无线基站防雷与接地概论1目 录1 无线基站易遭受雷击原因和途径2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则4 谈几个问题 2目 录1 无线基站易遭受雷击原因和途径2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则4 谈几个问题 31 无线基站易遭受雷击原因和途径 1.1 直接雷和雷电电磁感应 直击雷：闪电直接击在建筑物、其他物体、大地或 防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。 雷电感应：闪电放电时，在附近导体上产生的静电 感应和电磁感应，它可能使金属部件之间产生火 花。 电磁感应：由于雷电流迅速变化在其周围产生瞬变 的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势 。引自GB 50057-94(2000年版)45全球雷击事件的一些统计数字如下： 1）全球每年有数以千计的人员死伤于雷电事故。 2）全球平均每年要发生1600万次闪电。 3）在英国每年50万次雷击事件发生。 4）在马来西亚每年有近289天是雷暴天，而印度尼西亚的雷暴天气则 高达322天。 5）根据记录，直击雷的最大电流高达210kA，其平均值也有30kA。 6）每次雷击所产生的能量约550000kWh。 7）雷电产生的温度高达3000K（相当于5倍太阳表面的温度）。 8）根据IEEE统计，在一处电网中每8min便有一个过电压产生，而且 大约每14h就有一次破坏性的冲击。 9）据统计在欧美国家每年有近20%30%的计算机故障是有感应雷造 成的。 10）在德国每年有近4000万美元的设备损失费。 11）在我国广东省每年有雷击1000多次，造成直接和间接损失高达 数亿元。 注：IEEE电气为电子工程师学会引自 机房与UPS选型技术手册 61 无线基站易遭受雷击原因和途径（续 ） 1.2 恶劣的自然环境和基站建筑、通信设施的 特殊性 自然环境：山区、旷野、多雷区等； 基站建筑：孤立、体量小； 通信设施：通信杆塔、市电引入、传输线缆 。 7目 录1 无线基站易遭受雷击原因和途径2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则4 谈几个问题 82 通信设备受损原因分析基站雷害除了个别造成线缆损坏外，极大部分是设备（模块）中元器件损坏，元 器件在过电压或过电流情况下受损。随着 电子器件从电子管时代、晶体管时代至大 规模集成电路时代的演变，元器件的电气 特性越来越脆弱，通信设备的雷害也越来 越频繁。92 通信设备受损原因分析（续）10目 录1 无线基站易遭受雷击原因和途径2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则4 谈几个问题 113 基站雷电防护的基本原则防雷区（LPZ）的划分 （GB 5005794 2000年版）123基站雷电防护的基本原则（续）无线基站防雷区的划分的参考结构 133 基站雷电防护的基本原则（ 续）3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压3.3 提高设备的雷电抗扰度 143 基站雷电防护的基本原（续 ）3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压3.3 提高设备的雷电抗扰度 153.1 降低或控制侵入机房的雷电能量措施：直击雷防护、联合接地、电磁屏蔽、雷电分流和雷电过电压保护等。关注四个途径： （1） 馈线（2） 电源线（3） 传输线（4） 接地引入线16（1） 馈线注意馈线的第三点（或第四点）接地情况：馈线窗口接地排应就近与地网相连，不能与馈 线走线架或塔身相连。若 馈线走线架较长，需要在 机房端接地时，应直接接 至地网，不能接至馈线窗 口接地排或其与地网的引 接线。17（2） 电源线1）架空避雷线（防御直击雷）2）埋地3）使用SPD4）使用变压器专用变压器防雷变压器（公变电，1:1，日本）5）电缆室内环绕（案例）18（2） 电源线（续1）干扰方式19（2） 电源线（续2）非直击雷对电源线路的干扰方式就干扰形式和传输途径而言，大体可分为两类：一是共模干扰，二是差模干扰。共模干扰是由于辐射或串扰藕合到电路这来，而差模干扰是源于一条电源电路的。通常这两种干扰同时存在的 ，由于线路阻抗的不平衡，两种干扰在传输中还会相互转 化。干扰信号经长距离传输后，差模分量的衰减要比共模 大，这是由于线间阻抗与线-地阻抗不同的缘故。共模干扰在线路传输中还会向临近空间辐射，而差模则不会，因此 共模干扰比差模干扰更容易造成电磁干扰。20（2）电源线（续3）电缆室内环绕（案例）电力电缆在机房内上部环绕50m，其电缆两端外 导体 分别与地网相连。21（3） 传输线雷电过电压造成光缆金属体与机架间放电情况22（3） 传输线（续）关于光缆引接的行业标准YD/T 778-2006（代替YD/T778-1999）光纤配线架 5.4.1 光缆固定与保护功能应具有光缆引入、固定和保护装置。该装置具有以下功能：b）光缆金属部分与机架绝缘；c）固定后的光缆金属护套及加强芯应可靠连接高压防护接地装置。 5.5.2 高压防护接地装置 5.5.2.1 机架高压防护接地装置与光缆中金属加强芯及金属护套相连，连接线的 截面积应大于6mm2。 5.5.2.2 机架高压防护接地装置与地相连的连接端子的截面积应大于35mm2。 5.5.2.3 机架高压防护接地装置与机架间绝缘，绝缘电阻不小于1000M/500V（ 直流）。 5.5.2.4 机架高压防护接地装置与机架间耐压不小于3000V（直流）/1min不击穿 、无飞弧。 5.5.2.5 机架高压防护接地装置应能可靠接地，接地处应有明显的接地标志。 23（3） 传输线（续）基站光缆的雷害防护1）终端杆至机房段落采用无金属光缆；2）光缆进机房段落采取埋地方式；3）光缆进机房后，其金属体与机架等金属构件电气隔离后单独与地网相连。24（4） 接地引入线当发生直击雷时，地电位反击通过接地引入线影响机房设备安全。关于地电位反击的概念部标无线基站防雷 技术要求和测试方法（征求意见稿）有以下表述：雷电电流与接地装置的电阻上产生了对无穷远点的地电位升高，即地电位反击。当有雷击通过地网泄放时，则会造成瞬间的地电位抬升，使得直流电源正、负极间的瞬态电位差变大，造成设 备敏感部位（整流模块和收发信机等）损坏。 25（4） 接地引入线（续）地电位反击案例减轻地电位反击影响的方法是增大接地引入线与 雷电流 引下线在联合地网上两连接点的距离。某基站地处平原， 是一屋顶塔基站，宜遭 直接雷袭击。该站已经 经过整治，从机房内看 ，未见明显不妥之处。 该站电源、主设备、监 控均遭雷害。2006年11月进行再次整改，实施 外引地网，取得良好效 果。263 基站雷电防护的基本原（续 ）3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压3.3 提高设备的雷电抗扰度 273.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压主要措施：（1）等电位连接（2）使用浪涌保护区（SPD）283.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压（ 续）（1）等电位连接ITU-T接地手册（2003）提出： 原则上，有星形 IBN、网状IBN和网状BN三种不同的连接结构（见下 图）。29（1）等电位连接ITU-T K.56 无线基站的防雷Mesh（网状）-BN结构30（1）等电位连接（续）ITU-T K.56 无线基站的防雷Mesh（网状）-IBN结构31（1）等电位连接（续）网状BN的主要特征是通信设备及其他电气设备的机 箱和机架总许多点上进行相互连接，并多点连接到CBN。（ITU-T K.27 电信大楼内的连接结构和接地）目前中国移动基站机房采用的是Mesh（网状）-BN 结构，其优点是 ：屏蔽，有利于抗电磁干扰分流，有利于抗御地电位反击引起的干扰电流323.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压（ 续）（2）使用浪涌保护器（SPD）浪涌保护器（SPD）对通过线缆进入设备口的雷电过电压进行限压，以保护设备安全。对于各种不同用途、不同类型的线缆（同轴电缆、电 源线等），可按需选用不同类型和不同规格的SPD。 使用SPD是等电位连接的组成部分。由于SPD在平时 处于断开状态，在出现雷电过电压时，SPD呈现短路状态 ，故也称瞬态等电位连接。科学地使用SPD有助于提高基站的雷电防护能力。333 基站雷电防护的基本原（续 ）3.1 降低或控制侵入机房的雷电能量3.2 减轻侵入设备端口的雷电过电压3.3 提高设备的雷电抗扰度 343.3 提高设备的雷电抗扰度 雷电抗扰度是设备本身抗御雷电过电压的性能指标， 在YD/T 14292006通信局(站)在用防雷系统的技术要求和测试方法中定义如下：雷电抗扰度：本标准中指系统和设备经受雷电浪涌而不降低其运行性能的能力。雷电抗扰度应有设备厂商考虑并解决，也是运营商考虑通信设备技术指标之一。雷电抗扰度指标是通过规定的波形，施加一定量级的幅值后，观察其运行的状态是否正常。35表C.1 通信信息交换传输设备换传输设备 雷击击抗扰扰度技术术要求序 号适用范围接 口波形参数回路 阻抗 （ ）浪涌 水平 (kV)测试电 路合格判 据1交换设 备局 端 口无一次保护10/700s251图C.6A 有一次保护10/700s254 配线架10/700s254图C.8A 用 户 口用 户 终 端无一次保护10/700s251.5 图C.5A 有一次保护10/700s254电源接口混合波2/120.5图C.1A2接入网及 传输设 备模拟用户口10/700s254图C.5 AISDN-BRA口图C.5与图C.6CADSL口图C.5与图C.7B连接双绞线 的2048kb/s 口混合波120.5图C.5与图C.11C以太网口图C.5与图C.10BV24口、V35口图C.5与图C.12C连接同轴线 的传输设 备支路口、2048kb/s 口和ISDN-PRA口等混合波20.5图C.7与图C.11C直流电源接口混合波2/120.5图C.1A交流电源接口混合波2/126图C.1A注： 判据A：设备应 能够承受住规定量级的测试且没有损坏以及出现其它的紊乱（例如软件无法正常运行或 故障保护部件的误动作），且在测试后设备在规定的限制范围内能够运行正常。在测试期间不要求设备能够正常 运行； 判据B：长度为1500字节的数据包能正常传输，且5min内不出现丢包； 判据C：试验后5min内不出现误码现 象或通话恢复清晰。36辅助设 备去 耦 网 络试验发生器耦合网络图C.4无屏蔽对称用户信号线接口(线线和线地耦合)抗扰度测试参考接地S11 2 3 4保护设 备1开关S1：线地时，置于0处；线线时，置于14处； 2试验发生器为混合波时：Rm2=440=160； 试验发生器为10/700s波形时：Rm2=425=100； 3本图仅考虑了4线特例，实际中往往不一定是4线，而是n根线，本图中n=4。EUT信 号 输 入 口其 它 接 口其 它 接 口辅助设 备辅助设 备Rm2 037目 录1 无线基站易遭受雷击原因和途径2 通信设备受损原因分析 3 基站雷电防护的基本原则4 谈几个问题 384 谈几个问题4.1 接地电阻与地网结构4.2 SPD的运用 394.1 接地电阻与地网结构地网的作用：发生直击雷时，提供雷电流入地通道。联合地网的作用：发生直击雷时，对基站相对狭小的 环境能防止不同地网（机房地网、铁塔地网及变压器地网 ）间的接地体发生反击；同时使各地位上的地位处于相对 的均压状态。接地电阻对基站防雷的影响：接地电阻的大小影响到 地电位反击的程度。接地电阻越大，地电位反击的影响也 越大。为减轻地电位反击的影响，除减小接地电阻外，还应 尽量增大接地引入线与雷电流引下线在联合地网上两连接 点的距离，即利用增大上述两点间接地体上的阻抗，来削 弱地电位反击的强度。404.1 接地电阻与地网结构（续）