机房防雷等电位理论概述PPT教案

1、会计学1机房防雷等电位理论概述机房防雷等电位理论概述第1页/共35页w因此，基站的防雷应从综合防雷，系统的进行设计，运用等电位的理论进行施工改造。才能真正确保因此，基站的防雷应从综合防雷，系统的进行设计，运用等电位的理论进行施工改造。才能真正确保“高枕无忧高枕无忧”。w本讲稿针对移动机房防雷现状，阐述了等电位理论的概念、方法、施工要求以及其重要性。望能够给因移动基站被雷击损坏所困扰的设计施工人员带来一些启示。本讲稿针对移动机房防雷现状，阐述了等电位理论的概念、方法、施工要求以及其重要性。望能够给因移动基站被雷击损坏所困扰的设计施工人员带来一些启示。w当今信息技术的不断发展，大规模集成电路的普遍

2、应用。通信设备的抗干扰能力增强了，但其耐雷击脉冲的能力降低了。只有设备间的电位差缩小了，才能减小雷击脉冲对设备的影响，而对于接地电阻值的大小则无关紧要了。当今信息技术的不断发展，大规模集成电路的普遍应用。通信设备的抗干扰能力增强了，但其耐雷击脉冲的能力降低了。只有设备间的电位差缩小了，才能减小雷击脉冲对设备的影响，而对于接地电阻值的大小则无关紧要了。1 1、引论、引论 第2页/共35页2.12.1移动基站接地的目的移动基站接地的目的按照按照IEC60950IEC60950信息技术设备的安全规范信息技术设备的安全规范采用通信开关电源供电的通信设备属于基本绝缘类设备。所以这类设备的外露可导电部分一

3、定要可靠接地，其目的是为了防止设备故障时的危险电压对人身构成电击危险。因此应直接接保护地；采用通信开关电源供电的通信设备属于基本绝缘类设备。所以这类设备的外露可导电部分一定要可靠接地，其目的是为了防止设备故障时的危险电压对人身构成电击危险。因此应直接接保护地；对于以分离器件为主的模拟通信设备，由于考虑干扰信号的地环流影响，所以设备需要独立的工作接地，但对于以大规模集成电路器件为主的数字通信设备，由于设备本身的抗干扰能力较强但内部器件的抗电涌能力极差，所以工作地可以也必须直接和保护地合一。对于以分离器件为主的模拟通信设备，由于考虑干扰信号的地环流影响，所以设备需要独立的工作接地，但对于以大规模集

4、成电路器件为主的数字通信设备，由于设备本身的抗干扰能力较强但内部器件的抗电涌能力极差，所以工作地可以也必须直接和保护地合一。 第3页/共35页对于直流系统（对于直流系统（-48V-48V系统为直流正接地，系统为直流正接地，+24V+24V系统为直流负接地）其接地目的至少应包括以下两个方面：系统为直流负接地）其接地目的至少应包括以下两个方面：a.a.固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对人身构成电击危险；固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对人身构成电击危险；b.b.固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对设备本身的危险。固定电位，防止在供电系统故障后，危险电压对设备本身的危险。所以该

5、接地也可以且必须和保护地合一。所以该接地也可以且必须和保护地合一。为防止静电对设备本身的危害，应直接接保护地。为防止静电对设备本身的危害，应直接接保护地。为给窜入系统的雷电能量提供一个泄放的渠道，应直接接保护地。为给窜入系统的雷电能量提供一个泄放的渠道，应直接接保护地。 2 2、接地的目的与误区、接地的目的与误区第4页/共35页不是因为设备要防雷就一定要接地不是因为设备要防雷就一定要接地手机不接地、电视机不接地、飞机不接地，但其防雷问题都解手机不接地、电视机不接地、飞机不接地，但其防雷问题都解决的很好。这是因为雷是天与地之间的一种电荷释放现象，在该过程中，决的很好。这是因为雷是天与地之间的一种

6、电荷释放现象，在该过程中，会在信息技术设备系统中产生感应过电压。对特低安全电压类设备（手机会在信息技术设备系统中产生感应过电压。对特低安全电压类设备（手机、飞机）和加强绝缘类设备（电视机），由于其不接地，所以这两类设备、飞机）和加强绝缘类设备（电视机），由于其不接地，所以这两类设备只要处理好差模（线间）感应雷过电压就行了。而对于基本绝缘类设备，只要处理好差模（线间）感应雷过电压就行了。而对于基本绝缘类设备，由于安规要求必须接地，所以不但要解决差模（线间）感应雷过电压的防由于安规要求必须接地，所以不但要解决差模（线间）感应雷过电压的防护问题，而且还要解决共模（线地间）感应雷过电压的防护问题，并且

7、一护问题，而且还要解决共模（线地间）感应雷过电压的防护问题，并且一般而言差模感应雷过电压的幅值远小于共模感应雷过电压的幅值。另外，般而言差模感应雷过电压的幅值远小于共模感应雷过电压的幅值。另外，由于移动通信基站是一个非常复杂的系统，雷电过电压引起的地电位抬高由于移动通信基站是一个非常复杂的系统，雷电过电压引起的地电位抬高，高电位反击常常是造成设备损坏的主要原因，所以就造成了人们对接地，高电位反击常常是造成设备损坏的主要原因，所以就造成了人们对接地的偏见，认为防雷就必须接地，甚至很多人以为防雷就是接地。的偏见，认为防雷就必须接地，甚至很多人以为防雷就是接地。 第5页/共35页不能简单的认为接地电

8、阻越小，防雷效果就越好不能简单的认为接地电阻越小，防雷效果就越好通常接地电阻越小，防雷问题就越容易解决，但防雷效果和接地电阻并无直接关系。这是因为对防雷而言，接地线电感对设备的影响远大于接地电阻对设备的影响。这个原因在于只要按照标准设计和施工，通常接地电阻越小，防雷问题就越容易解决，但防雷效果和接地电阻并无直接关系。这是因为对防雷而言，接地线电感对设备的影响远大于接地电阻对设备的影响。这个原因在于只要按照标准设计和施工，接地电阻上的电压降对整个机房设备都是等电位的，而不会在设备间形成大的电位差接地电阻上的电压降对整个机房设备都是等电位的，而不会在设备间形成大的电位差，但引线电感上的电位差却是直

9、接加在设备间的。，但引线电感上的电位差却是直接加在设备间的。 2 2、接地的目的与误区、接地的目的与误区第6页/共35页天馈线开关电源GSMSPD接地电阻理论地ab配电箱380V入第7页/共35页如接地电阻处的电位抬高则整个机房内电位抬高如接地电阻处的电位抬高则整个机房内电位抬高, ,设备仍处于等电位中；但如设备至地之间引线较长的话，设备仍处于等电位中；但如设备至地之间引线较长的话，a a线为天馈避雷器接地线（通常长度为线为天馈避雷器接地线（通常长度为2323米，也有的基站为米，也有的基站为5757米），米），b b线为电源线为电源SPDSPD接地线（通常长度为接地线（通常长度为3535米，也

10、有的基站为米，也有的基站为7979米，个别甚至有米，个别甚至有1010米以上）米以上）, ,其上的电位差都可能引起设备损坏。这个电位差，可根据下式算出：其上的电位差都可能引起设备损坏。这个电位差，可根据下式算出：，如引线长，如引线长1m1m，入侵的雷电流为，入侵的雷电流为20kA20kA（8/208/20 s s），则每米导线上的电压降为），则每米导线上的电压降为3.6kV3.6kV，b b电位会抬高至电位会抬高至36kV36kV，开关电源则会因过压导致损坏。如入侵的雷电流为，开关电源则会因过压导致损坏。如入侵的雷电流为5kA5kA（8/208/20 s s）则每米导线上的电压降为）则每米导线

11、上的电压降为1.2kV1.2kV，a a电位会抬高至电位会抬高至6kV6kV左右，左右，GSMGSM设备会因过压导致损坏。设备会因过压导致损坏。 2 2、接地的目的与误区、接地的目的与误区第8页/共35页正确的概念是：对必须接地的设备，从防雷角度讲，必须进行可靠接地，但地阻值的大小是安规的要求，对防雷效果并无直接影响。正确的概念是：对必须接地的设备，从防雷角度讲，必须进行可靠接地，但地阻值的大小是安规的要求，对防雷效果并无直接影响。对防雷效果影响最大的是基站内系统间的等电位连接，因此对防雷效果影响最大的是基站内系统间的等电位连接，因此。 2 2、接地的目的与误区、接地的目的与误区第9页/共35

12、页根据根据YD5068-98YD5068-98移动通信基站防雷与接地设计规范移动通信基站防雷与接地设计规范的要求，基站的接地电阻应小于的要求，基站的接地电阻应小于55，但基站所处地理环境千差万别，满足条款的要求可能有众多问题，也难以达到条文所要求的接地电阻值但基站所处地理环境千差万别，满足条款的要求可能有众多问题，也难以达到条文所要求的接地电阻值，当然由于基站的地网类型很多，不可能用一种模式去解决所有的问题。那么由于郊区、山区、城市、专用机房和租用建筑物环境因素不同，基站地网是否能满足标准的接地电阻的要求呢？下面分别讨论。，当然由于基站的地网类型很多，不可能用一种模式去解决所有的问题。那么由于

13、郊区、山区、城市、专用机房和租用建筑物环境因素不同，基站地网是否能满足标准的接地电阻的要求呢？下面分别讨论。 第10页/共35页第11页/共35页第12页/共35页第13页/共35页3 3、移动基站接地的现状、移动基站接地的现状3.43.4机房内设备接地线的连接方式机房内设备接地线的连接方式设备的接地一般按下图所示方法，呈大星形状接地。较长的能有十几米，这样当基站受雷击时，设备间的电位差就会非常大，导致设备发生损坏。设备的接地一般按下图所示方法，呈大星形状接地。较长的能有十几米，这样当基站受雷击时，设备间的电位差就会非常大，导致设备发生损坏。地网排状接地汇流排设备第14页/共35页通信局（站）

14、地网的概念在小型民用建筑中是不可能存在的，小型民用建筑本身的防雷接地仅是利用建筑物内的金属构件和基础内的钢筋作为防雷接地系统，由于作为雷电流引下线柱内的主钢筋并非要求焊接，此时若将建筑物本身金属构件的作为唯一的接地系统是不可靠的通信局（站）地网的概念在小型民用建筑中是不可能存在的，小型民用建筑本身的防雷接地仅是利用建筑物内的金属构件和基础内的钢筋作为防雷接地系统，由于作为雷电流引下线柱内的主钢筋并非要求焊接，此时若将建筑物本身金属构件的作为唯一的接地系统是不可靠的。 3 3、移动基站接地的现状、移动基站接地的现状第15页/共35页第16页/共35页高压避雷器被雷击损坏稳压器被雷击损坏感应过电压

15、造成信号线对机壳放电光缆终端盒被雷击打掉第17页/共35页第18页/共35页设备A设备B地电位抬高U=Ldi/dt+IR零电位 这个电位差，可根据下式算出：这个电位差，可根据下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引线长，如引线长1m1m，入侵的雷电流为，入侵的雷电流为20kA(8/20us), ,则每米导线上的电压降为则每米导线上的电压降为3.6kV,如接地线长度为如接地线长度为5 5米则地电位抬高为米则地电位抬高为18kV。 4、基站内经常遭雷击损坏设备的原因与分析 第19页/共35页为了减小此电位差，可采取如图所示的方法加以改造，这时的电位差，可根据下为了减小此电位差，可采取如图所示的方法加

16、以改造，这时的电位差，可根据下式算出：式算出：U=Ldi/dt+IRU=Ldi/dt+IR如引线长如引线长1m1m，入侵的雷电流为，入侵的雷电流为20kA(8/20us),20kA(8/20us),则每米导线上则每米导线上的电压降为的电压降为3.6kV3.6kV，如果等电位连接点提高到，如果等电位连接点提高到a a点（点（a a至设备至设备B B之间为之间为0.5m, a0.5m, a至至PEPE之之间为间为4.5m 4.5m ），则设备），则设备A A和设备和设备B B之间的电位差降为原来的十分之一之间的电位差降为原来的十分之一1.8kV1.8kV，此改造，此改造方法适用于机房设备较多的情况

17、下使用。方法适用于机房设备较多的情况下使用。 采取右图所示的方法改造后设备间的电位差会更低，效果更好。采取右图所示的方法改造后设备间的电位差会更低，效果更好。 a设备A设备B地电位抬高U=Ldi/dt+IRa设备A设备Ba地电位抬高U=Ldi/dt+IR第20页/共35页第21页/共35页被保护设备S PDU1U2U3以上是以上是SPD安装后的残压示意图。安装后的残压示意图。当有雷电流时，其中：当有雷电流时，其中：U1为从配电箱到为从配电箱到SPD的连线上的残压；的连线上的残压；U2为为SPD自身的残压；自身的残压；U3为从为从SPD的接地端子到接地汇流排间连线的残压。的接地端子到接地汇流排间

18、连线的残压。这时，加在被保护设备的上残压为：这时，加在被保护设备的上残压为：U改造前改造前=U1+U2+U3 为了减小加在被保护设备上的残压，我们可以采取如图所示的办法，即在为了减小加在被保护设备上的残压，我们可以采取如图所示的办法，即在SPD的接的接地端子与被保护设备的接地汇流排间加一根等电位连接线。地端子与被保护设备的接地汇流排间加一根等电位连接线。此时加在被保护设备上的残压为此时加在被保护设备上的残压为：U改造后改造后=U1+U2 或或 U改造后改造后= U改造前改造前-U3当有雷电流（当有雷电流（8/20s s）时，在导线上产生的电压降可按下式计算：）时，在导线上产生的电压降可按下式计

19、算： 假如引线长假如引线长1米，入侵的雷电流为米，入侵的雷电流为20kA（8/20us），则每米导线上的电压降为：），则每米导线上的电压降为：V= 11.44(H)20(kA)/8(s )+IR11.44(H)20(kA)/8(s )=3.6=3.6（kVkV） 第22页/共35页第23页/共35页第24页/共35页第25页/共35页5.35.3电源线的改造电源线的改造根据通信行业标准根据通信行业标准YD/T 5098-2001YD/T 5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范程设计规范3.13.1条规定：条规定：将变压器架空至机房的电源线穿金属管埋

20、地，埋地长度应大于将变压器架空至机房的电源线穿金属管埋地，埋地长度应大于1515米，米，距离不够时可采用将电源线盘绕成空心电感圈来增加，并在两端做接地距离不够时可采用将电源线盘绕成空心电感圈来增加，并在两端做接地处理。这样可处理。这样可防止因架空线感应雷电过电压引入机房而导致的设备损坏防止因架空线感应雷电过电压引入机房而导致的设备损坏。 第26页/共35页已埋地的如未穿金属管，则需穿金属管后再埋地，并在两端做接地处理。已埋地的如未穿金属管，则需穿金属管后再埋地，并在两端做接地处理。在电源线进入机房总配电屏处，将其中性线（在电源线进入机房总配电屏处，将其中性线（N N线）和机房地线电气连接，形成

21、局部线）和机房地线电气连接，形成局部TNSTNS系统，有条件时可直接将变压器的地网与机房地网用系统，有条件时可直接将变压器的地网与机房地网用40X440X4扁钢焊接连通。扁钢焊接连通。避免因机房地网与变压器地网电位不同，当变压器地电位抬升时，造成对机房的反击避免因机房地网与变压器地网电位不同，当变压器地电位抬升时，造成对机房的反击。 5、机房内等电位连接改造机房内等电位连接改造 第27页/共35页5.45.4交流交流/ /直流电源的雷电过电压防护直流电源的雷电过电压防护交流电源的过电压防护：交流电源的过电压防护：基站位于高山和郊区的雷击概率原大于位基站位于高山和郊区的雷击概率原大于位于市区内的

22、，故从经济适用角度考虑应在机房总配电处加装一级防雷器于市区内的，故从经济适用角度考虑应在机房总配电处加装一级防雷器（高山和郊区型基站加装高山和郊区型基站加装型三相电源防雷器，城市型基站型三相电源防雷器，城市型基站加装加装型三相电源防雷器型三相电源防雷器），形成电源线与地线的瞬态等电），形成电源线与地线的瞬态等电位。位。防止从电源线引入的雷电过电压造成机房设备的损坏防止从电源线引入的雷电过电压造成机房设备的损坏。直流电源的过电压防护：直流电源的过电压防护：在开关电源的直流输出端加装在开关电源的直流输出端加装，形成直流电源正、负极与地的瞬态等电位。，形成直流电源正、负极与地的瞬态等电位。防止因防止

23、因地电位升高造成的电位反击损坏设备地电位升高造成的电位反击损坏设备。 第28页/共35页5.5 5.5 GSM和和CDMA设备的保护设备的保护从雷击损坏设备的数据看，从雷击损坏设备的数据看，GSMGSM和和CDMACDMA设备的设备的DXUDXU（核心控制板）受雷击损坏的机率要比其他设备的机率高，且该设备的重要性比机房内其他设备的重要性要大，（核心控制板）受雷击损坏的机率要比其他设备的机率高，且该设备的重要性比机房内其他设备的重要性要大，如该设备损坏，则直接会造成基站闭站如该设备损坏，则直接会造成基站闭站。因此应在该设备的端口加装信号防雷器，形成。因此应在该设备的端口加装信号防雷器，形成芯线与

24、地线的瞬态等电位芯线与地线的瞬态等电位，从而保护设备。，从而保护设备。 第29页/共35页5.65.6光缆的雷电过电压防护光缆的雷电过电压防护基站内的光缆加强芯与基站内的光缆加强芯与ODFODF架连接处发现多处雷击引起的打火痕，严重的甚至将光缆盒从墙上打掉，证明因光缆架空其内部加强芯感应的雷电流是非常大的。架连接处发现多处雷击引起的打火痕，严重的甚至将光缆盒从墙上打掉，证明因光缆架空其内部加强芯感应的雷电流是非常大的。应将光缆在进入机房后，增加光缆盒，并将其中加强芯就近入地（条件允许时，应直接接在地网上）应将光缆在进入机房后，增加光缆盒，并将其中加强芯就近入地（条件允许时，应直接接在地网上）。