機(jī)房防雷等電位理論概述課件

移動(dòng)基站接地等電位技術(shù)簡介

1、引論2、接地的目的與誤區(qū)3、移動(dòng)基站接地的現(xiàn)狀4、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造內(nèi)容簡介1、引論

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面的增加、網(wǎng)域的擴(kuò)張，從節(jié)約成本等因素考慮，迫使許多移動(dòng)通信機(jī)房需在高山、民用建筑中建立。而高山和民用建筑本身的環(huán)境對(duì)于移動(dòng)通信機(jī)房來說是比較惡劣的：高山的土質(zhì)很差，多為碎石土壤、風(fēng)化巖或花崗巖石，表面土僅十幾至幾十厘米厚，并且土壤電阻率極高；民用建筑本身的接地系統(tǒng)不完善。在這種情形下如一味的降低機(jī)房地阻的代價(jià)是極高的且有時(shí)也是不可能的。據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，遭雷擊損壞的基站中：機(jī)房接地電阻5以下的占74%，5-10的占19%，10以上的占7%；該數(shù)據(jù)表明機(jī)房接地電阻的高低與雷擊概率的關(guān)系為同樣的地理環(huán)境下地阻小的機(jī)房反而更容易遭受雷擊。2.1移動(dòng)基站接地的目的2.1.1按照IEC60950《信息技術(shù)設(shè)備的安全規(guī)范》采用通信開關(guān)電源供電的通信設(shè)備屬于基本絕緣類設(shè)備。所以這類設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分一定要可靠接地，其目的是為了防止設(shè)備故障時(shí)的危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn)。因此應(yīng)直接接保護(hù)地；2.1.2對(duì)于以分離器件為主的模擬通信設(shè)備，由于考慮干擾信號(hào)的地環(huán)流影響，所以設(shè)備需要獨(dú)立的工作接地，但對(duì)于以大規(guī)模集成電路器件為主的數(shù)字通信設(shè)備，由于設(shè)備本身的抗干擾能力較強(qiáng)但內(nèi)部器件的抗電涌能力極差，所以工作地可以也必須直接和保護(hù)地合一。2、接地的目的與誤區(qū)2.1.3對(duì)于直流系統(tǒng)（-48V系統(tǒng)為直流正接地，+24V系統(tǒng)為直流負(fù)接地）其接地目的至少應(yīng)包括以下兩個(gè)方面：a.固定電位，防止在供電系統(tǒng)故障后，危險(xiǎn)電壓對(duì)人身構(gòu)成電擊危險(xiǎn)；b.固定電位，防止在供電系統(tǒng)故障后，危險(xiǎn)電壓對(duì)設(shè)備本身的危險(xiǎn)。

所以該接地也可以且必須和保護(hù)地合一。2.1.4為防止靜電對(duì)設(shè)備本身的危害，應(yīng)直接接保護(hù)地。2.1.5為給竄入系統(tǒng)的雷電能量提供一個(gè)泄放的渠道，應(yīng)直接接保護(hù)地。2、接地的目的與誤區(qū)2.2.1不是因?yàn)樵O(shè)備要防雷就一定要接地 手機(jī)不接地、電視機(jī)不接地、飛機(jī)不接地，但其防雷問題都解決的很好。這是因?yàn)槔资翘炫c地之間的一種電荷釋放現(xiàn)象，在該過程中，會(huì)在信息技術(shù)設(shè)備系統(tǒng)中產(chǎn)生感應(yīng)過電壓。對(duì)特低安全電壓類設(shè)備（手機(jī)、飛機(jī)）和加強(qiáng)絕緣類設(shè)備（電視機(jī)），由于其不接地，所以這兩類設(shè)備只要處理好差模（線間）感應(yīng)雷過電壓就行了。而對(duì)于基本絕緣類設(shè)備，由于安規(guī)要求必須接地，所以不但要解決差模（線間）感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)問題，而且還要解決共模（線地間）感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)問題，并且一般而言差模感應(yīng)雷過電壓的幅值遠(yuǎn)小于共模感應(yīng)雷過電壓的幅值。另外，由于移動(dòng)通信基站是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，雷電過電壓引起的地電位抬高，高電位反擊常常是造成設(shè)備損壞的主要原因，所以就造成了人們對(duì)接地的偏見，認(rèn)為防雷就必須接地，甚至很多人以為防雷就是接地。

2、接地的目的與誤區(qū)天饋線開關(guān)電源GSMSPD接地電阻理論地ab配電箱380V入基站等電位示意圖

如接地電阻處的電位抬高則整個(gè)機(jī)房內(nèi)電位抬高,設(shè)備仍處于等電位中；但如設(shè)備至地之間引線較長的話，a線為天饋避雷器接地線（通常長度為2~3米，也有的基站為5~7米），b線為電源SPD接地線（通常長度為3~5米，也有的基站為7~9米，個(gè)別甚至有10米以上）,其上的電位差都可能引起設(shè)備損壞。這個(gè)電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引線長1m，入侵的雷電流為20kA（8/20s），則每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV，b電位會(huì)抬高至36kV，開關(guān)電源則會(huì)因過壓導(dǎo)致?lián)p壞。如入侵的雷電流為5kA（8/20s）則每米導(dǎo)線上的電壓降為1.2kV，a電位會(huì)抬高至6kV左右，GSM設(shè)備會(huì)因過壓導(dǎo)致?lián)p壞。2、接地的目的與誤區(qū)

正確的概念是：對(duì)必須接地的設(shè)備，從防雷角度講，必須進(jìn)行可靠接地，但地阻值的大小是安規(guī)的要求，對(duì)防雷效果并無直接影響。對(duì)防雷效果影響最大的是基站內(nèi)系統(tǒng)間的等電位連接，因此為了保證基站內(nèi)設(shè)備安全，設(shè)備間必須進(jìn)行合理有效的等電位連接。

2、接地的目的與誤區(qū)3.1建在郊區(qū)或山區(qū)的基站地網(wǎng) 目前建在郊區(qū)或山區(qū)基站移動(dòng)通信基站有各種各樣的地網(wǎng)，接地電阻值從幾歐至幾十歐姆不等。這主要由基站所處的地理環(huán)境和土質(zhì)以及站址所在地區(qū)土壤電阻率所決定，對(duì)于正在運(yùn)行的基站設(shè)備實(shí)踐證明：“接地電阻的大小對(duì)基站設(shè)備技術(shù)參數(shù)以及信號(hào)傳輸沒有任何影響”。另外對(duì)于建在山區(qū)的基站實(shí)際所處的地理位置與雷電的活動(dòng)區(qū)域有著一定的聯(lián)系，而且土質(zhì)很差，大地電阻率極高（1500.m以上），要使基站的地網(wǎng)電阻做的很小是極為困難的。

3、移動(dòng)基站接地的現(xiàn)狀3.2建在城市利用辦公大樓和大型建筑物的地網(wǎng) 國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)于建筑物的接地一般都采用其鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為地網(wǎng)，因?yàn)榻ㄖ锲滗摻罨炷粱A(chǔ)埋地較深，與大地的接觸面積大，在相同的土質(zhì)條件下，用其基礎(chǔ)作接地體可比一般人工接地所得的電阻低的多，另外基礎(chǔ)鋼筋埋設(shè)在混凝土中，作為接地體的鋼筋不會(huì)受到外力的損傷和破壞，不需要維護(hù)、使用期限長，接地電阻穩(wěn)定。對(duì)于通信局（站）這種接地方法是相當(dāng)有效的。同樣利用辦公大樓、大型賓館、高層建筑的基礎(chǔ)作為基站機(jī)房和天饋線系統(tǒng)的接地是可行的（相對(duì)而言，此類建筑物內(nèi)的主鋼筋作為防雷接地系統(tǒng)是安全的）。3、移動(dòng)基站接地的現(xiàn)狀3.3建在城市和郊區(qū)利用小型民用建筑的地網(wǎng) 移動(dòng)通信系統(tǒng)的擴(kuò)容，微蜂窩、小區(qū)化，城市中多數(shù)基站一般都利用小型民用建筑設(shè)立站址，在其建筑物房頂安裝移動(dòng)通信天線，并在樓頂?shù)哪骋婚g房子作為機(jī)房，其接地也是從避雷帶或房間中的柱子引出。國家標(biāo)準(zhǔn)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)于通信局（站）和民用建筑的防雷設(shè)計(jì)，從建筑物的分類來講就不是一個(gè)類別，對(duì)于通信局（站）的防雷設(shè)計(jì)要求，遠(yuǎn)高于小型民用建筑的防雷設(shè)計(jì)，不同類別的建筑物使用的目的是不同的，明明是民用建筑物，基站卻要設(shè)計(jì)在這里，這就為移動(dòng)通信基站的防雷接地帶來不少的難題，另外往往由于條件所限或者租用的民用建筑物所處的業(yè)主和環(huán)境因素，實(shí)施接地系統(tǒng)的改造需要得到業(yè)主的同意。3、移動(dòng)基站接地的現(xiàn)狀

通信局（站）地網(wǎng)的概念在小型民用建筑中是不可能存在的，小型民用建筑本身的防雷接地僅是利用建筑物內(nèi)的金屬構(gòu)件和基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為防雷接地系統(tǒng)，由于作為雷電流引下線柱內(nèi)的主鋼筋并非要求焊接，此時(shí)若將建筑物本身金屬構(gòu)件的作為唯一的接地系統(tǒng)是不可靠的。3、移動(dòng)基站接地的現(xiàn)狀4、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析

曾遭雷擊損壞的設(shè)備：電源類占88%（變壓器、配電箱、穩(wěn)壓器、整流模塊、空調(diào)主板、照明系統(tǒng)），信號(hào)類占12%（GSM或CDMA設(shè)備的核心CPU、用戶板、監(jiān)控、傳感器、消防控制板、小微波）。高壓避雷器被雷擊損壞穩(wěn)壓器被雷擊損壞感應(yīng)過電壓造成信號(hào)線對(duì)機(jī)殼放電光纜終端盒被雷擊打掉設(shè)備A設(shè)備B地電位抬高U=Ldi/dt+IR零電位

這個(gè)電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR，如引線長1m，入侵的雷電流為20kA(8/20us),則每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV,如接地線長度為5米則地電位抬高為18kV。4、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析為了減小此電位差，可采取如圖所示的方法加以改造，這時(shí)的電位差，可根據(jù)下式算出：U=Ldi/dt+IR如引線長1m，入侵的雷電流為20kA(8/20us),則每米導(dǎo)線上的電壓降為3.6kV，如果等電位連接點(diǎn)提高到a點(diǎn)（a至設(shè)備B之間為0.5m,a至PE之間為4.5m），則設(shè)備A和設(shè)備B之間的電位差降為原來的十分之一1.8kV，此改造方法適用于機(jī)房設(shè)備較多的情況下使用。采取右圖所示的方法改造后設(shè)備間的電位差會(huì)更低，效果更好。

4、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析a設(shè)備A設(shè)備B地電位抬高U=Ldi/dt+IRa設(shè)備A設(shè)備Ba地電位抬高U=Ldi/dt+IR4.2.3通信用開關(guān)電源必須和電源一級(jí)SPD進(jìn)行等電位連接

移動(dòng)基站機(jī)房設(shè)備的等電位連接，一般都忽略了一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，就是開關(guān)電源與電源一級(jí)SPD之間的等電位連接。因?yàn)橐话銖慕涣髋潆娤渑渌偷介_關(guān)電源的都是三相四線形式的電源，不做等電位連接的等效形式如圖所示：4、基站內(nèi)經(jīng)常遭雷擊損壞設(shè)備的原因與分析5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.1環(huán)形地排法

在機(jī)房走線架上依據(jù)走線架的位置新設(shè)一組環(huán)形（日字形或口字形）接地匯流排，材料采用30×3mm銅排。要求環(huán)形接地匯流排為全封閉的且電氣連通。環(huán)形接地匯流排在靠近墻壁的兩側(cè)用膨脹螺栓和絕緣子將其固定在墻壁上，位于走線架上的兩側(cè)可用螺釘直接固定在走線架上。根據(jù)實(shí)際情況，位于走線架上的接地排可豎立在走線架上，也可橫放在走線架上。接地引下線應(yīng)就近與環(huán)形接地匯流排可靠連接。對(duì)于公用建筑或租用民房還應(yīng)將房間里柱子的柱鋼筋敲出，也與接地匯流排電氣連通。

機(jī)房內(nèi)各設(shè)備應(yīng)用不銹鋼螺釘就近與環(huán)形接地排可靠連接。包括交流配電箱、開關(guān)電源、GSM設(shè)備、SDH設(shè)備、DDF、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、走線架、金屬門窗等。

特別說明：開關(guān)電源的直流工作地也應(yīng)就近直接與環(huán)形接地匯流排可靠連接。如果機(jī)房內(nèi)空間位置、設(shè)備擺放的情況不能完全做環(huán)形地排，可采用將局部設(shè)備做環(huán)形地排后，再與其他設(shè)備電氣連通。5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.3.2已埋地的如未穿金屬管，則需穿金屬管后再埋地，并在兩端做接地處理。5.3.3在電源線進(jìn)入機(jī)房總配電屏處，將其中性線（N線）和機(jī)房地線電氣連接，形成局部TNS系統(tǒng)，有條件時(shí)可直接將變壓器的地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)用40X4扁鋼焊接連通。避免因機(jī)房地網(wǎng)與變壓器地網(wǎng)電位不同，當(dāng)變壓器地電位抬升時(shí)，造成對(duì)機(jī)房的反擊。5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.4交流/直流電源的雷電過電壓防護(hù)5.4.1交流電源的過電壓防護(hù)：基站位于高山和郊區(qū)的雷擊概率原大于位于市區(qū)內(nèi)的，故從經(jīng)濟(jì)適用角度考慮應(yīng)在機(jī)房總配電處加裝一級(jí)防雷器（高山和郊區(qū)型基站加裝JD150K385H4J型三相電源防雷器，城市型基站加裝JD120K385H4J型三相電源防雷器），形成電源線與地線的瞬態(tài)等電位。防止從電源線引入的雷電過電壓造成機(jī)房設(shè)備的損壞。5.4.2直流電源的過電壓防護(hù)：在開關(guān)電源的直流輸出端加裝YD30K045EH型直流電源防雷器，形成直流電源正、負(fù)極與地的瞬態(tài)等電位。防止因地電位升高造成的電位反擊損壞設(shè)備。5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.5GSM和CDMA設(shè)備的保護(hù)

從雷擊損壞設(shè)備的數(shù)據(jù)看，GSM和CDMA設(shè)備的DXU（核心控制板）受雷擊損壞的機(jī)率要比其他設(shè)備的機(jī)率高，且該設(shè)備的重要性比機(jī)房內(nèi)其他設(shè)備的重要性要大，如該設(shè)備損壞，則直接會(huì)造成基站閉站。因此應(yīng)在該設(shè)備的端口加裝信號(hào)防雷器，形成芯線與地線的瞬態(tài)等電位，從而保護(hù)設(shè)備。

5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.6光纜的雷電過電壓防護(hù)5.6.1基站內(nèi)的光纜加強(qiáng)芯與ODF架連接處發(fā)現(xiàn)多處雷擊引起的打火痕，嚴(yán)重的甚至將光纜盒從墻上打掉，證明因光纜架空其內(nèi)部加強(qiáng)芯感應(yīng)的雷電流是非常大的。5.6.2應(yīng)將光纜在進(jìn)入機(jī)房后，增加光纜盒，并將其中加強(qiáng)芯就近入地（條件允許時(shí)，應(yīng)直接接在地網(wǎng)上）。避免由加強(qiáng)芯上感應(yīng)的過電壓對(duì)機(jī)房傳輸設(shè)備的影響。

5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造

5.7饋線的雷電過電壓防護(hù)5.7.1由于饋線直接由鐵塔上引入機(jī)房，極易將感應(yīng)過電壓引至機(jī)房設(shè)備，應(yīng)將其上下兩端進(jìn)行可靠接地，長度較長的應(yīng)增加中間部分的接地?？辈熘邪l(fā)現(xiàn)多數(shù)基站的饋線引入機(jī)房后將其外皮通過導(dǎo)線接在了機(jī)房主地排上，這樣當(dāng)機(jī)房內(nèi)地排不可靠時(shí)，饋線上的過電壓通過地排對(duì)其他設(shè)備形成危害。應(yīng)該在機(jī)房外饋線入口處增設(shè)一個(gè)新地排，該地排直接引入地網(wǎng)，饋線進(jìn)入機(jī)房前將其外皮接在室外接地排上，降低饋線與設(shè)備的電位差，減少對(duì)機(jī)房內(nèi)設(shè)備的影響5、機(jī)房內(nèi)等電位連接改造