防雷工程技术规范http://www.weather.he.cninfo.net/flzx/jsgf/fljs.htm
常规避雷装置及其发展
1750年,富兰克林提出以针尖放出电荷缓慢中和雷云中的电荷的避雷针用来防雷。后来的实践证明,它不能“避雷”,而是将雷引向自身来保护其周围的设备。随后俄国罗蒙诺索夫在重复了富兰克林的著名风筝试验(他的朋友利赫曼和他一起试验,因被引下的直击闪电击中而牺牲)之后,于1753年发表的论文(关于因电力而产生的大气现象的发言)中也对此作了重要论证。一个鲜为人知的重要事实是,富兰克林发表避雷针理论之后不久,法国一位工程师即按其理论建立一个避雷针,并且很快发生一次接闪。这是人类首次主动设法改变雷闪途径,也是直击雷可以防护的证明。这位法国工程师作为一个正直的科学家,当即高兴地报告了富兰克林避雷针的引雷成功。
避雷针的实际应用,必须解决的是它的保护范围问题。这是在试验室和实际应用中多年逐步定量化的,而且其精确性已基本满足了工程设计的需要。正是各国高压输电和电力系统的发展推动了这一科研工作的前进。
1925-1926年,Peek第一个在实验室内利用冲击电压发生器造成“人工雷”对避雷针模型放电,研究保护范围—保护系数与雷云高度对针高之比(H/h)的关系,并研究了雷云极性对保护系数的影响。1930-1934年,各国开始广泛利用避雷针保护发电厂和变电所。当时230KV电网已经出现多年,287KV超高压电网正在建设中。如美国煤气和电力公司(AGE)1934年开始用避雷针、避雷线保护变电所,避雷线的保护范围是这样确定的:当架构强度足够时,每保护水平距离0.45m,避雷线悬挂高度要抬高0.3m;架构强度受限制时,每保护水平距离0.6m,要抬高0.3m。这分别相当于保护角56°和64°。这与日本60年代末的防雷规范60°相近。到60年代初(1963年Davis)、70年代初美、英等国对保护输电线路的避雷线的保护范围陆续提出击距理论,即考虑雷电流辐值的大小来选定保护范围。我国高电压工作者(朱木美教授指导王小瑜同志)在职1962~1964年研究输电线路防雷时也提出了类似方法。至于用来保护发电厂和变电所,我国50年代因担心避雷线断线会波及全厂和全变电所而只采用避雷针。到70年代中期,才明确避雷线可用于发电厂和变电所的保护。
避雷带
避雷带是在建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体,是由避雷针、避雷线发展而来的。作者最早是由德国资料中了解到这项技术。避雷网是在避雷带的中间敷设接地导体,以保护建筑物的中间部位。用于保护建筑物,其优点是敷设简便、造价低,而且同高耸的避雷针相比,引雷的几率大为减少。而且它接闪后一般是由多根引下线泄散电流,室内设备上的反击电压相对较低。我国建筑防雷工作者提出并在全国广泛应用的笼型防雷方式则是利用建筑物钢筋形成的法拉笼。同时也解决了等电位连接问题,极大地提高了建筑防雷的可靠性。此外,它也便于笼内(屋内)电力、电信、电子设施统一接地(共地式)。我国电力部门发电厂厂房、机房、变电所及主控室,包括控制和信号电缆等不同用途不同电压设备,并制订1952、1956年以来各版过电压和接地标准。这同IEC近年规定、国外公司广泛宣传的统一接地和等电位连接相比,要早40年以上。
人们曾企图利用在针尖敷设上放射物质来提高引雷作用,扩大保护范围,后来证明无效。60年代末、70年代初,英、德等国建筑物防雷规范已明确做出否定的结论。80年代,水利电力部电力科学院在高压试验室内所做的试验也证明,放射性避雷针在引雷效果上与同尺寸的普通避雷针没有差别。我国过电压与绝缘配合标准对它一直持否定态度。尽管国际上已有定论,法国及一些法语国家还有一些地方,继续使用带有放射物的避雷针。我国一些从法语国家引进的工业设备,还有用这种避雷针保护的。这不仅浪费资金,无助于防雷改进,而且由于其放射性物质,还造成人身的环境方面的隐患。它违反我国所有有关防雷的标准。
提前放电避雷针的工作原理
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提前放电避雷针的工作原理就是产生一个比普通避雷针更加快的上行先导。 此描述基于负极性下行放电的情况下,此类放电形式最具有普遍性。
“satelit+”内部构造示意图
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单位怎样进行雷电灾害防护
1、 单位应定期由专业防雷公司检测防雷设施,评估防雷设施是否符合国家规范要求,比如:学校、公司、区级以上医院、四星级以上宾馆、城区内高度在45米以上的高层建筑需两年检测一次。
2、 单位应设立防范雷电灾害责任人,负责防雷安全工作,建立各项防雷安全工作,建立各项防雷设施的定期检测,雷雨后的检查和日常的维护。如雷雨过后,安装在电话程控交换机、电脑等电器设备电源上和信号线上的过压保护器应检查有无损坏,发现损坏时应及时更换。
3、 建设单位在防雷设施的设计和建设时,应根据地质、土壤、气象、环境、被保护物的特点,雷电活动规律等因素综合考虑,采用安全可靠、技术先进、经济合理的设计施工。
4、 应采用技术和质量均符合国家标准的防雷设备、器件、器材、避免使用非标准防雷产品和器件。
5、 新增加建设和新增加安装设备应同时对防雷系统进行重新设计和建设,如:重新铺设电脑网络线、室外天线的移位和加高等等都应该重新设计和建设防雷设施。
6、 雷灾发生时应及时处理,采取措施,避免再次雷击。
雷电保护的整体概念
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六点防雷计划
针对雷电的危害,我们认为防雷必须是全面的。主要包括以下六方面:
A 控制雷击点(采用大保护范围的避雷针)
B 安全引导雷电流入地网
C 完善的低阻地网
D 消除地面回路
E 电源的浪涌冲击防护
F 信号及数据线的瞬变保护
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在科学技术日益发展的今天,虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电,但是经过长期的摸索与实践,已积累起很多有关防雷的知识和经验,形成一系列对防雷行之有效的方法和技术,这些方法和技术对各行各业进行行之有效地预防雷电灾害具有普遍的指导意义。
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。地面通信台站的安全在很大程度上取决于能不能利用有效的接闪装置,把一定保护范围的闪电放电捕获到,http://www.weather.he.cninfo.net/flzx/jsgf/images/fljs06.jpg纳入预先设计的对地泄放的合理途径之中。避雷针是一种主动式接闪装置,其英文原名是Lightning Conductor,原意是闪电引导器,其功能就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。
2>均压连接http://www.weather.he.cninfo.net/flzx/jsgf/images/fljs07.jpg
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。为了减少这种闪络危险,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。台站内的金属设施、电气装置和电子设备,如果其与防雷系统的导体,特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时,则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时,台站内的所有设施立即形成一个“等电位岛”,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。
3>接地http://www.weather.he.cninfo.net/flzx/jsgf/images/fljs08.jpg
接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地,良好的接地才能有效地降低引下线上的电压,避免发生反击。过去有些规范要求电子设备单独接地,目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。90年代以前,部队的通信导航装备以电子管器件为主,采用模拟通信方式,模拟通信对干扰特别敏感,为了抗干扰,所以都采取电源与通信接地分开的办法。现在,防雷工程领域不提倡单独接地。在IEC标准和ITU相关标准中都不提倡单独接地,美国标准IEEEStd1100-1992更尖锐地指出:不建议采用任何一种所谓分开的、独立的、计算机的、电子的或其它这类不正确的大地接地体作为设备接地导体的一个连接点。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挥出来。防雷接地是地面通信台站安装验收规范中最基本的安全要求。
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避雷器。当直接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,避雷器的电阻突然降到低值,近于短路状态,将闪电电流分流入地。
分流是现代防雷技术中迅猛发展的重点,是防护各种电气电子设备的关键措施。近年来频繁出现的新形式雷害几乎都需要采用这种方式来解决。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。
现在避雷器的研究与发展,也超出了分流的范围。有些避雷器可直接串联在信号线或天线的馈线上,它们能让有用信号顺畅通过,而对雷电过压波进行阻隔。
采用分流这一防雷措施时,应特别注意避雷器性能参数的选择,因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。比如信号避雷器的接入应不影响系统的传输速率;天馈避雷器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。
5>屏蔽
屏蔽就是用金属网、箔、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。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。
中华人民共和国通信行业标准
移动通信基站防雷与接地设计规范
Specifications on Lightning Protection and Earthling
Design for Mobile Communication Base Stations
YD5068-98
主管部门:信息产业部综合规划司
批准部门:中华人民共和国信息产业部
施行日期:1998年10月1日
关于发布<<移动通信基站防雷与接地设计规范>>的通知
信部[1998]398号
各省,自治区,直辖市邮电管理局,各计划单列市局,邮电部设计院,邮电部北京设计院,中国通信建设总公司:现将<<移动通信基站防雷与接地设计规范>>(编号:YD5068-98)发布,自1998年10月1日起施行.该规范由北京邮电大学出版社负责组织出版发行.
中华人民共和国信息产业部
一九九八年七月三十一日
1 总 则
1.0.1 为防止移动通信基站遭受雷害,确保移动通信基站内设备的安全和正常工作,确保构筑物,站内工作人员的安全,特制定本规范.
1.0.2 本规范适用于新建移动通信基站的防雷与接地设计.对于改建,扩建移动通信基站的防雷与接地设计,已建基站的防雷与接地技术改造亦可参照执行.设在综合通信楼内移动通信基站的防雷与接地设计应按YDJ26-89<<通信局(站)接地设计暂行技术规定>>与本规范一并执行.
2.0.1 环形接地装置
围绕移动通信基站机房四周,按规定深度埋设于地下的封闭环形接地体(含垂直接地体).
2.0.2 接地体
埋入地下并直接与大地接触的导体.
2.0.3 接地汇集线
引出机房,电力室等各种接地线的公共接地母线.
2.0.4 接地引入线
接地汇集线与接地体之间的连接线.
2.0.5 接地线
通信设备与接地汇集线之间的连线.
2.0.6 接地系统
接地线,接地汇集线,接地引入线以及接地体的总称.
3 移动通信基站的防雷与接地
3.1 供电系统的防雷与接地
3.1.1 移动通信基站的交流供电系统应采用三相五线制供电方式.
3.1.2 移动通信基站宜设置专用电力变压嚣,电力线宜采用具有金属护套或绝缘护套电缆穿钢管埋地引入移动通信基站,电力电缆金属护套或钢管两端应就近可靠接地.
3.1.3 当电力变压器设在站外时,对于地处年雷暴日大于20天,大地电阻率大于100欧姆.米的暴露地区的架空高压电力线路,宜在其上方架设避雷线,其长度不宜小于500m.电力线应在避雷线的25度保护范围内,避雷线(除终端杆处)应每杆作一次接地.为确保安全,宜在避雷线终端杆的前一杆上,增装一组氧化锌避雷嚣.若已建站的架空高压电力线路防雷改造采用避雷线有困难时,可在架空高压电力线路终端杆,终端杆前第一,第三或第二,第四杆上各增设一组氧化锌避雷器,同时在第三杆或第四杆增设一组高压保险丝.
3.1.4 当电力变压器设在站内时,其高压电力线应采用电力电缆从地下进站,电缆长度不宜小于200米,电力电缆与架空电力线连接处三根相线应加装氧化锌避雷器,电缆两端金属外护层应就近接地.
3.1.5 移动通信基站交流电力变压器高压侧的三根相线,应分别就近对地加装氧化锌避雷器,电力变压器低压侧三根相线应分别对地加装无间隙氧化锌避雷器,变压器的机壳,低压侧的交流零线,以及与变压器相连的电力电缆的金属外护层,应就近接地.出入基站的所有电力线均应在出口处加装避雷器.
3.1.6 进入移动通信基站的低压电力电缆宜从地下引入机房,其长度不宜小于50米(当变压器高压侧已采用电力电缆时,低压侧电力电缆长度不限).电力电缆在进入机房交流屏处应加装避雷器,从屏内引出的零线不作重复接地.
3.1.7 移动通信基站供电设备的正常不带电的金属部分,避雷器的接地端,均应作保接接地,严禁作接零保护.
3.1.8 移动通信基站直流工作地,应从室内接地汇集线上就近引接,接地线截面积应满足最大负荷的要求,一般为35-95平方毫米,材料为多股铜线.
3.1.9 移动通信基站电源设备应满足相关标准,规范中关于耐雷电冲击指标的规定,交流屏,整流屏(或高频开关电源)应设有分极防护装置.
3.1.10 电源避雷器和天馈线避雷器的耐雷电冲击指标等参数应符合相关标准,规范的规定.
3.2 铁塔的防雷与接地
3.2.1 移动通信基站铁塔应有完善的防直击雷及二次感应雷的防雷装置.
3.2.2 移动通信基站铁塔宜采用太阳能塔灯.对于使用交流电馈电的航空标志灯,其电源线应采用具有金属外护层的电缆,电缆的金属外护层的塔顶及机房入口处的外侧就近接地.塔灯控制线及电源线的每根相线均应在机房入口处分别对地加装避雷器,零线应直接接地.
3.3 天馈线系统的防雷与接地
3.3.1 移动通信基站天线应在接闪器的保护范围内,接闪器应设置专用雷电流引下线,材料宜采用40毫米乘以4毫米的镀锌扁钢.
3.3.2 基站同轴电缆馈线的金属外护层,应在上部,下部和经走线架进机房入口处就近接地,在机房入口处的接地应就近与地网引出的接地线妥善连通.当铁塔高度大于或等于60米时,同轴电缆馈线金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地.
3.3.3 同轴电缆馈线进入的感应雷.馈线避雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上,选择馈线避雷器时应考虑阻抗,衰耗,工作频段等指标与通信设备相适应.
3.4 信号线路的防雷与接地
3.4.1 信号电缆应由地下进出移动通信基站,电缆内芯线在进站处应加装相应的信号避雷器,避雷器和电缆内的空线对均应作保护接地.站区内严禁布放架空缆线.
3.4.2 对于地处年雷暴日大于20天,大地电阻率大于100欧姆.米地区的新建信号电缆,宜采取在电缆上方放排流线或采用有金属外护套的电缆,亦可采用光缆,以防雷击.
3.5 其他设施的防雷与接地
3.5.1 移动通信基站的建筑物应有完善的防直击雷及抑制二次感应雷的防雷装置(避雷网,避雷带和接内嚣等).
3.5.2 机房顶部的各种金属设施,均应分别与屋顶避雷带就近连通.机房屋顶的彩灯应安装在避雷带下方.
3.5.3 机房内走线架,吊挂铁架,机架或机壳,金属通风管道,金属门窗等均应作保护接地.保护接地引线一般宜采用截面积不小于35平方毫米的多股铜导线.
4 移动通信基站的联合接地系统
4.1地网的组成
4.1.1 移动通信基站应按均压,等电位的原理,将工作地,保护地和防雷地组成一个联合接地网.站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入.
4.1.2 移动通信基站地网由机房地网,铁塔地网和变压器地网组成,地网的组成如图4.1.2所示.基站地网应充分利用机房建筑物的基础(含地桩),铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分.当铁塔设在机房房顶,电力变压器设在机房楼内时,其地网可合用机房地网.http://www.hrl0123.myetang.com/images/st01.h1.gif
4.1.3 机房地网组成:机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置,同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网.当机房建筑物基础有地桩时,应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通.当机房设有防静电地板时,应在地板下围绕机敷设闭合的环形接地线,作为地板金属支架的接地引线排,其材料为铜导根截面积为50-75平方毫米,并从接地汇集线上引出不少于二根截面积为50-75平方毫米的铜质接地线与引线排的南,北或东,西侧连通.
4.1.4 对于利用商品房作机房的移动通信基站,应尽量找出建筑防雷接地网或其他专用地网,并就近再设一组地网,三者相互在地下焊接连通,有困难时也可在地面上可见部分焊接成一体作为机房工作地,保护地和铁塔防雷地.工作地及防雷地在地网上的引接点相互距离不应小于5米,铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连通.
4.1.5 铁塔地网的组成:当通信铁塔位于机房旁边时,铁塔时网应延伸到塔基四脚外1.5米远的范围,网格尺寸不应大于3米乘以3米,其周边为封闭式,同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体,铁塔地网与机房地网之间应每隔3-5米相互焊接连通一次,连接点不应少于两点.当通信铁塔位于机房屋顶时,铁塔四脚应与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通,同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体,以利雷电流散流.
4.1.6 变压器地网的组成:当电力变压器设置在机房内时,其地网可合用机房及铁塔地网组成的联合地网;当电力变压器设置在机房外,且距机房地网边缘30米以内时,变压器地网与机房地网或铁塔地网之间,应每隔3-5米相互焊接连通一次(至少有两处连通),以相互组成一个周边封闭的地网.
4.1.7 当地网的接地电阻值达不到要求时,可扩大地网的面积,即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置.环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成,水平接地体周边为封闭式,水平接地体与地网宜在同一水平面上,环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔3-5米相互焊接连通一次;也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体,延伸接地体的长度宜限制在10-30米以内.
4.2 接地体
4.2.1 接地体宜采用热镀锌钢材,其规格要求如下:
钢管 直径50毫米,壁厚不应小于3.5毫米.
角钢 不应小于50毫米乘以50毫米乘以5毫米.
扁钢 不应小于40毫米乘以4毫米.
4.2.2 垂直接地体长度宜为1.5-2.5米,垂直接地体间距为其自身长度的1.5-2倍.若遇到土壤电阻率不均匀的地方,下层的土壤电阻率低,可以适当加长.当垂直接地体埋设有困难时,可设多根环形水平接地体,彼此间隔为1-1.5米,且应每隔3-5米相互焊接连通一次.
4.2.3 在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区,接地体宜采用具有耐腐,保湿性能好的非金属接地体.
4.2.4 接地体之间所有焊接点,除浇注在混凝土中的以外,均应进行防腐处理.接地装置的焊接长度:对扁钢为宽边的2倍,对圆钢为其直径的10倍.
4.2.5 接地体的上端距地面不应小于0.7米,在寒冷地区,接地体应埋设在冻土层以下.
4.3 接地线和接地引入线
4.3.1 接地线宜短,直,截面积为35-95平方毫米,材料为多股铜线.
4.3.2 接地引入线长度不宜超过30米,其材料为镀锌扁钢,截面积不宜小于40毫米乘以4毫米或不小于95平方毫米的多股铜线.接地引入线应作防腐,绝缘处理,并不得在暖气地沟内布放,埋设时应避开污水管理和水沟,裸露在地面以上部分,应有防止机械损伤的措施.
4.3.3 接地引入线由地网中心部位就近引出与机房接地汇集线连通,对于新建站不应少于两根.
4.4 接地汇集线
4.4.1 接地汇集线一般设计成环形或排状,材料为铜材,截面积不应小于120平方毫米,也可采用相同电阻值的镀锌的扁钢.
4.4.2 机房内的接地汇集线可安装在地槽内,墙面或走线架上,接地汇集线应与建筑钢筋保持绝缘.
5 接地电阻
5.0.1 移动通信基站地网的接地电阻值应小于5欧姆,对于年雷暴日小于20天的地区,接地电阻值可小于10欧姆.
5.0.2 架空电力线与电力电缆接口处的保护接地以及电力变压器(100KVA以下)保护接地的接地电阻值应小于10欧姆.
5.0.3 架空电力线上方的避雷线及增装在高压线上的避雷嚣的接地电阻值,其首端(即进站端)应小于10欧姆,中间或末端应小于30欧姆.