電源改為鎧裝電纜線, 電力凱裝電纜應穿管 埋地深度 70cm以下,地埋長度30m以上引入機房。電纜金屬鎧裝層和鋼管應在兩端就近可靠接地。 焊接處做好三層防腐處理。鎧裝纜兩端套鋼管出土,離地面1.7m 以上。鋼管上端做防水處理。

2、規范要求低壓電力線路架空防護可在塔桿電力線的上端1米方向采用直徑為8厘米的鋼絞線,每個兩到三個塔桿做一次接地,但其操作性和投資都比較高,再不架設避雷線的情況線下可在機房的最近塔桿處架設一組室外避雷器來進行防護。

3.3饋線在進入機房處未做饋線室外接地,走線架端沒有做接地。

整改措施: 在饋線進機房處設置饋線接地排,饋線接地排應采用截面積不小于 40mm×4mm的銅排(饋線接地排可選擇加裝防盜盒),并采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼或截面積不小于95mm 2 的多股銅導線就近與機房地網作可靠連接。機房入口處的饋線接地線應接至饋線接地排,饋線接地線的走向應由天線朝機房方向。

3.6 室內接地的線路的整改

1)電源配電箱處沒有加裝電源B級防雷箱。

隱患: 電源線路已做地埋和屏蔽處理,對于雷電波的侵入和線路感應過電壓有很好的防護作用,但當強大的雷電導致地電位反擊時,電源線路沒有等電位連接設備,在設備內容易產生高壓對低壓的放電現象,引起設備的損壞。


如圖:市電引入一級防護

整改措施 :在機房市電引入處加裝 B級電源防雷箱,防雷器通流能力不小于60KA,防雷器符合YD/T 1235.1-2002《通信局(站)低壓配電系統用電涌保護器技術要求》的要求;檢測中的測試方法必須符合TD/T1235.2-2002《通信局(站)低壓配電系統用電涌保護器測試方法》 。防雷箱接地線直接接在防雷專用接地排上,接地線采用35平方 BVR銅纜,連接處采用銅鼻子壓接,壓接銅鼻子使用規格相符的液壓鉛,或沾錫處理

2)光端機、監控等支流供電線路與接地線貼緊平行輻射,沒有屏蔽或電源SPD的保護措施

隱患: 由于沒有科學的布線,電源線在雷電發生時容易感應過電壓損壞后端的設備,也叫二次雷擊。

整改措施 :對于過長的電源線路給與屏蔽處理,穿鋼管屏蔽鋼管的兩端就近接地。鋼管采用直徑為 15mm,接地線采用16平方銅纜。

交流電源線、直流電源線、射頻線、地線、傳輸電纜、控制線等應分開敷設,嚴禁互相交叉、纏繞或捆扎在同一線束內;同時,所有的接地線纜應避免與電源線、光纜等其他線纜近距離并排敷設。接地線沿墻敷設時應穿 PVC管。如圖:


3 )光纖加強筋的接地處理

光纖的加強芯直接在綜合機柜的外殼,沒有做單獨的接地線。

隱患: 強雷電流很容易沿加強筋侵入,造成機殼瞬間帶有高電壓,浪涌高電壓由于安全距離達不到很容易向光端機和監控設備的供電跳火造成損壞。

整改措施 :機房設有環形等電位排時,可直接將地線接到銅排上,采用 35mm 2 BVR多股銅纜。

4)直流電源沒有雷電防護措。BTS供電遭受過嚴重的雷擊事故


直流供電線路損壞 直流電源防雷器加裝

隱患: 開關電源后端設備的供電多為直流 48V供電,光端機、主設備等直流用電設備容易被二次感應引起的設備損壞,

整改措施 :在直流輸出的 末級電源防雷器安裝在開關電源的直流輸出端, 以抑制來自直流側感應雷電波入侵波的有害能量, 使設備在 箝位電壓下 能夠正常安全的工作。直流防雷器的最大通流能力大于 20KA,持續工作電壓75V。連接線采用10平方BVR多股銅纜 。對于供電距離較遠的架空設備,其直流供電可在設備端單獨加裝一組直流電源防雷器,對設備加強防護

5) 基站內等電位連接處理

實現通信機房內所有接地的等電位連接是現代防雷技術在防雷工程的主導思想,實現了設備的各個接地共地連接,所有接地就近連接,增加了接地的效果和質量,

對于大型站、重要的規范站,基站等電位可采用環形等電位排,所有設備的保護地、防雷地等都可以以最短得的距離就近連接到等電位排上,當有高頻雷電流發生時,可以產生一個低阻抗,更好的保護機房的設備。等電位排可以平行或垂直輔在走線架上,當有墻壁時應使用絕緣端子固定,等電位排應多點連接到接地地網或環形接地線上,最低不能低于兩點。

環形接地匯集線與設備及地網連接示意圖

5、總結

移動通信基站的綜合防雷措施包括:直擊雷的防護、聯合接地、等電位連接、電磁屏蔽、雷電分流、和雷電過電壓保護等,應根據當地雷電活動情況和基站性質、所處的雷電環境,選擇合理的保護等級,確保必要的防護置信度,保證人員、設備的安全和通信系統的正常運行 ,同時也應防止過度保護造成不必要的浪費。

注:此方案只強調了應該改進的每個環節和基站在防雷工作中存在的不足,每一個基站具體的改造、設備需要、材料尺寸和施工方案應根據現場勘查設計計算而定。

山東山東兆宇電子技術有限公司

2008年5月
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