运维人员岗位培训电源理论防雷接地.ppt

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1、第七章 接地与防雷系统（讲师用PPT）,中国网通（集团）有限公司2006年12月,中国网通运维人员岗位培训丛书动力专业,内部资料注意保密,第七章 接地与防雷系统,接地与防雷系统,第二节 防雷系统,第一节 接地系统,第七章 接地与防雷系统,接地与防雷系统,第二节 防雷系统,第一节 接地系统,第一节 接地系统,第一节 接地系统1.1 地和接地的概念1.1.1 地 1电气地，大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此作为电气系统中的参考电位体。2地电位，与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地极，通常采用圆钢或角钢，也可

2、采用铜棒或铜板。当流入地中的电流通过接地极向大地作半球形散开时，由于这个半球形的球面在离接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在离接地极越近的地方电阻越大，越远的地方电阻越小。实验证明：在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方，实际已没有什么电阻存在，该处的电位已趋近于零，这个电位等于零的电气地就叫地电位。,第一节 接地系统,1.1.2 接地 接地就是将地面上的金属物体或电路中的某结点用导线与大地可靠地连接起来，使该物体或结点与大地保持同电位。1.2 接地系统的组成和作用1.2.1 接地系统的组成 接地的组成是将电气装置的外露导电部分通过导电体与大地相连接的系统。由大地、接地体（接地电极

3、）、接地引入线、接地汇集线、接地线等组成,第一节 接地系统,1.2.2 接地系统的作用 接地的作用主要是防止人身遭受电击、设备和线路遭受损坏、预防火灾和防止雷击、防止静电损害和保障通信系统正常运行。组成接地系统的各部分的功能如下：1.大地 接地系统中所指的地即为一般的土地，不过它有导电的特性，并且有无限大的容量，可以用来作为良好的参考电位。2.接地体（接地电极）接地体是使通信局（站）各地线电流汇入大地扩散和均衡电位而设置的与土地物理结合形成电气接触的金属部件。3.接地引入线。接地体与贯穿通信局（站）各装机楼层的接地总汇集线之间的相连的连接线称为接地引入线。,第一节 接地系统,4.接地汇集线。接

4、地汇集线是指通信局（站）建筑物内分布设置可与各通信机房接地线相连的一组接地干线的总称。根据等电位原理，为提高接地有效性和减少地线上杂散电流回窜，接地线汇集线分为垂直接地总汇集线和水平接地分汇集线两部分，其中垂直总汇集线是一个主干线，其一端与接地引入线连通，另一端与建筑物各层楼的钢筋和各层楼的水平接地分汇集线相连，形成辐射状结构。为了防雷电电磁干扰，垂直接地总汇集线宜安装在建筑物中央部位；也可在建筑物底层安装环形汇集线，并垂直引到各机房的水平接地分汇集线上。5.接地线。通信局（站）内各类需要接地的设备与水平接地分汇集线之间的连线，其截面积应根据可能通过的最大负载电流确定，并不准使用祼导线布放。,

5、第一节 接地系统,1.3 接地系统分类 根据通信工程需要，交、直流电源系统和建筑物防雷等都要求接地，各种接地的分类一般可分为功能性接地、保护性接地。以上各种接地的性质和功能分述如下。1.3.1 功能性接地 用于保证设备（系统）的正常运行，或使设备（系统）可靠而正确地实现其功能。,第一节 接地系统,1.工作接地 分为交流工作接地与直流工作接地。在通信电源的交流供电系统里，往往将三相四线制电源的中性点直接接地，如配电变压器次级线圈、交流发电机电枢绕组等中性点的接地，称为交流工作接地。其接地线称为零线。而在通信电源的直流供电系统里，为了保证通信设备的正常运行，保障通信质量而设置的电池一极接地方式，称

6、为直流工作接地。2.信号电路接地 为保证信号具有稳定的基准电位而设置的接地。,第一节 接地系统,3.屏蔽接地 将电气干扰源引入大地，抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，也可以减少电子设备产生的干扰影响其他电子设备。4.逻辑接地 为了确保稳定的参考电位，将电子设备中的适当金属件作为“逻辑地”，一般采用金属地板作逻辑地。,第一节 接地系统,5.测量接地 在通信电源的接地系统中，专门用来检查、测试通信设备的工作接地而埋设的辅助接地，称为测量接地。平时接在直流工作地线盒中的地线排上，与直流工作接地装置并联使用，当需要测量工作地线接地电阻时，将其引线与地线盒中的接地铜排脱离，此时测量接地代替直流工作地线运

7、行。,第一节 接地系统,1.3.2 保护性接地 即以人身和设备的安全为目的的接地。1.保护接地 在通信电源设备中，将设备在正常情况下与带电部分绝缘的金属外壳与接地体之间作良好的金属连接，可以防止设备因绝缘损坏而使人员遭受触电的危险，这种保护工作人员安全的接地措施，称为保护接地（或叫安全接地）。,第一节 接地系统,2.防雷接地 通信局、站通常有两种防雷接地装置，一种是为保护建筑物不受雷击而专设的防雷接地装置，这是由建筑部门设计安装的；另一种是为了防止雷电过电压对通信设备或电源设备的破坏，而埋设的防雷接地装置。其作用是当高压输电线路受到雷击时，阀型避雷器中阀片被击穿，将雷电流经防雷接地装置导入大地

8、，从而保护了其它设备的安全。3.防静电接地 将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成的危害。4.防电蚀接地 地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。,第一节 接地系统,1.4 交流高压供电系统的接地方式1.4.1 按接地方式分类 1.直接接地制式 即将变压器或发电机的中性点直接或通过小电阻与接地装置相连。这种接地制式的系统，当发生单相接地短路时，接地电流很大，所以又叫大电流接地制式。2.不接地制式 即将变压器或发电机的中性点不与接地装置相连或通过保护、测量、信号仪表、消弧线圈以及具有大电阻等接地设备与接地装置相连。这种接地制式的系统，当发生单相接地短路时，接地

9、电流很小，所以又叫小电流接地制式。,第一节 接地系统,1.4.2 按接地设备分类 1.不经接地设备的接地制式，变压器或发电机的中性点不经任何接地设备直接接地或不接地。2.经电抗或消弧线圈的接地制式，变压器或发电机的中性点通过消弧线圈与接地装置相连。3.经电阻的接地制式，变压器或发电机的中性点通过电阻器与接地装置相连。电阻器为高阻值者称为高电阻接地制式，电阻器为低阻值者称为低电阻接地制式。4.经电抗补偿、电阻并联的接地制式，变压器或发电机的中性点通过电抗器与电阻器并联接地，其中电抗器宜采用标准规格的消弧线圈。,第一节 接地系统,1.5 交流低压配电系统的接地方式 低压配电系统按保护接地的形式不同

10、可分为：IT系统、TT系统和TN系统。其中IT系统和TT系统的设备外露可导电部分经各自的保护线直接接地(也称为保护接地);TN系统的设备外露可导电部分经公共保护线与电源中性点直接电气连接(也称为接零保护)。,第一节 接地系统,国际电工委员会(IEC)对系统接地的文字符号的意义规定如下：1、第一个字母表示供电系统的对地关系：I-所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。T-中性点直接接地。2、第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系：T外露可导电部分对地直接电气连接，与供电系统的任何接地点无关;N外露可导电部分与供电系统的接地点直接电气连接(在交流系统中，接地点通常就是中性点)。3后面还有字母

11、时，这些字母表示中性线与保护线的组合：S中性线和保护线是分开的；O中性线和保护线是合一的。,第一节 接地系统,1.5.1 IT系统 IT 系统的组成有三种方式（如图 1.1 所示）:(l）配电系统中性点与地绝缘。(2）配电系统中性点经阻抗接地，电源接地极和外露导电部分的接地极分开。(3）电源系统中性点经阻抗接地，外露导电部分接到电源的接地极上。,图1.1 IT系统,第一节 接地系统,1.5.2 TT系统 TT 系统是三相四线制中线 N 直接接地的系统，这种系统的应用较广。用电设备的外露可导电部分采用各自的 PE 线接地，如图1.2所示。,图1.2 TT 系统,第一节 接地系统,1.5.3 TN

12、系统 在变压器或发电机中性点直接接地的380/220V三相四线低压电网中，将正常运行时不带电的用电设备的金属外壳经公共的保护线与电源的中性点直接电气连接，即过去所称的三相四线制供电系统中的保护接零。TN系统即保护接零系统。TN系统的电源中性点直接接地，并有中性线引出。按其保护线形式，TN系统又分为：TN-C系统、TN-S系统和TN-C-S系统等3种。,第一节 接地系统,1.TN-S系统 TN一S 系统又称三相五线系统，即三条相线 A、B、C，一条中线 N 和一条保护线 PE。仅地线 PE的一点接地，用电设备的外露可导电部分（如机架、机壳、机座等）接到 PE 线上，如图1.3所示。,图1.3 T

13、N 一 S 系统,第一节 接地系统,2.TN-C系统 TN一C 系统又称三相四线制系统，与 TN一S 系统的区别在于它是将 N 线与 PE 线合并成了一根 PEN 线，如图1.4所示。,图1.4 TN-C系统,第一节 接地系统,3.TN-C-S系统 TN一C一S 系统也称四线半系统，即在 TN一C系统的末端将 PEN 线分为 PE 和 N，如图1.5所示。,图1.5 TN-C-S系统,第一节 接地系统,1.6 通信局（站）的接地系统 在通信系统中，按照接地功能不同分为工作接地、保护接地和防雷接地。工作接地又可分为直流工作接地和交流工作接地。防雷接地也称为过电压保护接地。对于交、直流工作接地系统

14、、保护接地系统及防雷接地系统的设置，目前有两种方式：即分设接地与联合接地。,第一节 接地系统,1.6.1 分设接地系统 1.分设接地的概念 所谓分设接地，即各自成为独立的接地系统，各系统间的接地线不相互连接，各系统的接地装置也相互分开。分设接地的原因是考虑到直流工作接地会直接影响通信质量，又因为通信设备的收信系统灵敏度很高，很容易受干扰，所以全局公用的直流工作接地装置应力求减少干扰。而保护接地往往由于交流电网的特点（因保护接地与交流电网中性地线连在一起），在正常情况下也有电流流动，如果和直流工作地线合并装设，就有可能引起整个杂音增大。至于防雷接地装置，更有可能在雷电时呈现较高的电位，如果与其他

15、地线合设，就容易危及通信设备、电源设备及维护人员的安全。,第一节 接地系统,2.分设接地系统的问题 大型局、站中，各接地系统比较复杂，如电源设备机壳接地保护，使保护接地装置与交流工作接地装置相连到一起；通信设备机架直流接地，通过走线架的联接，又使直流工作地线与交流地线连接，因此各接地系统难于分开。中、小型局（站）中，有时因场地限制，使得各接地装置靠得很近，这样也不能绝对分开。在微波站中，由于设备的结构和安装上把直流工作接地和天线防雷地线相连，直流接地系统和防雷接地系统也无法分开。由于各种通信设备随机和无法控制的连接，并由于大地中的电藕合，各种接地系统实际上也是互相连通的。因与不同接地体相连接的

16、各部位之间可能产生大的电位差，故有危害人身、设备和房屋建筑安全的可能。,第一节 接地系统,1.6.2 联合接地系统 1.联合接地的概念 钢筋混凝土框架结构的通信杻纽大楼，其主楼地下基础钢结构躯体由于对地电阻很小，可作为大楼通信工作接地装置的接地体，并大多数是利用钢筋作为避雷引下线。通信工作接地与大楼的防雷接地从电气上是难以分开的。因此通信枢纽大楼的接地系统，将各种接地线汇接到总接地汇流排上，即将工作地、保护地和防雷地接在一起，形成联合接地，如图1.6。,第一节 接地系统,图1.6联合接地系统,第一节 接地系统,2.联合接地的要求 在一些新建通信局、站的工程设计中，由于通信的需要和地形的限制，已

17、将交、直流接 地系统及建筑防雷系统合并为一个接地系统，必须将它们多次地、妥善地连接起来，使整个接地网中的导体处于同电位，并且公用的接地装置的接地电阻不得大于0.5。另外，整个接地网内导体的连接点都必须接触良好，牢固可靠。因为当大气放电时所产生的雷电电流流过整个接地网时，局内的铁架和电源线中的地线，都有可能变成雷电流的分路，如果接触不良，容易产生跳火或接点发热等情况。如果所有连接点牢固可靠，而且接地装置本身电阻又很小，这样将促使雷电中和，对设备和人身的安全将会得到很大的保证。,第一节 接地系统,3.联合接地的优点 在技术上使整个大楼内的所有接地系统联合组成低接地电阻的均压网，具有如下优点：地电位

18、均衡，同层各地线系统电位大体相等，消除危及设备的电位差。公共接地母线为全局建立了基准零电位点。全局按一点接地原理而用一个接地系统，当发生地电位上升时，各处的地电位一齐上升，基本不存在电位差。消除了地线系统的干扰。依据各种不同电特性设计出多种地线各级系统，彼此间存在相互影响，而今采用一个接地系统后，使地线系统做到无干扰。电磁兼容性能变好。由于强、弱电，高频和低频电都等电位，又采用分屏蔽设备和分枝地线等方法，所以提高了电磁兼容指标。,第一节 接地系统,1.7 降低接地电阻的方法 根据土壤电阻率的高低，采用的方法不同。1.7.1 高土壤电阻率地区 在高土壤电阻率地区，可采用下列各种方法降低接地电阻。

19、1.外引接地法。将接地体引至附近的水井、泉眼、水沟、河边、水库边、大树下等土壤电阻率较低的地方，或者敷设水下接地网，以降低接地电阻。2.接地体延长法。延长水平接地体，增加其与土壤的接触面积，可以降低接地电阻。3.深埋法。如果周围土壤电阻率不均匀，可在土壤电阻率较低的地方深埋接地体以减小接地电阻。4.化学处理法。这种方法是在接地点周围置换或加入低电阻率的固体或液体材料，以降低流散电阻。5.换土法。此法是给接地坑内换上低电阻土壤以降低接地电阻的方法。,第一节 接地系统,1.7.2 冻土地区 在冻土地区，为提高接地质量，可以采用下列各种措施：1.将接地体敷设在融化地带或融化地带的水池、水坑中；2.敷

20、设深钻式接地体，或充分利用井管或其他深埋在地下的金属构件作接地体；3.在房屋融化盘内敷设接地体；4.除深埋式接地体外，再敷设深度为0.5m的延长接地体，以便在夏季地层表面化冻时起流散作用；5.在接地体周围人工处理土壤，以降低冻结温度和土壤电阻率。,第一节 接地系统,1.8 接地电阻的测量及标准 由于土壤电阻率随土壤的物理性质、化学成分、含水量、温度等因素变化，接地设施也可能由于锈蚀而影响接地电阻值，因此定期进行接地电阻的测量，对保证人身、电气安全有重要的作用。测试的方法和标准见操作手册相关章节。,第七章 接地与防雷系统,接地与防雷系统,第二节 防雷系统,第一节 接地系统,第二节 防雷系统,第二

21、节 防雷系统2.1 雷电的产生及其特点和危害 雷电是一种自然现象，它对国民经济造成的危害日趋严重。因此，防雷是通信行业一项重要的工作。应当加强防雷意识，落实防雷措施，做好预防工作，将雷害损失降到最低限度。,第二节 防雷系统,2.1.1 雷电的产生 雷电的生成始于雷云的生成，而雷云是由大气上空的水滴、冰晶和气体尘埃等组成的巨大的、不透光且带电荷的乌黑色云块，其形成的根本原因就是含水蒸气的气流运动。随着雷云的不断发展聚积，将会引起闪电、雷鸣现象，这就是雷暴。雷暴的形成主要是两种：锋面雷暴和热雷暴。锋面雷暴是由于在地表流动的两个气团相遇时，冷气团因密度大而流动在热气团下方，在两者交界面上形成相对运动

22、并把热气团猛抬上升，热气流形成强大的上升气柱和涡流，这样就会形成积云。这时如果热气团的温度足够高和水份足够多，就可以形成巨大的雷暴乌云。热雷暴发生在山区。由于阳光照射，山丘及其地面温度升高，热气流因密度小而向天空流动，附近树木、湖泊和河流等的气温较低，周围相对较冷的气流向山丘温度较高、密度较小的地带集中，同时这些气流又被山丘地表的高温加热而向天空流动，这样就形成热雷暴。,第二节 防雷系统,雷云对大地之间有较高的电位时，它对大地有静电感应。此时雷云下面的大地感应出异性的电荷，两者之间构成了一个巨大的空间电容器。雷云中或是雷云对地各处的电场强度不一样，等一定数量的电荷聚集在一个区域时，这个区域的电

23、势就会逐渐上升，当其附近电场强度达到足以使附近空气绝缘破坏的程度，约为2530kV/cm时，空气开始游离，成为导电性的通道，叫做雷电先导。雷电先导进展到离地面大约100300m高度时，地面受感应而聚集的异号电荷更加集中，特别易于聚集在较突起或较高的地面突出物上，于是形成迎雷先导，向空中的雷电先导快速接近。当两者接触时，地面的异号电荷经过迎雷先导通道与雷电先导通道中的电荷发生强烈的中和，出现极大的电流而产生强烈的闪光并伴随巨大声音，这就是雷电的主放电阶段。主放电阶段存在的时间极短，一般约为50100s间，电流可达数十万安培。主放电阶段结束后，雷云中的残余电荷继续经放电通道入地，称为余辉阶段。余辉

24、电流为1001000A，持续时间一般为0.030.15s。,第二节 防雷系统,由于雷云中可能同时存在着几个电荷聚集中心，所以第一个电荷聚集中心完成对地的放电后，可能引起第二个、第三个中心也沿第一次放电通道放电。因此雷云放电多数具有多重性，2-3次的较为常见，每次相隔几百微秒到几百毫秒不等，电流逐次减小。,第二节 防雷系统,2.1.2 雷电的特点 1冲击电流大 2时间短 3雷电流变化梯度大 4冲击电压高 5雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上，使受灾面大大扩大，受灾行业面扩大。,第二节 防雷系统,2.1.3 雷电的种类 1直击雷 2感应雷 3雷电波侵入 4球形雷.,第二节 防雷系统,2.1.4

25、 防雷区的划分 将一个易遭雷击的区域，按照通信局站建筑物内外、通信机房及被保护设备所处环境的不同，进行被保护区域划分，这些被保护区域称为防雷区(Lightning Protection Zones,LPZ），由外到内把被保护区域划分为不同的防雷区(LPZ）。,第二节 防雷系统,图2.1防雷区划分的一般原则,第二节 防雷系统,将一个建筑物划分为几个防雷区和做符合要求的等电位连接的例子如图2.2 所示。,图2.2 将一个建筑物划分为几个雷区和做符合等电位连接的例子,第二节 防雷系统,2.2 雷电的危害雷电的破坏作用是非常巨大的，可造成通信局站发生火灾和爆炸事故，损坏供电设备，造成停电，烧毁设备、计

26、算机系统、控制调节系统等。电效应.热效应机械效应静电感应电磁感应雷电波侵入雷电对人的危害防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用浪涌（1）电源浪涌（2）信号系统浪涌,第二节 防雷系统,2.3 通信系统防雷技术 从现代雷电研究理论和防雷技术来讲，通信系统的雷电防护技术是一项系统工程，必须贯彻整体防护的思想，综合运用直击雷防护（接闪）、等电位连接、屏蔽措施以及防雷装置等。2.3.1 接闪 接闪就是让在一定范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄放到大地中去。避雷针是一种主动式接闪装置，其功能是把闪电电流引导入大地。避雷线和避雷带是在避雷针基础上发展起来的。采用避雷针是最首要、最基本的防雷措施。,第二节

27、 防雷系统,2.3.2 均压连接 接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。局站内的所有设施形成一个“等电位岛”，从而保证导电部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电位升高所产生的反击。,第二节 防雷系统,2.3.3 接地 接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地，避免发生反击。接地是防雷系统中最基础的环节，接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发

28、挥出来。防雷接地是地面通信局站安装验收规范中最基本的安全要求。防雷工程领域要求采用联合接地方式。如前所述，联合接地系统是将防雷装置（LPS）、建筑物主要金属构件、低压配电保护线（PE线）、设备工作接地、设备保护接地、屏蔽体接地、防静电接地和信息设备逻辑接地等相互连接到一个或多个导通的接地装置的金属装置。联合接地系统是建筑物自然接地体与各种人工接地体的合理组合。,第二节 防雷系统,2.3.4 分流 分流就是在一切从室外来的导线（包括电力电源线、电话线、信号线、天线的馈线等）与接地线之间并联一种适当的电涌保护器（SPD）。当直击雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设备时，SPD的

29、电阻突然降到低值，近于短路状态，将闪电电流分流入地；同时它能将线路上感应的过电压抑制到各种线路设备可承受的范围内，从而保护电路设备不受损坏。分流是防护各种电气电子设备的关键措施。由于雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。采用分流防雷措施时，应特别注意SPD性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如：信号用SPD的接入应不影响系统的传输速率；天馈线SPD在通带内的损耗要尽量小；若使用在定向设备上，不能导致定位误差。,第二节 防雷系统,2.3.5 屏蔽 屏蔽就是用金属网、箔、

30、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道，是减少雷击电磁脉冲干扰的基本措施，它包括建筑物外部与内部线路屏蔽措施。一般采用屏蔽电缆，利用各种人工的屏蔽箱盒（金属管）、法拉第屏蔽笼等和各种可以利用的自然屏蔽体来最大限度地阻挡、衰减由于电磁感应而在系统设备上产生的电磁干扰或过电压能量，具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆（包括管道）的屏蔽。屏蔽的“趋肤效应”可使相当大的一部分电流沿屏蔽接地端口泄入大地。因此，在屏蔽中要重视对各种“洞或孔”的密封，除门、窗外，重点对入户的各种金属管道、通信线路、电力电缆等入口做好屏蔽和接地处理。各种线缆均要采取屏蔽措施。金属丝编织

31、网、金属软（硬）导管、金属栈桥均可用于屏蔽电缆。,第二节 防雷系统,2.3.6 防雷装置 防雷装置是指接闪器、引下线、接地装置、电涌保护器（SPD）及其他连接导体的总合。一般将建筑物的防雷装置分为两大类:外部防雷装置和内部防雷装置。外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置组成，即传统的防雷装置。内部防雷装置主要用来减小建筑物内部的雷电流及其电磁效应，如采用电磁屏蔽、等电位连接和装设电涌保护器（SPD）等措施，防止雷击电磁脉冲可能造成的危害。1.接闪器 2.避雷针 3.避雷线 4.避雷带和避雷网 5.避雷器,第二节 防雷系统,图2.3避雷器的连接,第二节 防雷系统,2.3.7 过电压保护 1.过电

32、压的种类和来源 过电压指峰值大于正常运行下最大稳态电压的相应峰值的任何电压。它指一切可能对设备造成损害的危险电压。过电压包括：瞬态过电压，持续时间为毫秒级或更短。暂态过电压或短时过电压，持续时间相对较长，一般介于 0.1s和1s之间。瞬态过电压的来源主要有：雷击、开关操作、静电放电和核爆炸。,第二节 防雷系统,2.电压保护的原则 通信电源系统过电压保护有两条基本原则：一是系统防护原则，二是概率防护原则。,第二节 防雷系统,3.过电压保护的方法 为了防止过电压威胁到设备的正常运行和安全，首先可以减少或阻止过电压能量到达设备，这样的方法包括：衰减或转移能量，如采用屏蔽、滤波、加装电涌保护器（SPD

33、）等措施。断开危险线路，如采用熔断器、短路器等。这一方法要在条件允许时才可以实施。电气隔离，如采用隔离变压器、光藕等。其次，由于过电压本身的不确定性和技术实现上的困难，不可能将过电压能量完全消除或阻止，这时需要增强设备抵抗剩余能量威胁的方法。这些方法有：提高设备的工作电压范围、提高设备的绝缘强度以及设计和实施完善的等电位连接与接地网络等。,第二节 防雷系统,2.4电涌保护器（SPD）的种类和性能 过电压保护器件又叫电涌保护器（Surge Protective DeviceS,SPD)，是用于各类通信系统对各种雷电电流、操作过电压等进行保护的器件。它由气体放电管、放电间隙、MOV（氧化物压敏电阻

34、）、SAD（半导体放电管）、齐纳二极管、滤波器、保险丝等元件组成。,第二节 防雷系统,2.4.1 SPD 的分类 1.开关型 SPD 2.限压型 SPD 3.混合型 SPD 4.按SPD的端口型式分类 根据在不同系统中使用的需求，SPD可分为一端口或两端口的型式。一端口SPD可能有隔开的输入端及输出端，在它们之间没有特意设置的电阻或电感。（见图2.4）,第二节 防雷系统,图2.4,第二节 防雷系统,两端口（又称双口）SPD：具有两组端口的SPD，一般与被保护电路串联连接，或使用接线柱连接，在输入端与输出端之间有特意设置的串联阻抗。（见图2.5）,图2.5,第二节 防雷系统,2.4.2 SPD器

35、件的主要性能 1.最大持续电压UC 在220/380V三相系统中选择SPD的最大持续运行电压UC应依据不同的接地系统类型来选择，见表2.1所示 注：UC-最大持续运行电压；UO-相线中性线间的标称电压，在220/380V三相系统中UC=220V；共模保护（MC）指的是相线对地和中性线对地的保护；差模保护（MD）指的是相线对中性线间的保护，对TT系统和TNS系统是必需的。建筑物的配电系统一般采用TN-S制，所以SPD的最大持续运行电压UC1.55 UO，故选用275V的SPD。,表2.1 最大持续运行电压UC,第二节 防雷系统,2.冲击电流Iimp 用于电源的第一级保护SPD，反映了SPD的耐直

36、击雷能力。采用10/350s波形模拟了雷电流的电流幅值Ipeak和雷电流的电荷量Q=0.5 Ipeak，其值可根据建筑物防雷等级和进入建筑物的各种设施（导电物、电力线、通信线等）进行分流计算。3.标称放电电流In 流过SPD的8/20s波形的峰值电流，用于对SPD做级分类实验或做级分类实验的预处理。对于级分类实验In不小于15KA，对于级分类实验In不小于5KA。,第二节 防雷系统,4.最高保护水平电压Up或Usp Up或Usp为在标称放电电流（In）下的残压，又称SPD的最大钳压，对于电源保护器而言，可分为一、二、三、四级保护，保护级别决定其安装位置，在信息系统中保护级别需与被保护系统和设备

37、的耐压能力相匹配。5.残压峰值Ures 由于放电电流而在SPD端子间呈现的电压峰值。,第二节 防雷系统,2.5 氧化锌压敏电阻避雷器 氧化锌压敏电阻是电信电源设备主要采用的避雷器，由于它性能优越、结构简单、小型可靠，得到广泛使用，并有替代过去使用阀式避雷器的趋势。,图 2.6 SiC 和 ZnO 元件的电压一电流特性,第二节 防雷系统,图 2.7 SiC 和 ZnO 元件的结构,第二节 防雷系统,2.6 电涌保护器（SPD）在通信设备中的使用要求 浪涌防护器（SPD）的选择使用需要考虑多种综合因素。一般要求能承受一定浪涌能量、可靠抑制瞬间过压、残压小于设备安全电压、时间响应快、元件具有高可靠性

38、和稳定性、反复冲击不损坏、具有遥信和监控功能等。过电压保护器的选择依照 YD/T5098-200l(（通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范 中相关规定。,第二节 防雷系统,2.6.1 电源用 SPD 1.选用限压型 SPD 时，必须考虑通信局（站）供电电源的不稳定等因素，对 SPD 的标称导通电压、标称放电电流、冲击通流容量、限制电压、残压等参数，根据具体情况进行选择。2.通信局（站）采用的电源用模块式 SPD，应具有以下功能：1)SPD 模块损坏告警；2)遥信；3)SPD 模块替换；4)热容和过流保护。,第二节 防雷系统,3.通信局（站）采用的电源用箱式 SPD，应根据通信局（站）的具体情

39、况；具有以下功能：1)SPD 劣化指标；2)SPD 损坏告警；3)热容和过流保护；4)跳闸告警；5)遥信；6)雷电记数。第 4)、6)项功能可根据需要进行选择。,第二节 防雷系统,4.混和型 SPD 一般有两种形式：1)MOV与滤波器组成的混合型 SPD，RFI 滤波器可对 150 kHz20 MHz 的雷电波进行滤波，该类 SPD 在标称放电电流为 40 kA 时其残压应小于 1000V。2)半导体放电管（SAD）与 MOV 组成的混合型 SPD，在一般雷电过电压的保护时，标称放电电流可达 10 20 kA，若遇到较大量级的雷电过电压，第一级由 SAD 组成的电路保险管应自动断开，由第二级M

40、OV 作为雷电过电压保护，MOV 能承受冲击通流能量宜大于 100 kA。5.开关型 SPD 应具有高能泄放、残压在 2000 4000V 范围内、响应时间小于 100 ns 等特点。,第二节 防雷系统,2.6.2 信号线用 SPD 1.信号线用 SPD 的箝位电压应满足通信设备接口的需要，对雷电响应时间应在纳秒（ns）级。2.总配线架的保安单元应符合 YD/T 694-2000 总配线架技术要求和实验方法 的规定。3.信号线用 SPD 应满足信号传输速率及带宽的需要，其接口应与被保护设备兼容。4.信号线用 SPD 的插入损耗应满足通信系统的要求。5.信号线用 SPD 的标称放电电流应大于等于

41、 3 kA。,第二节 防雷系统,2.6.3 馈线用同轴型 SPD 1.同轴型 SPD 插入损耗应小于等于 0.2 dB，驻波比小于等于 1.2，同轴型 SPD 最大输入功率能满足发射机最大输出功率的要求，安装与接地方便，具有不同的接头，同轴型 SPD 与同轴电缆接口应具备防水功能。2.同轴型 SPD 的标称放电电流应大于等于 5 kA。2.6.4 计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 1.计算机接口、控制终端、监控系统的网络数据线 SPD 应满足各类接口设备传输速率的要求，SPD 接口的线位、线排、线序应与被保护设备接口兼容，设计时在满足设备传输速率条件下，应采用由半导体放电管组成

42、的 SPD。2.计算机接口、控制终端、监控系统的网络数据线用 SPD 的标称放电电流应大于等于 3 kA，若采用 SAD 器件组成的 SPD 标称放电电流应大于等于 300A。,第二节 防雷系统,2.7 通信电源系统（或局站）的防雷配置及标准 信息产业部发布了专门的通信电源防雷标准，对各种通信站的电源防雷提出了具体要求，主要是两条：一是电力电缆应有金属屏蔽层，且必须埋地进出通信局站。二是在电源上逐级加装电源避雷器，实现多级防护。,第二节 防雷系统,2.7.1 电源系统的多级保护。1.电源系统的一级保护电源系统 一级过电压保护器通常采用 60120 kA(8/20 s 波形）的氧化锌防雷箱，一般

43、安装在低压配电柜的电源入口或变压器低压侧，其主要用途是拦截由供电线路直接进入的雷电过压。为了防火和切断后续电流，在保护器各相引线上必须串接空气开关或熔丝，其大小要小于前级保险丝。特别要注意的是，所串接的开关或保险丝必须小于系统的短路故障电流，否则在保护器故障时无法起到保护作用。为防止电源电压波动造成的过电压保护的非正常损坏，在供电电压不稳定的地区，选择动作电压较高的过电压保护器（交流有效值为 320 385V）。如果保护器接地点与变压器地网相互连通时，宜将各相保护器直接对地连接；保护器接地点与变压器地网不连通时，应将各相保护器先对零线连接，再对地连接。,第二节 防雷系统,2.电源系统的二级保护

44、电源系统 二级过电压保护器通常采用15 40 kA(8/20s 波形）的氧化锌保护器，一般安装在电源柜内的电源入口处。它的主要作用是降低一级过电压保护器的雷电残压，消除一、二级保护器间线路感应的雷电过压，防止地网的电位不平衡。一般可使用 32A 空气开关做保护，对TN 系统宜采用四个氧化锌模块对地连接，对TN系统宜采用 3+NPE 的连接方式。有动力监控系统时，可选用遥信模块。工作电压的选取与一级相同。,第二节 防雷系统,3.电源系统的三级保护 当设备配置分散或有较高要求时，可增加第三级保护。第三级过电压保护器一般安装在设备电源入口处，可根据情况选用氧化锌、半导体放电管、(SAD）等器件，通流

45、量为 10 15 kA。4.电源系统的四级保护 直流电源的保护 直流过电压保护器一般安装在直流屏、直流配电盘内，多采用 1015 kA 氧化锌过电压保护器，并串接 16A 空开作保护。其主要作用是防止直流线路上的雷电感应，消除地网电位不平衡的影响。在直流保护器的安装过程中要充分做好绝缘保护，以免发生短路。,第二节 防雷系统,2.7.2 通信电源防护注意事项 进局电力电缆的防雷容易引起重视，而其他进出通信站的电力线常常被忽视，如照明路灯线、塔灯电力线、非通信设施租用通信电力线等。其他出局电力线应在防雷系统的保护范围内，否则应采取专门的防雷措施。避雷器的防雷能力与安装方式有密切关系，主要是引线电感

46、会产生额外的残压，应尽可能地缩短电力线与避雷器的连线和避雷器与接地汇接板连线的长度。多级布置避雷器可减小引线电感带来的额外残压，因为前级避雷器已将大部分雷电流泄放入地，在后级的避雷器只泄放少部分雷电流，雷电流的减小必然导致引线上的附加残压减小。为保证避雷器由前到后顺序泄放，避雷器的动作电压应是后级不高于前级。避雷器之间的电力电缆长度不小于 15m。,第二节 防雷系统,根据电源设备安装地点条件和额定工作电压的不同，在通信工程中，电源系统按耐雷电冲击指标可分为 5 类，如图 2.8 所示。各种通信电源设备耐雷电冲击指标应不小于表 2.2 所示的数值。,第二节 防雷系统,图2.8通信电源设备耐雷电冲击指标图,第二节 防雷系统,表2.2通信电源设备耐雷电冲击指标,第二节 防雷系统,第二节 防雷系统,2.8 各类通信局站防雷系统的防护等级、接地电阻值及防护要求见第二章相关内容。,谢谢！,