基站防雷与接地

基站防雷与接地第1页/共144页

一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题

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随着信息技术系统的不断发展，人们对信息技术系统的过电压防护技术要求越来越高。这主要是因为与传统的电气设备相比，各种以大规模、超大规模集成电路元件为核心的信息技术设备在过电压情况下是非常的脆弱易损。为了确保这些大规模集成电路设备的正常运转，信息技术系统设备的雷电防护问题已显得日益突出。第3页/共144页传统信息技术与现代信息技术特点比较

传统信息技术模拟技术抗干扰能力差分立元件抗雷电能力强分离接地

现代信息技术数字技术+模拟技术抗干扰能力强超大规模集成电路抗雷电能力差等电位连接第4页/共144页能量耐受密度图第5页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性

二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第6页/共144页

伴随着信息技术系统的飞速发展，针对信息技术系统和设备的防雷问题，相关国际标准化组织推出了一系列的有关标准，我国也积极采用相关国际标准。信息产业部近年来推出了大量采用国际先进标准内容的有关行业技术标准。从2006年10月1日起执行的YD5098—2005《通信局[站]防雷与接地工程设计规范》更是给出了各种详细要求。第7页/共144页TC37SurgeArrestersTC64electricalinstallationsandProtectionagainstElectricShockTC81LightningProtectionTC28InsulationCoordinationTC77ElectromagneticCompatibilityIEC(国际电工委员会)标准

第8页/共144页ITU(国际电信联盟)标准K系列标准第9页/共144页国标及行业标准YD/T5098-2005通信局(站)防雷与接地工程设计规范GB50057-94建筑物防雷设计规范YD/T1235.1-2002通信局站低压配电系统用电涌保护器技术要求YD/T1235.2-2002通信局站低压配电系统用电涌保护器测试方法第10页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准

三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第11页/共144页基站的过电压基站内主要包括电源设备、通信设备、计算机设备、远动设备、监控设备等，与这些设备连接的天馈线、电源线、信号线从外部引入，而在天馈线、电源线、信号线系统中，存在以下几种过电压：

雷电过电压操作过电压暂时过电压高电位反击第12页/共144页一、雷电过电压IEC于1960年在60-2文件中公布的雷电压冲击波形为1.2/50μs、感应雷电流冲击波形为8/20μs。

国际公认：应将雷电视为“恒流源”、而不应将其视为“恒压源”，因其产生的根本原因是两种异性电荷的放电、中和。所以以下主要讨论电流波。第13页/共144页

直击雷过电流

感应雷过电流

地电位抬高，高电位反击(用8/20μs波形模拟)

线路来波(用8/20μs波形模拟)电磁感应雷过电流(用8/20μs波形模拟)静电感应雷过电流(用8/20μs波形模拟)正极性波(用10/350μs波形模拟)负极性波(用2.6/40μs波形模拟)对雷电流的模拟波形第14页/共144页雷电流的波头时间与波长时间Im

0.9Im0.5Im0.1Im

DBACEGFτfτtt雷电流的波头时间与波长时间

波头时间越短陡度越大波长时间越长能量越大

τf/τt表示雷电流第15页/共144页1.2/50μs电气电子设备绝缘耐受性能试验用标准雷电过电压波形雷电过电压波形1009050300

U%1,250tµs第16页/共144页8/20μs防雷设计和保护装置试验用标准电流脉冲波形感应雷电流波形1009050100

i%820tµs第17页/共144页雷电过电压-直击雷

由于铁塔高于基站机房，其构成的直击雷防护范围包含住了整个机房，直接雷击不能击中机房。第18页/共144页雷电过电压-感应雷（静电感应）

考虑一条架空线路（供电线或信号线）位于雷击点附近，在负极性雷放电的向导阶段，向导通道中充满了负电荷，他对架空线产生静电感应作用，使架空线上距向导通道附近的部分累积起正电荷；当向导发展到地面以后，主放电开始，向导通道中的负电荷自下而上迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的正电荷被迅速释放，形成沿架空线传播的暂态过电压波。静电感应现象也会在传输线上形成过电压第19页/共144页雷电过电压——感应雷（电磁感应）第20页/共144页电磁感应形成共模过电压第21页/共144页电磁感应形成差模过电压第22页/共144页二、高电位反击第23页/共144页第24页/共144页三、操作过电压

（用2ms或10/1000μs冲击电流波模拟）

切合电感性负载引起的过电压开断电容性负载引起的过电压故障过电压第25页/共144页四、暂时过电压

（工频正弦波）

转移过电压位移过电压失零过电压单相搭地故障过电压第26页/共144页移动基站低压供电系统需要注意的几种暂时过电压

位移过电压第27页/共144页移动基站低压供电系统需要注意的几种暂时过电压

失零过电压第28页/共144页转移过电压第29页/共144页单相搭地故障过电压第30页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型

四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第31页/共144页过电压类别—设备绝缘水平与雷电保护水平

IEC60664-11992«低压系统内设备的绝缘配合»第一部分“原理、要求和试验”提出了过电压类别（Overvoltagecategories）的概念，并已被IEC364—4—4431995«建筑物的电气装置»第四部分“安全防护”第44章“过电压防护”底443节“大气过电压或操作过电压的防护”采用。过电压类别也称安装类别，是根据安装位置的不同对电气设备最低能够耐受的冲击（1.2/50μS冲击电压）过电压水平和电气设备在使用的过程中其可能出现的最大过电压（1.2/50μS冲击电压）水平的分类要求。对用于该安装位置的器件，过电压类别是该器件最低必须耐受的1.2/50μS冲击电压值。直接由低压电网供电的设备要采用过电压类别的概念

第32页/共144页低压供电系统的过电压类别划分

IV：6KV,用于主配电柜前的建筑物电气装置前端的设备，如电力仪表、初级过电流保护设备和纹波控制设备。

III：4KV,固定电气设备和其他预计可能用于较高类别的设备，如配电板、断路器、固定装置的缆线系统（包括电缆、母排、边接盒、开关、出口插座）和与固定设备永久相连的电机等其它设备。

II：2.5KV,连接到建筑物固定电气装置上的设备，如家用电器、便携式工具和小负载；

I：1.5KV，连接至具有将瞬态过电压限制至特定水平的措施的电路的设备，如具有过电压保护措施的电子电路。第33页/共144页分级保护第一级保护根据局（基）站具体情况，其最大通流容量优先值为：8/20µs60KA,80KA，100KA，120KA用于从雷电保护区LPZ0B到LPZ1区的用户主配电柜的雷电防护，该类设备的过电压类别为IV级。第34页/共144页第二级保护根据局（基）站具体情况，其最大通流容量优先值为：8/20µs20KA,40KA第35页/共144页第三级保护根据局（基）站具体情况，其最大通流容量优先值为：8/20µs5KA,10KA第36页/共144页精细保护第37页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平

五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第38页/共144页一、中压配电系统的接地方式A.中性点不接地系统B.中性点经消弧线圈接地系统C.中性点经小电阻接地系统第39页/共144页

TN系统：电源端有一点直接接地，用电设备的外露可导电部分通过保护线与接地点连接。

TT系统：电源端有一点直接接地，电气设置的外露可导电部分直接接地，此接地点在电气上独立于电源端的接地点。

IT系统：电源端的带电部分不接地或有一点通过阻抗接地，电气设置的外露可导电部分直接接地。

二、低压供电系统的接地第40页/共144页TN系统TN—S系统:整个系统中性导体和保护导体是分开的。

TN—C系统:整个系统的中性导体和保护导体是合一的。

TN—C—S系统:系统中一部分线路的中性导体和保护导体是合一的。第41页/共144页L1L2L3PEN电源端接地点电源

TN—S系统第42页/共144页L1L2L3PEN电源端接地点电源

TN—C系统第43页/共144页L1L2L3PENN电源端接地点PE电源

TN—C—S系统第44页/共144页L1L2L3N外露可导电部分电源电源端接地点

TT系统第45页/共144页L1L2L3外露可导电部分电源电源端接地点

IT系统第46页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式

六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第47页/共144页一、耦合途径

干扰源传导

近场感应（容性/感性）远场辐射设备地电位反击第48页/共144页二、耦合机制阻性耦合resistivecoupling

阻性直接耦合——线路来波

公共地阻抗耦合——地电位差、地电位升

转移阻抗耦合——电缆屏蔽层芯线容性（电场）耦合capacitive/electriccoupling感性（磁场）耦合inductive/magneticcoupling辐射（电磁）耦合radiation/electromagneticcoupling第49页/共144页三、防护原理屏蔽

对电磁场耦合的过电压采用屏蔽的方法消除或减小；等电位连接

对电路耦合的过电压采用等电位连接的方法消除或减小；接口保护

对设备的各接口进行防护，来消除或减小引入的过电压；绝缘配合将过电压限制在设备的冲击电压耐受水平以下。第50页/共144页3.1防护原理——屏蔽当有屏蔽时，在隔栅形大空间屏蔽内，即在LPZ1区内的磁场强度从H0减小为

H0为没有屏蔽时区域内某点的磁场强度，H1为采取屏蔽措施后的该点的磁场强度，SF为屏蔽系数（取决于屏蔽材料及其结构）。第51页/共144页等电位连接（静态连接）3.2

防护原理——等电位连接

等电位连接缩小了设备间的雷电压差，保护了设备第52页/共144页等电位连接（动态连接）雷电过电压雷电过电压第53页/共144页3.3防护原理——接口保护

雷电可以从通信设备四个接口影响移动通信基站的正常工作：

1）电源端口；

2）信号端口；

3）馈线端口；

4）接地端口。

接口保护一是要减小端口间地电位差，二是要减小同一接口中线间电位差第54页/共144页3.4防护原理——绝缘配合第55页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式

六、过电压耦合机制及防护原理

七、基站的接地及等电位连接八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第56页/共144页一、接地技术

1接地和接地的目的众所周知，电位的高低是相对而言的，工程上常常需要有零电位参考点。接地就是将金属物体或电气回路的某一节点，通过导体与大地相连，使该物体或节点经常保持等电位。接地主要有以下三方面的目的：

1）安全保护。

2）信号参考。

3）雷电保护。

第57页/共144页2工频接地电阻的物理概念工频电流从接地体向周围的大地流散时，土壤呈现的电阻称为工频接地电阻，通常简称为接地电阻。接地电阻的数值，等于接地体的电位与通过接地体流入地中的电流的比值。由高斯定理及欧姆定律的微分形式，可得出在各向同性的大地中：由上式可以看出： 增大接地网的面积是减小接地电阻的主要因素。第58页/共144页3冲击接地电阻的物理概念 冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时，不再采用工频接地电阻而应采用冲击接地电阻来表征接地效果。 冲击电流或雷电流通过接地体向大地散流时，接地体冲击电压幅值与冲击电流幅值之比冲击接地电阻。 由上述定义我们可以看出，冲击接地电阻只是一个人为定义的概念，并无具体的物理意义，因为冲击电压幅值和冲击电流幅值往往并不在同一时间出现。第59页/共144页

冲击电流通过接地体散流的情况比较复杂，简单讲它具有以下特性：

1）在冲击电流作用下，除了接地体的电阻和电导外，其电感和电容均对冲击阻抗发生影响。

2）当接地体表面的电流密度达到某一数值时，会产生火花放电现象，其结果就相当于加大了接地体的直径。

3）冲击电流在地中流动时，由于高频电流的集肤效应，电流主要集中在距离地面不太深的范围内流动。

4）大地的电气参数土壤电阻率和介电常数,特别是电阻率,在高频情况下,并非象在工频时那样可近似为常数,而是在一定程度上有随频率增加而减小的趋势。

5）接地体周围电场强度达到一定数值时，电压和电流不再是线形关系，而是表现为非线性。第60页/共144页4安全接地4.1如前所述，接地的首要目的是：在系统正常运行以及故障（交流电力故障和直流电力故障）情况下，保证人身和设备的安全，特别是人身的安全。图1半球接地体的地中散流及地面电位分布示意图图2跨步电压和接触电压的计算第61页/共144页减小电击危险的主要措施

跨步电压的计算公式：接触电压的计算公式：由上述公式可以看出，加大地表土壤的电阻率可以增大人脚与土壤间的接触电阻，从而降低跨步电压和接触电压。并可采取如下措施以减小电击危险：

1）减小接地电阻。

2）增大地表的土壤电阻率

3）减小人体附近地表电位分布的梯度。

4）完善供电系统的故障保护措施，迅速切除接地故障，缩短电击时间。

第62页/共144页５信号接地

在数字通信中，对接地电阻值没有特殊要求。６防雷接地

安全接地与防雷接地相比，有以下特点：首先，接地的作用不同。一个是侧重于对人身安全的保护。一个是侧重于对设备的保护。其次，对接地电阻值的要求不同。对于安全接地，要求接地电阻尽可能小。对于防雷接地，一般对接地电阻地要求不高，我国电力行业对防雷接地电阻的要求也不高，一般认为不大于30欧就可以了。但要特别考虑由分布电感引起的地电位抬高问题。第63页/共144页

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，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。正确的概念是：接地是安全、设备的要求而非防雷的必需，单纯依赖接地是解决不了防雷问题的。

第64页/共144页另外，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，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，但连接结构引线电感上的电位差却是直接加在设备间的。第65页/共144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。对防雷效果影响最大的是基站内系统间的接地连接结构，因此为了保证基站内设备安全，设备间必须进行合理有效的等电位连接。

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1、标准对接地电阻值的要求根据YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》的要求，基站地网的接地电阻值应小于5Ω，对于特殊地区，可放宽至10Ω。而在新的标准YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》中，对通信基站的接地电阻则无强制要求。

2、接地电阻与雷击事故的关系日本在70年代，花了三年时间对419个微波站的雷击事故进行了调查研究，其结果表明雷电事故与微波站的接地电阻几乎无关系。

3、在《移动通信基站地网优化设计及新型综合防雷接地解决方案》研究项目调查的过程中也发现，在有雷害的基站中，74%是接地电阻小于5Ω的。二、接地电阻第67页/共144页一些国家交换设备允许的接地电阻值（Ω）第68页/共144页三、等电位连接1现状机房设备的接地方式一般如图1.1(右图为等效图)所示，是一种典型的大星形接地方式。

图1.1机房设备的接地方式设备A设备B地电位抬高U=Ldi/dt+IR地电位.排状接地汇流排设备第69页/共144页2.2S型星型结构基本的等电位连接网接至公用接地系统的等电位连接第70页/共144页2.3星型—网状混合型接地接至共用接电系统的等电位连接第71页/共144页地电位抬高U=Ldi/dt+IR设备A设备B这个电位差，可根据下式算出：U=Ldi/dt+IR

如引线长1m，入侵的雷电流为20kA(8/20us),则每米导线上的电压降为3.6kV,如接地线长度为5米则地电位抬高为18kV。3等电位连接方法

第72页/共144页四、地网优化1移动基站的地网现状根据YD5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》的要求，基站必须采用联合接地。第73页/共144页2地网面积与工频接地电阻

表1

R为5Ω时大地电阻率与地网大小的关系

由表1可见，在高土壤电阻率的山区，基站地网的接地电阻要控制在5Ω或10Ω是难以实现的。R＝0.5ρ/＝5Ω时ρ(Ω.m.)100400800100020003000S(m2)10016006400100004000090000第74页/共144页3基站引外接地的极限长度基站设在高电阻率的山上，如附近有可资利用的导电良好的土壤及低电阻率的地层和水源（河流及其它）时，采用引外接作为基站本身均压网或辐射型接地装置的辅助措施是合理的，但要注意引外接地的极限长度。表2土壤电阻率不同时,引外接地的极限长度

土壤电阻10020040080016003200引外接地长度L(m)2028.34056.780113Ρ(Ω.m)第75页/共144页4地网的冲击效应

雷电流是个冲击波，而且具有非常大的电流值，由于雷电流幅度很大，在接地体附近形成的电场强度超过了土壤的冲击击穿强度而产生电弧式火花放电，结果相当于增加了接地体的尺寸，改善了接触电阻。表3列出了土壤电阻率ρ=250～2000Ω.m,地网面积A=100～6400m2时冲击等值半径与接地网面积的等值半径的变化规律。从冲击等值半径与接地网面积的等值半径变化规律可以看出，基站接地网的大小应控制在（20m）2=400m2

左右，这时地网在雷击时冲击等值半径利用率较高,超过400m2其改善效果就不太明显了。第76页/共144页

表3在不同土壤电阻率条件下，冲击半径与接地网等值半径的利用率百分比A=100A=400A=1600A=640025053.44%33.19%17.57%8.82%50071.63%53.44%33.19%17.57%100084.19%71.63%53.44%33.19%200091.6%84.19%71.63%53.44%

rch第77页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接

八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第78页/共144页一、基本结构图1TD第一代天馈系统示意图第79页/共144页

基本特点：

第一代系统射频直接上塔，外加电源（-48VDC或220VAC）及控制线。第80页/共144页图2TD第二代天馈系统示意图第81页/共144页

基本特点：第二代系统采用中频拉远上塔（由于采用中频，电缆损耗降低，可以采用较细电缆），外加电源（-48VDC或220VAC）及控制线。第82页/共144页图3TD第三代天馈系统示意图第83页/共144页

基本特点：第三代系统采用光纤上塔，外加电源（-48VDC或220VAC）线。第84页/共144页BBURRURRUIrIrIubRNCNodeB图4分布式基站设备示意图RNC：无线网络控制器BBU：基带单元设备RRU：射频远端设备二、组网形式第85页/共144页

TD基站的智能天线是其一个显著特点。由于其功放上塔，比2G在原来的基础上增加了馈电系统、控制系统，导致基站的雷电侵入路径更加复杂，基站需要防护的端口也增加了很多。 对馈电系统、控制系统的防护而言，防护对象除要考虑塔上设备外，更要考虑基站设备；过电压除要考虑地电位反击的作用外，还要考虑雷电感应的作用。

对直流馈电类型，由于基站内大部分设备采用直流供电，因此直流供电系统的防护将更加重要。

三、TD基站与2G基站的区别第86页/共144页

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一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接

八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别

九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第87页/共144页一、地网的设计和要求1、要求采用联合接地方式，将机房地、铁塔地、变压器地等进行互连，以实现联合接地。2、两地网互相连通时，至少要有两处连接，且两处之间的间隔应不小于5m。3、沿机房四周设置一环形接地体，应将建筑物四角的主钢筋与环形接地体可靠连接。4、环形地网的等径半径宜控制在20m以内。5、对于接地电阻较高的基站（大于30欧姆），应适当提高一级SPD的保护等级、增加各个端口的保护措施等予以补偿。第88页/共144页二、基站内的等电位连接方法和要求

在如设计图所示的位置新设一均压环（环形的等电位连接排），材料采用30×3mm铜排，闭环，电气连接和防腐措施可靠。均压环靠近墙壁时用安装挂卡等将其固定在墙壁上，靠近走线架时可用安装挂卡等将其固定在走线架上。根据实际情况，位于走线架上的局部均压环可竖立，也可横放。均压环与地网的连接至少需要两处，最好有四处。并且接地引入点位置应分别靠近一级电源和馈线进线处，接地引入线应用40×4mm扁钢，并就近与地网、均压环可靠连接。对于公用建筑或租用民房，还应将墙内钢筋敲出，使之与均压环可靠连接。第89页/共144页

机房内各设备应就近与均压环用BVR16平方导线进行可靠连接。包括交流电源配电箱、开关电源、GSM设备、CDMA设备、SDH设备、ODF、DDF、环境监控设备、走线架、金属门窗、馈线接线架、馈线防雷器等。

第90页/共144页第91页/共144页三、进站电缆和光缆的防护措施1、变压器至机房的建议采用铠装电缆或普通电缆穿金属管埋地且两端接地的方式引入，埋地长度应不小于15米，距离不够时可采用将电源线盘成空心圈的方法；2、无法埋地时，应采用铠装电缆架空两端接地的方式引入。3、应将光缆在进入机房后，增加光缆终端盒，并将其中加强芯就近入地（条件允许时，应直接接在地网上）而不能接在均压环上。避免由加强芯上感应的过电压对机房传输设备的影响。

第92页/共144页四、站内电源系统的雷电过电压防护1、在电源线进入基站总配电箱处高山型加装冲击通流容量不小于150kA的一级电源防雷器；郊区型加装冲击通流容量不小于120kA的一级电源防雷器；城市型加装冲击通流容量不小于100kA的一级电源防雷器。第93页/共144页四、站内电源系统的雷电过电压防护2、在开关电源的交流输入端和机房的空调前加装冲击通流容量不小于40kA的二级SPD（一般配置在开关电源内）；3、在其直流输出端和基站主设备的直流输入端分别加装冲击通流容量不小于30kA的直流SPD。第94页/共144页五、环境监控系统的雷电过电压防护

在集中环境监控设备的智能设备采集口、2M传输口、422总线口、I/O口等，加装相应接口和型号的信号防雷器。第95页/共144页六、天线系统的雷电过电压防护图5TD第一代天馈系统防雷示意图SPDSPDSPDSPD第96页/共144页

雷电防护要点：

1、出入基站的线缆应采取可靠、有效的屏蔽措施；

2、上塔的供电线路在机房设备（开关电源、配电柜等）和塔放分别加装相应SPD；

3、控制线连接的塔放和机房主设备两端分别加装相应的SPD；

4、其它防护措施同2G基站。第97页/共144页图6TD第二代天馈系统防雷示意图SPDSPDSPDSPDSPDSPD第98页/共144页

雷电防护要点：

1、出入基站的线缆应采取可靠、有效的屏蔽措施；

2、上塔的供电线路在机房设备（开关电源、配电柜等）和塔放分别加装相应SPD；

3、控制线连接的塔放和机房主设备两端分别加装相应的SPD；

4、中频集束电缆的上、下接口处应安装相应的信号SPD；

5、其它防护措施同2G基站。第99页/共144页图7TD第三代天馈系统防雷示意图SPDSPD第100页/共144页

雷电防护要点：

1、出入基站的线缆应采取可靠、有效的屏蔽措施；

2、上塔的供电线路在机房设备（开关电源、配电柜等）和塔放分别加装相应SPD；

3、其它防护措施同2G基站。第101页/共144页七、SPD的安装与接地处理1、交流一级SPD应靠近机房的交流配电箱安装，机房主地排就设置在交流配电箱附近，以保证SPD与交流配电箱的引线和接地线长度均不超过1.5m。

2、交流二级SPD和直流SPD就直接安装有设备交流输入端，基接地线应直接与设备的接地汇流排直接连接，引线长度与一级SPD作相同要求。

3、信号SPD应靠近被保护设备安装，其接地端子应直接与设备的保护地连接，其接地线长度越短越好。第102页/共144页

目录

一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接

八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案

十、基站的雷害原因及解决决策十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第103页/共144页一、基站经常遭雷击损坏设备的原因与分析

据信息产业部邮电设计院对某省的防雷事故统计得出：电源类损坏占80%以上（包括变压器、高低压避雷器、防雷箱、电缆、配电箱、稳压器、整流模块、空调主板、照明系统），信号类占10%（GSM或CDMA设备的核心CPU、用户板、监控、传感器、消防控制板、小微波），其他类占10%。第104页/共144页高压避雷器被雷击损坏稳压器被雷击损坏感应过电压造成信号线对机壳放电光缆终端盒被雷击打掉第105页/共144页二、配电变压器中压侧避雷器损坏原因分析及对策损坏原因：传统高压避雷器未充分考虑移动基站的恶劣运行环境，其通流指标一般为8/20us、5kA15次，40us65kA一次（且国内多数产品仍未达到该水平）；高压线距离铁塔较近，当铁塔遭雷击时，会在高压线上感应到较强的雷电流；高压避雷器的由于本身质量问题发生损坏。解决对策：避雷器应采用合格的、能耐受重负荷的且标称放电电流大于10kA的交流无间隙氧化锌避雷器（重负荷避雷器）；将高压电缆埋地或增加避雷线的方式改造；不用假劣产品，尽量选择经测试合格的产品。第106页/共144页三、配电变压器损坏原因分析及对策损坏原因：高压侧避雷器本身质量原因，残压过高；感应雷击电流过大，引起的残压过高；接地引线过长；低压侧未安装避雷器。对策：选择合格的非伪劣假冒的氧化锌避雷器；选择能耐受重负荷的高压避雷器，凄残压更低；改进接线的方式，尽可能缩短高压避雷器的连接线及接地线，同时适当增加等电位线；在低压侧加装避雷器。第107页/共144页在配电变压器低压侧没有加装低压避雷器

如果只有高压侧装设避雷器（如图一所示），还不能使配电变压器免除雷害事故，这是由于雷击高压线路中，避雷器动作后的雷电流将在接地电阻上产生电压降。这一电压降将作用到配电变压器低压侧中性点上，而此时低压绕组出线相当于通过线路波阻抗接地，故将在低压绕组上产生电流，通过电磁耦合在高压侧感应出电势。由于高压绕组出线段的电位被避雷器固定，所以这个高电位将沿高压绕组分布，在低压侧中性点上达到最大值，可能使低压侧中性点附近绝缘损坏。由高压侧遭雷击，避雷器动作，静电感应于低压绕组的电压通过电磁耦合又变换到高压侧。如低压侧线路遭受雷击，作用在低压侧的冲击电压按变比感应至高压侧，由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，故有可能在高压侧引起先击穿。第108页/共144页图一第109页/共144页四、高低压电缆被击穿损坏原因分析原因：电缆进出口处未加装避雷器；铠装层的两端未能可靠接地；传送距离过长，且未加装避雷线，导致感应的雷击能量较强。对策：在电缆的进出口处加装高性能避雷器；将铠装层的两端可靠接地；增加避雷线，或采用铠装埋地的方式改造。第110页/共144页五、计量箱雷击损坏原因分析原因：电源线上感应的雷击能量过大；未加任何保护措施。布线环过大.对策：计量箱进出电源线采用金属管屏蔽方式；加装C级防雷保护器；优化布线方式。第111页/共144页六、光缆经馈线入口进入机房沿走线架布放或光缆加强芯接地未处理好

在现场勘察发现，有些基站的光缆加强芯固定端有明显的打火痕迹，由于其也是架空引入机房，原理同架空明线，会在加强芯上感应较大的雷击电流；当沿走线架布放时，过高的雷电压会在周围馈线、信号线、电源线上形成感应，引起设备故障。第112页/共144页光缆的解决对策（1）使用无金属光缆 对进入机房的光缆，从末端接头盒至机房的一段光缆改用无金属光缆，但对鼠害严重的地区慎用。（2）

普通光缆架空进入机房a）将光数混合架或光纤终端盒尽量设置在光缆进口处。b）对光缆金属加强芯的接地安装应作妥善处理。光缆安装时，应将光缆加强芯和光缆终端盒内专用的加强芯接地母排妥善连接，同时将加强芯接地母排直接与室外馈线接地排相连，布放的接地线宜不小于35mm2，且宜短、直。若与馈线接地排距离较长（大于2m），也可与室内接地汇集线就近连接。此外，加强芯专用接地母排应与光缆终端盒体和机架内金属物进行电气隔离对于新建基站，宜在光数混合架下方专设接地母排，用于光缆加强芯的接地，该接地母排应就近与地网相连。第113页/共144页七、电源避雷器（B级）损坏原因分析产品本身质量较差；入室电源线由于架空或铠装层未可靠接地引起的感应过电压较高；对SPD的脉冲寿命认识不足。第114页/共144页一级防雷箱损坏的解决对策选择通过权威公正的防雷性能实验室测试通过的产品；入机房的电缆采用屏蔽措施；根据现场情况适当增加雷电通流容量。第115页/共144页八、基站内设备损坏原因分析基站设备的接地线采用大星型接地机房整体没有屏蔽措施，机房内导线（电源线或信号线）也均未采用屏蔽措施走线架上电源线、地线和信号线混合布放，互相形成干扰接地参考点设置不合理，未考虑各防雷设备就近入地的影响许多信号端口未加任何防护措施第116页/共144页基站内设备损坏解决对策设置接地汇集线，材料采用30×3紫铜或40×4热镀锌扁钢，根据需要沿走线架布放，同时应将机房内设备的接地线就近接入接地汇集线；交流电源线、直流电源线、射频线、地线、传输电缆、控制线等应分开敷设，严禁互相交叉、缠绕或捆扎在同一线束内；同时，所有的接地线缆应避免与电源线、光缆等其他线缆近距离并排敷设；在相应的信号端口加装信号防雷器，防止因端口间电位不相等引起的电位反击。第117页/共144页

目录

一、雷电防护的重要性和必要性二、相关标准三、过电压的类型四、设备绝缘耐受水平与雷电保护水平 五、中压配电及低压供电系统的接地方式六、过电压耦合机制及防护原理七、基站的接地及等电位连接

八、TD基站的基本结构及与2G基站防护要点的区别九、TD基站的雷电防护方案十、基站的雷害原因及解决决策

十一、基站供电系统防雷的几个典型问题第118页/共144页一、电源用SPD的雷电流水平

电源用SPD的作用是进行电源的雷电过电压保护，所以雷电流水平是选用电源SPD的最为重要的依据，它决定了SPD需要耐受的雷电能量水平。雷电流水平包括两重意思，雷电流的波形与幅值。第119页/共144页1、电流波形由于通信局站电源SPD是安装在局站建筑物内部，该SPD不会遭受直击雷，所以不能简单的照搬或套用IEC61312中给出的直击雷电流波形（10/350µS），而应该采用IEC61643中给出的感应雷电流波形（8/20µS）；第120页/共144页通过低压供电线路引入机房电源口的线路来波，由于低压供电线路绝缘水平较低，其绝缘子的干闪络电压一般低于20KV，最高为35KV，绝缘子铁脚接地，接地电阻一般为30欧姆。当线路上不管是直接雷击还是感应原因具有超过绝缘子的干闪络电压时，低压供电线路中的绝缘子就会对地闪络放电，将雷电对大地泄放，从而降低了系统的雷电过电压水平。从这个角度来看，从低压供电线路上进入到电源设备的雷电过电压水平不会很高，以接地电阻为30欧姆计算雷电流幅值小于1200A；以接地电阻最小为一欧姆计算雷电流幅值最大35KA。以上的估算没有考虑引下线分布电感的因素，实际上分布电感的影响很大，所以实际的电流值会更小。换句话说，直击雷不可能通过低压供电线路引入，所以应采用IEC61643中给出的感应雷电流波形（8/20µS）。第121页/共144页从雷电流分流的角度来看，对用于内部雷电防护的设备采用10/350µS波形也不合适。因为90%以上的直击雷都是负极性雷，应该采用IEC推荐的2.6/40µS的波形来模拟。从全球电力系统的几十年运行经验看，采用2.6/40µS更合理。由于2.6/40µS与8/20µS的半波长时间只差一半，而电源口的线路来波及感应雷能量通常大于雷电流分流能量，所以对用于内部雷电防护的设备采用8/20µS波形更合理。而10/350µS波形则更适合用于直击雷防护的接闪器、引下线等。第122页/共144页从地电位反击的角度看，由于机房内部不会遭受直击雷，所以机房内部设备雷电泄放引起的地电位反击应该用描述感应雷电流的8/20µS波形。

综上所述，对用于内部雷电防护的电源用SPD，应该采用IEC给出的感应雷电流波形（8/20µS）进行考核和评价。第123页/共144页2、电流幅值通信局站电源可能的雷电流幅值由于低压供电线路上的感应雷电流幅值和着雷点雷电流幅值、离着雷点的距离、屏蔽程度等因素有关，而我国幅员辽阔，各地气候、地理差异很大，所以不同情况的通信局站其电源口可能的雷电流幅值相差很远。为了降低防护成本并便于操作，可分类进行讨论。第124页/共144页对雷暴日小于70的地区，地处闹市区、公共建筑物及专用机房内，且按照信息产业部标准YD5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》规定电力线采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入，电力电缆金属护套或钢管两端就近可靠接地的通信局站，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20µs）在10KA以下，极少超过20KA。对雷暴日小于70的地区，地处城郊、民房、水塘边及城市孤立高层建筑物楼顶的机房，且按照信息产业部标准YD5098-2001《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》规定电力线采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入，电力电缆金属护套或钢管两端就近可靠接地的通信局站，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20µs）在15KA以下，极少超过30KA。对雷暴日大于70的地区的的机房，地处高山、丘陵、农民房的的机房，电源线采用架空引入的机房，通常在低压供电线路上的感应雷电流（8/20µs）在20KA以下，极少超过40KA。第125页/共144页二、SPD的脉冲寿命等降额特性对用于电源雷电过电压保护为目的的电源SPD而言，其脉冲寿命是极其重要的。脉冲寿命等降额曲线反映了冲击电流的峰值、半峰值时间和冲击作用次数对防雷器脉冲寿命影响的关系。从SPD的脉冲寿命等降额特性曲线可以清楚看到：随着半峰值时间的延长，SPD的最大通流容量迅速下级；随着冲击电流的峰值下降，SPD的耐冲击作用次数急剧上升。第126页/共144页脉冲寿命第127页/共144页三、通信局站电源SPD的最大通流容量SPD的最大通流容量是指SPD在通过一次8/20µs标准冲击电流后不击穿、不闪络、不发生实质性破坏的最大电流值。对通信局站电源SPD而言，不可能在其设计技术寿命期限内，只耐受一次雷电过电压。所以绝对不能将通信局站电源可能的雷电流幅值定