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移動通信基站綜合防雷方案

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  內移動通信基站綜合防雷方案一、通信基站防雷現狀綜述1、惡劣的防雷外部環境由于移動通信網絡不斷延伸和完善,機房所處地理環境也越加惡劣。近年來,由于移動通信基站建設選取的地點、城市空氣污染情況嚴重等等綜合因...
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移動通信基站綜合防雷方案
一、通信基站防雷現狀綜述
1、惡劣的防雷外部環境
由于移動通信網絡不斷延伸和完善,機房所處地理環境也越加惡劣。近年來,由于移動通信基站建設選取的地點、城市空氣污染情況嚴重等等綜合因素影響,使得移 動通信基站因雷擊造成的設備損壞和影響越來越嚴重,長距離架空供電的問題、電網不穩的問題、供電系統的接地問題、機房內綜合等電位連接及接地線處理問題 等,都為解決移動通信基站的防雷安全增大了難度且防雷問題也越來越難解決。
我們根據大部份移動通信基站所處的地理位置、周邊環境等,綜合氣象部門對該各地區的年平均雷暴日等統計數據,分析大量基站雷擊的選擇性;而雷擊的選擇與下列一些因素有著密切的關聯。
(1)、地質結構。如果地面土壤電阻率分布不均勻,則在電阻率特別小的地區,雷擊的幾率較大。這就是在同一區域 內雷擊分布還是不均勻的原因。這種現象我們稱之為“雷擊選擇性”。試驗結果證明,雷擊位置經常是在土壤電阻率較小的土壤上,而電阻率較大的多巖石土壤被 雷擊中的機會很小。這是因為在雷電先驅放電階段中,地中的電導電流主要是沿著電阻率較低的路徑流通,使地面電阻率較小的區域被感應而積累了大量與雷云相反 的異性電荷,雷電自然就朝這些地區發展。
相對移動通信基站周邊的自然環境來說,基站范圍內的鋼筋混凝土結構的樓房、樓房頂的金屬鐵塔(或通信桿塔)、地下金屬管線、大面積的架空線路等等,都是造成區內綜合土壤電阻率低下的原因。所以雷電經常“光顧”機樓及附近設備則不以為怪了。
(2)、空氣環境原因。由于工業發展和交通運輸業的發達,近年來我們周圍的整體空氣環境不斷的惡化;空氣中常常含有大量的粉塵、導電微粒和游離分子氣團, 它們比一般空氣易于導電,等于空氣的整體絕緣性能下降,而云間聚集的電荷總量也會急劇倍增;導致發生云層對大地的放電次數增加,擊中建筑物、電力線路的幾 率加大。并且,這種云間放電或云層對大地的較空氣潔凈的環境要迅猛、劇烈得多。這就是我們可以感覺現在的雷電要比以前的劇烈的原因。
(3)、移動基站所在地面上的設施分布情況是影響雷擊選擇性的重要因素。在城市、城區等地方分布著密集的金屬鐵塔或金屬通信桿塔,同時密布的架空電力線路 和通訊線路,都將增加雷擊的優先選擇。當雷電放電通道發展到離地面不遠的空中時,電場受到地面物體影響而發生畸變。如果地面上有一座較高的尖頂建筑物,例 如移動通信鐵塔,由于這些建筑物的尖端具有較高的電場強度,雷電先驅自然會被吸引向這些建筑物。如果地面上分布有一定高度的架空高壓電力電纜,這些電力電 纜本身就是傳輸電力電能,而因為線路存在著電阻量、電容量和感抗量等物理因素,在線路附近產生一定磁場,從而改變雷電放電通道。
二、通信基站基本防雷設施情況簡介
1、外部防雷系統和接地系統
機房利用基站或鐵塔本身建有外部防雷系統,包括富蘭克林接閃體和引下線,大部份均符合規范要求并處在正常工作狀態。外部防雷接地系統大多數根據郵電行業標準進行設計。
通訊機房接地電阻阻值主要由機房所處的大樓附近的地理環境、地形地勢、土壤分布情況、站址所在地區土壤電阻率以及機房大樓的空間結構、檢測人的主客觀意識所決定。
高山移動基站機房接地系統的接地電阻大部份為20~100Ω左右,接地電阻不符合小于10Ω的規范要求;大部份基站接地系統工作地、保護地和防雷地三地合一,即采用聯合地網。
大部份移動通信基站室內接地引下線均大于1米。
2、機房室內的接地線路基本符合規范
在機房內設立了接地總匯集排,分別連接到開關電源的直流參考地、設備及走線架保護地、交流地和饋線屏蔽接地。接地引下線使用一根95mm2電纜引入接地網。機房的接地引下線長度超出規范要求的0.5米距離。
3、電源系統
大部份基站使用的高壓電力電纜均為架空敷設;進入基站的低壓電力線為架空敷設引入或埋地敷設;電力變壓器高壓側安裝了氧化鋅閥式電涌保護器,低壓側則很少 安裝電涌保護器保護;基站機房內往往沒有安裝能量級別配套、組合合理的電源電涌保護器。少部分配電系統安裝了低能量級別的電源電涌保護器;部分開關電源已 配套進口電源電涌保護器。
4、信號通信系統
移動通信基站機房內的信號通信系統包括超五類線(含屏蔽線)、PCM同軸電纜、天饋線、光纖傳輸線纜等四種類型組成。
其中天饋線已經依照行業規范要求作好了饋線屏蔽層三點接地,所有的饋線均未安裝饋線電涌保護器。超五類線和PCM同軸電纜沒有采用任何的電涌保護器設施進行安全保護。
光纖傳輸線纜由于采用金屬加強芯和金屬屏蔽層的材料,接地采用了較長的回路,使金屬加強芯及屏蔽層之間在雷擊時產生高電位差,往往能導致光纖及附近設備發生嚴重的過電壓雷擊事故,存在防雷的迫切需求。
5、機房內部等電位連接現狀
大部份基站內的監控機房內部等電位連接是不十分規范的。包括:所有不帶電的金屬物件、機柜、機殼都沒有就近接地等電位處理;機房走線架沒有形成閉合環路并 接地等電位處理;電源系統沒有采取非直接接地等電位處理;天饋線系統沒有采取非直接接地等電位處理等;機房傳輸機柜內部采取不同回路接地處理,造成機柜機 殼與光纜線路內部的金屬加強芯、金屬護套之間產生巨大電位差,雷擊損壞設備。
設計依據
依據國際電工委員會IEC標準、中國GB標準與部委頒發的設計規范的要求,該建筑物和大樓內之通信機房等設備都必須有完整完善之防護措施,保證該系統能正 常運作。這包括電源供電系統、不間斷供電系統,空調設備、通信網絡、微波通信設備等裝置應有防護裝置保護。
1、GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》
2、GB50343-2012 《建筑物電子信息系統防雷技術規范》
3、GB50174-2008 《電子信息系統機房設計規范》
4、YD5098-2005《通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規范》
5、YD5068-98《移動通信基站防雷與接地設計規范》
6、IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》
7、YD 2011-93《微波站防雷與接地設計規范》
二、移動通信基站機房綜合防雷設計方案
一、總述
移動通信機房一般是由電源系統、局內通訊系統、局外通訊系統、交換系統、信號監控系統、天饋線傳輸系統、中繼傳輸系統等構成的一個綜合的、有機的通信網絡 機房系統,室內空間狹縊、設備繁多;防雷的目的是保證各系統都能正常工作,不受雷電的干擾和破壞。將需保護的通信機房作為一個整體,堵塞所有的雷擊入侵渠 道,實行分區和等電位連接的原則,在工程實施中按規范執行,才能起到全面的保護效果。
根據防雷分區的概念可以知道,不同防雷區之間的電磁強度不同,除直擊區外,內部防雷區因電磁衰減而與外部防雷區的雷擊電磁強度不一樣。因此,作好屏蔽措 施,在一定程度上可以防止雷電電磁脈沖的進入。那么,穿越防雷區界面的線路就成了雷擊的主要通道。作好穿越防雷區的線路上的防雷,無疑是整體防雷的重點。
除了線路入侵和電磁感應之外,雷電電磁脈沖進入內部防雷區的渠道還有接地系統。當雷擊在地網附近,雷電流通過接地線下地,地網瞬間的高電位可能通過接地線 反擊設備,造成破壞。由此可以得出,綜合防雷不僅僅包括避雷針和電源電涌保護器,還包括屏蔽與接地等其它有助于減少電磁強度的措施。
IEC TC/81將整體防雷總結為:D-B-E-S技術—即分流(Dividing)、均壓(Bonding)、接地(Earthing)、屏蔽 (Shielding)四項技術的綜合。只要綜合考慮四項措施,嚴格符合基站防雷接地規范,就能起到理想的防護效果。
在工程實施中,四項核心技術必須貫穿始終。而有的機房站為非標準機房,為租借的普通民用建筑,屏蔽措施無法達到要求,再整改加強屏蔽不大現實,只有從合理 安裝電涌保護器、改善接地系統等角度入手解決問題。按照全面防護,綜合治理的原則,提出以下系統整體防雷方案(如圖3-1所示)。
(1)、制雷擊點
根據滾球法設計,正確選用和安裝避雷針,由它控制雷擊點,使微波塔、天線等設施免遭直接雷擊。
(2)、安全引導雷電入地網
使電子設備遠離雷電流下行通道,或是選用多層屏蔽引下線,避免雷電流在下地時引起的側向跳火,減小對周
圍設備,電源和信號電纜的磁場感應。
(3)、完善的低阻抗地網
降阻劑、化學地極、銅帶的配合使用,可獲得更低的沖擊接地地阻,使雷電能量能迅速泄放至大地。
(4)、做好等電位連接,避免地電位反擊
按規范實施聯合接地和等電位連接,以避免地電位反擊造成的設備損壞。
(5)、電源浪涌沖擊的防護
在電源進線處加裝多級合格的電源電涌保護器,有效抑制雷擊浪涌的沖擊。
(6)、數據、通訊及信號線浪涌沖擊的防護
做好接地,加裝有效的信號電涌保護器,防止雷擊浪涌自信號線引入損壞設備。

移動通信基站機房綜合防雷設計方案圖

圖3-1、綜合防雷六點方案
二、移動基站機房新型綜合防雷工程保護措施
1、移動通信基站綜合雷電防護工程保護的預期目標
(1)、利用先進的整體防雷控制理念,有效控制雷擊落雷電,并能通過提前放電模式,將雷電能量在較低值時對地放
電,防止強雷電能量過度聚集,對地發生劇烈的放電,從而加大防護的效能。
(2)、建設合格的雷電泄流通道,避免交換機房因為發生雷電反擊而造成設備損壞事故。
(3)、建設合格的防雷接地系統,避免基站附近發生雷電跨步電壓傷害事故。
(4)、基站設置合格的外部防雷接閃裝置和接地系統,避免雷擊金屬供水管道發生二次雷害事故。保障在基站發生雷
擊時,不會發生雷擊人身的安全事故。
(5)、機房置合格的內部防雷系統和等電位連接系統,將暫態過電壓抬高對機房內通信設備的損壞降低至最低值。
(6)、移動通信基站機房的綜合防雷系統主要設計四大部分:
a) 電源系統的防雷保護。
b) 光纜的防雷等電位連接。
c) 機房整體等電位工程改造技術方案。
d) 通信系統的防雷保護。
2、移動通信基站機房電源系統的防雷保護
據IEC統計,在所有的雷害中,大約85%以上的損失是由感應雷造成的。
YD5068-98規范中第3.1.9條規定要求在低壓電力線進入交流屏前,安裝可靠的防雷器件。國際電工委員會防雷技術組織(IEC/TC81)的國際通行規范IEC61312-1給出了防雷保護區概念,并對各種適用的電涌保護器提出具體技術要求。
根據IEC的統計,自然界中首次雷擊電流幅值超過200KA的機率不到2%,首次雷擊電流波形為10/350μs。由于外部防雷的接閃和電磁的衰減,約有 50%的雷電能量入地,因此IEC-61312規定了作為處在LPZ 0-A 和LPZ 0-B 防雷區之間的首級電涌保護器的放電流,應達到100KA (10/350μs)。考慮到符合電氣安全的設備,其耐過壓能力一般是工作電壓的2-3倍,因此作為最內部的防雷器的殘壓要求在1600V左右,對精細的 電子設備要求更低。由于雷擊的強度與設備的耐壓水平懸殊,IEC經過實踐證明,只有分級保護才能達到這一要求。
參照以上規范的有關條文,對于各移動通信基站機房的電源感應雷防護,為達到良好的防護效果,應該采取如下措 施:
(1)、線路宜采用電纜埋地方式,不得將架空線路直接引入機房;當難于全長采用電纜時,允許從架空線路上換接一段有金屬鎧裝的電纜或護套電纜穿鋼管埋地引入。在入戶端電纜的金屬外皮、鋼管等必須與接地匯集排相連。
(2)、做好等電位連接,其目的在于減小大樓內各金屬部件及各(信息)系統相互間的電位差。不僅對機房內部的金屬部件及(信息)系統,而且對進入機房的金屬部件及(信息)系統均應在入戶端作等電位連接。
(3)、供電系統的接地處理:
如果供電線路為TN-S三相五線或單相三線制,則直接將PE線作為第一級B類等電位連接器接地線;如供電為TN-C三相四線或單相二線制,應按規范 YD5068—98的3.1.5條款改為TN-C-S局部三相五線或局部單相三線制,將N線重復接地,再從接地點并接一條新的PE線,同時作為電源防雷箱 的接地。所有等電位連接器的接地線均應按“就近原則”接入接地系統。
機房內的交流配電箱處應實行三相五線制或單相三線制,或是局部三相五線。其中的PE線接配電箱及電源防雷箱連接器接地線;不是三相五線或單相三線時,應從機房地網匯集排單獨引出地線作為PE地線。
直流電源防雷設備的接地線可直接接機房接地匯集排。
電源防雷箱的接地線應盡量短、粗,可根據長短選擇16-35mm2多股銅線,連接必須可靠。
(4)、在基站機房交流電源的總進線端(即機房總交流屏總空氣開關下端)加裝多級性能良好的電涌保護器。加裝電源電涌保護器可以迅速泄放雷電流能量,箝制雷電流的高電壓。
設計采用B、C兩級配合等電位連接保護就能使基站機房達到最佳和最經濟的安全防范,經過兩級保護后,殘壓恒小于1500V。
第一級采用通信機房專用B+C類浪涌保護設備TPS B+C/10 4P或由此模塊構成的電源智能防雷箱,安裝在機房總交流配電箱空氣開關下端,對地并聯在三根相線和中線上,直接用35mm2銅纜接地至總接地線,并不通過交流配電屏接地。這樣可防范10/350μs、100KA的雷電波,達到IEC規定能量的上限。為防止電涌保護器件損壞而造成短路故障,電涌保護器輸入端應設空氣開關或gL、gG保險絲,容量為63A。
根據IEC 364-4-442,為防止變壓器高壓側某一相對變壓器殼短路,造成用戶側相線對地產生持續高電勢差,建議第二級采用通信機房C類浪涌保護設備TPS C40 3P+N或由此模塊構成的電源智能防雷箱,即3個C類浪涌保護器分別由三根相線對中線安裝,再加上1個C類浪涌保護器,連接在中線和地線間。保護器安裝在基站機房交流電源柜內,通過室內等電位均壓環接地。為防止電涌保護器件損壞而造成短路故障,電涌保護器輸入端應設空氣開關或gL、gG保險絲,容量為 32A。
(5)、電源智能防雷箱內使用的核心技術和核心元器件全部由同為公司采用成熟產品,并都具有遙控監測觸點、損壞報警指示和雷擊計數功能。符合信息產業部對通信機房防雷技術規范所有功能要求。
(6)、由于一般的基站機房相關通信設備距離開關電源距離較長,我們建議選擇安裝電源第三級直流浪涌保護器TPS-D10-48V,抑制前級較高的殘壓對后端弱電設備的干擾。安裝在開關電源直流輸出處,通過直流配電屏接地,或者直接安裝在基站設備和傳輸設備的電源輸入端。建議第三級采用D類防雷設備 TPS-D10-48V或者TPS-D10-JF系列插座。

電源系統三級防護示意圖

電源系統三級防護示意圖
3、光纜的防雷等電位連接
通信光纜對機房設備的造成的雷害通常是由光纜的金屬加強芯引起的。金屬光纜在雷電的作用下,會在其金屬構件上產生感應電流,縱電動勢,使金屬構件熔化,外護層擊穿,甚至中斷通信。
光纜受雷電影響主要有以下方面:
(1)、金屬構件熔化。雷電流進入金屬護套,纜芯導體與金屬護套將出現沖擊電壓,擊穿金屬構件間介質而發生電
弧,使金屬構件熔化外護層被擊穿。
(2)、針孔擊穿。雷電大地產生地電位升高,使光纜塑料外護套發生針孔擊穿,土壤潮氣和水通過針孔侵蝕光纜金屬
護套,從而降低光纜使用壽命。
(3)、形成孔洞。雷電流通過雷擊針孔擊穿金屬護套會而形成孔洞,進而損傷光纖。
(4)、結構變形。雷擊大地造對光纜的放電而引起的壓縮力會壓扁光纜,引起結構變形,增大傳輸損耗乃至中斷通
信。
(5)、雷電流進入金屬護套并沿光纜敷設傳輸進入基站機房,對傳輸設備和其他電子設備出現沖擊電壓和雷擊損壞。
光纜的防雷等電位措施:
(1)、在選擇光纜線路路由時,應與高大的樹木、獨立建筑電桿、高壓架空電力電纜等保持一定的間距。
(2)、在光纜上方敷設防雷線。當大地電阻率小于500歐姆米時,敷設兩條防雷線。
(3)、采用架空光纜吊線間隔接地,一般500-1000米接地一次。
(4)、在強雷區采用非金屬加強芯光纜,或者超厚PE外護層的光纜。
(5)、使用無金屬光纜。對進入機房的光纜,從末端接頭盒至機房的一段光纜改用無金屬光纜,但對鼠害嚴重的地區
慎用。
(6)、光纜以埋地方式進入機房。對使用有金屬加強芯的光纜,可將光纜敷設在金屬管內或使用直埋光纜埋地進入機
房,埋地長度宜不小于30m,一般可從線路終端桿開始埋設,埋地的金屬管或直埋電纜的金屬屏蔽層兩端應就
近可靠接地。
(7)、光纜架空進入機房
a)、將光數混合架或光纖終端盒盡量設置在光纜進口處。
b)、對光纜金屬加強芯的接地安裝應作妥善處理。光纜安裝時,應將光纜加強芯和光纜終端盒內專用的加強芯 接地 母排妥善連接,同時將加強芯接地母排直接與室外饋線接地排相連,布放的接地線宜不小于35mm2,且宜短、直。若與饋線接地排距離較長(大于2m),也可與室內接地匯集線就近連接。此外,加強芯專用接地母排應與光纜終端盒體和機架內金屬體進行電氣隔離。
對于重要的移動通信基站機房,宜在機房外專設接地母排,用于光纜金屬加強芯和金屬護套的接地,該接地母排應就近與地網相連。光纜金屬加強芯在此接地后將不再引入機房內。
4、移動通信基站機房整體等電位工程改造技術方案
(一)、進入機房的電纜等電位連接
(1)、進入機房的電纜應由埋地進入機房,并一般應選用具有金屬外護層的電纜。
(2)、沒有金屬外護層的電纜,應穿鋼管道出入綜合通信大摟,鋼管應與外設的環形接地體電氣連接。
(3)、在綜合通信大摟設立電纜入口設施(CEF)如通信大摟的進線室,通過電纜入口接地排(CEEB),將電纜入
口設施各個戶外電纜連接到MET或者環形接地體進行連接。
(4)、進入綜合通信大摟的光電纜金屬外護層,應根據實際情況盡可能靠近建筑物戶外電纜的入口處的設施進行接地
(5)、進出線孔,各類纜線金屬外護層的接地引入點也應避免在建筑物外側柱內作為雷電引下線的柱子附近設立或引
入。
(6)、進局電力電纜均應先通過SPD等電位連接后,再與通信設備相連。
(二)、通信設備的接地
(1)、總配線架必須就近接地,是關系到配線架的保安單元能否對交換機用戶板起到有效保護的關鍵問題。在通信機 房總體規劃時,總配線架宜安裝在機房進線室附近,接地引入線應從地網兩個方向就近分別引入(從地網在建筑物預留的接地端子接地或從接地匯集線上引入)。
(2)、機房內通信設備及其供電設備正常不帶電的金屬部分,電力電纜的保安裝置接地端,以及電纜的金屬護套全部就近接入新設置的機房等電位均壓環上。
(3)、安裝在綜合通信大摟的通信設備內部一般不宜將電源正極和機殼連接。
(4)、DDF架ODF機架或列盤應做就近接入新設置的機房等電位均壓環接地保護。
(5)、交換機房內設備保護地線應單獨從機房內地線匯流排或新設置的機房等電位均壓環上就近引接,不準從 交換機電源正極引接。
(6)、數據服務器及機架應接入新設置的機房等電位均壓環做接地保護。
(三)、機房內輔助設備的接地
(1)、室內金屬支架,至少應有兩根從接地匯流排或新設置的機房等電位均壓環引入的接地線。
(2)、室內的走線架及各類金屬構件必須就近接入新設置的機房等電位均壓環,各段走線架之間必須電氣連接。
(3)、進局電纜的SPD接地端及電纜的金屬護套均應就近接入新設置的機房等電位均壓環做接地。
(四)、通信電源的接地
(1)、采用集中供電的綜合通信大摟電力室的直流電源接地線必須從接地總匯集線上引入。其它機房的直流電源接地線亦可從分匯集線或新設置的機房等電位均壓環上引入。
(2)、機房的直流電源接地垂直引線長度超過30m時,從30m處開始,應每向上隔一層與接地端子連接一次。

無流零線與大樓內的接地總匯集線連通圖

無流零線與大樓內的接地總匯集線連通圖
(3)、采用分散供電的高層綜合通信大摟直流電源接地線應從分匯集線或新設置的機房等電位均壓環上引入。
(4)、引入大樓內的交流電力線宜采用地下電力電纜,其電纜金屬護套的兩端均應作良好的接地。
(5)、交流供電變壓器高壓及低壓側均應設SPD,當專用變壓器離局(站)遠時,交流中性線(零線)應按
規 定在入戶處作重復接地;當專用變壓器安裝在局(站)院內時,應將變壓器的接地體與大樓的接地體連通。交流 供電線中的無流零線應與大樓內的接地總匯集線連通,連接方式如圖3-2所示;當專用變壓器安裝在大樓內時,其接地系統可合用大樓的接地裝置。大樓內所布 放的交流供電線路中的中性線(零線),應采用絕緣導線。交流配電屏上的中性線(零線)匯集排應與架的正常不帶電金屬部分絕緣。
(6)、高層綜合通信大摟內所有交直流用電及配電設備均應采取接地保護,其接地線應從接地匯集線上接入,嚴禁采 用中性線作為交流保護地線。
(7)、電力變壓器的機殼、低壓側的交流零線,以及與變壓器相連的電力電纜的金屬外護層,應就近接地。
(五)、設備保護接地其他要求
(1)、PE線中嚴禁裝有開關和能斷開PE線的任何保護裝置,接頭處必須使用工具才能斷開。
(2)、機房內各類通信系統的各類保護、工作接地均要接在同一總接地匯流排上。若原來通信系統有自己獨立地網,則應在地下與其他地網包括環形接地網做多處互連,而不是在地面上或在總地排做互連。
(3)、數字通信設備的機架保護接地,應從接地總匯集線或機房內的分接地匯集線上引入,并應防止通過布線引入機架的隨機接地,并防止通過走線架在電氣上連通。
(六)、其它設施的接地
(1)、機房樓頂的各種金屬設施,均應分別與樓頂避雷接地線就近連通。
大樓頂的航空障礙信號燈、節日彩燈等的電源線應選用具有金屬護層的電纜,或將電源線穿入金屬管道內布放,其電纜金屬護層或金屬管道應每隔5m~10m與避雷帶或避雷接地線就近連通。
(2)、機房內各層金屬管道均應就近接地。
(3)、大樓內的金屬豎井及金屬槽道自身節與節之間應確保電氣接觸良好。金屬豎井上、下兩端均應就近接地,且從離地面30m處開始,應每向上隔一層與接地端子就近連接一次。金屬槽道亦應與機架或加固鋼梁保持良好連接。
(七)、機房內布線
(1)、局內射頻同軸布線電纜外導體和屏蔽電纜的屏蔽層兩端,均應與所連接設備的金屬機殼的外面保持良好的電氣接觸。
(2)、在工程實際中,應充分利用現有的金屬走線槽和走線架,屏蔽電纜和金屬走線槽的配合使用可獲得附加的屏蔽效能。
(3)、當綜合通信大樓地處雷害區或臨近有強電磁場干擾源,樓高超過30m時,樓內的垂直布線(含地線)宜考慮設置金屬豎井或其它防干擾措施。機房內的架間布線宜采用金屬槽道進行屏蔽。
(八)、集中監控系統的接地
(1)、在設計時,將機房監控系統對線路進行屏蔽、合理布線、等電位連接、接地及加裝SPD等措施,抑制雷電浪涌與監控系統間的耦合路徑,最大程度地減小感應過電壓、反擊過電壓以及雷電侵入波對監控系統的危害。
(2)、監控線纜及線槽的布放應盡可能避免緊靠建筑物的立柱或橫梁。在不可避免時,應盡可能地減小沿立柱或橫梁的布線長度。
(3)、線纜的布放應盡量遠離鐵塔等可能遭受直擊雷的結構物,應避免沿建筑物的墻角布線。
(4)、室內各種監控線纜的布放應盡量集中在建筑物的中部。
(九)、設置機房等電位連接均壓環
(1)、移動通信基站機房可以采用星型接地結構(S型結構)—網型接地結構(M型結構)混合型接地等電位連接的方式,一般而言,交換機應該采用星型接地結構(S型結構),其它通信設備宜采用網型接地結構(M型結構)。
(2)、基站機房室內接地等電位均壓環的設置
根 據通信行業標準《通信局(站)防雷與接地工程設計規范》YD5098-2005和中國移動集團公司的企業標準《基站防雷與接地技術規范》QB-W- 011-2007對移動基站的防雷接地有著明確和細致的要求,并完全認可和推廣基站整體等電位系統防雷保護的措施。并要求基站的接地電阻應不大于10Ω,機房內安裝的防雷設備接地點連接到地網(接地匯流排)的距離不大于0.5米。 而由于以上兩點要求受基站所在地理地質環境、投資成本和基站機房特點的限制,在很多地方無法完全做到。如城區大量的基站不可能逐個解決基站的接地引下線過 長、過遠與地網連接的問題;不能完全保證基站都能新建可靠的接地網系統;在部分高山基站,解決接地系統的接地電阻要求往往投入很大人力物力也未能達到規范 要求;由于基站內的接地匯流排的位置限制,接地的引線往往長達十幾米,造成防護能力的減弱。為了達到基站接地電阻小于5歐姆的要求,往往耗費大量的財力、 人力、物力來降低基站的接地電阻,有的基站甚至投入十數萬元的資金,耗時幾個月,造成巨大的成本投資壓力。
根據通信行業標準《微波站防雷與接地設計規范(YD2011-93)》、國際電工委員會《Protection of Structures against Lightning》IEC 61024、國際電工委員會(IEC)標準《Protection against Lightning electromagnetic impulse》(雷電電磁脈沖的防護)IEC 61312對雷電防護理解和具體措施,在接地電阻無法達到更高的要求的情況下,可以通過整體等電位連接及綜合接地系統處理的方式,達到防雷保護的目的。
等電位連接,按照IEC61024的術語解釋,是內部防雷裝置中,能減小由雷電流引起的電位差的那一部分。通俗的說,是指把建筑物內所有金屬物,如混凝土 內的鋼筋、自來水管、煤氣管,以及其它金屬管道、機器基礎金屬物和大型的埋地金屬物、電纜金屬屏蔽層、電力系統的零線、防雷建筑物的接地線,統統用電氣連 接的方法連接起來(焊接或可靠的導電連接),使整個建筑物空間成為一個良好的等電位體。另外,為了保證人身安全,這個等電位體的電位也是越低越好,所以, 必須全部可靠接地。
當感應雷電進入到建筑物內的某一金屬部分時(如電源線路、信號線路、各種金屬管道等),如果沒有作好等電位連接,該部分受感應的金屬物由于與其它金屬部 分存在電位差,電位差值到達一定峰值時,金屬體之間非常可能放電。而相關的弱電設備,由于核心部分(芯片)的耐壓值低,當瞬間放電出現急劇上升的高電壓 時,芯片就會出現誤動作,以至于燒毀;反之,如果有良好的等電位連接措施,那么,該部分與其它金屬部分之間沒有電位差,則不會出現放電現象,也就不會出現 設備因為雷擊而誤動作甚至于被損壞的現象。
移動通信基站的情況也是一樣,當感應雷電進入到基站內的某一金屬部分時(如電源線路、信號線路、天饋線、接地引入線、走線架及各種金屬部分),如果沒有作 好等電位連接,該部分由于與其它金屬部分存在電位差,就非常可能放電,而基站內的穩壓器、交流配電屏、直流電源、GSM等設備,由于核心部分(芯片)的耐 壓值低,當瞬間放電出現急劇上升的高電壓時,芯片就會出現誤動作,以至于燒毀;反之,如果有良好的等電位連接措施,那么,該部分與其它金屬部分之間沒有電 位差,則不會出現放電現象,也就不會出現設備因為雷擊被損壞的現象。
目前,基站內一般只設有一塊保護接地匯流排(總地線匯集排),一般固定在接地 引入線進入基站的穿墻處或交流配電屏的下端。由于基站內的設備分布的比較分散,有些設備的接地處理就比較勉強,只能通過較長的接地線進行連接,與規范要求 的小于0.5米的距離相距甚遠。為了縮短接地線,有些設備的接地線就直接連接到走線架上,而且連接部分也不做任何處理,甚至有些走線架根本就沒有可靠接 地。
那么,怎樣才能讓基站內的所有金屬部分完全成為一個等電位體,并且等電位體的電位又處于最低,就成為需要我們解決的一個新問題。解決的辦法只有一個,那就 是把基站內所有的金屬部分可靠接地:能直接接地的直接就近接地,不能直接接地的就通過特殊的等電位連接體(電涌保護器)就近接地。
具體措施如下:
1、 為了室內分散的通信設備和其它金屬部分就近接地,設計使用40×3mm的銅排,在基站內部沿走線架或內墻建成一個閉合的環行的等電位連接帶,所有的設備和 其它金屬部分可以在最短距離內連接到接地匯集排上,銅排表面噴漆處理,可以從工藝上使銅排與基站內設備渾然一體。機房內各設備的接地系統、不帶電的金屬外 殼等應就近與室內等電位均壓環用16mm2BVR銅導線進行可靠連接。包括交流電源配電箱、開關電源、GSM設備、3G設備、 SDH設備、ODF、DDF、環境監控設備、走線架、金屬門窗、饋線接線架、饋線防雷器等。機房內通信電纜的屏蔽層、走線槽(架)、吊掛鐵架、機架或機 殼、金屬通風管道、金屬門窗、防靜電地板及支撐架等亦都要可靠連接到室內等電位均壓環上。
2、為了達成基站內部整體等電位,將基站內所有設備和其它金屬部分通過上述所建造的閉合等電位連接帶可靠連接。
3、為了保證等電位體的電位最低,并且在雷擊發生時泄流最快,將閉合的等電位連接帶從四個不同位置通過四根95mm2BVR的接地引入線就近與地網焊接連通。
4、為了保證在雷擊發生時,電源線路和信號線路的工作部分(電源金屬線和信號金屬線)也能在瞬間達成等電位,在電源線路和信號線路上分別安裝電源電涌保護器和信號電涌保護器(如饋線)。
5、 根據IEC的要求,一般機房的等電位連接方式有兩種,一種是網狀連接,一種是星形連接。對于通信移動基站機房,最好是采用網狀連接,因為機房內采用大星形 連接,易在設備間產生較大的電位差而損壞設備。而采用網狀連接,可避免以上問題的發生。如圖1-2(右圖為等效圖)所示的方法加以改造,即將大星形連接改 成網狀連接。

機房設備的接地改造圖

圖1-2、機房設備的接地改造圖
這時的電位差,可根據下式算出:U=Ldi/dt+IR如引線長1m,入侵的雷電流為20kA(8/20us),則每米導線上的電壓降為3.6kV,如果 等電位連接點提高到a點(a至設備B之間為0.5m, a至PE之間為4.5m ),則設備A和設備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房設備較多的情況下使用。
6、采用網狀連接,可在機房內部的墻壁上沿機房走線架的高度設均壓環,該均壓環從機房的四角或與電源系統等電位連接器及天饋接地線(等電位連接器)與均壓環的連接處用鍍鋅扁鋼或不截面積不小于95mm2的BVR銅線引出并和機房環形地網相連,所有連接皆采用焊接的方法并進行防銹蝕處理。
7、應將光纜在進入機房后,增加光纜終端盒,并將其中加強芯就近入地(條件允許時,應直接接在地網上)而不能接在均壓環上。避免由加強芯上感應的過電壓對機房傳輸設備的影響。
等電位連接改造方法的效果分析: 綜上所述,機房內電源類和信號類設備的損壞,均是由于電源線或信號線上有感應過電壓,造成設備間的不等電位,形成電位差,使得設備內元器件被擊穿。只有通 過等電位的方式來減小設備間的電位差,有雷擊或感應過電壓時,機房內設備因處于基本相同電位中,就降低了由電位差引起的電位反擊的概率,形成了水漲船高的 形態,從而減少了設備的損壞率。機房內等電位分兩種:一種為穩態的等電位,即等電位接地排、設備間等電位線、雙引下線等;一種為瞬態的等電位,即電源線與 地線、直流電源正負極、信號線與地線通過防雷器形成的等電位、饋線與地線間的等電位等。機房內設備間只有當這兩種方式等電位均做好了,才能夠降低設備被電 磁干擾、雷擊、感應過電壓所破壞的危險度。
機房內電源類和信號類設備的損壞,一般是由于電源線或信號線上有感應過電壓,造成設備間的不等電位,形 成電位差,使得設備內元器件被擊穿。只有通過等電位連接的方式來減小設備間的電位差,在雷擊時,由于機房內設備因處于基本相同電位中,就降低了由電位差引 起的電位反擊的概率,形成了水漲船高的形態,從而減少了設備的損壞率。機房內等電位分兩類:一類為穩態的等電位,即接地排、匯流線、設備的接地線、地網之 間的連接等;另一類為瞬態的等電位,即電源線與地線、直流電源正負極、信號線與地線、設備內部通過防雷器形成的等電位、饋線與地線間的等電位、避雷針的引 下線與地網等的連接。機房內設備間只有當這兩種方式等電位做好了,才能夠降低設備被電磁干擾、雷擊、感應過電壓所破壞的危險度。
5、移動通信基站機房電源系統的防雷保護
①饋線
天 饋通道是雷擊感應的主要通道,因此,同軸電纜除了其金屬屏蔽層就近接地外,還應選擇加裝不同的天饋避雷器。因SPD 存在一定的插入損耗,會對天線輻射信號的強度造成影響,選擇時應保證其損耗盡可能小,阻抗和工作頻率等指標與通信設備相匹。同軸電纜SPD 一般在室外端和室內與設備的接口端分兩級設置,其接地端子應就近接到機房外同軸電纜入口處的接地體上,以便讓從同軸電纜芯線傳來的雷電能量逐級泄放到大 地,防止引入感應雷電流。
②信號線
基站的信號線一般采用2Mb/s 線,其芯線在設備接口處也應加裝相應的信號避雷器,盡可能減少浪涌電流對通信設備的影響。
在設置SPD 時,還應考慮它的保護范圍。這是因為在SPD 和需要保護設備之間的線纜上,由于雷電波的反射效應造成振蕩電壓,其幅值與線路長度、負載阻抗成正比。如果線纜較長,SPD 上的殘壓加上線纜的壓降仍可能損壞設備,不能起到保護作用。所以,SPD 應靠近通信設備安裝,但有時設備不一定恰好設置在防雷區的交界處,這時應在通信設備處再加裝一個SPD。
◆信號線路的防護:
信號線進入機房后,在連接到基站信號設備前應安裝信號電涌保護器,以防止來自信號線引入的感應雷。可選towe信號產品:TTS-RJ45-E100/4S等,根據實際信號設備類型,參數選擇搭配。
◆饋線系統的保護:
同軸電纜線進入機房后,在連接到基站設備前應安裝天饋電涌保護器,以防止來自天饋線引入的感應雷。可選towe饋線信號產品:TGS-G-N-50MF等,根據實際設備接口類型,參數選擇搭配。

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