YDT 3005-2016 基站供电变压器系统的防雷与接地技术要求

ICS33.040.99中华人民共和国通信行业标准基站供电变压器系统的防雷与接地技术要求2016-01-15发布2016-04-01实施中华人民共和国工业和信息化部发布 12规范性引用文件 13术语、定义和缩略语 14基站变压器遭受雷击危险因素的评估 35基站与变压器地网要求 46直击雷的防护 57变压器雷击抗力要求 78配电变压器逆变换过电压和正变换过电压 79高低压避雷器的技术要求 810变压器接地点连接要求 811基站电力计量箱的防雷接地 12高压避雷器与变压器高压侧的绝缘配合要求 附录A(规范性附录)典型的低压避雷器参数 附录B(规范性附录)电压范围1kV～52kV强雷电负载避雷器的要求 附录C(资料性附录)变压器雷击损失统计 附录D(资料性附录)中国基站专用变压器低压侧避雷器技术参数 附录E(资料性附录)中国基站专用变压器高压侧避雷器技术参数 IIYD/T3005-2016——YD/T1429-2006《通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法》;——GB50689-2011《通信局(站)防雷与接地工程设计规范》。本标准起草单位：中讯邮电咨询设计院有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司深圳远征技术有限公司。本标准主要起草人：刘吉克、马红兵、张清泉、祁征、陈强、林成、熊膺、张兴海、林涌双、牛年增、王志岗、于昕、刘裕城、王华刚、李峙、谢琦、林国勇、张庭炎何喜文。1YD/T3005-2016基站供电变压器系统的防雷与接地技术要求本标准规定了基站供电变压器系统的防雷与接地技术要求，包括基站供电变压器与基站地网之间的连接要求，变压器及高低压浪涌保护器的连接结构，变压器直击雷的保护，变压器正逆变换的保护，以2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB50689通信局(站)防雷与接地工程设计规范GB50057建筑物防雷设计规范YD/T2324无线基站防雷的技术要求和测试方法YD/T1429通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法YD/T1235.1通信局(站)低压配电系统电涌保护器技术要求YD/T1235.2通信局(站)低压配电系统电涌保护器测试方法IEC60076-3:2000Powertransformers-Part3:Insulationlevels,dielectrictestsandexternalclearancesinIEC60076-4:2002Powertransformers-Part4:Guidetothelightningimpulseandswitchingimpulsetesting-Powertransformersandreactors.IEC60099-4:2006Surgearresters-Part4:Metal-oxidesurgearresterswithoutgapsfora.c.systems.3术语、定义和缩略语3.1.1运行在配电网中电压等级为3kV~35kV、容量为6300kVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。3.1.2基站专用变压器TheDedicatedTransformerforRadioBaseStation3.1.3通过抑制瞬态过电压以及旁路浪涌电流来保护设备的装置。它至少含有一2限压型浪涌保护器VoltageLimitingTypeSPD无浪涌时呈高阻状态，但随着浪涌的增大，其阻抗不断降低的SPD。常用器件有氧化锌压敏电阻、瞬态抑制二极管等。3.1.5由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联组成且无并联或串联放电间隙的避雷器。3.1.6避雷器额定电压RatedVoltageofanArrester(Ur)施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值。按照此电压所设计的避雷器，能在所规定的动作负载试验(见8.5)中确定的暂时过电压下正常工作。注1:额定电压是表明避雷器规定运行特性的一个重要参数。注2:本标准定义的额定电压就是在动作负载试验中，在大电流或长持续时间冲击电流之后施加的10s工频电压。在IEC6009-1以及某些国家标准中，原来确定电压额定值的试验包括在施加工频电压的情况下同时施加多次标称电流冲击。注意，用来确定电压额定值这两种方法不必要得到等价值(这种偏差的解决办法正在考虑中)。3.1.7避雷器的标称放电电流NominalDischargeCurrentofanArrester(In)用来划分避雷器等级的、具有8/20波形的雷电冲击电流峰值。3.1.8避雷器的大电流冲击HighCurrentImpulseofanArrester冲击波形为4/10的放电电流峰值，用于试验避雷器在直击雷时的稳定性。3.1.9放电电流通过避雷器时其端子间的最大电源峰值。3.1.10标准标称放电电流标准8/20标称放电电流为：20000A,10000A,5000A,2500A及1500A。3.1.11接地网GroundGrid由一组或多组接地体在地下相互连通构成，为电气设备或金属结构提供基准电位和对地泄放电流的通道。3.1.12将不同的电气装置、导电物体等，用接地导体或浪涌保护器以某种方式连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差。3.1.13无间隙金属氧化物避雷器Metal-OxideSurgeArresterWithoutGaps由非线性金属氧化物电阻片串联和(或)并联组成且无并联或串联放电间隙的避雷器。3YD/T3005-20163.1.14有隙金属氧化物避雷器Metal-OxideSurgeArresterWithGaps与一个或多个非线性金属氧化物电阻片串联连接的，具有单个或多个放电间隙的避雷器。3.1.15避雷器脱离器ArresterDisconnector避雷器故障时，使避雷器与系统断开的装置。用于防止系统持续故障，并给出可见标识。3.1.163.1.17串联电抗器SeriesReactor串联电抗器是用来限制短路电流的元器件，用在基站专用变压器的雷电保护中的主要作用是限制路过熔断器的雷电流，避免雷电流导致跌落式熔断器熔断。3.1.18中性点有效接地系统SystemWithEffectivelyEarthedNeutral中性点直接接地或经一低值阻抗接地的系统。也可称为大接地电流系统。3.1.19中性点非有效接地系统SystemWithNon-EffectivelyEarthedNeutral中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高阻抗接地统称为中性点非有效接地系统。由于在中性点非有效接地系统中，发生短路故障时，系统电流回路无法构成，故障电流很小，因此，本系统也可称为小接地电流系统(有时也称中性点非直接接地系统)。3.1.20强雷电负荷避雷器用于强雷电密度区20kA的1kV~52kV避雷器。以下缩略语适用于本文件。ERPEarthingReferencePoint接地参考点SPDSurgeProtectiveDevices浪涌保护器4基站变压器遭受雷击危险因素的评估为了评估变压器雷电防护是否必要，应按照下列步骤进行风险评估。a)R₁:变压器绝缘击穿风险。b)R₂:避雷器雷击损坏风险。c)R₃:变压器的雷电危险因子风险。包括：1)基站所处的地理环境，城市0.1,郊区0.5,山区1,或易遭受雷击的地区1;范围0.1～1。4YD/T3005-20162)基站所处地区的年雷暴日；20/0.1,40/0.5,90/1;范围0.1～1。3)雷电保护区的划分；在避雷针保护范围之内的为0.5,在避雷针保护范围之外的为1;范围0.1～1。4)铁塔或桅杆；无0.1,有1;范围0.1～1。5)供电方式：埋地0.1,架空1;范围0.1～1。6)大地电阻率小于1002.m/0.1,10000.m/0.5,大于10002.m时为1;范围0.1～1。d)RT:风险容许值：通信中断。如果风险R(R₁~R₃)可能造成通信中断，即R>RT,则雷电防护措施是必要的。上述雷电危险因子的值大于0.5时，就应考虑对变压器采取防雷加强措施。变压器的地网设计应考虑与基站之间的距离、地理位置、周边环境、地质条件、土壤组成、地形等接地体埋深一般不小于0.5m(接地体上端距地面),在土壤较薄的石山或碎石多岩地区，应根据具体情况决定接地体埋深，接地系统中的垂直接地体可根据埋设地网的土质及地理情况决定垂直接地体的长5.2变压器与基站相距在20m范围内的地网要求环形地网应满足以下要求：基站地网应环绕机房建筑物基础一周，根据实际情况，与机房外墙间距应不小于0.5m;变压器地网采用三角形水平接地体构成的接地系统。变压器的地网与基站地网通过水平接地体，构成两点连接，形成环形地网，环形地网应为非绝缘金属材料，以水平接地体为主；在变压器铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分。变压器地网与机房地网或铁塔地网之间应至少两处焊接连通，以相互组成一个周边封闭的地网。具体示意图见图1。5.3变压器与基站相距大于20m的地网要求环形地网应为非绝缘金属材料，以水平接地体为主，埋设深度0.5m左右；也可以根据具体的地理环5YD/T3005-2016变压器地网图2变压器与基站相距大于20m的地网示意基站建筑物通常建立在混凝土地基上，或者其本身即为混凝土结构。此时，混凝土结构或金属结构可以代替5.2中的环形接地体。6.1变压器与基站相距大于20m直击雷的防护变压器与基站相距大于20m时，变压器直击雷的防护应该采用单独的避雷针，确保变压器在避雷针的保护范围之内。示意图见图3。避雷针变压器低压防雷器高压避雷器低压防雷器雷电引下线图3变压器与基站相距大于20m直击雷的防护示意6.2变压器与基站相距小于20m直击雷的防护见图4。6YD/T3005-2016天线塔天线塔LPZ0ALPZ0和LPZ1的边界p²变压器LPZ2机房设备图4变压器与基站相距小于20m直击雷的防护示意变压器与基站相距小于20m时，变压器直击雷的防护应在基站铁塔保护范围之内，其避雷针的保护范围可以按照滚球法计算采用，确保变压器在铁塔避雷针的保护范围之内。示意图见图5。a)当接闪杆高度h≤h时：1)距地面h处作一平行于地面的平行线。2)以杆尖为圆心，h₁为半径做弧线作弧线交于平行线的A、B两点。4)接闪杆在h₁高度的xx'平面上和地面上的保护半径，应按下列公式计算：7r=√h(2h-h)-√h(2h-h)r=√h(2h,-h)rx—接闪杆在h高度的xx’平面上的保护半径，单位为m;hx—被保护物的高度，单位为m;ro—接闪杆在地面上的保护半径，单位为m;b)当接闪杆高度h>h时，在接闪杆上取高度为h₁的一点代替单支接闪杆杆尖作为圆心，其余的做法符合1条款中的规定。7变压器雷击抗力要求基站专用变压器的雷击抗力、试验条件和试验方法等均应符合IEC60076-3:2000和IEC60076-4:2002中的相关要求。具体要求见表1。表1基站专用变压器的雷电抗力要求绕组电压等级额定短时工频耐受电压(有效值)kV额定雷电冲击耐受电压(峰值)kV全波截波0.4(<1.1kV时)5安装在多雷区、强雷区且地处郊区、农村、山区的基站专用变压器，会遭受严重的过电压影响，可由用户和制造厂协商，对变压器的雷电冲击进行试验，并且采用比其他试验规定更高的试验电压。8配电变压器逆变换过电压和正变换过电压高压侧遭受雷击时，雷电流通过高压避雷器泄放入地，流经接地装置，在其接地电阻上产生地电位升高，该压降加在低压线圈上，产生冲击电流使线圈励磁，在高压线圈感应出高电压，高电侧电压受避雷器残压限制，感应电压将高压线圈中性点电位抬高，因此在中性点附近，容易出现对地击穿或匝间短路损坏变压器，这种现象叫配电变压器逆变换过电压，见图6a。图6b配电变压器正变换过电压示意8YD/T3005-2016当低压线路感应雷电流传到变压器时，按变比在高压侧感应的电压会损坏高压侧，这种现象叫配电变压器正变换过电压，见图6b。由于配电变压器低压侧的绝缘裕度高于高压侧，所以雷击事故经常发生在高压侧中性点附近。9高低压避雷器的技术要求9.1高低压侧避雷器的一般要求针对变压器易正、反变换过电压损坏的情况，在变压器与基站相距大于20m时，应在变压器的高、低压侧皆配置避雷器，见图7。△9.2低压侧防雷器的技术要求低压侧的避雷器可以根据基站的环境条件进行选择，由于变压器一般设在野外，因此避雷器应具有防水功能。附录A是来自IEC60099-4典型的低压避雷器参数。9.3高压侧避雷器的指标要求在郊区、山区、易遭受雷区的基站变压器的高压避雷器在雷击时非常容易损坏，主要是因为采用的是民用级的高压避雷器。如果直接采用通流量较大的20kA、8/20μs高压避雷器，残压远大于变压器的绝缘电压，因此应采用适应基站环境的强雷电负荷避雷器。对于有效接地的输电系统，10kV避雷器应采用易遭受雷击断线的地区的输电系统，应使用金属氧化物和间隙串联组成的避雷器，标称通流能力一般不小于20kA。附录B是来自IEC60099-4高压侧强雷电负荷避雷器的技术要求。10变压器接地点连接要求如果避雷器通过一段较长的引线接地，则变压器线路对机壳的等效限制电压为：Uc=U,+Uline由于避雷器接地线的电感效应，Uline将达到数千伏至上万伏以上的压降，如此，变压器的绝缘可能因此叠加的过电压而损坏。避雷器接地端与变压器外壳直接相接，如图8所示，这时变压器两端电压值由Uo=U+Uine转变为U=U,减少了避雷器接地线Ulimc引起的残压；接地参考点从地下变为了变压器外壳，如图9所示。9YD/T3005-2016变压器距离地面的高度一般超过2m,其接地线较长，导致地线上的雷电电压较高，如0.6m长的接地线，其电感L约为1μH;在较小的雷电波陡度d/d=10kA/μs时，接地线上的压降也达L×d/d,≈10kV,该值与防雷器残压叠加作用在配电变压器上，造成变压器绝缘的破坏。为此应更改避雷器的安装位置，将高低压避雷器直接安装在变压器上，以减少避雷器接地线引入的残压。图10左边是避雷器安装在横担上，避雷器通过接地线接地；右边是直接安装在变压器上，减少了避雷器接地线的长度。图10变压器安装实例YD/T3005-2016变压器接地引下线应采用“三位一体”的接地方法，如图11所示。将基站变压器的中性点、基站专用强雷电负荷避雷器的接地点、基站变压器外壳电气在一点连接，该点再与接地引下线连接，从而提高接地参考点的位置，减少由于接地引下线引起的额外残压值。避雷针变压器低压防雷器高压避雷器低压防雷器雷电引下线图11变压器“三位一体”的接地方法11基站电力计量箱的防雷接地11.1中、低压计量器的雷击抗力要求与第7章中有关变压器中、低压侧变压器雷击抗力要求相同。11.2基站电力计量箱的计量表和开关在雷击铁塔时经常损坏，为此宜在电力计量箱的输入端加装SPD,电力计量箱的接地应与变压器地网相连接，如图12所示。电力计量箱的接地应与变压器地网相连接，如图12所示。避雷针变压器高压避雷器雷电引下线计量箱计量至机房低压凯装电缆低压防雷器变压器地网图12基站电力计量箱接地示意YD/T3005-2016一般情况用于基站变压器的绝缘电压U可以达到75kV,按照绝缘配合的要求，高压侧避雷器的残压要求应小于0.85U,这样变压器才能够得以保护。因此高压避雷器的残压在20kA(8/20μs)的条件下，应小于50kV,加上连接线和接地线上的残压应小于65kV。YD/T3005-2016(规范性附录)典型的低压避雷器参数避雷器额定电压U₁(有效值)避雷器持续运行电压Ue(有效值)标称放电电流1.5kA等级雷击冲击电流残压直流1mA参考电压(峰值)不大于不小于0.280.240.500.42YD/T3005-2016(规范性附录)电压范围1kV～52kV强雷电负载避雷器的要求本附录规定了专用于强雷电密度区20kA的1表B.1规定了试验要求。表B.120kA强雷电负载避雷器的试验要求1额定电压3≤U≤60kV2避雷器外套的绝缘耐受试验6.1,8.2,.6,8.2.83残压试验a)陡波冲击电流残压试验b)雷电冲击电流残压试验c)操作冲击电流残压试验表K.1和6.38.3.18.3.2不要求4长持续时间电流冲击耐受试验5动作负载试验a)大电流冲击动作负载试验b)操作冲击动作负载试验6.9和附录D8.5.4不要求6工频电压耐受时间特性曲线6.107短路试验6.118避雷器脱离器(当装有脱离器时)6.12和8.69人工污秽试验附录F2~9项的条款号参见IEC60099-4-2006动作负载试验按IEC60099-4-2006的6.9和8.5.4进行，并且应包含对每只试品施加3次峰值40kA、波形30/80的冲击电流。3次电流冲击的间隔时间为50s~60s,设备调整使冲击电流值的偏差在下列范围内：a)电流峰值为规定峰值的90%~110%;b)视在波前时间25μs~35μs;c)波尾半峰值视在时间70μs~90μs;d)任何反极性电流波峰值应低于电流峰值的20%;e)冲击波形允许有小的振荡，但在冲击波峰值附近的振幅不超过峰值5%。在这些条件下，为方便完整的试验程序见表B.1。8/204×5×20kA8/203×40kA30/808/203×40kA30/80YD/T8/204×5×20kA8/203×40kA30/808/203×40kA30/80初始测量测量残压在I₀,8/20下见8.3.2间隔时间不作规定预备性试验预备试验，1.2Ue*持续运行电压下，叠加4组，每组5次，冲击电流In,8/20,见8.5.4.1间隔时间不作规定，20℃±15K大电流冲击动作负载试验不冷却间隔时间50s~60s每组5次，冲击电流I,8/20,见8.5.4.2见8.5.4.1间隔时间尽可能短不超过100ms见8.5.4.2升高的额定电压(U₁*),10sS测量和检查残压测量在I,8/20下见8.3.2检查试品图B.120kA强雷电负载避雷器动作负载试验40kA,30/80大电流冲击3次不冷却见间隔时间50s~60s每组5次，冲击电流I,8/20,8.5.4.2见8.5.4.1间隔时间尽可能短不超过100ms见8.5.4.2升高的额定电压(U*),10s升高的持续运行电压(U*),30minsYD/T3005-2016(资料性附录)根据来自广东、河南等地区变压器雷击损失的调研和统计，发现雷击损坏主要以变压器和高压避雷a)广东省(2005年～2008年，雷暴日64～95da,强雷区)广东省某运营企业10个地市2005～2008年变压器及其高压避雷器累计损失统计数据见表C.1。表C.12005年~2008年广东地区基站专用变压器运行情况调查数据地市基站数量变压器数量变压器损坏数量变压器损坏率高压SPD损坏数量高压SPD损坏率16.30%2479389.82%436.26%536.26%64296.01%9.39%74874.92%5.41%831.4.%99.89%42.4%b)河南洛阳市(2006年，雷暴日24.8d/a,少雷区