通信电源基础及防雷与接地简介

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通信电源基础及防雷与接地简介,移动设计院 唐为民,1,第一部分 通信电源基础知识,一、通信电源概述,二、通信电源系统的组成,三、通信电源系统的发展,四、,UPS,系统,2,一、通信电源概述,1、通信局（站）供电的特点,重要性，供电中断造成的损失大。,复杂性，高稳定电源的实现环节多。,供电种类多：,380V、48V、24V,等。,供电对象多：通信设备采用直流供电。,局内建筑采用交流供电。,监控、计费等采用,UPS,供电。,3,一、通信电源概述,2、通信电源的作用,提供满足通信设备要求的工作电源,电源的安全、可靠是保证通信系统正常运行的重要条件，好比通信系统的心脏，是不允许中断的。,电源中断将使整个通信系统陷入瘫痪，带来巨大的经济损失和严重的社会影响。,4,一、通信电源概述,3、通信系统对电源的基本要求,可靠性高；,要求在各个环节多重备份，保证可靠性。,稳定性高；,电压波动范围、杂音和瞬变电压满足要求。,效率高；,寿命长，电费成本低。,可维护性好；,自动化、智能化、模块化,5,一、通信电源概述,4、目前常用的直流供电系统,-48,V,供电。,目前为主流的供电制式。,采用-48,V,供电的原因：,平衡设备电位，作为良好的电位参考点，降低通信的噪声；,“+”极接地减小电缆、设备电化学腐蚀。,+24,V,供电；,个别设备仍采用，如,ERICSSON,的,GSM,基站，自动控制系统中的控制部件。,6,二、通信电源系统组成,1、组成框图,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,UPS,交流设备,防雷与接地系统,动力与环境集中监控,7,二、通信电源系统组成,2、各组成部分的作用,高低压配电：,主要有高压配电设备、变压器、低压配电设备组成，实现市电高低压转换和低压电能分配。,油机：,柴油发电机组，在市电停电期间提供备用交流电源。,交流配电屏：,输入市电或油机电，为各路交流负载分配电能。,UPS:,交流不间断电源系统，提供稳定可靠的交流电源。,8,二、通信电源系统组成,9,二、通信电源系统组成,整流器,电源系统的关键设备，将交流电转变为直流电，一方面通过直流配电屏给通信设备供电，另一方面给蓄电池组充电。,蓄电池组,交流中断时提供直流电，是直流不间断供电的基础条件。,直流配电屏,为不同容量的负载分配电能，并在负载异常时产生告警和保护，降低对其它通信设备的影响。,变换器,DC-DC,变换，提供满足通信设备要求的电源。,10,二、通信电源系统组成,几个常用定义,DC,DC,AC,AC,DC-DC,变换器,输入,输出,逆变器,整流器,调压或变频器,11,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,10,KV,380,V,48,V,A、,正常工作,3、各部分工作过程,12,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,10,KV,380,V,48,V,B、,市电停电，油机尚未启动,3、各部分工作过程,13,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,10,KV,380,V,C、,油机启动,3、各部分工作过程,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,48,V,14,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,10,KV,380,V,48,V,D、,市电来，进入正常工作,3、各部分工作过程,15,三、通信电源系统的发展,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,UPS,交流设备,1、集中供电方式,保证建筑负荷,通信空调,一般建筑负荷,16,1）几个常用术语,保证负荷：在市电中断的过程中应该由备用电源进行提供，供电等级高，如设备、空调、机房照明、消防等。,一般负荷：办公用房、电梯、土建其他用电。,保证照明：对应机房内的照明负荷。,一般照明：对应一般负荷。,事故照明：保证人员继续工作的照明,应急照明：消防疏散照明，等级较事故照明高。,17,优点：实现简单，代价小，在通信局（站）负,荷较小、供电种类少、设备单一时采用。,缺点：可控性差，任何一个设备故障都有可能,造成电源系统故障，故障面、故障风险,大，后果严重。,2）集中供电方式的优缺点,18,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,UPS,交流设备,2、分散供电方式,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,变换器,通信设备,其它设备,19,优点：故障的范围面小，可靠性高。,各直流供电系统可分层设置，也可以按,照通信设备系统设置，设置地点可为单,独的电力电池室，也可与设备安装在同,一个机房。,缺点：代价大，占地面积大，工程实施容易。,分散供电方式的优缺点,20,3）供电发展的方向,交流供配电电源走向集中,直流不间断电源走向分散,交流不间断电源相对集中,21,1、监控系统的结构,(,移动运营商,),4),、动力与环境监控系统,22,2、组网方式,BTS1,MUX,BTS2,MUX,CDMA,MUX,1个2,M,信道组网,BTS1,MUX,BTS2,MUX,BTS3,MUX,传输2,M,业务信道1,（,纯监控信息流）,SDH,传送网,传输2,M,业务信道2,（,纯监控信息流）,动力监控中心,2,M,业务信道1,2,M,业务信道2,说明：利用传输环内空余1个2,M,信道在基站内增加,MUX,组成链形或总线形专用监控网络。,1个2,M,信道组网,23,电信局的监控监控组网,24,第二讲 电源的原理与应用,第一节：整流器的原理简介,第二节：蓄电池组的原理简介,第三节：简单应用,主要内容：,25,复习通信电源系统组成框图,高,低,压,配,电,市电,油机,交,流,配,电,屏,整流器,整流器,直,流,配,电,屏,蓄电池,逆变器,变换器,通信设备,交流设备,其它设备,UPS,交流设备,防雷与接地系统,动力与环境集中监控,26,第一节：整流器的原理,整流器发展和分类,目前常用,PWM,型开关电源。,经历3个发展阶段：线性电源、相控电源和开关电源。,线性电源：功率调整管和负载串联分压，调整分压比来保证输出电压不变。,相控电源：改变晶闸管的导通相位角来稳压。,开关电源：功率器件,IGBT,处于开关状态，采用,PWM,方式控制功率器件的开关状态。,27,线性电源工作原理,整,流,电,路,工,频,变,压,器,滤,波,电,路,负反馈,通信设备,380,V,+,U,R,-,U,O,U,N,U,N,=U,O,-U,R,说明：通过改变晶体管电压进行稳压。,28,相控电源工作原理,整,流,电,路,工,频,变,压,器,滤,波,电,路,负反馈,通信设备,晶闸管,相位控制,380,V,a,说明：通过晶闸管导通角,a,进行稳压。,29,开关电源工作原理,整,流,电,路,高,频,变,压,器,负反馈,通信设备,IGBT,PWM,电路,380,V,滤,波,电,路,IGBT,管工作在开关状态，通断频率高。,PWM,产生的脉冲宽度控制,IGBT,导通时间,改变,y,宽度。,y,30,频率高、体积小、重量轻，可制成模块式；,效率高，寿命长。,均流技术使多模块运行,提高系统容量和可靠性。,功率因素高，符合环保需要并降低使用成本。,智能化给维护工作带来方便。,开关电源成为通信网的主导基于以下主要特点：,开关电源的主要特点,31,开关电源的典型配置（交换局）,交流,配电屏,（380,V）,直流,配电屏,(48,V),有高阻,低阻区分,监控模块,整流模块,整流模块,整流模块,整流模块,整流模块,整流模块,开关电源容量单位,：A,蓄电池组,I,蓄电池组,II,32,33,34,35,36,开关电源的典型配置（基站）,直流配电,整流模块,整流模块,整流模块,整流模块,整流模块,交流配电,1、基站是综合的小容量电源,2、交流屏对应交流配电单元,3、直流屏对应直流配电单元,4、基站电源多了,LVD,功能,脱离非重要设备；,脱离电池组,37,BTS,直流供电系统,传输,开,关,电,源,架,蓄,电,池,组,蓄,电,池,组,预留负荷,基站电源系统,38,39,交流供电系统,市电,开关电源,空调,照明及其它,油机电,交,流,配,电,箱,市,电,油,机,电,转,换,屏,浪,涌,抑,制,器,基站电源系统,40,开关电源的容量计算,主要计算整流模块的数量：,按,N+1,冗余方式配置,其中：,I,LOAD,本期负荷电流；,I,BATT,电池充电电流，按,0.1,C,10,考虑；,I,REC,单个整流模块的容量。,41,1、蓄电池组的定义和分类,定义：储存电能的一种设备，将充电时得到的电能转化为化学能储蓄起来，又能及时将化学能转变为电能。,分类：固定电池、移动电池；酸性和碱性电池,讨论固定式酸性电池。,条件：反应物质和电解液组成电解池。,正极为,PbQ2,负极为,Pb,电解液为,H,2,SQ,4,组成：极板、隔板、电池槽、电池阀等。,第二节：蓄电池组的原理,42,2、蓄电池组原理,目前常用阀控式密封铅酸蓄电池（,VLRA)。,工作原理：,PbQ,2,+2H,2,SO,4,+Pb PbSO,4,+2H,2,O+PbSO,4,(+),(-) (+),(-),充电,放电,特点：密封程度高；,水分不易蒸发，采取抑制气体产生的方法，,极少有酸雾溢出，基本无污染；,对温度敏感。,容量单位,：Ah,43,蓄电池组的安装情况,电池立放,电池卧放,44,3、蓄电池容量的选择,主要根据市电状况、负荷大小配置,其中：,K,安全系数,1.25,I,近期负荷电流,T,放电小时数（,h,）,t,最低环境温度（,5,）,放电容量系数,电池温度系数,0.006,放电,小时,2,3,6,10,0.61,0.75,0.88,1,45,第三节：-48,V,电源系统应用,需要明确的几个概念：,A、,接地,必要性：,直接影响到通信的质量和电源系统的正常运行，保障人身和设备安全。,接地的作用：,直流工作接地，稳定工作基准电压，减少线路串话。,直流电源“”极接地，减少电缆、设备电化腐蚀。,通信设备金属外壳等接地，减小电磁感应，达到机壳屏蔽作用，减小杂音干扰。,避免过电压危及人身和设备安全，让过电流尽快入地。,46,接地的分类：,工作接地：电源系统的极性接地，仅在电源侧接地；,其他专业一般指电源的正极。,保护接地：各类设备、金属器件的接地。,防雷接地：泄放雷电流的接地，主要针对建筑物而言。,第三节：-48,V,电源系统应用,B、KVA,与,KW,为交流电源功率的计量单位。,KVA：U,与,I,的乘积，包括有功功率和无功功率2部分,。,KW：,有功功率计量单位，为,KVA* 。,47,第三节：-48,V,电源系统应用,C、,直流线路压降,定义：在供电过程中线路上的电压损失，等于线路首端,末端的电压差,作用：用来计算直流电源线径。,-48,V,系统3.2,V,概念：,满足通信设备最低供电允许电压下，蓄电池组放电,终了电压与最低电压的差值。,48,第三节：-48,V,电源系统应用,直,流,配,电,屏,蓄电池,通信设备,机,房,配,电,屏,0.5V,X,3.2V,0.5V,0.4V,0.2V,X,一般在11.5,V,左右。,49,-48,V,电源系统应用,1、电源设计的内容：,各类通信设备交直流负荷的估算，交直流电源设备的配置及安装，相关电源线的线径核算与选择，以及交直流供电系统和室内外接地系统的设计等。,50,2、电源设计的分工,作用：明确工程设计界面和责任界面。,分工包括：与建设单位的分工；,与电源设备厂家分工：,与各专业分工：,主设备有电源柜则以电源柜输入端为界,无电源柜则由电源专业与主专业协商。,-48,V,电源系统应用,51,例1：某局新增设备负荷为48,V/50A，,远期负荷为100,A，,设备与电源的距离为20米（蓄电池组放电时间按3小时计算，最低环境温度为5，整流模块容量为50,A/,个）。,-48,V,电源系统应用,52,计算,步骤：蓄电池组,根据公式： 查表得,=0.75,将各类数据代入，其中,I,100A,则,Q540Ah，,蓄电池可选择600,AH。,蓄电池组平时使用2组，则每组容量为300,AH。,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,53,计算,步骤：开关电源,考虑2个方面，1、开关电源机架容量,2、本期配置整流模块的数量。,根据公式：,将各类数据代入,其中,I,50A，,则,N2.2,个，取3个，根据,N1,冗余，则整流模块需要4个。,开关电源机架容量应大于300,A。,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,54,问题1：计算开关电源和蓄电池组的容量,关于设备的安装,开关电源,EMC,以达到标准，可与主设备共机房。,蓄电池组基本无酸溢出，也可与主设备共机房。,蓄电池组较重，如48/300,AH,重量约550,Kg,1000AH,约在1.8吨，四层安装单位面积荷载,通常在1吨左右。需要分层安装。,一般高层基站根据设备按一层或二层安装；,交换局电池室一般在工艺阶段提荷载要求，,后期加固往往比较困难。,55,工程上常用固定压降分配法计算：,电源配电端子至设备一般取11.5,V。,根据公式：,将各类数据代入,其中,I,100A,Y,铜的电导率57，则,S47mm,2,取,S50mm,2,。,注意：供电路数应当根据设备要求定。,问题2：计算开关电源至通信设备的直流电源线,56,例2：某局交流设备负荷为,6KVA，,计算：,1、单相220,V,供电时，电源线径。,2、三相380,V,供电时，电源线径。,-48,V,电源系统应用,57,工程中常用载流量计算：方法是根据计算电流与电源线额定载流量比较来选择。,计算1：,计算电流,I6000/220=27A。,查交流电源线额定电流表，得6,mm,2,电源线额定电流为35,A。,则选择该截面电源线。,计算2：,计算电流,I6000/380/ =9A。,查表得4*1.5,mm,2,可满足要求。,交流电源线径计算,58,四芯电缆载流量表,单芯电源线载流量表,主线芯截面,（,mm,2,),中性线截面,（,mm2),1KV,（四芯，,35,0,C,）,载流量,主线芯截面,（,mm,2,),RVVZ,（单芯，,35,0,C,）,载流量,(A),4,4,25,1,16,6,6,33,1.5,20,10,10,44,2.5,27,16,16,60,4,36,25,25,81,6,47,35,35,102,10,64,50,50,128,16,90,70,70,159,25,119,95,95,195,35,147,120,120,224,50,185,150,150,260,70,229,185,185,298,95,281,240,240,339,120,324,150,371,185,423,240,480,59,四、,UPS,系统概述,60,UPS,的主要作用,1 为什么要使用,UPS？,为了保护重要设备（网络、服务器、,DCS,等)免受,断电,及市电电网中存在的动态或静态,干扰,的影响，不至造成数据丢夭、硬件损坏、控制误动、传输误码率降低等不良后果,。,2 什么是,UPS？,UPS,是英文,Uninterruptable Power System,的缩写，中文名叫,不间断电源,。,3,UPS,的主要作用是什么？,市电故障时,，通过电池放电和逆变器输出，维持继续向负载供电。用于保证供电的连续性，可以等效为一台,发电机,。,市电正常时,，,UPS,是一个具有稳频稳压功能的,高性能滤波器,。保证向负载提供无动静态干扰的纯正弦波的高品质交流电源,61,双变换在线式,UPS,通用结构框图,整流器,逆变器,蓄电池,静态开关,维修旁路,主市电输入,UPS,输出,62,UPS,的基本组成部分,整流器,将输入的,交流电转化为恒定电压的直流,一路给蓄电池进行补充,电， 一路送给逆变器以便转化为交流供给负载使用。,逆变器 将整流器或蓄电池送来的,直流转化为交流输出,，,以便供给负载,使用。,蓄电池,能量储存装置,。,作用是市电供应中断时，能通过逆变器继续向,负载维持交流电能的供给。,静态开关,二路输入一路输出的高速转换开关,，,转换时间可认为是零,毫秒。 二路输入分别是逆变器和市电送来，输出送至负载。,维修旁路开关,以便,UPS,常规保养或故障检修时，在不中断负载运行条件,下将,UPS,退出运行并与系统隔离,，保证操作时设备和人员,的安全。,63,UPS,分类（按工作方式）,后备式,线路交互式,双变换在线式,DELTA,变换式,64,后备式,UPS,工作原理,（1）市电正常时，,UPS,处于后备状态，由市电直接向负载供电；同时，市电经整流后向蓄电池浮充电，逆变器不工作。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,65,（2）市电停电时，蓄电池才对逆变器充电，并由,UPS,的逆变器向负载提供交流电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,后备式,UPS,工作原理,66,后备式,UPS,的特点,效率高,低成本,占地小,部件少,容量小,逆变器不在线,416,ms,转换时间,方波输出,输出电性能指标差,67,双变换在线式,UPS,原理与特点,（1）市电正常时，市电电源经整流变换成直流电，直接驱动逆变器向负载供电，同时也给蓄电池充电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,68,（2）当市电停电时，由蓄电池放电驱动逆变器工作。对逆变器而言，它的输入端电压一直存在，故负载可不间断供电。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,双变换在线式,UPS,原理与特点,69,（3）当整流器、逆变器、蓄电池中任何部件故障或者负载故障过载时，由静态开关将负载转换至旁路。,静态开关,负载,整流器,逆变器,蓄电池,市电,双变换在线式,UPS,原理与特点,70,逆变器在线,抗尖峰冲击,静态旁路应付过载及内 部故障,零转换,(转向静态旁路的时候才有,1ms,左右的中断),发电机兼容性好,输出特性好,效率低,成本高,部件多,占地大,容量大,双变换在线式,UPS,原理与特点,71,线路交互式,UPS,原理与特点,效率高,充电快,噪音低,部件少,占地小,滤波特性,容量中等,对频偏反应差,逆变器不在线,阶跃负载反应差,逆变器受热冲击,峰值因数差,无旁路,72,（1）,正常工作时,：市电经,Delta,逆变器为负载供电，主逆变器稳定系统输出电压，市电和系统输出的电压差由,Delta,逆变器补偿。,市电故障或市电电压超出允许的极限时,：系统转入蓄电池供电方式，主逆变器为负载供电。因为主逆变器始终连接在系统输出端，在从市电供电向蓄电池供电的转换过程中不会产生供电中断。,Delta,变换,UPS,原理与特点,（2）和线路交互式类似，正常情况,等效稳压器、 输出不隔离。,73,UPS,实际应用系统框图,输,入,配,电,屏,UPS,蓄电池,输,出,配,电,屏,负载,市电输入,油机电输入,转换开关,注：方框中的部分一般要求供货厂家提供。,74,UPS,的配置,UPS,容量的确定,电池后备时间,工作方式的选择,75,UPS,容量的确定,统计本期负载的功耗；,结合发展规划，确定中远期的总功耗；,考虑至少3050%安全余量；,UPS,的配置,76,UPS,的配置,电池后备时间,主要取决于市电供应情况,油机发电机组的配置,维护响应时间,UPS,的容量,工程中简易方法：,1.25*,S*t=V*AH,77,UPS,的配置,UPS,工作方式的选择,单机工作方式,串联备份工作方式,并联冗余工作方式,78,UPS,的配置,单机工作方式,单机工作方式是,UPS,最常见的和最基本的工作方式，它一般使用在不能停电的,一般负载,场合，其可靠性较差。,79,UPS,的配置,串联备份工作方式,双机热备份也是为了大大提高供电系统的可靠性，它和双机并联一样，也是使用在特别重要的场合。,其工作方式是：,UPS2,的输出作为,UPS1,的旁路输入，正常时,UPS1,处于主用状态，承担,100%,的负载，,UPS2,处于热备份状态；,UPS1,故障，则由,UPS2,转为主用，承担全部负载；,UPS1,、,UPS2,均故障，则由市电经静态旁路开关直接对负载供电。,缺点：主备机老化程度不一，易造成切换失败。或需要定期倒换。,UPS2,UPS1,市电输入,负载,80,UPS,的配置,并联冗余工作方式,两台,UPS,并联的必要条件时,同频、同相、等幅,，因此必须有一个并联控制器，它主要完成同步锁相、均流及并联管理等功能。,UPS,并联的目的是为了大大提高供电系统的可靠性，它往往使用在特别重要的场合。,其运行模式是：两台,UPS,均正常时，各承担,50%,的负载；当其中某一台,UPS,故障，由另外一台承担,100%,的负载；当两台,UPS,均故障时，市电经静态旁路开关直接对负载供电。,UPS1,UPS2,输,入,配,电,屏,输,出,配,电,屏,市电输入,负载,81,82,第二部分 防雷与接地简介,83,为什么要防雷,现代的通信网络，大规模采用了计算机和集成电路技术，抗干扰能力特别是抗瞬变干扰能力和临界损坏能量大大降低，其可靠性直接威胁到网络全程全网的畅通。,近年来，愈来愈多地出现了电子设备的损坏问题，发生的部位大多集中在线路与设备的结合部、数据输入输出部：如计算机系统的接口、,MODEM、,路由器；交换机的用户板、电源板；与天馈线相连的无线设备机架、,PCM,通路盘；传输设备的光电接口、用户交接箱；配线架保安单元等。,电源系统遭受雷击甚至引起全局性的瘫痪，给通信行业带来难以挽回的社会和经济损失。采取有效的防护措施和防护手段势在必行。,84,1950,1960,1970,1980,1990,干扰变量,/,设备内置电子元件数量,时间,抗干扰能力,真空管,晶体管,集成电路,2000,个人电脑,为什么要防雷,85,遭受雷击的局站规律,架空缆线进局；,局(站)建筑在该地区高度突出；,较为孤立；,地处江、河、池、湖边等局(站);,以前曾遭受雷击的局站；,山区、风口等位置处的局站易受雷击。,86,雷电产生机理,雷电电磁场的产生原因很复杂，其基本机理是：,云中或是在云对地之间的的电场强度并不是到处一样的，而是一个非常不均匀的电场，当云中电荷密集处的电场强度达到,25,30KV/cm,时，就会由云向地开始先导放电，当先导通道的顶端接近地面时，可诱发迎面先导，当先导与迎面先导会合时，即形成了从云到地面的强烈电离通道，这时出现极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，雷鸣和电闪都伴随着出现。,主放电阶段存在的时间极短，约,50,100MS,，主放电的过程是逆着先导通道发展的，速度约为光速的,1/20,1/2,，主放电的电流可达数十万安，是全部雷电流的主要部分。,87,雷电产生机理,主放电到达云端时就结束，然后云中的残余电荷经过主放电通道流下来，称为余光阶段。,由于云中电阻很大，余光阶段对应电流不大（约数百安），但持续时间却较长（,0.03,0.15S,）。由于云中可能同时存在着几个电荷中心向第一通道放电，因此雷电多呈多重性，每次放电相隔,600MS,到,800MS,，放电的数量平均,2,3,次。,88,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,电场,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,雷电产生机理,89,雷电特点,雷电流具有两大特点，一是幅值大，二是持续时间短。,由雷电流产生的磁场是一瞬变的电磁场，这一瞬变磁场的幅射对在一定范围内的微电子设备造成干扰，又因瞬变磁场产生的电磁感应对电压与雷电流的大小及变化速率成正比，并与雷击处的距离成反比，由于雷电流极大的幅值和陡度，其感应电压可达相当高的幅值，是对微电子设备安全运行的最大威胁，其也可沿着传输线、供电线侵入、干扰甚至损坏设备。,90,强雷电波形模拟,-40,-20,0,0,200,400,600,800,t (s),100,300,500,700,900,经过几毫秒（,ms,）,首次雷击,后续雷击,实测的雷电流脉冲波形,雷电流脉冲模拟波形, 10/350 s,I,imp,1100,I (kA),91,直击雷电流脉冲波形, 10/350 s,感应浪涌电流波形, 8/20 s,感应雷波形,92,直击雷,感应雷,直击雷击中线路并沿导线或电缆流过大量的雷电流，同时引起几千伏的过电压直接加到线路装置和电源设备上,感应雷通过雷云之间或雷云对地的放电，在附近的线缆或用电设备等导体上产生过电压,雷击分类,93,雷击发生时产,生极大峰值和,陡度的雷电流,雷电流在周围,空间产生强大,的变化磁场,磁场中的导体,感应出较大的,过电压,感应过电压通,过传导线击,毁设备,感应雷电造成机房设备损坏的原因,94,接地的必要性,接地系统是通信电源系统的重要组成部分，它不仅直接影响通信的质量和电源系统的正常运行，还起到保护人身安全和设备安全的作用。,通信回路接地,在电话和公用电报通信回路中，利用大地完成通信信号回路。,在直流远距离供电回路中，利用大地完成导线大地制供电回路。,减少由于用户线路对地绝缘不良时引起的串话。,95,接地的必要性,保护接地,将通信设备的金属外壳和电缆金属护套等部分接地，以减小电磁感应，达到屏蔽的目的，减小杂音的干扰。,防雷接地,为了避免由于雷电等原因产生的过电压而危及人身和击毁设备，应装设地线，让雷电流尽快入地。,防腐接地,避免电路板、地下金属管线腐蚀而设置的接地。,96,接地系统的组成,1,、地,接地系统中所指的地，即一般的土地，不过它有导电的特性，并且具有无限大的容量，可以用来作为良好的参考电位。,2,、接地体,为使电流入地扩散而采用的与土地成电气接触的金属部分。,3,、接地引入线,把接地电极连接到地线排（或地线汇集排）上去的导线。,4,、地线排,专供接地引入线汇集连接的小型配电板或母线汇集排。,5,、接地配线,把必须接地的各个部分连接到地线排或地线汇流排上去的导线。,97,雷击破坏的机理,我们以遭受雷击相对较多的移动通信基站来分析雷击破坏的机理。,下面分情况进行讨论：,1)雷击机房避雷针或避雷网,（以楼顶塔为例）,98,雷击破坏的机理,99,机房遭受雷击，计算,BTS,设备高度处雷电引下线上的电压：设该设备距地面高度为,A。,瞬态电压计算公式：,U,0,iR,CH,+L,0,*L,A,di/dt+iR,0,U0,设备,A,高度处引下线电压值（,KV）,i ,雷电流（,KA）,L0,引下线单位长度电感（,H/m）,LA,设备,A,距地面高度即引下线长度,di/dt,雷电流陡度（,KA/S）,R,CH,大楼接地体冲击电阻,R0,引下线电阻,雷击破坏的机理,100,假设：,RCH5,R00.5，i,峰值=100,KA，di/dt50KA/S,LA=10m，,导体电感,L160H/100m。,则设备,A,高度处引下线电压值,U01.35MV。,后果分析：,A、,如设备,A,未与地网可靠连接，雷击时设备,A,电位仍停留在0伏，其与引下线间电压值为1.35,MV，,而空气的击穿场强约为0.9,MV/m，,则发生空气击穿，称为“侧闪” ，闪击距离约1.5米。,雷击破坏的机理,101,B、,如设备可靠接地，设地网电阻为10,，,则机壳电压瞬时为100,KA101000KV，,可能超过设备绝缘水平，形成“反击”。引起机壳对电源板的放电，损坏电源板、电路板等。,雷击破坏的机理,102,2）雷击架空线路,雷击架空线路或其它平行线路，使线路上出现过电压，将直接损坏站内设备如交流配电屏、,PCM,信道盘等。,103,3）雷击铁塔,雷击铁塔避雷针，此时天馈线电压由2部分构成：电流流经塔体在天馈线内产生的互感电压和静电感应电压。互感电压值为,Mdi/dt，（M,为天馈线与塔体互感值），静态感应电压值近似为天馈线与塔体分布电容影响下的电流值与天馈线接地电阻的乘积。若天馈线屏蔽层未按标准将,A、B、C,点可靠接地，则内层导体感应电压值等于天馈线电压，将远远超过发射机架的工作电压。,104,4）感应过电压,雷电流通过引下线、室内接地线在周围空间产生强大的电磁场，对与之平行导体上如上下楼层电源线、通讯电缆等产生感应电压和感应电流，轻则使保护开关跳闸，电磁兼容性较低的设备工作不正常，重则损坏集成元器件。当导体有开口或间隙，开口处将产生火花，引起电气绝缘水平降低，增大电气事故发生的隐患，甚至引起火灾。,105,防雷接地方面的规范,国内相关防雷标准规范 ：,建筑物防雷设计规范（,GB50057,94,）,微波站防雷与接地设计规范（,YD2011,93,）,通信局（站）接地设计暂行技术规定（,YDJ26,89,）,移动通信基站防雷与接地设计规范（,YD5068,98,）,通信工程电源系统防雷技术规定（,YD5078,98,）,通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范（,YD/T 5098,2001,）,106,防雷的总体原则与概念,通信局（站）的雷击防护、防雷改造是一项系统工程，必须综合防护、整体实施；,必须结合建筑物的结构并做好系统的分级防护；,没有任何一种产品可以全面防止雷击造成的所有危害，因此，防雷改造需考虑经济性和可靠性的最佳化，安装保护设备的部位应有所选择，重点对雷击容易损坏的部位进行保护，做到有的放矢；根据设备的重要程度和地理位置进行有重点、有层次的保护。,雷电过电压保护应建立在联合接地的基础上。,贯彻内外防雷策略：,引、均、分、屏、地、保六字,。,107,接闪器,引下线,接地网,外部防雷保护,108,通信,局站,交流电源引入线,传输信号线,天馈线,计算机网络,对易引入雷电的四条路径，分别采取针对措施，安装相应的避雷器,内部防雷保护,109,楼顶避雷带,（,25,3,热镀锌扁钢,）,避雷带支柱高度为,150-,200,mm,的,12,热镀锌,圆钢，,埋设深度应不小于,50,mm,。,间距为,1-1.5,m,，,转弯处,间距不大于,0.3,m,，,且转,角两边应对称放置。,避雷带引下线,（,25,3,热镀锌扁钢）,引下线固定支架，高,度为,10-15,mm,，,间距,不应大于,2,m,。,注：,1,、避雷带在转角需转弯时，扁钢不应出现直角死弯，平,弯时最小弯曲半径为其宽度的两倍。扁钢连接其焊接长度为,宽度的两倍。,2,、避雷引下线沿建筑物外墙敷设时，其路经应尽可能短,而直。引下线应对称放置，引下线的平均间距不应大于,18,m,。,引下线的接地点应尽可能远离工作地在地网上的引接点，两,点之间的距离应不小于,5,m,。,建筑物的防雷,110,联合接地方式图,111,铁塔的防雷与接地（落地塔）,铁塔的防雷与接地（落地塔）,112,铁塔的防雷与接地（楼顶塔或抱杆）,113,电源系统的防雷,据统计，约有,50%,以上的雷电入侵波来自于电力传输线。因此对电源系统的防雷保护是重点。对此应采取层层设防、多级保护的原则，对电源系统进行完整的五级防护。即在：,电力变压器的高压侧,低压配电系统进线柜的输入端,交流配电屏的输入端,整流器输入端,通信设备直流输入端,分别加装相应电压等级、容量等级的过电压保护器、直流浪涌吸收装置等。,114,供电系统的防雷与接地,115,电源系统的防雷（续）,除了在设备上进行防护以外，对于局站内的架空交流引入线应一律改为地埋方式 ；,并应采用铠装电缆或普通电缆穿金属管保护、两端接地处理的方式进行改造。,这样就从供电线路和电源设备上有效阻止了雷电流的入侵。,116,引入基站的交流低压电力电缆和信号电缆宜从地下敷设。交流电力电缆应采用铠装电缆或穿金属管埋地后进入机房，电缆或金属管两端应作良好接地。,交流和信号线的防雷与接地,117,馈线的金属外护层应在：,铁塔顶部平台处（,A,点）,馈线离开塔身至天桥转弯处,上方 0.51米范围内（,B,点）,进入机房入口处外侧（,C,点）,作“三点接地” 。,A,B,C,天馈线系统的防雷与接地,EGB,118,馈线的金属外护层应在：,当铁塔高度超过60米时，还应在中部增加一处接地。,A,B,C,60,m,D,天馈线系统的防雷与接地（续）,119,馈线进入机房后与基站收发信机连接前应安装馈线避雷器，以防来自天馈线引入的感应雷。,避雷器接地端子应与室外的接地排,EGB,相连。,EGB,馈线避雷器,天馈线系统的防雷与接地（续）,120,天馈线系统的防雷与接地（续）,121,天馈线系统的防雷与接地（续）,122,天馈线系统的防雷与接地（续）,123,传输系统的防雷,需对出入局站的传输中继线采取如下的措施：,（,1,）尽可能采用全线,直埋方式,，或者至少在入局站前直埋。埋地光（电）缆的金属屏蔽层或金属管道在两端接地，光缆金属加强芯也一并接地。,（,2,）根据中继线的传输速率、工作电压选择合适的,信号避雷器,，安装在传输线缆与设备连接之前的线路中。,124,计算机网络的防雷,计算机网络中由于大量使用集成电路芯片等微电子元器件，对感应雷、静电干扰、电磁辐射干扰等引起的瞬间过电压及浪涌电压的承受能力大为减弱。,因此必须在信号线中串入,信号避雷器,：,如,RS232,串口保护器、,RJ11,或,RJ45,接口保护器、同轴网络保护器等，从而保证计算机网络系统的正常工作。,125,采用联合接地方式，按单点接地原理设计，即通信设备的工作接地、保护接地、建筑物防雷接地共用同一个接地体。,交换局接地电阻值要求小于1,，,基站接地电阻值要求小于5,。,铁塔地网,机房地网,变压器地网,接地系统的总体原则,126,机房为外租站时，应以设计资料为依据，找到房屋本身的接地引入线，或建筑物中起防雷作用的主钢筋，用镀锌扁钢焊接引入机房，作为机房接地线。因情况不明，无法利用房屋地线时，必须在房屋周围设一圈封闭接地环。,如机房为城区房屋，设封闭接地环有很大困难时，可沿房屋建,C,形或,L,形水平接地装置，其垂直接地体数量应相应增加。增设接地体施工时如挖出房屋原有接地网，应将接地体与房屋地网焊接连通，焊点不少于2处，以利于均压、分流，焊接处作防腐处理。,接地系统：特殊地区的处理,127,接地体材料应采用热镀锌钢材,垂直接地体：,可采用直径为50,mm,壁厚3.5,mm,的钢管,或50,mm*50mm*5mm,的角钢,水平接地体和接地引入线：,可采用40,mm*4mm,或50,mm*5mm,的扁钢。,垂直接地体长度为1.52.5,m，,垂直接地体间隔为其自身长度的1.52倍。接地体上端距地面不小于0.7,m，,且应在冻土层之下。,接地体：常规材料,128,接地体的埋设,129,接地体的焊接,130,室内接地系统,131,电源避雷器,主要技术指标,:,标称导通电压,:,在施加恒定直流,1mA,电流的情况下的启动电压。,泄漏电流：,在施加,75,的标称导通电压下流过的电流值。,通流容量：,在通过规定波形、规定幅值、规定次数以及规定频度的雷电冲击后，其品质不发生实质性破坏。,残压：,雷电放电电流通过时端子间所呈现的电压。,132,SD,型数据接口保护器,RJ,型数据接口保护器,Koax,型同轴保护器,双绞线保护器,信号避雷器,133,第一级,SPD,的容量应根据具体基站所处地区以及周边地形地貌等因素综合确定。如,雷击高发地区,高山站,有长距离架空线引入的局站,周边地形地貌较为开阔、空旷、孤立的站：选用,100KA,；其他局站可选用,60KA,。,SPD,的安装与供电制式也存在较大的关系，如基站大多采用的是,TT,供电制式，而部分与电信共址的基站可能采用的是,TN-S,制式。应注意供电制式不一样时对避雷器的配置及安装要求也不一样。,避雷器的配置及安装,134,避雷器的配置及安装,135,两级,SPD,之间距离的要求,两级,SPD,之间的距离满足同类型,3,5,米左右、不同类型（如电压开关型、限压型）,10,米的要求。,避雷器的配置及安装,136,防雷总结,引：引雷途径畅通,均：引雷过程中尽可能均压，给等电位联结创造条件。,分：分流。减少脉冲幅值和辐射。,屏：在均压和分流过程中注意屏蔽措施，减少对周围的空间感应。,地：良好的接地和等电位联结,保：针对内外部配置合适的避雷器。,137,谢谢,THANK YOU,138,