防雷接地基础.docx
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防雷接地基础
课程LA000003
防雷接地基础知识
ISSUE1.0
目录
课程说明书1
课程简介：
1
培训目标：
1
预备知识：
1
课程要点：
1
参考资料：
1
第1章关键词及简介2
1.1简介2
1.2关键词2
第2章防雷接地所依据的标准和规范3
2.1IEC相关标准3
2.2ITU-TK系列相关标准4
2.3国家标准、行业标准5
2.4公司内标准和规范5
第3章雷电知识简介6
3.1雷电的产生6
3.2防雷区的划分6
3.2.1防雷区的划分6
3.3雷电参数简介8
3.3.1雷暴日8
3.3.2雷电流波形8
3.3.3雷电波频谱分析9
3.4雷电过电压的形成9
小结10
思考题10
第4章雷电防护的基本原则11
4.1系统防护原则11
4.2概率防护原则11
4.3多级防护原则12
小结12
思考题13
第5章通信局站的防雷接地14
5.1通信局站的接地系统14
5.1.1简介14
5.1.2工作接地与保护接地15
5.1.3通信局站等电位连接的基本要求16
5.1.4移动站天馈系统外部防雷接地要求16
5.2低压配电系统简介17
5.2.1TN配电系统18
5.2.2TT配电系统19
5.2.3IT配电系统20
5.2.4与配电系统有关的接地故障21
5.3局内布线22
5.3.1交流电源线22
5.3.2普通的信号电缆22
5.3.3光纤的防雷23
5.4接地电阻24
5.4.1国内相关规范中的规定24
5.4.2接地电阻和防雷的关系24
小结25
思考题25
第6章通信设备防雷的基本措施26
6.1端口防雷设计26
6.1.1E1信号防雷器的设计案例27
6.1.2防雷器的使用要求和使用场合27
6.1.3防雷器的正确接地28
6.2通信设备的系统接地32
6.2.1基本原则32
6.2.2通信设备的系统接地设计33
小结34
思考题35
第7章常见问题36
7.1保护接地线的线径36
7.2接地电阻值问题38
7.3哪些设备需要做保护接地39
7.4接地错误理解－－设备采用单独的通信地39
7.5直流供电设备，机房内无保护接地排，配电柜的电源48V正极排能否做保护地40
7.6交流用电的设备，机房无保护接地排，能否通过交流电源的PE接地40
7.7终端接地，接交流电源线中保护地还是楼内的机房接地排41
7.8DDF架的接地42
7.9逆变器已做保护接地，终端设备是否需要保护接地43
7.10机架的绝缘问题43
小结45
思考题45
附录A：
接地电阻的测量方法46
A.1接地电阻的测量方法46
A.2测量注意事项46
附录B:
通信局站防雷接地检查通则48
B.1通信机房建筑物防雷48
B.2电源系统48
B.3电缆布放50
课程说明
课程介绍
本课程通过对雷电基础知识、雷电防护基本原则、通信局站的防雷接地、通信设备的防雷接地基本措施、常见问题处理的讲解，引导学员掌握通信设备防雷的基础知识。
培训目标
学完本课程后，学员能够：
●了解雷电基本知识以及雷电防护的基本原则
●掌握通信局站防雷接地的方式和基本要求
●掌握通信设备防雷的基本措施
●学会防雷接地方面一些常见问题的处理方法
参考资料
●YDJ26-89《通信局（站）接地设计暂行技术规定》
●YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》
●YD/T5098-2001《通信局站雷电过电压保护工程设计规范》
第1章关键词及简介
1.1简介
简要介绍雷电基本知识，雷电防护的基本原则，讲解通信局站的防雷接地方式和基本要求，说明通信设备防雷的基本措施，并给出工程安装和维护工作中的常见问题。
1.2关键词
防雷、接地、雷电保护、防雷区
第2章防雷接地所依据的标准和规范
2.1IEC相关标准
●wIEC61024Protectionofstructuresagainstlightning（建筑物的防雷）
IEC61024-1：
1990建筑物防雷第一部分通则
IEC61024-1-1：
1993建筑物防雷第一部分第一部分防雷装置保护级别的确定
IEC61024-1-2：
1998建筑物防雷第一部分第二部分防雷装置的设计、施工、维护和检测
IEC61024-2（草案）：
建筑物高于60米的附加要求
IEC61024-3（草案）：
火灾爆炸危险环境的建筑物的附加要求
●IEC61312Protectionagainstlightningelectromagneticimpulse（雷电电磁脉冲防护）
分五部分：
Part1：
Generalprinciples（通则）；Part2：
Shieldingofstructures,bondinginsidestructuresandearthing（建筑物的屏蔽、建筑物内等电位联结和接地）；Part3：
RequirementsofSurgeProtectiveDevices（浪涌保护器的要求）；Part4：
Protectionofexistingstructures（现有建筑物的保护）；Part5：
Applicationguide（应用指南）－Part1为正式出版物，Part2～4为草案，Part5没有出过文件。
第1部分简介：
目的－为建筑物或建筑物顶部信息系统有效的雷电防护系统的设计、安装、检查和维护提供信息。
简介－提供了不同保护级别下雷击点的雷电流参数（三个分量，其显著特点是首次雷击采用10/350us波）；提出雷电保护区（防雷区）的概念及划分方法，提出接地、屏蔽和等电位联结的基本方法。
其附录还给出了电磁耦合机理及耦合过程。
第3部分简介：
对SPD进行分类；防雷区内SPD的布置原则；SPD工作特性要求；能量配合
●IEC61663Protectionoftelecommunicationlinesagainstlightning（通信线路防雷）
分两个部分：
Part1：
Fibreopticinstallations（光纤装置）；Part2：
Subscriberlinesusingmetallicconductors（采用金属导线的用户线路）－现在都是草案。
●IEC61644Surgeprotectivedevicesconnectedtotelecommunicationsandsignalingnetworks（接至电信及信号网络的浪涌保护器）
Part1：
Performancerequirementsandtestingmethods（工作特性要求和试验方法）
2.2ITU-TK系列相关标准
●ITU-TK.11PrinciplesofprotectionagainstOvervoltageandovercurrents
过电压过电流防护原则，提出危险过电压过电流的来源；保护基本措施；保护器件的类型；危险性评估；线路的保护；设备的保护等方面的内容。
●ITU-TK.20Resistibilityoftelecommunicationswitchingequipmenttoovervoltageandovercurrents
交换设备耐过电压过电流的能力，将运行环境分为两类：
“非暴露”环境和“暴露”环境；给出交换设备在不同的运行环境中应具有的过电压过电流耐受能力；并给出试验电路及试验参数。
●ITU-TK.21Resistibilityofsubscriber'sterminaltoovervoltageandovercurrents
用户终端耐过电压过电流的能力，给出用户终端应具有的过电压过电流耐受能力；并给出试验电路及试验参数。
●ITU-TK.27Bondingconfigurationsandearthinginsideatelecommunicationbuilding
电信大楼内的联结结构和接地，提出了等电位联结和接地的基本概念和原理；提出了联结网的几种拓扑结构；给出了几种联结网的实施原则和电力配电实施原则；并在附录中给出了三个实例。
●ITU-TK.31Bondingconfigurationsandearthingfortele-installationsinsideasubscriber'sbuilding
用户大楼内电信设备的联结结构和接地，给出了用户大楼内电信设备等电位联结和接地的实施原则和电力配电实施原则。
●ITU-TK.35Bondingconfigurationsandearthingatremoteelectronicsites
远方电子场所的联结结构和接地，给出了远方电子场所的等电位联结和接地的实施原则和电力配电实施原则。
●ITU-TK.36Selectionofprotectivedevices
保护装置的选择，常用的保护器件的分类及其特性分析；提出了电信系统实施保护的基本策略；给出保护器件的失效方式；给出了保护器件的安装位置。
●ITU-TK.39Riskassessmentofdamagestotelecommunicationsiteduetolightningdischarges
电信场所的雷击危害性评估，提出了雷电过电压的耦合机制，危险性评估的原则及方法。
●ITU-TK.40ProtectionagainstLEMPintelecommunicationscentres
电信中心的雷电电磁脉冲防护，给出电信中心的雷电电磁脉冲防护的基本措施（防雷区的概念、接地、等电位联结以及合理布线）和附加措施（屏蔽）。
2.3国家标准、行业标准
●GB50057-1994建筑物防雷设计规范
●YD5098-2001通信局（站）雷电过电压保护设计规范
●YDJ26-89通信局（站）接地设计暂行技术规定（综合楼部分）
●YD2011-93微波站防雷与接地设计规范
●YD5068-98移动通信基站防雷与接地技术规范
●YD5003-94电信专用房屋设计规范
●YD5078-98通信工程电源系统防雷技术规定
●YD944-98通信电源设备的防雷技术要求和测试方法
●YD/T950-1998电信交换设备过电压过电流防护技术要求及试验条件
2.4公司内标准和规范
●C&C08交换设备接地规范
●C&C08交换设备接地规范补充说明
●HONET综合业务接入设备接地规范
●宽带多业务交换接入设备接地规范
●SDH传输设备接地规范
●SDH传输设备防雷与接地工程规范
●SDH传输设备防雷与接地设计规范
●服务器机柜接地规范
●排队机附属设备接地规范
●移动通信设备防雷接地规范（正在拟制）
●防护电路设计规范
●通信设备防雷测试规范
●相关产品的接地指导书
第3章雷电知识简介
3.1雷电的产生
雷电是一种自然现象。
它是由雷云产生的。
形成雷云必须具备以下三个条件：
1、空气中含有足够的水蒸气；
2、大气中的空气形成温度差，以使潮湿的空气形成强大的上升气流；
3、没有破坏或防碍强烈而持久的上升气流形成的因素。
大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。
在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。
根据放电电荷量进行的多次统计，90％左右的雷是负极性的。
3.2防雷区的划分
3.2.1防雷区的划分
将需要保护的空间划分为不同的防雷区，以规定各部分空间不同的电磁环境（雷电电磁厂的危害程度），同时指明各区交界处的等电位联结点的位置。
图3-1雷电分区保护示意图
以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。
LPZ0A：
本区内各物体可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；
LPZ0B：
本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场没有衰减；
LPZ1：
本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有可能衰减；
LPZ2：
本区内各物体不可能遭受直接雷击，电磁场有进一步的衰减
一个被保护的区域，从电磁兼容的观点来看，由外到内可分为几级保护，最外层是0级，是直接雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。
过电压主要是沿线窜入的，保护区的交界面通过外部防雷系统、钢筋混凝土及金属罩等构成的屏蔽层而形成，电气通道以及金属管道等则经过这些交界面。
图3-1是雷电保护区域划分的示意图。
SPD（SurgeProtectDevice）：
浪涌保护器的英文简称，公司内也叫做防雷器，用于保护设备接口免受雷击过电压和过电流的损坏。
在本文中，统一将SPD称为防雷器。
3.3雷电参数简介
雷电放电涉及到气象、地形、地质等许多自然因素，有一定的随机性，因而表征雷电特性的参数也带有一定的统计性质。
在防雷设计中，我们对雷暴日、雷电流波形、幅值等参数比较关心。
3.3.1雷暴日
为了表征雷电活动的频率，采用年平均雷暴日作为计算单位。
无论一天内听到几次雷声，只要有一次，该天就记为一个雷暴日，一天有多次，仍记为一个雷暴日。
雷暴日数与纬度有关，在炎热潮湿的赤道附近雷暴日数最多，两极最少。
关于我国的雷电活动情况，经实测与气象数据的研究得出的主要结论如下：
北回归线（北纬23.5癬）以南的大部分地区，年平均雷暴日数一般在80以上（但台湾省只有30－40左右，而广东的雷州半岛和海南岛则高达100－133）；北回归线到长江一带约为40－80之间；长江以北的大部分地区（包括东北）多在20－40之间；西北地区的大部分地方在20以下；西藏雅鲁藏布江一带约为50－80。
我国把年平均雷暴日不超过25的区域叫少雷区，25～40的区域叫中雷区，40～90的区域叫多雷区，超过90的区域叫强雷区。
在防雷设计时，要根据雷暴日的多少因地制宜。
此外，我们还应注意雷电季节的开始与结束时间。
一般而言，南方的雷电季节在2月份就开始了，长江领域则在3月开始，华北、东北地区在4月左右开始，西北地区较晚，一般在5月才开始雷电季节。
10月以后，除江南以外，其他地区的雷电活动几乎停止。
3.3.2雷电流波形
雷电流是一个非周期的瞬态电流，通常是很快上升到峰值，然后较为缓慢的下降。
雷电流的波头时间是指雷电流从零上升到峰值的时间，又称为波前时间；波长时间是指从零上升到峰值，然后下降到峰值的一半的时间，又称为半峰值时间。
由于在雷电流波的起始和峰值处常常叠加有振荡，很难确定其真实零点和到达峰值的时间，因此，我们常用视在波头时间T1和视在波长时间T2来表示雷电流的上升时间和半峰值宽度，一般记为T1/T2，如下图所示。
图3-1雷电流波形示意图
在IEC标准、国标中规定的雷击测试波形主要有：
8/20us、10/350us（电流波）、10/700us以及1.2/50us（电压波）等。
3.3.3雷电波频谱分析
雷电波频谱是研究避雷的重要依据。
从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布，根据这些数据可以估算信息系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小，进而确定适当的避雷措施。
通过对雷电波的频谱分析可知：
1.雷电流主要分布在低频部分，且随着频率的升高而递减。
在波尾相同时，波前越陡高次谐波越丰富。
在波前相同的情况下，波尾越长低频部分越丰富；2.雷电的能量主要集中在低频部分，约90％以上的雷电能量分布在频率为10kHz以下。
这说明了在信息系统中，只要防止10kHz以下频率的雷电波窜入，就能把雷电波能量消减90％以上，这对避雷工程具有重要的指导意义。
3.4雷电过电压的形成
雷电对信息设备产生危害的根源是雷电电磁脉冲。
雷电电磁脉冲包括两个方面，雷电流和雷电电磁场。
雷电流是产生直击雷过电压的根源，而雷电电磁场则是产生感应雷过电压的根源。
对于通信设备而言，雷电过电压的来源主要有以下几种：
1、感应过电压：
感应过电压是指雷击建筑物或其近区时，瞬态空间电磁场造成设备的损坏。
感应过电压包括电磁感应和静电感应两个分量。
静电感应过电压是由电容性耦合产生的，而电磁感应过电压则是由电感性耦合产生的。
对于建筑物内的各种金属环路或电子设备而言，电磁感应分量大于静电感应分量。
2、雷电侵入波。
雷电侵入波又称为线路来波。
当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生的感应过电压（包括静电感应和电磁感应两个分量，但对于长距离线路而言，静电感应过电压分量远大于电磁感应过电压分量）。
该感应过电压也会以行波的方式窜入室内，造成电子设备的损坏。
3、反击过电压。
雷电反击是指雷击建筑物或其近区时，造成其附近设备的接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分间产生高过电压（称为反击过电压），而导致设备的损坏的现象。
小结
防雷区是防雷领域一个非常重要的概念，请注意掌握准确。
通信设备防雷需要掌握的最基本的参数：
雷暴日、雷电过电压/过电流的波形、雷电的频谱特性。
雷电过电压类型：
直击雷、感应雷、雷电侵入波、地电位反击。
通信设备防雷需要考虑预防的：
感应雷、雷电侵入波、地电位反击，其中需要重点关注的：
雷电侵入波、地电位反击。
思考题
1、通信设备的防雷中，为什么雷电侵入波、地电位反击比感应雷更值得关注？
2、我们的工作环境，一般属于什么防雷区？
3、为什么图3-1中的两个SPD1放在了房间与外部暴露空间的交界面上？
第4章雷电防护的基本原则
4.1系统防护原则
应将信息系统及其运行环境作为一个整体进行考虑，防护应该针对整体进行，而不应该只考虑局部情况。
信息系统的保护可以分成线路的保护和电子设备的保护两个部分，两者是相辅相成，缺一不可的。
线路保护的主要作用是降低起源处的过电压、过电流，从而减小对系统所有部分的危害（包括对线路本身的绝缘危害）。
电子设备的保护则主要指经过适当的保护后，电子设备免于受雷击的损坏。
通信设备的防雷包括外部防雷系统和内部防雷系统两个部分，它们是一个有机的整体。
外部防雷主要是指防直击雷，它由接闪器、引下线和接地装置组成。
而内部防雷则包括防雷电感应、防反击、防雷电波侵入以及提供人身安全，它是指除了外部防雷系统外的所有附加措施。
这些措施可能会减少雷电流在需要防雷的空间内所产生的电磁效应，防止雷电损坏机房内的电气设备或电子设备，这是外部防雷系统所无法保证的。
通信设备雷电防护系统结构示意图可归纳为下图。
4.2概率防护原则
雷电防护是概率防护，我们不可能提供100％的防护。
其一、雷电放电本身就有一定的随机性，雷电参数具有一定的统计性质，这就决定了建立在这些具有统计特性的雷电参数之上的所有防护措施不能提供100％的保护。
如：
直击雷防护－绕击特性；雷电流幅值、波形等都具有统计性质。
其二、防雷装置不能阻止雷闪的形成；
其三、防雷器件不能理想地消除所有干扰电压/电流。
采取保护措施的根本目的在于保证由干扰引起的大部分能量不扩散到装置的易损部件以及工作人员。
最后，对于发生概率很小的高水平浪涌其防护的费用急剧上升。
4.3多级防护原则
多级防护的原则是基于防雷区的划分原则而定的。
从0级保护区到最内层保护区，必须实行分级保护。
对于电源系统，可将其分为I～IV级保护，从而将过电压降到设备能承受的水平。
对于信息系统，则分为粗保护和精细保护。
粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度来选择。
图4-1电压电力系统的多级保护示意图
小结
系统防护：
通信设备的防雷是一个系统工程，不仅与设备供应商有关，也和电信运营商有很大关系。
做好通信设备的防雷需要方方面面共同的努力。
概率防护：
通信设备的防雷不能保证设备100％不遭雷击损坏。
多级防护：
多用于电力系统的防雷。
思考题
1、系统防护中，与我们相关性强的是哪些项目？
2、低压电力系统的多级防护，与我们相关性较大的是哪一级？
第5章通信局站的防雷接地
5.1通信局站的接地系统
5.1.1简介
通信局站的接地系统包含：
接地体、接地总汇集线、接地引入线、接地排等。
其中，接地体就是埋入地中并直接与大地接触的金属导体，也就是通常所称的地网；接地总汇集线是建筑物内各种接地线汇接的地方，可以理解为建筑物内的总接地排；接地引入线是建筑物内接地总汇集线与接地体之间的连接线。
有了接地引入线连接到地网，接地总汇集线才算是连接到了地网；接地排就是从接地总汇集线上接出到建筑物各层或各房间中的接地装置，各机房内通信设备的接地，都接到机房的接地排上，如图5-1所示。
设备接地的路径为：
设备的接地线->接地排->接地总汇集线->接地引入线->接地体，就实现了设备与大地的接地连接。
对于相对比较简陋的机房（例如，只有一个机房的通信局站），机房内的接地排也可以看做是整个局站的接地总汇集线。
这时从接地排上直接连接接地引入线到接地体就可以了。
图5-1还画出了建筑物的直击雷防雷保护装置——－避雷针及引下线。
一般建筑物的直击雷保护装置由安装在楼顶的避雷针（或避雷带、避雷网）以及雷电流的引下线组成，雷电流引下线可以是多根的。
对于一些高大的现代建筑，往往有必要将外墙体的建筑钢筋（或金属结构）与直击雷避雷装置良好的连接在一起。
对于通信局站而言，很重要的一点是建筑物的防雷接地和建筑物内通信设备的接地应共用一组接地体，如图5-1所示。
图5-1
5.1.2工作接地与保护接地
在国内，通信局站的接地常常提到两个概念：
工作接地和保护接地。
在这里有必要将这两个概念做一解释，过去公司内部对这个问题的认识一直比较混乱，造成了很多的误解。
保护接地：
设备金属外壳及其他非正常带电部分的接地。
工作接地：
在AC/DC电源内（或配电屏内），输出直流48V总接线排的正极接地。
对于24系统，是直流24V的负极接地。
以上解释与国内信息产业部相关规范中的定义文意一致。
对于设备的保护接地，一般比较好理解。
但是“工作接地”的概念往往不易理解正确，下面澄清几个常容易理解错误的问题：
a、工作接地的概念不是针对直流用电通信设备的48V正极（或24的负极）的电源线连接
直流用电通信设备的48V正极（和24的负极）到电源设备的连接应该属于电源线连接的概念，不应属于接地线连接范畴。
b、“工作地”的称呼不规范
国内的防雷接地标准中，工作地不是一个规范性的用语，是在规范的长期使用中，在一些场合把“工作接地”的概念误改成“工作地”，造成了一定的混乱和概念不清。
公司内以前长期把设备上的48V正极称为“工作地”，是不规范的。
5.1.3通信局站等电位连接的基本要求
基本要求：
a、通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。
b、对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器（如果配电变压器在移动通信站内的话）地网连接成一个统一的地网。
这是两项最基本的通信局站等电位连接要求，对于通信设备的防雷至关重要。
最根本的作用是为了防止通信局站内雷击发生时，不同的接地体之间产生地电位反击。
由于地电位反击很可能导致通信设备的一
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