通信电源系统防雷知识

通信电源系统防雷知识

一、危害

今年，济南地区雷雨天气尤为频繁，频繁的雷击造成了人员伤亡，财产损失，同时也给我公司的通信设备造成了严重损害。雷击的产生轻则损坏设备电源板、用户板，重则烧毁重要通信设备，严重影响了我公司通信系统的正常运转，并将会造成巨大的损失，直接损失即为造成高昂的设备损坏，同时也会造成话费损失、客户追偿、客户流失等间接损失更是难以估测。

电路板及元器件损坏

设备损坏

二、雷电简介一）雷电产生

雷电是一种自然现象，其物理成因仍处于探索阶段，比较流行的是起电学说。

根据这种学说，雷电源于异性电荷群体间的起电机制。这里所说的异性电荷既可以是带大量正负极电荷的雷云，也可以是附有大量感应电荷的大地或物体表面。同时，异性电荷之间存在着电场，当电荷量增大或电荷间距缩小时，电场强度增大，若场强增大到超过空气的击穿场强，就会发生大气放电现象，伴随着强烈的光和声音，这便是人们常说的电闪雷鸣。

二）种类

我国的雷种主要有直击雷、球雷、感应雷和雷电侵入波等四种。

危害通信电源的雷击，大部分是雷电侵入波或感应雷，若通信电源遭直击雷或球雷，安装在附近的其他电信设备一般也将被损坏。

雷电侵入波是雷电发生时，雷电流经架空电线或空中金属管道等金属体产生冲击电压，冲击电压又随金属体的走向而迅速扩散，以致造成危害。

感应雷是指感应过压。雷击于电线或电气设备附近时，由于静电或电磁感应将在电线或电气设备上形成过压。没听到雷声并不表示没有雷击。

三）现状

由于城市规模扩大，城市热岛效应加剧，高层建筑造成大气静电场畸变，使雷击概率增大。同时，城市基础通信设施大幅增加，也大大提高了雷击概率。通信设备遭到雷击的严重威胁。

另外，导致雷击灾害频繁发生的一个重要原因是，人们防雷意识仍停留在传统避雷针阶段，对感应雷和雷电侵入波造成的危害没有深刻了解。

三、通信行业特殊性

一）概述

通信行业有其自身的特点，主要表现在如下方面：

1.通信系统复杂程度

通信系统涵盖内容多样，设备种类繁多，诸如电源、信号、高频、低频、有线、无线等各个方面。设备、线路等极易引起雷击事故，防不胜防。

2.通信系统环境

不同的地理环境及各类通信系统不同的用电制式用电环境也决定了通信防雷的特殊性。

二）雷击问题突出的原因

近年来，在通信系统中雷击问题日益严重，综合来讲，主要原因如下：

1.设备数量增加

设备数量增加是个显而易见的问题，例如，80年代邮电部建设资金约2亿/年，现今已大于1000亿/年。

2.集成化程度提高，增加了设备敏感性

美国通用电气研究表明，现有电子电气的抗浪涌等干扰能力较50年代下降106～108倍。

3.大气污染造成气候环境恶劣，雷击频发

据不完全统计，我国城市状况总体来说相当于每周面对一次雷击的风险。

四、通信电源的防雷

一）雷击通信电源的主要途径

1、电力变压器高低压侧的电力线。

2、微波、移动基站用的铁塔避雷针及天馈线。

3、出入局（站）的通信电缆。

4、通信机房。

5、通信系统的接地线。

6、水管等金属物体。

二）供电线路和设备的防雷措施

（1）通过接地体泄放到大地，这是防雷最常用的方法。

（2）分流：实际上也是一种泄放到大地的一种，比如铁塔避雷针通过引下线接入到地网。

（3）屏蔽：是利用各种金属体来阻挡和衰减施加在电子设备上的电磁干扰和过电压能量，具体可分为建筑物的屏蔽、房间的屏蔽、设备的屏蔽和各种线缆的屏蔽。

（4）限幅：用避雷器件连接到电路中，当电压超过一定值时，就会短路泄放到大地。其目的是抑制从线路传导来的过电压和过电流。

（5）均压：平衡各处电位，焊接各处接地体使之共地共网，实际上就是我们常说的联合接地。

（6）高抗雷强度：即提高设备、电力线路、通信线路、建筑物等抗雷击的能力。

接地电阻的阻值要求愈小愈好，不能超过规定值，根据我国目前的规定，各种通信局站的接地电阻值不应超过规程规定的标准。

具体措施有：

1．变压器高、低压侧均应各装一组氧化锌避雷器，尽量靠近变压器装设。

2．严禁采用架空交、直流电力线进出通信局站。

3．埋地引入通信局站的电力电缆应选用金属铠装或穿钢管的护套电缆，护套两端就近接地。

4．自通信机房引出的电力线应采用有金属套管或将其穿钢管，在屋外埋入地中的长度应在10米以上。

5．通信局站内的交直流配电设备极电源自动倒换控制架，应选用机内有防雷措施的产品。

6．在市电油机转换屏输入端、交流配电屏输入端三相线及零线分别对地加装避雷器，在整流器输入端、不间断电源输入端、

通信用空调输入端均应按上述要求加装避雷器。

三）常见问题综述

通信机房设备雷击防护常见问题如下：

1.过度依赖外部防雷

2.缺乏对直击雷的认识

3.缺少分级防护

4.接地

5.安装规范

四）解决方案

1．过度依赖外部防雷

该问题的产生主要是因为忽视了感应雷的危害，仅在机房安装避雷针及地网等。

要做好防雷措施，首先要了解雷击保护的分流模式。一个完整的雷击电流通过如下途径泄放：

50％雷电流泄放入地

另外50％通过其他途径泄放：

大约10％从水管泄放（金属）

大约10％通过煤气管道泄放（金属）

大约10％通过输油管泄放（金属）

大约10％通过电力线缆泄放

最多大约5％或5KA的电流通过通信线缆泄放

由此，解决方案为：对核心设备提供必要的内部屏蔽；安装防雷器；采用等电位连接措施等。具体描述如图：

2．缺乏对直击雷的认识

该问题主要体现在防雷标准引用错误，仅采用8/20μs保护。雷击冲击电流波形的定义为下图：

雷击放电的模拟波形为：

一个雷击放电的能量效应可以通过10/350μs脉冲电流波形来

进行模拟。

从而可见，感应雷定义为8/20μs，直击雷定义为10/350μs，直击雷能量为感应雷的20倍。如图所示：

因此，相对于该问题，最直接有效的解决放案为采用正确的防雷标准，即采用10/350μs等级的防雷器。

3．缺少分级保护

该问题体现在常规防护仅在开关电源内配备C级防雷器，而缺少分级保护，这样一来，防雷效果大大降低。

针对该问题可根据雷击能量测算及设备敏感度设置多级防护。设置方法描述为：

4．接地

主要表现为三地分开，未采用等电位连接，易引发地电位反击。采用等电位连接方案为：

5．安装不规范

防雷器的安装细则为：

a．防雷器安装需要依据IEC61312的要求进行

b．已保护线路不可与未保护线路进行并行布防，否则会在已保护线路上重新产生感应现象

c．防雷器的连接线长度应小于0.5m，否则过长的连接线会产生额外的电压降，仍然使设备损坏

d．防雷器需要与接地系统有良好的连接，如果防雷器安装在配电箱内，配电箱的接地排要有一根16平方米以上的导线

与接地系统连接。

对安装规范纠正如下：

a.采用凯文接线方式

b.各级防雷之间需要留有规定的距离，或串接退耦装置

c.导线线径严格按照IEC61312标准的要求

d.线路走向规范，已保护线路不可与未保护线路并行布放

五、小灵通基站的防雷

小灵通基站点多面广，大多分布在室外楼顶，防雷非常重要。

1、基站的接地，大多采用大楼顶部的避雷带，利用铜芯电力线使基站接地排和大楼避雷带相连，连接前一定用正确的测量方法测量避雷带的接地电阻，如果接地电阻太大不能满足要求，要更换地点或从地面做接地网，然后通过引入线接到小灵通基站的地线排。

2、基站电源采用的是220V交流电源，宜采用铠装电缆，两端的金属护外层应可靠接地，电源线应设在避雷带的下方，距离远时，中间应进行接地。

3、严禁电源线、信号线架空进入基站。

4、避雷针应可靠接地，每个信道尽可能加装信号避雷器。基站的选址要尽量考虑防雷

五、安全用电知识

电气安全涉及到人身安全和设备安全，这两个方面都不能忽视。

1、安全用电技术措施

安全用电对人身安全而言，是防止触电事故的发生。触电分为直接接触触电和间接接触触电两种，不同的触电现象应采用不同的防护措施。

（1）直接接触防护措施

有绝缘、屏护、间距、漏电保护装置等几种基本措施。

绝缘：使用绝缘材料把带电体封闭起来，从而隔离带电体或不同电位的导体，使电流能按一定的路径流通。常用的绝缘材料有瓷、玻璃、云母、橡胶、木材、胶木、布、纸、矿物油等。

屏护：利用屏护装置将带电体与外界隔绝，以防止人体触及或接近带电体，引起触电、电弧短路或电弧伤人。常用的屏护装置有遮拦、护罩、护盖、箱盒等。

间距：在带电体与地面之间，带电体与带电体之间、带电体与其他设备之间距保持一定的间距和距离。间距的大小决定于电压高低、设备类型及安装方式等。

漏电保护装置：在电路中采用高灵敏度、快速型漏电保护装置。其额定漏电动作电流不超过30mA，最大分断时间不大于0.25S。漏电

保护装置只能作为其他防护措施的补充防护，不能作为唯一的直接接触防护。

（2）间接接触防护措施

通常采用接地、接零等防护措施。

接地、接零保护：采用接地、接零保护措施后，当电器设备发生故障时，线路上的保护装置会迅速动作，切断故障电路，从而防止间接触电事故的发生。

双重绝缘：为了防止基本绝缘损坏或失效而引起触电事故，在基本绝缘层之外另加一层独立的附加绝缘。

（3）自动断开电源：采用适当的自动元件和连接方法，如采用熔断器、低压断路器的过滤脱扣器、热继电器以及漏电保护装置，当故障发生时，能在规定的时间内自动断开电源，防止接触电压的危险。

2、安全操作规定

（1）倒闸操作：指合上或断开开关、闸刀和熔断器等操作，应按规定的操作顺序操作，复杂的倒闸操作时应一人监护，一人操作。基本程序是：切断电源时，应先停低压，后停高压，先断分路负荷再断主闸刀，防止带负荷拉闸；合上电源时，应先送高压，后送低压，先合主闸刀再合分路负荷开关，防止带负荷合闸。

（2）不停电工作的安全规程：是指交、直流电源设备在日常维护中或工程割接时，工作人员必须带电工作时的安全操作规程。一般规则是：不停电工作必须严格执行监护制度，由经过训练的熟练工作人员操作，专人监护。工作中工具的裸露部分必须包扎绝缘物。带电割

接必须事先向有关部门书面报告，有关部门批准后方能实施。

3、接地系统

接地是指电器设备的某一部分与土壤间作良好的电气连接。与土壤直接接触的金属导体成为接地体。连接与接地体和电气设备之间的金属导线称为接地线。

接地按供电性质分直流接地系统和交流接地系统。直流接地系统是为了降低通信系统中电磁感应和杂波电压对通信品质的影响将电源基准电位的某一电极接地，而建造的接地系统。交流接地系统是为了使三相交流电的相电压及线电压保持三相间相对平衡而将中性点接地，而建造的接地系统。

按用途可分为工作地、保护地、防雷地。保护接地系统是为了防止设备内部因带电部分绝缘损坏而使不带电部分带电或因感应电荷积累使不带电部分带电，而将这部分接地，如金属外壳、机架等。防雷接地是为了给雷电流提供向大地泄放通路而建造的接地系统。工作地的作用是保持系统电位的稳定性。工作地一般由两组组成，可以是线状也可以做成网状。两组接地体间距大于5米，效果较好。

接地电阻越小越好，不能超过规定值，按新规程要求要联合接地，即防雷地、工作地、保护地、大楼地共同合用一组接地体的接地方式称之为联合接地。这种接地方式适用于现代通信设备数字化和程控化，具有良好的防雷和抗外界电磁干扰的能力。