通信局站電源防雷設(shè)計(jì)與避雷器應(yīng)用的一些誤區(qū)的探討

1、通信局站電源防雷設(shè)計(jì)與避雷器應(yīng)用的一些誤區(qū)的探討 摘 要 大量通信局站電源系統(tǒng)都安裝了多級(jí)電源避雷器，但卻還是有眾多通信電源設(shè)備或用電設(shè)備遭雷擊損壞。本文首先對(duì)通信局站系統(tǒng)及目前的電源防雷措施做介紹，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)使用實(shí)例，指出目前通信局站電源防雷設(shè)計(jì)與避雷器應(yīng)用的一些誤區(qū)并提出解決方法，以供從事通信防雷的專(zhuān)家、技術(shù)人員探討。關(guān)鍵詞 電源 防雷 避雷器 地線 通流容量1 前 言通信局站低壓配電系統(tǒng)用電源避雷器（也稱(chēng)SPD）是保護(hù)通信電源設(shè)備及其他通信設(shè)備的重要防雷設(shè)備，在各種通信局站的多種電源設(shè)備內(nèi)得到了廣泛使用，對(duì)保障通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)不受雷擊而影響正常工作運(yùn)行起到了非常重要的作用；

2、但是在安裝了這么多電源避雷器后還是有電源設(shè)備或用電設(shè)備遭雷擊損壞，使人們困惑不已。2 通信局站設(shè)備布局一般通信局站都包含交換、傳輸、數(shù)據(jù)、移動(dòng)等設(shè)備，這些設(shè)備能正常運(yùn)行的一個(gè)很重要的基礎(chǔ)就是通信電源設(shè)備能正常供電，而這些通信電源設(shè)備又包括交流設(shè)備和直流設(shè)備。圖一、圖二、圖三分別是我國(guó)大、中、小通信（固網(wǎng)）局站內(nèi)設(shè)備布局的一般模式。避雷針鐵塔雷電流引下線立柱焊接點(diǎn)地面20m60m15m30m5m10m 圖一 大型通信局站設(shè)備布置示意圖ACMDFDC移動(dòng)天線埋地光纜10KV埋地交流電220/380v （埋地）(under ground)埋地用戶電纜 GSMDDN/FRInternetDCDDF 變

3、壓器ODF交換SDH油機(jī)系統(tǒng)地面避雷針鐵塔雷電流引下線立柱焊接點(diǎn)地面20m60m15m30m5m10m 圖一 大型通信局站設(shè)備布置示意圖ACMDFDC移動(dòng)天線埋地光纜10KV埋地交流電220/380v （埋地）(under ground)埋地用戶電纜 GSMDDN/FRInternetDCDDF 變壓器ODF交換SDH油機(jī)系統(tǒng)地面10KV架空交流電GSMDDFSDHODFAC架空光纜油機(jī)系統(tǒng)變壓器220/380v（架空）MDF交換DC架空用戶電纜地面圖二 中型通信局站設(shè)備布置示意圖220/380v（架空）5m 10m ONUDCACDDFSDHODFMDF架空用戶電纜架空光纜地面圖三 小型通信

4、局站設(shè)備布置示意圖3 通信電源多級(jí)防雷保護(hù)的基本模式電源避雷器作為保護(hù)通信電源和用電設(shè)備不被雷擊損壞的重要設(shè)備，合理確定被保護(hù)設(shè)備和規(guī)劃電源避雷器安裝位置是非常重要的，圖四、圖五、圖六為目前為大家所公認(rèn)的一些比較合理的通信電源多級(jí)防雷保護(hù)模式。第一章. 通信電源防雷技術(shù)及解決方案高壓側(cè)防雷（電力公司負(fù)責(zé)）低壓側(cè)防雷第四級(jí)防雷交流列頭柜直流列頭柜第一級(jí)防雷第三級(jí)防雷開(kāi)關(guān)電源UPS 高壓配電室油機(jī)室 低壓配電室變壓1 #變壓2 # 交流配電屏地面AC 10KV 兩路高壓220/380V （埋地）第二級(jí)防雷高壓側(cè)防雷圖四 大型通信局站電源多級(jí)防雷保護(hù)模式示意圖第一章. 通信電源防雷技術(shù)及解決方案低壓

5、側(cè)防雷高壓側(cè)防雷（電力公司負(fù)責(zé)）第一級(jí)防雷a.c. 10KV 高壓架空直流設(shè)備第四級(jí)防雷高壓側(cè)防雷 開(kāi)關(guān)電源 直流配電油機(jī)室 低壓配電室變壓1 # 高壓配電室220/380V地面交流配電屏第三級(jí)防雷第二級(jí)防雷圖五 中型通信局站電源多級(jí)防雷保護(hù)模式示意圖第一章. 通信電源防雷技術(shù)及解決方案電線竿220/380V 架空第二級(jí)防雷第一級(jí)防雷開(kāi)關(guān)電源第三級(jí)防雷AC接入網(wǎng)設(shè)備地面圖六 小型通信局站電源多級(jí)防雷保護(hù)模式示意圖當(dāng)然，通信局站電源系統(tǒng)的多級(jí)防雷保護(hù)模式的正確與否是非常重要的，同樣的，單個(gè)避雷器性能指標(biāo)的選擇也是非常重要，包括最大持續(xù)運(yùn)行電壓、通流容量等等，本文中不一一復(fù)述。4 具體問(wèn)題的探討4

6、1盲目加大避雷器通流容量許多通信局站在電源避雷器應(yīng)用時(shí)受一些輿論的誘導(dǎo)，安裝了許多耐流能力非常大的避雷器，有的最大通流容量甚至有200400KA（8/20s）。盲目以為耐流能力大，保護(hù)效果會(huì)更好，其實(shí)從大量實(shí)際經(jīng)驗(yàn)看，現(xiàn)在極少有避雷器自己承受不了雷電沖擊的失敗案例，更多的是雷擊時(shí)避雷器沒(méi)任何損壞，而后面的設(shè)備卻損壞了。而且，由于避雷器使用防雷器件器件（MOV）制造工藝的原因，極少有單個(gè)器件的通流容量做到200KA的，因此，絕大多數(shù)超大通流容量電源避雷器都是通過(guò)并聯(lián)很多MOV來(lái)實(shí)現(xiàn)的，器件性能的一致性也很難得到保證。所以，保護(hù)效果是從科學(xué)的防雷設(shè)計(jì)中來(lái)的，而不是通過(guò)單單加大避雷器耐流能力可以得到

7、的。42避雷器實(shí)際保護(hù)效果與實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果嚴(yán)重偏離由于在實(shí)驗(yàn)室中避雷器殘壓都是在比較理想的狀況（地線非常短）下測(cè)得的，忽略了實(shí)際應(yīng)用中雷電流在電源引線和地線上產(chǎn)生的壓降，而事實(shí)上這部分壓降在雷電沖擊電流比較大的時(shí)候都是比較高的，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于避雷器模塊本身的殘壓。而且很多時(shí)候由于管理流程和實(shí)際操作的原因，避雷器的電源引線和地線不可能真正的象很多標(biāo)準(zhǔn)中要求的一樣短，因?yàn)樵趯?shí)際走線時(shí)避雷器的電源引線和地線是不能隨意飛線的，而必須通過(guò)走線架走線，這就導(dǎo)致了電源引線和地線不可能太短。而事實(shí)上當(dāng)雷電流比較大的時(shí)候避雷器電源引線和地線上的殘壓已經(jīng)成了避雷器系統(tǒng)殘壓的主要部分。表一為雷電沖擊時(shí)導(dǎo)線上殘壓值。表

8、一序號(hào)雷電流值（8/20s）6米長(zhǎng)16mm2地線上殘壓6米長(zhǎng)35mm2地線上殘壓2條6米長(zhǎng)16mm2地線并聯(lián)上的殘壓12.0KA0.7KV0.7KV0.56KV25.8KA2.24KV2.20KV1.71KV38.63.43KV3.45KV2.70KV412.0KA4.50KV4.54KV3.48KV現(xiàn)在在做防雷設(shè)計(jì)碰到地線很長(zhǎng)的情況都要求加粗地線，忽略了電源引線，而且單單導(dǎo)線加粗10多平方毫米電感量減小的也非常有限，從表一中也能看出，根本不能上解決地線殘壓過(guò)高的問(wèn)題?，F(xiàn)在也有許多電源廠家在生產(chǎn)通信電源時(shí)就把避雷器集成到設(shè)備里去了，這是一個(gè)比較好的解決方法，電源引線和地線都可以做到非常短，在碰

9、到電源設(shè)備沒(méi)有集成避雷器的時(shí)候也可以考慮把避雷器安裝到設(shè)備內(nèi)部。甚至從標(biāo)準(zhǔn)上要求提高通信電源設(shè)備的雷擊抗力要求，做到有一定的富余度。如果實(shí)在沒(méi)有辦法，也可以考慮并聯(lián)兩條地線，效果比加粗地線好的多。從上面測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，在實(shí)際通信局站，作為第一級(jí)電源避雷器需要承受的雷電流要遠(yuǎn)大于12KA，避雷器地線也可能不止6米長(zhǎng)，那么從第一級(jí)避雷器向后面輸出的雷電壓可以高達(dá)1萬(wàn)V?？繂渭儔嚎s避雷器產(chǎn)品的殘壓無(wú)濟(jì)于事，只有采用分布式多級(jí)防雷設(shè)計(jì)。這也是通信局站里需要采用多級(jí)防雷的根本原因。43串聯(lián)型避雷器應(yīng)用誤區(qū)目前使用的B+C串聯(lián)型避雷器時(shí)也有一些的缺陷，認(rèn)為有了B+C就真正的有了兩級(jí)保護(hù)，其實(shí)B級(jí)模塊的存

10、在，實(shí)際上只是保證C級(jí)模塊不損壞，或者說(shuō)C級(jí)模塊的存在只是起到降低B級(jí)模塊上的殘壓的作用，而沒(méi)辦法對(duì)后面設(shè)備的保護(hù)加強(qiáng)，原因是同一根地線上面雷電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的壓降小不了，如圖七a所示。解決思路，建議改B級(jí)和C級(jí)地線分開(kāi)，如圖七b所示。L輸出端L輸入端退耦線圈二級(jí)一級(jí)L輸出端L輸入端退耦線圈C級(jí)模塊B級(jí)模塊V26m長(zhǎng)16mm2地線2條6m長(zhǎng)16mm2地線V1圖七 b 地線分開(kāi)能降低殘壓圖七 a 地線不分開(kāi)不能降低殘壓表二為圖七a和圖七b兩種不同接線方式殘壓對(duì)比。表二序號(hào)雷電流值（8/20s）雷電沖擊時(shí)V1值雷電沖擊時(shí)V2值13.0KA2.20KV1.56KV25.7KA3.16KV2.29KV3

11、11.5KA5.70KV4.32KV從表二中可以看出相同幅值的雷電流沖擊時(shí)V2值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于V1值。44強(qiáng)電設(shè)備中弱電部分沒(méi)有分開(kāi)做防雷處理在實(shí)際雷害中有很多大家認(rèn)為比較“粗、笨”，位于通信電源前端的電源設(shè)備遭受損壞，因?yàn)樵谧龇览自O(shè)計(jì)時(shí)大家都是按照保護(hù)水平一級(jí)一級(jí)往下降的，從6KV、4KV、2.5KV直到主要要保護(hù)設(shè)備的1KV（參照IEC60 6641 © 19902低壓系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的絕緣配合）?？墒聦?shí)上由于自動(dòng)控制技術(shù)越來(lái)越普及，6KV、4KV保護(hù)水平的設(shè)備只能是指這個(gè)設(shè)備的主要部件，如：鍘刀、開(kāi)關(guān)等。舉個(gè)市油切換屏的例子，現(xiàn)在大部分的市油切換屏也都是通過(guò)采樣回路對(duì)市電采樣后再對(duì)切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行自動(dòng)控制。切換開(kāi)關(guān)的耐雷擊水平很高，這是毋庸質(zhì)疑的，但采樣回路卻常常受雷擊損壞。原因就是在防雷保護(hù)中把強(qiáng)電設(shè)備中弱電部分（采樣回路）仍然等同于切換開(kāi)關(guān)來(lái)保護(hù)。這些類(lèi)似的設(shè)備還包括有自動(dòng)調(diào)壓器等。要想很好的解決這個(gè)問(wèn)題，就必須打破常規(guī)，把自動(dòng)切換屏（ATS）也當(dāng)作弱點(diǎn)設(shè)備看待，大力強(qiáng)化對(duì)切換屏的保護(hù)，尤其是強(qiáng)化切換屏中弱電部分的保護(hù)。圖八為廣東電信部分通信局站切換屏防雷改造示意圖，即在交流電采樣線路中加裝結(jié)構(gòu)特殊、功能完善的