通信机房防雷技术

通信机房防雷技术第1页/共75页直接雷的形成-云团对建筑物或大地放电++++++++++++++++++第2页/共75页雷电袭击的主要途径直击雷:雷云直接对电力、通信设备等放电静电感应电磁感应雷电波入侵:直击雷及感应雷都会产生高电位雷电波。雷电波沿输电线路或信号线侵入电力装置或通信设备，造成设备损坏。这种雷电波侵入用户造成的损害占雷电事故的一半以上，所以应严加防范。第3页/共75页雷电袭击引起的效应热效应机械效应电磁感应雷电反击：一些防雷保护装置、电气装置、线路遭雷击时，都会产生很高的电位，如果彼此绝缘距离小，会产生放电现象，即出现雷电反击。跨步电压第4页/共75页直接雷的危害——火灾冲击波雷击将楼板击穿！！！雷击引起的火灾第5页/共75页直接雷的危害——电源线路雷电流在通信线路上产生的热效应，当金属体的截面积不够大时，甚至可使其熔化…第6页/共75页直接雷的危害——电器设备直接雷对于电器设备的损坏具有不可恢复的特点……第7页/共75页

美国雷电损失和代价可能达到每年40——50亿美元。它们包括：

1.火灾

1.1森林火灾

1.1.1在美国西部半数的野外火灾是雷电引起的。总数大约为10000次，导致美国内政部土地管理局的损失约每年10亿美元。(DaleVance,BLM,USDept.Interior.)

1.1.21999年从3月到7月，雷电引起了2282次佛罗里达火灾。烧毁126座房屋，25家企业和86辆车。财产损失1.6亿美元，现金损失总计为3.946亿美元。(NFPAJournalNov/Dec1999)

1.2建筑物火灾

1.2.1从1991——1995年期间，每年发生10190次房屋火灾，总计损失1.752亿美元。

(NFPA,1998Report.)

1.2.218的木材堆置场火灾和30的教堂火灾是与雷电有关。(OhioInsuranceInstitute,ColumbusOH.)

2.保险业的报告.

2.1从1992—1996的5年期间我们共付出17亿美元的与雷电有关的赔偿要求。这相当于总的赔偿要求的8.7和现金损失的3.8。(St.PaulIns.Co.)

2.2每年我们有来自雷电的赔偿要求307,000次，总共付还损失约3.32亿美元。(StateFarmInsuranceCo.)

2.3每年有10亿美元的保险赔偿要求申明，其中的5与雷电有关。(InsuranceInformationInstitute,NY,PressRelease1989)

2.4平均每年大约有3-4赔偿要求是因雷电导致的结果。

美国每年因雷电导致的代价和损失

第8页/共75页美国每年因雷电导致的代价和损失3.贮存和处理活动

3.1特别注意贮存和处理活动，自然事故的61是由雷电引起的。在北美与石油生产贮存罐有关的20次事故中的16次是由于雷击引起的。(JournalofHazardousMaterials40(1995)43-54)

3.21997年7月23日发生在丹佛仓库的雷击是在美国有记录以来的最严重的民用损失，建筑物和其中的货物损失超过5000万美元。(NLSI,1998.)

3.3在海军火箭试验场（纽约州丹麦湖，1926年）一次雷击引起的爆炸导致损失7000万美元和13人死亡。(P.Viemeister,“TheLightningBook”)

4.航天器的灾祸

4.1有50以上的与气候有关的军用航天器灾祸是由雷击引起的。(MajorP.B.Corn,AirForceFlightDynamicsLab.)

4.2在1988-1996期间美国空军由于雷击损坏直接付出的修理费达$1,577,960。(USAirForceSafetyCenter,AlbuquerqueNM)

4.3每年雷电导致的定期航线运行损失和乘客延误损失达20亿美元。(NOAAReportNo.18,MIT,13Feb.1998)

5.电气基础结构组织

5.1所有电力故障的30是与雷电有关的，每年的损失约为10亿美元。(RalphBernstein,EPRI;Diels,etal(1997))

5.2在我们的佛吉尼亚海滨VA城市有321个全自动的交通信号装置。从1999年5月到2000年5月，我们经受了359次雷电造成的障碍，直接损失36,425美元。将美国所有城市的此类损失加起来，总的损失一定非常高。(G.VanEiken,TrafficSupervisor,CityofVirginiaBeachVA)

5.3电力公司核电站的数字和监控设备的安全装置的激活有19是由雷电引起的。(USNuclearRegulatoryCommission,NUREG/CR-6579)

6.电子部件

6.11977年雷电共致101,000台膝上型电脑和台式计算机的损坏，总计损失125,417,000美元。(ComputerSecurityNews)

6.2由于雷电感应引起的车库门开启器、计算机调制解调器板卡、商用电话开关和低电压安全系统的损失的多少？无人知晓。(NLSIresearch,2001.)

7.能源部

7.1从1990年至2000年，我们的记录显示，我们的核电站场所有346次雷电事故。(DOEOccuranceReportingandProcessingSystemDatabase)

第9页/共75页广东省1995-2001年雷击灾害统计第10页/共75页雷击案例（1）第11页/共75页雷击案例（2）第12页/共75页静电感应的形成---------------------架空线路变电站机房第13页/共75页电磁感应（附近雷击时的环境情况）雷击点伴随雷击产生的磁场磁场强度与雷电流、雷击距离、屏蔽网格尺寸、网格材料、设备所处位置等有关雷击波可以引起1.5km-2km米以外的设备损坏第14页/共75页电磁感应（附近雷击时的环境情况）雷击点伴随雷击产生的磁场磁场强度与雷电流、雷击距离、屏蔽网格尺寸、网格材料、设备所处位置等有关雷电冲击波示意图第15页/共75页电磁感应（雷击击中避雷装置时）例一U=L*di/dt第16页/共75页电磁感应（雷击击中避雷装置时）例二第17页/共75页电磁感应（雷击击中避雷装置时）例三第18页/共75页电磁感应的危害——1985年7月26日，上海的北蔡仓库，因棉花包的外面是用铁丝捆扎的，在电磁感应中，铁丝上有强大的感应电流通过，铁丝接触点发热，产生火花，引起棉包起火……

开环中产生感应过电压闭环中产生感应电流第19页/共75页雷电波的入侵（外部引入雷击过电压）第20页/共75页地电位反击的危害

直接雷击中建筑物的避雷设施时，向大地泄流的瞬间会在接受直接雷的金属体上产生很高的电压，与之连接的所有金属也会带上高电压。如机房的直流工作地直接与地网相连，直接雷发生时高电压会引入至直流侧设备……第21页/共75页雷击分布图（广东省年雷暴日：约50-90日）广州广州第22页/共75页雷电防护－基于标准的防护IEC61024建筑物防雷规范IEC61312雷电电磁脉冲防护GB50057-94建筑物防雷规范GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范第23页/共75页雷电防护－相关标准YD/T5098-2001<<通信局站雷电过电保护工程设计规范>>ITU-TK41<<电信中心内部通信接口抗雷电过电压能力＞＞GB50057-94,＜建筑物防雷设计规范＞，2000年。YD5078-98＜通信工程电源系统防雷技术规定＞，1998年。IECTC81提出了IEC62305-3\62305-4\IECTC77提出了IEC61000-4-5YD5068-98< 移动通信基站防雷与接地规范>ITU-TK.11<过电压和过电流防护原则>ITU-TK.20<电信交换设备耐过电压和过电流防护的原则>ITU-TK.27<电信大楼内的联接结构和接地>ITU-TK.36<保护装置的选择>ITU-TK.39<电信场所雷电危害性评估>ITU-TK.40<电信中心的内部接口耐浪涌过电压能力>第24页/共75页GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》主要观点

综合防护，根据雷击概率及电子设备的重要程度设防等电位连接：电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电设备、安全保护接地、浪涌保护器接地端均应以最短的距离与等电位连接网络的接地端子连接。LPZO与LPZ1区交界处应设置总等电位接地端子板，每层楼层宜设置等电位接地端子板，电子信息系统设备机房应设置局部等电位接地端子板。共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板，由此引至设备机房的局部等电位接地端子板。局部等电位接地端子板应与预留的楼层主钢筋接地端子相连。电源系统防护信号系统防护（注意电缆空线对必须作保护接地处理）第25页/共75页雷电的波形模拟直击雷10/350s模拟感应雷8/20s能量换算：

Q（10/350us）=20Q（8/20us）第26页/共75页防雷区划分（LPZ-LightningProtectionZone）LPZ0A:此区域易遭受直接雷击，具有不衰减的电场存在。LPZ0B:此区域不易遭受直接雷击，也具有不衰减的电场存在。LPZ1:此区域不易遭受直接雷击，此区域内流过的雷电流与LPZ0相比，大大减小，此区域的电磁场依屏蔽措施的不同而异。第27页/共75页雷电能量分配模式第28页/共75页雷电防护措施-综合防护第29页/共75页综合防护外部防护内部防护{接闪引下接地屏蔽均压、等电位共地过电压保护{避雷针{传统非传统富兰克林针提前放电等{专用引下线引下线自然引下线地网{普通地网专业地网{建筑物屏蔽线路屏蔽{电源系统信号系统天馈系统将机房内所有“地”连接在一起电涌保护器（SPD）减小雷电流在各导体之间产生的电位差第30页/共75页综合防护—外部防护引下线避雷带避雷针环形地网第31页/共75页综合防护—环形地网结构图第32页/共75页综合防护－内部防护－屏蔽第33页/共75页内部防护－均压及等电位等电位连接：将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体和电涌保护器（SPD）连接起来以减小雷电流在它们之间的电位差。第34页/共75页内部防护－共地直流地交流地保护地防雷地第35页/共75页接地系统组成－大地：土壤是良导体，具有无限大的电容量。电阻率（10Ώ.m):粘土：0.08-0.7，花岗石：1000Ώ.m接地体（极）：角钢（50*50*5）L=2.5m、扁钢（40*4）L=2.5m、圆钢（Ф8）L=2.5m接地引入线：把接地体连接到地线汇流排上去的导线。接地总汇集线：截面积不小于120mm2铜排或镀锌扁钢接地配线：根据最大故障电流值确定，一般为35-95mm2(相应故障电流25-350A）接地网络：IEC1312定义了两种接地网络：星型和网状第36页/共75页接地方式－网状接地（M型）星型接地（S型）第37页/共75页人工接地体L=2.5m0.5m接地体引下线L<6m0.5m接地体引下线注：1）采用多根垂直接地体时，其间距不宜小于其长度的2倍。2）接地装置应在不同处采用两根连接导体与室内总等电位体接地端子板相连接。第38页/共75页降阻措施采用多个接地体并联换土，加盐水深埋接地体填充降阻剂可以多样措施联合使用！第39页/共75页接地电阻的更深入研究传统接地电阻沿用了欧姆定律，但实际上欧姆定律并不适用于真正的雷击“接地电阻”的计算。目前仍没有通过实验观测得出它的规律性。传统接地网接地电阻的公式（以环型接地体为例）R=0.5*ρ/√SR=ρ/(2πL)*㏑(L2/(dH)+A)R=ρ/(2πL)*㏑(4L/d)其中，d(m)-钢材的等效直径S(m2)-地网面积H(m)-埋设深度L(m)-接地极长度，A：形状系数第40页/共75页接地电阻与接地体深度关系R=ρ/(2πL)*㏑(4L/d)51015202530米605040302010接地体深度（m)接地电阻（Ω）第41页/共75页接地电阻与垂直接地体根数关系R=RC/（n*ηc)，ηc为利用系数。

12351020107.552.51.2510接地体根数（n)工频接地电阻（Ω）第42页/共75页内部防护-通信电源分类第43页/共75页内部防护-通信电源分级防护第44页/共75页内部防护-避雷器殘压第45页/共75页内部防护－XX机房防护平面图upsAC入总配电柜TLC08-Z设备1设备2设备3分配电总配电屏TLC08-2JKrail接地汇入线(至建筑物立柱)均压带设备保护地主要采取的防护措施：一、电源防护二、信号线防护三、接地系统第46页/共75页内部防护－过电压保护（电源系统）采用三级电源防护的原则：1、在总配电处加装电源一级防雷器DEHNPORT（100KA），防止沿电源线路传输的直接雷过电压的袭击。2、在分配电处（UPS之前）加装电源二级防雷器（60KA），防止沿电源线路传输的感应雷过电压的袭击。3、在被保护设备前（UPS之后）加装电源三级防雷器DEHNrail，防止浪涌过电压对设备的损坏。第47页/共75页附录：第48页/共75页注：SPD的连线长度应小于0.5米。第49页/共75页TN系统防雷示意图（三相五线制或单相三线制）第50页/共75页TT系统防雷示意图（三相四线制，农村电网）第51页/共75页级连-（退耦器）示意图-当两级之间距离小于15米时，需加装退耦器。（原文：开关型10米，限压型5米）第52页/共75页内部防护－过电压保护（信号线系统）分前端机房信号线路防护分为两个部分：1、将光缆的金属加强芯进行接地处理，防止由金属加强芯引入的雷击高电压对机房内设备产生反击（“打火”）。2、对于有线电视网络的同轴线缆建议加装同轴线缆防雷器，防止由同轴线缆引入的雷击过电压损坏设备。第53页/共75页内部防护－接地系统接地系统处理方法：1、接地电阻值要求小于1Ω

。不同系统要求有所不同。2、利用建筑物立柱主钢筋作为接地系统是一种即经济又有效的方法。分前端机房一般设置在面积较大（约2000mm2以上）的建筑物内，在珠江三角洲地区土壤电阻率一般在100Ω·m，往往很容易满足要求。3、根据YD/T5098-2001之4.0.6条的相关规定，接地线引入点在靠近建筑物中间的立柱上引出。防止雷电流对机房内设备的冲击。第54页/共75页内部防护－接地电阻测量1）常采用三点法测量接地电阻。2）测量数值与P、T位置有关。3）单个接地体时，EP=PT=20米。或逐点测量时取水平线的V/I4）应采用交流电测量，并通过数十安培的电流。以提高测量精度。第55页/共75页内部防护－接地系统—等电位连接等电位连接措施：1、在静电地板下采用40*4mm铜排作为机房接地汇流排。2、将机房内所有“地”（设备保护地、静电地防雷器、工作地等）与接地汇流排连接。3、将接地汇流排与接地引出线相连。第56页/共75页电源防雷器主要参数额定电压UC最大放电电流Imax:浪涌保护器能安全泄放的8/20波形的浪涌峰值类型：开关型或限压型，（火花）开放型/密封型快速响应tA残压绝缘电阻电压保护级别工作温区雷电脉冲电流Iimp：能安全泄放类似于自然雷电特性的10/350波形的浪涌峰值第57页/共75页接闪器的保护范围hxhrx=√h(2hr-h)–√hx(2hr-hx)Hr(滚球半径）一类建筑物：30米二类建筑物：45米三类建筑物：60米rx避雷针第58页/共75页TLC08-Z电源一级防雷器防雷器图片：火花间隙技术（开关型SPD）通流量大Iimp=100KAB级避雷器快速响应tA≤25ns

低残压等级高绝缘电阻智能化控制声光告警、信号远传第59页/共75页TLC08-A/2JK电源二级防雷器防雷器图片：金属氧化物技术（限压型SPD）通流量大IMAX=40KAC级避雷器快速响应tA≤25ns

低残压等级高绝缘电阻与前级避雷器配合使用智能化控制声光告警、信号远传第60页/共75页DEHNrail

电源三级防雷器(8/20us)精细过压保护

标称电压：230V∽最大持续操作电压：255V－/∽标称放电电流：3KA响应时间：≤25ns第61页/共75页信号接口保护器第62页/共75页附录：第63页/共75页附录：第64页/共75页设计案例：某有线电视台的防雷设计概况：1）电视台位于一条大河的北岸200米处，楼高五层，为钢筋混凝土框架结构。2）供电系统概况：本建筑物的供电系统为三相五线制。各机房用电采用2台40KVAUPS电源供电。3）有线节目信号输入情况：正常节目的播出从市有线电视台光纤引入；备份节目利用西面距XX8层办公楼顶层卫星接收设备接收，用光纤引致机房；4）台内设置电话外线引入线路50部5）台内闭路有线电视系统共计50台收看终端，从播出机柜分两路输出。

第65页/共75页设计案例：某有线电视台的防雷设计（续）6）原有直击雷系统及接地系统的情况：在现场勘中发现原有楼顶避雷带已部分锈蚀，并有多处焊接点已断裂。引下线采用结构主钢筯。接地装置利用建筑物地基内结构钢筯，在北侧和东侧各加设辅助接地电极两组；现场勘察测得工频电阻值0.3欧姆。

第66页/共75页设计案例：某有线电视台的防雷设计（续）-防护方案针对电视台的具体情况对要保护的对象列如下：办公楼的直击雷防护；台内的供电系统防过压保护（总配电）；2层播出间监控机房电源系统防过压电压保护；编辑机房电源系统防过压保护；2层半圆机房内的主体支柱做屏蔽和编辑机房内的屏蔽处理；2层各机房内各种金属物做接地处理；2层两机房内局部均压网保护措施；进入机房的电话线路防过压保护；进出信号光纤线路保护层的接地层的接地处理。第67页/共75页设计案例：某有线电视台的防雷设计（续）-防护实施2.保护措施：防直击雷：楼顶装避雷针防感应雷及雷电波侵入：供电系统：采用三级防雷措施。第一级80kA/(8/20us),残压1.5kV；第二级：40kA/(8/20us),第三级：20kA/(8/20us)，残压0.8kV。此外，在各终端设备前加装插座型电涌保护器。实际成了四级，这一级兼有防反击的作用。信息系统：进入机房的两路电话线，在进入机房点加装信息线路用电涌保护器第68页/共75页设计案例：某有线电视台的防雷设计（续）-防护实施2.保护措施（续）：机房内接地母排系统：沿机房四周遍墙面靠近地面处敷设紫铜带，作接地母排。在机房内选择了3根立柱，凿开水泥找到纵向主筯，焊接窂固。防静电感应过电压及室内均压等电位处理：第一、依前述实施局部等电位网格的处设；第二、其它等电位连接处理。将机房内所有大件金属物件，如设备处壳、采暖金属管道、屋顶龙骨、线缆桥架等等进行有效连接至新敷设的接地母排；将局部等电位网带连接至接地母排光纤接地处理：加强芯接地处理第69页/共75页

过去，建筑防雷接地与通信、供电系统的接地是分开的，而且要求各种接地体之间有较大的距离。但由于建筑物场地小等原因，这些距离要求多数没有满足。事实上，它们在许多情况下是分不开的，因此建筑物的防雷接地，宜采用联合接地系统。联合接地系统应将通信用的工作地、保护接地、建筑物的防雷接地以及工频交流供电系统的接地连接在一起。联合接地的接地电阻值要求较高。由于通信要求的接地电阻值远小于10Ω，而各种通信设备的接地要求并不相同，所以，应按各种接地装置的最小电阻值要求确定。案例二：华为公司对防雷接地的要求第70页/共75页

光传输系统属于精密仪器设备，为了保证其正常工作，应该做足防雷和防电磁干扰工作。机房大楼上空高度在15m及