防雷与接地系统.ppt

1、学习情境8防雷与接地系统情境导引雷电灾害被称为是“电子化时代的一大公害”，目前尚没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，只能通过各种有效的办法将雷害的程度降低。通信设施的接地和防雷是通信设施和设备稳定运行的根本保证，在建设维护通信设施的过程中，应该做好通信设施各部分的接地和防雷工作。 由于雷击和电磁感应等各种原因产生的过电压，时常干扰和破坏通信系统及其设备，深受其害的如交换机、远端模块、传真机、电话机、调制解调器等，也给通信电源系统和设备带来灾害。雷击不但造成财产损失，甚至威胁维护人员和用户的人身安全。因此，如何防止雷电过电压的产生，研究保护通信设备免遭雷害已成为一个重要课题。学习目标 通信系

2、统的防雷技术具有系统性、综合性的特点，通过本情境的学习，了解雷电的危害及其预防措施，对防雷系统的组成有比较深入的了解，熟悉各种防雷装置的种类结构和作用，熟悉电气接地系统的组成及其各部分的功能，掌握防雷与接地系统的实施细则和维护方法。任务指南 任务1 了解电源系统中的防雷任务2 了解雷电的分类及其危害任务3 了解防雷装置、防雷原则及防雷措施任务4 认知电气系统的接地任务6 通信局(站)的接地与防雷的实施任务7 掌握通信局(站)防雷与接地系统的维护方法任务1 了解电源系统中的防雷 接地与防雷是通信电源系统的重要组成部分，它不但直接影响供电系统的正常运行和通信质量，而且还起到保护电源装置设备和人身安

3、全的作用。 正确的接地既能抑制外部来的电磁骚扰，又能防止本身向外部发射电磁波，正确接地是提高通信电源设备电磁兼容性的有效手段之一。接地也是防止雷害的重要措施。资讯1雷电的形成 雷电是一种大气物理现象，是不受人类的意识控制的，人们目前不可能通过现有的控制手段或方法对雷电的产生进行掌控。 雷电的产生始于雷云的形成。雷云形成的根本原因是含水蒸气的气流运动。 密集于大地上空的带有大量正电荷或负电荷的云，称为雷云。当雷云中的电荷聚集量很大且具有较高的电场强度时，周围的正、负雷云之间或雷云与大地之间，可能发生强烈的放电现象，称这为雷电现象。 习惯上把大地的电位视为零，雷云的电位远高于大地的电位，由于静电感

4、应而使大地感应出大量的与雷云电荷异号的电荷，两者类似于一个巨大的空间电容器。雷云中的电荷分布并不均匀，常常形成多处电荷聚集中心，当它的电场强度达到2530kV/cm时，雷云就开始向大地方向击穿空气，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。当雷电先导进展到离地面100300m时，地面上感应出来的异性电荷也在相对集中，尤其是向地面上较高的突出物上集中，于是形成了迎雷先导。迎雷先导和雷电先导在空中相互靠近，当两者接触时，正、负电荷强烈中和，出现极大的电流并伴有雷鸣和闪光，这就是雷电的主放电阶段，时间很短，一般为50100s。主放电阶段过后，雷云中的剩余电荷沿主放电通道继续流向大地，称为放电的余辉阶段，

5、时间为003015s，但电流为几百安。资讯2雷电防护基本原理在不同的季节，不同的地区和不同的气候环境，雷电分布的规律也不尽相同，然而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多。一个地区有无雷暴，是由内因（气象）决定的。但是有了雷暴，具体选择哪一处落雷，则受外界条件的影响较大。从地质条件看，土壤电阻率相对值小，利于电荷的很快积聚。大片土壤电阻率较大时，局部小的地方容易落雷；土壤电阻率突变的地方，最易遭受雷击。从地形上看，要利于雷雨云的形成与相遇。落雷概率的分布是：山的东南坡多于山的西北坡，这是因为海洋潮湿空气从东南进入大陆后，经暴晒闷热，遇山抬升而出现雷雨。从地物上看，要利于雷雨云与大地建立良好的放电通道

6、。空旷地中的孤立建筑物，建筑群中的高耸建筑物容易受雷击；排出导电尘埃的厂房及废气管道容易落雷；屋顶为金属结构，地下埋有大量金属管道，内部存放大型金属设备的厂房，易受雷击；建筑物中，个别特别潮湿的建筑，如牛马棚、冰库等易遭雷击；尖屋顶及高耸建筑物易受雷击，如水塔、烟囱、天窗、旗杆、消防梯等；屋旁大树、接收天线、山区输电线等易受雷击。在通信设施中，雷电一般通过通信铁塔、天馈线、电力电源线、进出局信号线、光缆、空间电磁场感应等途径进入通信局（站），对通信设备设施造成破坏。由于目前人们还无法控制雷电的产生，所以还不能够从根本上消除雷电的危害。但是，人们可以通过采取相应的防护措施，使通信电源系统和通信设

7、备设施得到较好的保护。雷电的破坏性作用极强，主要是因为它要把雷雨云蕴藏的能量在短短几十微秒的时间以内释放出来，瞬间功率极其巨大。针对雷电的入侵途径，人们采取的措施分两个方面，一是采用“泄放”的办法，人为的给雷电电流提供一条分流通道；二是采取“阻隔”的办法，加强通信设备的绝缘能力，提高抗雷击的效果。任务2 了解雷电的分类及其危害雷电是一种自然现象，其破坏作用有两种，一种是雷电直接击在建筑物或用电设备上，这种叫做直击雷过电压或直击雷。另一种是雷电的静电感应或电磁感应所引起的过电压叫做感应过电压或感应雷。资讯1直击雷及其危害 直击雷是带电雷云对地闪击时的放电现象。主要表现形式为：一是通信局(站)的建

8、筑物遭到直接雷击，雷电流沿接闪器、引下线和接地体泄放时将导致地电位升高，可能出现反击设备的现象；二是通信系统的外引线在通信局(站)内部或距离很近的地方遭到直接雷击或雷击发生在这些外引线附近时，将发生高电位和大电流引入现象。例如雷击铁塔时，将有部分雷电流和高电位沿馈线进入到机房内设备中。 直击雷主要对室外物体产生破坏作用，所以把防直击雷的系统称为外部防雷系统。直击雷造成建筑物损坏和人员伤亡是由于几十至一二百千安的雷电流产生强大的电磁效应、热效应、机械效应引起的。巨大的冲击电流形成瞬态过电压波，击穿设备绝缘层，造成物体炸裂、导体熔毁等。另外，由于电源与电子设备是相连的，且接地系统也是相连的，在避雷

9、针上引下的雷电流经引下线、接地器与通信系统的接地直接或经大地间接相连。部分雷电流进入电缆，并通过电缆进入电子设备形成瞬态过电压波，使电子设备损坏，这种现象经常在高雷害地区引发事故。 雷电袭击架空输电线、通信线、各种金属管线、天线等，在线路上产生的高电位、大电流的雷电流冲击波沿着这些导体侵入建筑物内，雷电侵入波会破坏通信设备。虽然配电系统采用了架空避雷线等防护措施，但并不能完全消除雷击时瞬态过电压，仍有一部分过电压对低压系统的用电设备，特别是计算机、电子系统造成危害。资讯2感应雷及其危害 感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、地埋电力电缆、设备间的连接线上产生电磁感应

10、并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭受危险电压或电流。雷击通信线路附近地面时，强电流产生强磁场会在通信线路中引起电荷束缚和瞬间释收，形成幅值很高的瞬态过电压。雷击避雷针时，附近导线也会感应出很高的过电压。由于雷电流的反击和电磁耦合，在通信线路、信号控制线路、射频传输线路形成瞬态过电压，并以流动波的形式沿线路传播，侵袭微电子设备。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率要比直击雷高得多。感应雷不论是雷云对地闪击还是雷云之间的闪击，都可能发生并造成灾害。哪怕是一次雷闪击都可以在较大范围内的多个电子设备间产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过通信局（站）的供电线和信号中继线引入，并

11、通过传输使雷害范围扩大。地处高雷害地区，瞬态过电压的破坏性经常造成通信主设备的损坏。感应雷发生时一般对室内的用电设备产生破坏作用，因此把防止感应雷和雷电电磁脉冲波（LEMP）破坏的系统称为内部防雷系统。任务3 了解防雷装置、防雷原则及防雷措施资讯1防雷装置 在防雷处理过程中，首先要设法拦截雷电或吸引闪电，这个装置就是避雷针。避雷针其实就是防雷装置的接闪器。防雷装置是指接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器(SPD)及其他连接导体的总和。 建筑防雷系统由避雷针(或避雷带、避雷网)、建筑钢框架、接地引入线和接地网构成，而通信局(站)的电源及其他通信设备防雷保护一般采用电涌保护器。 一般将建筑物的防雷

12、装置分为外部防雷装置和内部防雷装置两大类。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成，即传统的防雷装置。内部防雷装置主要用来减小建筑物内部的雷电流及其电磁效应，如采用电磁屏蔽、等电位连接和装设SPD等措施，防止雷击电磁脉冲可能造成的危害。 1接闪器 接闪器就是专门用来接受雷闪的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，接闪的金属线称为避雷线或架空地线，接闪的金属带、金属网称为避雷带或避雷网。所有的接闪器都必须经过引下线与接地装置相连。 （1）避雷针 避雷针一般用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。它通常安装在构架、支柱或建筑物上，其下端经引下线与接地装置焊接。由于避雷针高于被保护物，又和大地直接相连，当雷云先

13、导接近它时，它与雷云之间的电场强度最大，所以可将雷云放电的通路吸引到避雷针上并经引下线和接地装置将雷电流安全地泄放到大地中去，使被保护物体免受直接雷击。 （2）避雷线 避雷线架设在架空线路的上边，用以保护架空线路或其他物体(包括建筑物)免受直接雷击。由于避雷线既架空又接地，所以又叫做架空地线。避雷线的原理和功能与避雷针基本相同，其保护范围按GB 500571994(建筑物防雷设计规范规定的方法计算。 （3）避雷带和避雷网 避雷带和避雷网普遍用来保护较高的建筑物免受雷击。避雷带一般沿屋顶周围装设，高出屋面100150mm，支持卡间距离115m。避雷网除沿屋顶周围装设外，需要时屋顶上面还用网钢或扁

14、钢纵横连接成网。避雷带和避雷网必须经引下线与接地装置可靠地连接。 2避雷器 避雷器是一种过电压保护设备，用来防止雷电所产生的大气过电压沿架空线路侵入变电所或其他建筑物内。避雷器也可以限制内部过电压。避雷器与被保护设备并联且位于电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘耐压值。当过电压沿线路侵入时，将首先使避雷器击穿并对地放电，从而保护了后面的设备，如图8-1所示。 避雷器的形式主要有阀式、排气式、角式和金属氧化物式等。图8-1 避雷器的连接 （1）阀式避雷器 阀式避雷器一般用作电力变压器高压侧的防雷。阀型避雷器如图8-2所示。它由火花间隙和阀片(非线性电阻盘)串联组成，封装在瓷套管内。火花间隙由铜

15、片制成，每对间隙用云母垫来隔开。正常情况下，火花间隙可阻止线路上的工频电流通过，在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。 阀片是用陶料粘固起来的电工用金刚砂颗粒组成的，在正常情况下，火花间隙对工频电流处于断路状态，正常电压时阀片电阻很大；但在过电压时，阀片电阻很小。因此，当线路上出现过电压时，火花间隙被击穿，阀片能使雷电流顺畅地向大地泄放。当过电压消失后，线路上恢复工频电压时，阀片则呈现很大的电阻，使火花间隙绝缘迅速恢复而切断工频续流，从而保护线路恢复正常运行。(a)FS4-10型 (b)FS-0.38型l-上接线端；2-火花间隙；3-云母垫圈；4-瓷套管 5-阀片 6-下接线端图8-2 阀型

16、避雷器 根据放电间隙有无并联电阻，可分为没有并联电阻的FS型和有并联电阻的FZ型。有电阻并联时，可使每个放电间隙的电压均匀，改善消弧性能。 需要说明的是：当雷电流流过阀片电阻时要形成电压降，这就是残余过电压，称为残压。残压要加在被保护设备上，因此残压不能超过设备绝缘允许的耐压值，否则可能击穿设备绝缘。变配电所内一般采用这种避雷器。 （2）排气式避雷器 排气式避雷器又叫管型避雷器（或称气体放电管），它由产气管、内部间隙和外部间隙等3部分组成。 当线路发生过电压时，外部间隙和内部间隙都被击穿，将雷电流泄入大地。随之而来的工频续流(每当间隙被雷电过电压击穿后，在工频电压作用下将有电流继续通过已电离的

17、间隙，这个电流称为工频续流)也在管内产生电弧，使产气管内产生高压气体从环形管口喷出，强烈吹弧，在电流第一次过零时，即可灭弧。这时外部间隙的空气恢复了绝缘，使避雷器与电力系统隔离，恢复正常运行。 排气式避雷器具有残压小的突出优点，简单经济，但动作时有气体吹出，所以一般只用于户外线路。 （3）角式避雷器(保护间隙) 角式避雷器又称保护间隙。它是一种最简单的过电压保护设备，简单经济、维护方便，但是保护性能差、灭弧能力小，容易造成接地或短路故障，因此一般要求装设备自动重合闸装置(ARD)与之配合，以提高供电可靠性。 （4）金属氧化物压敏电阻(MOV) 金属氧化物压敏电阻又叫氧化锌避雷器，它是通信电源设

18、备常用的主要避雷器。它由压敏电阻片构成，具有优良的阀特性，在工频电压下，呈现极大的电阻，能迅速有效地阻断工频续流；在过电压下，电阻很小，能很好地泄放雷电流。金属氧化物避雷器还有体积小、重量轻、结构简单、残压低、响应快等优点。资讯2通信电源系统的防雷保护原则通信电源系统的防雷保护采用分区保护和多级保护措施。根据IEC1312-1雷电电磁脉冲的防护第一部分的一般原则，应将一个易遭雷击的区域按照通信局（站）建筑物内外、通信机房及被保护设备所处环境的不同，由外到内把被保护区域划分为不同的防雷区（LPZ），由外而内依次为LPZ0、LPZ1、LPZ2等。 各区域不同雷电电磁脉冲严重程度也不同，相应的防护对

19、策也不一样。防雷保护区划分如图8-3所示。各区以其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。图8-3防雷保护区划分 防直击雷区LPZ0A：本区内的各物体都可遭到直接雷击，同时在本区内雷电产生的电磁场能自由传播，本区内的电磁场没有衰减。 防间接雷区LPZ0B：本区内的各物体都在接闪器的保护范围内，不可能遭到直接雷击，流经各导体的雷电流比LPZ0A减少，但本区内电磁场没有衰减。防雷电电磁脉冲冲击区LPZ1：本区内的各物体在建筑物内，不可能遭到直接雷击，流经各导体的电流比LPZ0B区进一步减小，本区内的电磁场已经衰减，衰减程度取决于屏蔽措施。后续防雷区LPZ2：如果需要进一步减小所导引的电

20、流和/或电磁场，就应再分出后续防雷区，并按照保护对象的重要性及其承受浪涌的能力作为选择后续防雷区的条件。通常，防雷区划分级数越多，电磁环境的参数就越低。 除分区原则外，防雷保护也要考虑多级保护的措施，因为在雷击设备时，设备第一级保护元件动作之后，进入设备内部的过电压幅值仍相当高，只有采用多级保护才足以把外来的过电压抑制到电压很低水平，以保护设备内部集成电路等元件的安全。如果设备的耐压水平较高，可采用二级保护，但当设备可靠性要求很高、电路元件又极为脆弱时，则应采用三级或四级保护。 1一级过电压保护低压电力电缆防雷保护 在低压电力电缆馈电至交流配电屏前约12 m处，设第一级保护。一级过电压保护器通

21、常采用60120kA(8/20s波形)的氧化锌防雷箱，一般安装在低压配电柜的电源入口或变压器低压侧，三根相线L1、L2、L3和零线N对地分别装设防雷器(限压型电涌保护器)，防雷器的公共点和PE线相连。其主要用途是拦截由供电线路直接进入的雷电过压。 为了防火和切断后续电流，在保护器各相引线上必须串接空气开关或熔丝，其大小要小于前级熔丝。特别要注意的是，所串接的开关或熔丝必须小于系统的短路故障电流，否则在保护器故障时无法起到保护作用。 为防止电源电压波动造成的过电压保护的非正常损坏，在供电电压不稳定的地区，选择动作电压较高的过电压保护器(交流有效值为320385V)。 如果保护器接地点与变压器地网

22、相互连通时，宜将各相保护器直接对地连接；保护器接地点与变压器地网不连通时，应将各相保护器先对零线连接，再对地连接。 2二级过电压保护交流屏内防雷保护 第二级防雷设在低压交流配电屏内，同样在相线与地之间、零线与地之间接防雷器(限压型电涌保护器)。防雷器宜串接保险丝，以利防火。 二级过电压保护器通常采用1540kA(8/20s波形)的氧化锌保护器，一般安装在电源柜内的电源入口处。它的主要作用是降低一级过电压保护器的雷电残压，消除一、二级保护器间线路感应的雷电过压，防止地网的电位不平衡。 一般可使用32A空气开关做保护，对TN系统宜采用4个氧化锌模块对地连接，对TT系统宜采用3+NPE的连接方式。有

23、动力监控系统时，可选用遥信模块。工作电压的选取与一级相同。 3三级过电压保护整流器防雷保护当设备配置分散或有较高要求时，可增加第三级保护。第三级过电压保护器一般安装在设备电源入口处，如整流模块的输入端(在整流模块的内部)或UPS的输入端。可根据情况选用氧化锌、半导体放电管(SAD)等器件，通流量为1015kA。 这级防雷器(限压型电涌保护器)的每极通流量约5kA，残压为600 V左右。 4四级保护直流电源的过电压保护 直流过电压保护器一般安装在直流屏、直流配电盘内，多采用1015kA氧化锌过电压保护器，并串接16A空气开关作保护。其主要作用是防止直流线路上的雷电感应，消除地网电位不平衡的影响。

24、在直流保护器的安装过程中要充分做好绝缘保护，以避免发生短路。 开关电源(48 V系统)输出的直流负馈线、MDF与程控交换机间的直流电力线负极或交换机控制中心的微机及远程监控系统被控处理机前的电源逆变器直流电源负馈线，均应进行防雷保护，即对地加装限压型电涌保护器，其标称工作电压不小于70 V，通流容量应大于15 kA，且带保险丝功能。 5通信电源防护应注意的问题 （1）进出通信局(站)的一般电力线的防护 进局电力电缆的防雷容易引起重视，而其他进出通信站的电力线常常被忽视，如照明路灯线、塔灯电力线、非通信设施租用通信电力线等。现在宜采用太阳能塔灯，可减少一个雷击入侵渠道。其他出局电力线应在防雷系统

25、的保护范围内，否则应采取专门的防雷措施。 （2）避雷器的安装 避雷器的防雷能力与安装方式有密切关系，主要是引线电感会产生额外的残压，应尽可能地缩短电力线与避雷器的连线和避雷器与接地汇接板连线的长度。 （3）多级避雷器的连接 布置多级避雷器可减小引线电感带来的额外残压，因为前级避雷器已将大部分雷电流泄放入地，在后级的避雷器只泄放少部分雷电流，雷电流的减小必然导致引线上的附加残压减小。为保证避雷器由前到后顺序泄放，避雷器的动作电压应是后级不高于前级。避雷器之间的电力电缆长度不小于15m。 （4）电力电缆耐雷电冲击指标 高、低压电力电缆耐雷电冲击指标见表8-1。表8-1 电力电缆耐雷电冲击指标电力电

26、缆类型额定电压(V)模拟雷电冲击电压渡电压峰值(kV)(12/50s)高压电力电缆1000075660060低压电力电缆220/3806资讯3电源系统的过电压保护 通信电源用电涌保护器(SPD)是目前通信局(站)用于防止雷电流、操作过电压对通信设备破坏的保护器件。 电涌保护器分为开关型SPD、限压型SPD和组合型SPD。开关型SPD安装在通信局(站)外，一般用在LPZ0BLPZ1区，作为电源系统的防雷，可疏导10/350s的模拟雷电冲击电流。限压型SPD安装在建筑物内，一般用在LPZ1和LPZ2区至n区。限压型SPD一般由氧化锌压敏电阻或半导体放电管等元器件组成。组合型SPD一般由氧化锌压敏电

27、阻与滤波器或半导体放电管与氧化锌压敏电阻等电路组成。 在开关型和限压型SPD中，常用的器件包括气体放电管、氧化锌压敏电组(MOV)和半导体元器等。它们的构成、特点和应用见表8-2。表8-2 SPD常用器件的构成、特点和应用器件名称构 成特 点应 用气体放电管密封于放电介质中的一个或多个放电间隙，外壳为玻璃或陶瓷，分为二极管、三极管和五极管标称直流击穿电压只表明直流状态下的动作电压，并非雷击下的保护电压。冲击击穿电压在1kV左右(1kV/s)。耐流能力较大、体积小、极间电容较小且稳定。比半导体元器件响应时间慢可作为第一级或第二级保护元器件用氧化锌压敏电阻(MOV)氧化锌掺以少量氧化铋、氧化钴等其

28、他金属氧化物，经陶瓷工艺制作而成对电涌有极快的响应速度(25ns)，保护范围为42800V，冲击电流可达20A50kA。不仅对雷电浪涌进行保护，也可以限制异常过电压，其良好的陡坡特性对电力变压器也可起到保护作用可应用在第一级或第二级保护上半导体元器件(SAD)包括齐纳二极管、开关二极管等不同种类的器件性能大致相同，只在限幅电压等级和耐冲击能力上稍有不同。响应速度快、限幅电压低，是保护半导体电路的理想器件。缺点是耐流能力低可应用在第三级保护上 1SPD的基本参数 （1）标称导通电压 标称导通电压指在施加恒定1mA直流电流情况下，金属氧化物压敏电阻(MOV)的启动电压。 （2）SPD的标称放电电流

29、 SPD的标称放电电流用于划分SPD等级，具有8/20s或10/350s模拟雷电波的放电电流。 （3）冲击通流容量（最大通流容量Imax） SPD不发生实质性破坏，每线(或单模块)对地通过规定次数、规定波形的最大限度的电流峰值。冲击通流容量一般大于标称放电电流的25倍。（4）SPD残压SPD残压指雷电放电电流通过SPD时，其端子间呈现的电压峰值。（5）最大持续运行电压Uc最大持续运行电压Uc是SPD运行中能持久耐受的最大直流电压或工频电压有效值。常用系列为：45、52、75、85、150、175、275、320、385、420、460、510、600V。 2SPD的选择 （1）对SPD的一般要

30、求 选择SPD应在同一测试指标下，考虑SPD所选元器件的参数及元器件的组合方式。 SPD的选择应考虑通信局(站)遥信及遥控的需要。 用于交流配电系统保护的限压型电源SPD，标称导通电压一般为Un=22U(U为运行工作电压)。 对于直流配电系统保护用的限压型SPD，其标称导通电压一般按Un12U(U为运行工作电压)选择。 （2）对通信电源用SPD的要求 选用限压型SPD时，必须考虑通信局(站)供电电源的不稳定等因素；对SPD的标称导通电压、标称放电电流、冲击通流容量、限制电压、残压等参量，根据工程的具体情况进行选择。 通信局(站)采用的电源用模块式SPD，应具有的功能包括：SPD模块损坏告警、遥

31、信、SPD模块替换、热容和过流保护。 通信局(站)采用的电源用箱式SPD，根据具体情况，应具有的功能包括：SPD劣化指示、SPD损坏告警、热容和过流保护、遥信、保险跳闸告警和雷电记数(可根据工程要求选择)。 混合型SPD在标称放电电流40kA时残压应小于1kV。 开关型SPD应具有高能泄放、残压在24kV范围内，响应时间小于100ns。 （3）监控系统的网络数据线用SPD 监控系统的网络数据线用SPD应满足各类接口设备传输速率的要求，SPD接口的线位、线排、线序应与被保护设备接口兼容。设计时在满足设备传输速率条件下，应采用由半导体放电管组成的SPD。 监控系统的网络数据线用SPD的标称放电电流

32、应大于等于3kA，若采用半导体放电管器件组成的SPD标称放电电流应大于等于300A。资讯4通信电源防雷系统的组成 综合通信局(站)电源系统防雷与接地组成如图8-4所示。建筑物外的设备采用A级保护，LPZ0区与LPZ1区的交界处为B级保护，1区与2区的交界处为C级保护，2区内重要设备前端为D级保护。图中A、B、C、D为交流电源浪涌保护器，E为直流电源浪涌保护器。图8-4 综合通信局(站)电源系统防雷与接地组成 安装在建筑物外的电源用SPD，应能疏导10/350s的模拟雷电冲击电流；安装在建筑物内的电源用SPD，应能疏导8/20s的模拟雷电冲击电流。外部防雷装置由接闪器、引下线、和接地装置组成，主

33、要用于直击雷的防护；内部防雷装置由等电位连接系统、屏蔽系统、浪涌保护器等组成，主要用于减小和防止雷电流产生的电磁危害。电力变压器高、低压侧都应装避雷器，如图8-5所示。 避雷器应尽量靠近变压器装设。在高压侧一般采用阀型避雷器(交流无间隙氧化锌避雷器)，而低压侧采用电涌保护器。两侧均作Y形连接，它们的汇集点与变压器外壳接点一起组合，就近接地。图8-5 电力变压器的防雷保护 从架空高压电力线终端杆引入通信局(站)的10 kV高压电力线，必须更换为金属铠装电力电缆，铠装电缆长度应大于200 m，宜全程埋地引入。铠装层两端应就近接地。在架空高压电力线终端杆与铠装电缆的接头处，三相电力线应分别就近对地加

34、装额定电压为127 kV的交流无间隙氧化锌避雷器；地处中雷区以上的通信局(站)，避雷器应采用标称放电电流大于20 kA的交流无间隙氧化锌避雷器(强雷电避雷器)。资讯5通信电源系统防雷保护的主要措施 为了防止通信电源系统和人身遭受雷害，应采取以下的防雷措施。 1将雷电疏导入地 重视接地系统的建设和维护。电信局(站)的防雷保护措施，首先要做好全局接地系统的工事，防雷接地是全局接地的一部分，做好整个接地系统才能让雷电流尽快入地，避免危及人身和设备安全。 电信建筑物屋顶上设置避雷针和避雷带等接闪器与建筑物外墙上下的钢筋和柱子钢筋等结构相连接，再接到建筑物的地下钢筋混凝土基础上组成一个接地网。这个接地网

35、与建筑物外的接地装置，如变压器、油机发电机、微波铁塔等接地相连接，组成电信设备的工作接地、保护接地、防雷接地合用的联合接地系统。 在已建的通信局(站)中，应加强对联合接地的维护工作，定期检查焊接和螺丝加固处是否完好，建筑物和铁塔的引下线是否受到锈蚀，影响防雷作用。还应根据电信电源维护规程规定，定期对避雷线和接地电阻进行检查和测量。 2采用等电位原理，联合接地 等电位原理是防止遭受雷击时产生高电位差的使人身和设备免遭损害的理论根据，通信局(站)采用联合接地，即将天线铁塔接地、工作接地、通信建筑物的公共接地等置于同一电位。把建筑物钢筋结构组成一个呈法拉第笼式的均压体，使各点电位分布比较均匀，则工作

36、人员和设备安全将得到较好的保障，而且对电信设备也起到屏蔽作用。 3采用分区保护和多级保护 根据防雷分区的原则，将建筑物按防雷区不同作符合要求的等电位连接，如图8-6所示。图8-6 建筑物防雷区划分和等电位连接 我国YD/T 9442007通信行业标准通信电源设备的防雷技术要求和测试方法中规定，与户外低压电力线相连接的电源设备入口处应符合冲击电流波幅值20kA的防雷要求。说明在防直击雷区LPZ0A进入防间接雷区LPZ0B时的要求。 随着通信设备的大规模应用，单一的雷害防护体系（无源防护，它是指与系统电源无直接电气连接的防护系统）已不能满足现代通信网络安全的要求，应转为三维防护（有源和无源防护，即

37、与系统电源无直接电气连接的防护和与系统电源有直接电气连接的防护系统组合的立体空间防护系统）。三维防护包括防直击雷、防感应雷电、防地电位反击、防静电直击、过电压感应以及操作引起的瞬间过电压影响等多方面的防护，即根据空调、数字程控、光电传输、交直流电源等所有微电子设备的不同功能、不同受保护程度和所属保护层确定防护要点做分类保护。根据雷电、强电、静电和操作瞬间过电压的危害的可能通道，从电源线到数据通信线路都应该采用多级防护。 4加装电涌保护器(SPD) 电涌保护器(SPD)是抑制传导来的线路过电压和过电流装置，包括放电间隙、压敏电阻、二极管、滤波器等。 放电间隙、压敏电阻电涌保护器也称为避雷器，正常

38、时呈高阻抗，并联在设备电路中，对设备工作无影响，当受到雷击时，能承受强大雷电流浪涌能量而放电，呈低阻抗状态，能迅速将外来冲击过量能量全部或部分泄放掉，响应时间极快，瞬间又恢复到平时高阻状态。资讯6基站防雷及运行维护 现代通信基站的防雷保护主要有三道防线，一是外部保护，将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；二是内部保护，即阻塞沿电源线或数据线、信号线侵入波危害设备；三是过电压保护，限制被保护设备上雷电过电压幅值。这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可。 1外部防雷系统 一般防止雷击破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后，将雷电流泄入大地。然而避雷针、引下线和接地装置的导通只

39、能保护安装避雷针的物体本身免受直击雷的损毁，但雷电会透过多种形式及途径破坏电子设备。对通信基站而言，天馈线系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击，可以通过合理设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。但需要说明，避雷针必须足够可靠，并且有接地电阻尽量小的引下线和接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而会增大雷击的损害程度。 避雷器与接地装置之间的金属导体称为引下线。将避雷针通过引下线与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把由避雷针和网络屏蔽引来的雷电电流尽快地放泻到大地中去，以保护人员、设备和通信基站的安全。 所谓接地网，是把需要接地的各系统统一接到一个地

40、网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网。在接地处理过程中，一定要有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果基站接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。 另外防干扰、防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。一般整个基站的接地系统有建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地(也称信号地)、防雷地等。当各地网之间必须独立时，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故。当各接地系统之间的距离达不到规范的要求时，应尽可能连接在一起，

41、如实际情况不允许直接连接的，可通过地电位均衡器实现等电位连接。 2内部防雷系统 有可靠的外部防雷措施的同时，更需要完善内部防雷措施。在外部防雷措施中，避雷设施在雷电发生的瞬间，接地引下线会有很大的瞬变电流通过。也就是说在周围会产生很大的雷电磁脉冲波(LEMP)，此时就需要内部防雷措施。 内部防雷工程主要由屏蔽、防雷器和等电位连接3部分组成。 通信基站内部防雷工程涉及面较宽，归纳起来有高电压引入和电磁脉冲波，其中危害最大的是高电压引入。高电压引入是指雷击产生的高电压通过金属线引入到其他地方和室内，造成破坏的雷害现象。高电压引入的途径有二种：一是雷击直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两

42、边传播而引入室内；二是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷雨云对大地放电或雷雨云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，感生出几千伏到几十千伏甚至数百千伏的地电位反击，这种反击会沿着电力系统的零线、保护接地线和各种形式的接地线，以波的形式传入室内或传播到更大的室内范围，造成大面积的危害。 3过电压保护 所谓的过电压保护就是限制被保护设备上雷电过电压幅值。根据IEC1312制定的雷电电磁脉冲防护标准，用对电源部分和信号部分安装电源类SPD和通信网络类SPD(瞬态过电压保护器)进行过电压保护。SPD是保护电子设备在受雷电闪击或者其他干扰造成浪涌过电压危害的有效手段。对于正常工作状态下的低压系统，安装SP

43、D后要求不会对原有系统和原有设备工作特性造成影响；对于出现浪涌等非正常工作状态的低压系统，SPD应及时对浪涌做出反应，通过SPD限制瞬态过电压和分走浪涌电流的特性，将过电压降到IEC606641规定的各类别不同设备耐冲击过电压额定值以下。对于经历了非正常状态的低压系统，即经过浪涌后恢复正常状态的SPD，应恢复其高阻抗特性，并采取措施防止或抑制电力线上的续流。当浪涌电压超过设计的最大承受能力和放电电流容量时，SPD可能会失效或被损坏。 SPD的失效模式大致分为开路和短路两种方式。处于开路模式时，被保护设备将不再受保护。这时，因为处于开路模式的SPD对系统本身不会产生影响，很难发现SPD已失效。为

44、了保证在下一次浪涌到来之前，能将失效的SPD替换掉，要求SPD必须具备失效指示的功能。处于短路模式时，短路电流由配电系统流向失效的SPD，失效的SPD通常并未完全短路且有一定阻抗，在开路前将产生热能引起燃烧，此时，对处于短路失效模式的SPD要求安装一个合适的脱离装置(断路器)，使被保护系统与失效的SPD发生脱离。 雷电会导致多种不同形式的危害，没有任何一种产品或技术可以同时防止雷电所有形式的危害，因此防雷是一项系统工程，不仅需要通信公司相关人员从思想上高度重视，更重要的是在实际操作过程中从构筑物雷电防护、暂态过电压浪涌抑制以及有效的连接和接地等几方面综合考虑防雷措施，才能达到理想的防雷效果。任

45、务4 认知电气系统的接地资讯1接地及其作用和种类大地有导电性，并具有无限大的容电量。将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地体称为接地。接地体与接地线合称接地装置。由地、接地体（或接地电极）、接地引入线、地线排或接地汇流排、接地配线组成的总体称为接地系统。若干接地体在大地中互相连接则组成接地网。接地线又可分为接地干线与接地支线。按规定，接地干线应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。电力系统中的接地点一般是中性点。 1接地的作用 （1）保护人身安全 当一个电气事故发生时，判定事故大小的因素是电流的强度、持续时间和路由。据研究认为，流经人体的电流，当交流在1520mA以下或直流在50

46、mA以下时，对人身不发生危险。但这样的电流如果长时间流经人体，仍然会有生命危险。如果超过50mA的交流电流过人的心脏01s时，特别危险。100mA左右的电流流经人体时有致命危险。 为了避免人体触电的危险，最简单有效的措施是接地保护，将电气设备在正常情况下不带电的金属部分与接地体之间作良好的金属连接。下面从接触电压和跨步电压说明接地的保护措施。 接触电压：在接地电流回路上，一人同时触及两点间所呈现的电位差，称为接触电压。接触电压在愈接近接地体处(或碰地处)，其值愈小；距离接地体处(或碰地处)愈远，其值愈大。在距接地体处(或碰地处)约20m以外的地方，接触电压最大，可达到电气设备对地电压。 跨步电

47、压：当电气设备碰壳或电力系统一相碰地时，则有电流向接地体或碰地处的四周流散出去，而在地面上呈现出不同的电位分布。当人的两脚站在这种带有不同电位的地面上时，两脚间(约08m)所呈现的电位差称为跨步电压。 当人的一脚踏在接地体或碰地处时，跨步电压最大；当人的两脚站在离接地体或碰地处远时，跨步电压小；若距离接地体或碰地处20m以上时，则跨步电压接近于零。 在正常情况下，将电气设备不带电的金属部分与接地极之间作良好的金属连接来保护人体的安全。 对于有接地装置的电气设备，当绝缘损坏、外壳带电时，人体接触外壳，则接地电流将同时沿着接地极和人体两条通路流过。通常人体的电阻比接地体电阻大数百倍，当接地电阻极小

48、时，流经人体的电流趋近于零，因此人体可避免触电的危险。 （2）保障电气系统正常运行 接地可以防止设备和线路遭受损坏、预防火灾和雷击、防止静电损害和保障电力系统正常运行。 电力系统接地一般在中性点。中性点的接地电阻很小，因此中性点与地间的电位接近于0。当相线碰壳或接地时，其他两相对地电压，在中性点不接地系统中将升高为相电压的倍；在中性点接地的系统中则接近于相电压，有利于系统稳定运行，防止系统振荡。 通信系统一般采用正极接地，可防止杂音窜入和保证通信设备正常运行。 2接地的种类 接地一般分为保护性接地和功能性接地两类。 （1）保护性接地 防电击接地。为了防止电气设备绝缘损坏，使平时不带电的外露导电

49、部分带电而导致电击，故将设备的外露导电部分接地。 防雷接地。将雷电流引入大地，防止雷电流使人身或设备遭受雷击。 防静电接地。将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。 防电蚀接地。地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。 （2）功能性接地 工作接地。为了保证电力系统运行，防止系统振荡，保证继电保护的可靠性，在交流中性点或直流正负极电压(或正负电压中点)进行接地。 屏蔽接地。将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可以减少电子设备产生的干扰影响其他电子设备。 信号接地。为了保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。 测量接地。为了测量接地系统

50、的电阻值，设置固定的接地网和引入线，作为测量仪表的辅助接地网。资讯2接地系统的组成及各部分的功能1地接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导电的特性，并具有无限大的容电量，可以用来作为良好的参考电位。2接地体（或接地电极） 接地体又称接地电极或地网，是为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部件。接地体由两部分组成，一部分为建筑物基础部分混凝土内的钢筋，另一部分为围绕建筑物四周敷设的环形接地电极(由水平电极和垂直电极组成)，二者相互焊接构成一个整体。 接地体埋深即接地体上端距地面的距离不小于07m。在严寒地区，接地体应埋设在冻土层以下。在土壤较薄的山岩地区，可根据具体情况决定接地体埋

51、深，在雨水冲刷下接地体不应暴露于地表。 接地体之间所有连接必须使用焊接。焊接点均应作防腐处理(浇灌在混凝土中的除外)。接地体扁钢搭接处的焊接长度应为宽边的2倍；采用圆钢时，应为其直径的10倍。3接地引入线接地引入线是指把接地电极连接到地线盘（或接地汇流排）上去的导线。在室外与土地接触的接地电极之间的连接导线则形成接地电极的一部分，不作为接地引入线。 接地引入线长度不宜超过30m，宜采用40mm4mm或50mm5mm热镀锌扁钢。接地引入线不宜与暖气管同沟布放，其出土部位应采取防机械损伤及防腐保护措施，以提高使用寿命。4地线排（或地线汇流排）地线排是指专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇接排

52、。5接地线接地线是指把必须接地的各个部分连接到地线盘或地线汇流排上去的导线。 一般设备(机架)的接地线，应使用截面积不小于16mm2的多股铜线。各层接地汇集线与机房分汇流排(LEB)的连接线，在距离较短时可采用截面积16mm2的多股铜线；在距离较长时其截面积应不小于35mm2。 接地线布放时应尽量短直，多余的线缆应截断，严禁盘绕。 多股接地线与汇流排连时，必须加装接线端子(铜鼻)。接线端子尺寸应与线径相吻合，压(焊)接牢固。接线端子与汇流排(汇集线)的接触部分应平整、紧固、无锈蚀、氧化，不同材料连接时应涂凡士林或黄油防锈。 一般接地线宜采用护套为黄绿相间的电缆，大截面积电缆应保证接地线与汇流排

53、(汇集线)的连接处有清晰的标识牌。资讯3高压供电系统的接地 高压供电系统的接地一般分为直接接地和不直接接地两种方式。 1直接接地 直接接地是将变压器或发电机的中性点直接或通过小电阻与接地装置相连。当发生单相接地短路时，接地电流很大，所以又称大电流接地方式。 2不直接接地 不直接接地是将变压器或发电机的中性点不与接地装置直接相连，或通过保护、测量、信号仪表、消弧线圈以及具有大电阻等接地设备与接地装置相连。当发生单相接地短路时，接地电流很小，所以又称小电流接地方式。 3通信局(站)高压供电系统的接地 通信局(站)高压供电系统的电源电压一般有3种：6kV、10kV、35kV。据相关规定，360kV的

54、电力网应采用中性点不直接接地的方式。当在310kV电力网或在20kV及以上电力网中单相接地故障电流分别大于30A或10A时，应装设消弧线圈。 我国通信局(站)的高压电力网均采用中性点间接接地方式。资讯4低压系统的接地分类按照IEC(国际电工委员会)规定，低压系统接地制式一般由两个字母组成，必要时可加后续字母。按接地制式划分的配电系统有5种：IT、TT、TN-C、TN-S、TN-C-S。1IT接地系统IT系统的组成有3种方式，如图8-7所示。(1)配电系统中性点与地绝缘。(2)配电系统中性点经阻抗接地，电源接地极和外露导电部分的接地极分开。(3)电源系统中性点经阻抗接地，外露导电部分接到电源的接

55、地极上。图8-7 IT系统组成 IT系统的电源通过阻抗接地(或不接地)，电气设备的外露导电部分(如机壳)可直接接地或通过保护地线接到电源的接地极上。这种系统出现一次故障时，故障电流受到限制，电气设备的金属外壳上不会产生危险性的接触电压，因此可以不切断电源，电气设备仍能继续运行。此时设备报警，通过检查线路来消除故障，可减少或消除电气设备的停电时间。但是如果在第一次故障未消除的情况下，又发生第二次故障，故障点遭受线电压，故障电流很大，非常危险，因此必须具有可靠而且易于检测出故障点的报警设备。 2TT接地系统 TT系统如图8-8所示。系统必须有一个直接接地点，一般是变压器或发电机的中性点。电气设备的

56、外露导电部分也必须接地，由同一保护的电器设备的所有外露导电部分用保护线连接地一起，接到其共同的接地极上。当几个保护电器分级保护时，每个保护电器保护的所有外露导电部分也必须按照这种方法接地。图8-8 TT系统组成 当中性线截面小于相线截面时，如果回路的相线保护装置不能保护中性线短路，或者正常工作时流过中性线的电流不明显小于该导线的载流量时，在中性线上必须装设相应于该导线截面的过流检测装置，该装置激励时，应使相线断电，但不必断开中性线。 TT系统发生接地短路时，短路电流受到电源侧接地电阻和电气设备侧接地电阻的限制，电流不大，所以可以减少接地短路时产生的危险性。但在大多数情况下，这不足以使一般过电流

57、保护设备切断电流，容易造成电击事故。当电气负荷容量较大时，必须采用剩余电流保护电路。 3TN接地系统 TN系统中所有电气设备的外露导电部分接到保护线上，与配电系统的中性点相连。保护线应在每个变电所或变电站附近接地。配电系统引入建筑物时，保护线在其入口处接地。将保护线与附近的有效接地极相连，必要时可增加接地点并均匀分布。 中性线的检测和相应切断导线的要求与TT系统相同。 根据中性线N与保护线PE是否合并的情况，将TN系统分为TN-C、TN-S和TN-C-S。 （1）TN-C系统 TN-C系统如图8-9所示。保护线和中性线合并为PEN线的系统，具有简单、经济的优点。接地短路故障时，故障电流大，采用

58、一般的过电流保护器切断电源。对于单相负荷或三相不平衡负荷以及有谐波电流负荷的线路中，PEN线有电流，其产生的压降呈现在电气设备的金属外壳和线路金属套管上，对敏感设备不利。此外，PEN线上的微弱电流在爆炸危险环境也可能引起爆炸，因此在同一建筑物内相互有电气连接，所以当PEN线断线或相线直接与大地短路时，都呈现相当高的对地故障电压，会扩大事故范围。图8-9 TN-C系统 （2）TN-S系统 TN-C系统如图8-10所示，指保护线和中性线分开的系统。正常情况下PE线不通过负荷电流，所以与PE线相连的电气设备的金属外壳在正常时不带电，因此可用于精密设备以及有爆炸危险的环境中。但是TN-S系统仍存在相线

59、对大地短路引起电压升高和对地故障电压的蔓延问题。图8-10 TN-S系统 （3）TN-C-S系统 TN-C-S系统如图8-11所示，PEN线从某点开始分为保护线和中性线。分开后的N线对地绝缘。为了防止混淆PE和N线。国际规定，PE、PEN线涂黄绿相间色标，N线有浅蓝色色标。PEN线分开后就不能再合并，否则将失去分开后形成的TN-S系统的特点。图8-11 TN-C-S系统资讯5通信系统的联合接地 20世纪80年代以前，我国通信局(站)的接地系统除微波站之外，都采用分设接地系统，即一个通信局(站)的工作接地、保护接地和防雷接地分别设置。实践证明，分设接地系统存在问题较多，尤其是各个接地网之间可能产

60、生电位差，遭遇雷击时会引起设备的损坏，并危及人的生命安全。因此，目前通信局(站)必须采用联合接地方式。 通信局(站)的联合接地方式是把各种设备的壳和天馈线等形成一个等电位面，将通信设备的工作接地、保护接地和建筑防雷接地共同用一组接地体的接地方式。联合接地方式示意图如图8-12所示。通信局(站)的地网宜采用围绕机房建筑物的环形接地体。环形接地体应与建筑物基础地网多点连通。图8-12 联合接地方式示意图 通信局(站)内有多个建筑物时，应使用水平接地体将机房地网与其他建筑物地网相互连通。对于通信局(站)内的铁塔地网，应使用水平接地体与机房地网多点连通。 联合接地方式由接地体、接地引入线、接地汇集线、