通信防雷與接地系統(tǒng)PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1通信防雷與接地系統(tǒng)通信防雷與接地系統(tǒng) 隨著高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，由雷擊引起的災(zāi)害事故正呈現(xiàn)出上升的趨勢。到目前為止，雷電作為一種強大自然力的爆發(fā)，尚無法有效地加以制止，人們力所能及的工作是設(shè)法限制雷擊所造成的破壞作用，將雷擊的危害減小到盡可能低的限度。 為更有效地防止雷擊災(zāi)害，首先要分析雷電及其雷電電磁脈沖發(fā)生的物理過程，認(rèn)識其成災(zāi)規(guī)律，從而選用適當(dāng)?shù)姆雷o器件和裝置，設(shè)計實施合理的雷電防護系統(tǒng)。由于雷電作為一種破壞因素時，其呈現(xiàn)形式以及破壞的途徑不是單一的，比較行之有效的方法是按照防止直接雷擊、感應(yīng)雷擊等設(shè)計一個綜合的雷電防護系統(tǒng)，對一切進雷通道的雷電破壞能量分別采用接閃、分流、均壓、屏

2、蔽、接地等手段，對建筑物及其內(nèi)電子設(shè)備進行全方位保護。第1頁/共42頁 1、雷電活動與地域的關(guān)系就雷電活動的地域分布而言，雷電發(fā)生的次數(shù)是山區(qū)多于平原，平原多于沙漠，陸地多于湖海，熱而潮濕地區(qū)多于冷而干燥的地區(qū)；隨著緯度的不同，落地雷與云間放電的比例亦有不同：低緯度地區(qū)的熱帶雷暴，其云底高度較高，平均每產(chǎn)生一次落地雷，就有數(shù)十次云間放電出現(xiàn)；但在中、高緯度地區(qū)，落地雷與云間放電的次數(shù)大體相當(dāng)。土壤導(dǎo)電率不同的地區(qū)，落地雷發(fā)生的頻率明顯不同。土壤導(dǎo)電情況越好，落地雷發(fā)生的頻率越高。如鹽場、河床、池沼等地區(qū)。長江以北地區(qū)平均每年有40個雷電日，長江以南地區(qū)平均每年有50個雷電日。2、雷電活動與氣候

3、的關(guān)系雷電活動的時間分布而言，夏季是雷電活動的高峰期；每天雷電活動的平均情況則是下午和上半夜多于上午和下半夜。第2頁/共42頁 3、雷電活動與地面物的關(guān)系。帶電體放電的客觀規(guī)律使得雷電活動即使在同一地區(qū)也有一定選擇性。一般而言，容易遭受雷擊的地方有：建筑物突出部位：屋脊、屋角、山墻、煙囪、各種無線電天線高聳突出的建筑物，如各種塔、架等；排除導(dǎo)電塵埃的建筑物和廢氣管道等；建筑群中特別潮濕和地下水位高的地方，埋設(shè)有金屬管道或內(nèi)部有大量金屬設(shè)備的廠房；地下有金屬礦物的地帶；山口與風(fēng)口的特殊地形構(gòu)成的雷暴走廊；開闊地上的大樹、山地的輸電線路等；平原地區(qū)獨立的房屋、草垛等。 雷電活動與地面物的關(guān)系可歸納

4、為:地面突出物易遭雷擊；地面導(dǎo)電性好的物體易引雷。雷電活動的規(guī)律和雷擊的選擇性，是防雷設(shè)計的一個重要參考因素。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的具體情況，因地制宜，以提高設(shè)計的安全系數(shù)。第3頁/共42頁雷暴日NkYD 5098-2005Nk25天少雷區(qū)Nk25天中雷區(qū)Nk40天多雷區(qū)Nk90天強雷區(qū)雷電強度的統(tǒng)計40%5%4%1%50% 200 kA雷擊強度的定義和統(tǒng)計第4頁/共42頁直擊雷 直接雷擊簡稱直擊雷，是指雷云對地面上的建筑物或其他物體等的直接放電。直擊雷的防護原則主要是設(shè)法使雷電流迅速瀉放到大地中去。通常采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)或避雷籠網(wǎng)等避雷裝置進行防護。避雷裝置一般由接閃器、引下線和接地

5、裝置三部分組成。 第5頁/共42頁 1、接閃器的基本形式有避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷籠網(wǎng)等。 避雷針即針狀接閃器，這是一種全保護方式。由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把積存的電荷能量迅速泄放，使雷擊而造成的過電壓時間大大的縮短，從很大程度上降低了雷擊的危害性。避雷針必須有足夠可靠，接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則反而增大雷擊的損害程度。避雷帶是沿建筑物邊緣敷設(shè)的接地金屬帶，通常用于一般建筑物防雷保護。避雷網(wǎng)相當(dāng)于縱橫交錯的避雷帶迭加在一起，這是接近于全保護的一種方式，一般用于重要建筑物的防雷保護。 避雷籠網(wǎng)是籠罩著整個建筑物的金屬籠。根據(jù)法拉第原理，金屬籠網(wǎng)對于雷電能起到均壓

6、和屏蔽作用。接閃時，籠網(wǎng)上出現(xiàn)高電位，而籠內(nèi)空間的電場強度為零，籠上各處電位相等，形成一個等電位體，保護籠內(nèi)人身和設(shè)備的安全。避雷籠網(wǎng)通常是利用建筑物的結(jié)構(gòu)主筋形成的，并將整座建筑物的金屬體如各種管道、構(gòu)架、電纜金屬外皮等與避雷籠網(wǎng)連接在一起，以達到理想的防雷保護作用。這種防雷保護方式不僅解決了建筑物防遭直擊雷和感應(yīng)雷的問題，而且解決了高層建筑物雖裝設(shè)了避雷針仍出現(xiàn)雷電側(cè)擊的問題，既經(jīng)濟又不破壞建筑物的美觀。大型建筑物常采用避雷籠網(wǎng)進行防雷保護。第6頁/共42頁 2、引下線是連接接閃器和接地裝置的導(dǎo)線，敷設(shè)于房頂和建筑物墻壁上。引下線應(yīng)盡量避免彎曲，應(yīng)選擇最短路徑接到接地體上。引下線的作用是將

7、接閃器接閃的雷電流安全的引導(dǎo)入地。引下線不得少于兩根，并沿建筑物四周對稱均勻布置。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，可利用其內(nèi)的鋼筋作為防雷引下線。采用多根引下線不但提高了防雷裝置的可靠性，更重要的作用是多根引下線的分流作用可大大降低每根引下線的沿線壓降，減少側(cè)擊危險。另一個目的是為了讓雷電流均勻入地，便于地網(wǎng)疏散，以均衡地電位。同時，均勻?qū)ΨQ布置可使引下線瀉流時產(chǎn)生的強電磁場在引下線所包圍的建筑物內(nèi)相互抵消，減小感應(yīng)雷擊的危險。 3、接地裝置由接地線與接地體組成。接地線是連接引下線與接地體的一段導(dǎo)線。接地體是指埋在土壤中起散流作用的導(dǎo)體。雷電流通過接地體發(fā)散到大地中去。多根接地體應(yīng)連接成環(huán)形地網(wǎng)，引下線

8、應(yīng)連接在環(huán)形地網(wǎng)的四周，這樣有利于雷電流的散流和內(nèi)部電位的均衡。 第7頁/共42頁感應(yīng)雷 在雷云放電時因雷電流及其所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖通過傳導(dǎo)、感應(yīng)和耦合等方式形成的暫態(tài)過電壓及過電壓波對設(shè)備造成危害的現(xiàn)象稱為感應(yīng)雷擊，簡稱感應(yīng)雷。習(xí)慣上將經(jīng)由傳輸線路感應(yīng)耦合（包括靜電感應(yīng)耦合和電磁感應(yīng)耦合）并沿傳輸線引入設(shè)備的雷電過電壓波稱為線路來波。而經(jīng)由空間傳播耦合（主要是電磁感應(yīng)耦合）至設(shè)備的雷電過電壓稱為感應(yīng)電磁脈沖。因瀉流時地電位升高在各地網(wǎng)之間形成電位差而引入設(shè)備（主要是傳導(dǎo)阻抗耦合）的雷電過電壓波稱為地電位反擊。以上由雷云放電引發(fā)的線路來波、感應(yīng)電磁脈沖、地電位反擊通稱為二次雷擊，也就是感應(yīng)雷

9、擊。 感應(yīng)雷侵入設(shè)備的途徑很多，可以通過進出建筑物的各種傳輸線及各種金屬管道（如電力線、信號線、電纜線、供水管道、供氣管道、供暖管道等）、接地裝置、以及空間傳播等途徑引入。暫態(tài)過電壓和雷電電磁脈沖引入設(shè)備的方式主要有靜電感應(yīng)耦合、傳導(dǎo)阻抗耦合、電磁感應(yīng)耦合等方式。第8頁/共42頁 當(dāng)雷電流入地時，地電位升高，在不同接地點之間形成很高的電位差，該過電壓會通過接地裝置對設(shè)備造成反擊，或通過設(shè)備之間的互連對其它設(shè)備造成反擊。例如雷擊基站天線鐵塔避雷針時，雷電流產(chǎn)生過電壓對設(shè)備的反擊。雷擊微波鐵塔ll1ABCDA1地電位分布ABCD等電位連接等電位連接第9頁/共42頁 例：暫態(tài)電位升高對進出屏蔽室的電

10、源線或信號線等線路的反擊。在該圖中出于抗電磁干擾的目的，將某些重要電子設(shè)備安置在由致密金屬網(wǎng)封閉的屏蔽室內(nèi)，屏蔽室與建筑物接地系統(tǒng)可靠連接，為了讓室內(nèi)電子設(shè)備信號線與遠(yuǎn)處電子設(shè)備進行信號傳輸，在屏蔽體上開出小孔，供信號線進出。在發(fā)生直接雷擊時，雷電流流過防雷接地系統(tǒng)時，屏蔽室暫態(tài)電位被抬高，而來自遠(yuǎn)處的信號線此時尚處于零電位，則在小孔處，屏蔽體與信號線之間將出現(xiàn)很高的電壓。這一高電壓很容易將兩者間氣隙擊穿，使信號線上也帶上高電位，該高電位將會直接損壞室內(nèi)的電子設(shè)備，它也將沿信號線傳輸?shù)竭h(yuǎn)處線路終端，侵害終端處的電子設(shè)備。 Rch接地母線防雷系統(tǒng)建筑物信號線屏蔽室i小孔屏蔽室開孔處的反擊第10頁

11、/共42頁 例：暫態(tài)電位升高在鄰近未受雷擊的建筑物內(nèi)引起反擊。三座相鄰近的建筑物均分別與同一金屬管道有接地連接，三座建筑物的接地實際連接在一起。當(dāng)建筑物2遇到雷擊時，雷電流將通過建筑物2的防雷系統(tǒng)引下線線和接地連線與金屬管道等進入個建筑物的接地體，使個建筑物的暫態(tài)地電位都抬高，于是在沒有采取暫態(tài)過電壓保護措施的建筑物3中，帶高電位的地線將會對其附近的電源線和通信線發(fā)生反擊，使得與這些線路相連接的電氣或電子設(shè)備受到暫態(tài)高電位的損害。 建筑物2PE保護裝置建筑物3通信線220V金屬管道建筑物1保護裝置鄰近未受雷擊建筑物內(nèi)的反擊第11頁/共42頁 防雷是一個系統(tǒng)工程，建筑物及其內(nèi)電子設(shè)備的雷電防護是

12、多方面的，它包括防止直接雷擊和感應(yīng)雷擊，需要采取綜合防護措施，這些措施主要包括接閃、均壓、分流、屏蔽和接地等。 1、雷電的第一道防線是設(shè)法攔截閃電，截雷或吸引雷電的裝置稱為避雷裝置，避雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置組成。 2、均壓（Bonding）即均衡連接，或等電位連接。為了避免雷電暫態(tài)電流路徑與附近金屬物體之間的擊穿放電，需要對建筑物內(nèi)的各種金屬構(gòu)件進行等電位連接，即將建筑物內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼或構(gòu)架連接在一起，并與建筑物的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成一個電氣上連續(xù)的整體，這樣就可以在發(fā)生雷擊時避免在不同金屬外殼或構(gòu)架之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差，使得它們彼此之間等電位，并維持在地電位水平，

13、這就是均壓措施。 3、分流就是在一切從室外來的導(dǎo)線（包括電源線、信號線、電話線等）與接地體或接地線之間并聯(lián)一種防雷保護器，當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷在室外線路上產(chǎn)生的過電壓循著這些導(dǎo)線進入室內(nèi)時，防雷器短路，雷電流由此分流入地。 4、屏蔽就是用金屬網(wǎng)、箔、殼或管子等導(dǎo)體把需要保護的對象包圍起來，把雷電電磁脈沖從空間入侵的通道全部阻斷。 5、工作接地是指為了使電子設(shè)備正常工作而設(shè)置的一個公共的零電位基準(zhǔn)面；一般電器設(shè)備的金屬外殼都是同內(nèi)部帶電部分絕緣的，一旦絕緣損壞，外殼便帶電，為了防止人體觸及帶電外殼而觸電，將電機、電器的金屬外殼和同金屬外殼相連的金屬構(gòu)架與大地作電氣上的連接，稱為保護接地 綜上所述，有

14、效雷電防護是全方位的系統(tǒng)工程，需要層層設(shè)防，綜合防治。第12頁/共42頁 放電管 火花隙：并聯(lián)于需保護線路中，當(dāng)侵入電氣設(shè)備的雷電過電壓波到達時，由于電氣設(shè)備的絕緣性能優(yōu)于避雷器的絕緣性能，避雷器火花間隙先行擊穿放電，雷電流由此瀉入大地，避免過電壓波對電氣設(shè)備的損害。 氣體放電管：也是一種火花隙，密封在玻璃管或陶瓷外殼內(nèi)，管內(nèi)充入電氣性能穩(wěn)定的惰性氣體（如氬氣或氖氣），體積較小。氣體放電管用于低壓弱電設(shè)備防雷。氣體放電管極間絕緣電阻大，寄生電容很小，對高頻電子線路的雷電防護具有明顯優(yōu)勢。但放電管保護特性的主要不足之處在于其放電時延較大，動作靈敏度不夠理想，對于波頭上升陡度較大的雷電波難以有效抑

15、制。 從雷電過電壓作用于放電管兩端的時刻到管子實際放電時刻之間有一個延遲時間，該延遲時間稱為響應(yīng)時間。如果被保護對象與避雷器的距離較短，則過電壓波可能在放電管未動作限壓時已到達被保護器件，則這種時延過長的避雷器就起不到保護的作用，所以響應(yīng)時間是避雷器的一個重要技術(shù)指標(biāo)?；鸹ㄏ逗蜌怏w放電管的特點和工作原理類似，存在續(xù)流及響應(yīng)時間長的缺點。第13頁/共42頁 壓敏電阻 壓敏電阻是一種以氧化鋅（ZnO）為主要成份的金屬氧化物半導(dǎo)體非線性電阻。下圖所示為壓敏電阻的伏安特性曲線。在瀉漏區(qū)間，壓敏電阻中電流很小，呈現(xiàn)出近似開路狀態(tài)；在箝位工作區(qū)間，壓敏電阻對過電壓發(fā)揮箝位限壓作用，其電流大，動態(tài)電阻很?。?/p>

16、在過載區(qū)，壓敏電阻嚴(yán)重過載，箝位功能惡化。壓敏電阻具有非線性特性好、通流容量大、常態(tài)泄漏電流小、殘壓水平低、動作響應(yīng)快和無續(xù)流等諸多優(yōu)點，目前已被廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備的雷電防護。壓敏電阻的伏安特性過載區(qū)箝位工作區(qū)瀉漏區(qū)10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 102 103 1041000500200100502010電流/A電壓/V第14頁/共42頁半導(dǎo)體二極管 齊納二極管、雪崩二極管和暫態(tài)二極管都是工作在反向擊穿區(qū)的二極管，從抑制暫態(tài)過電壓的角度來看，它們的性能大致是相同的，只是耐受暫態(tài)脈沖沖擊能力和箝位電壓水平等方面有所差異。由于它們具有箝位

17、電壓低和動作響應(yīng)快等顯著優(yōu)點，特別適合于用作多級保護電路中最末幾級保護元件。右圖為半導(dǎo)體二極管的伏安特性。該伏安特性可劃分為三個工作區(qū)，即正、反向區(qū)和擊穿區(qū)。在正向區(qū)，它們與普通二極管一樣，在很低的正向電壓作用下，就能夠有大量的多數(shù)載流子流過結(jié)區(qū)。在反向區(qū)，管子上承受的反向電壓低于擊穿電壓時，管子中流過很小的反向漏電流。當(dāng)管子上的反向電壓達到擊穿電壓值后，它就擊穿導(dǎo)通，進入擊穿區(qū)。擊穿區(qū)反向電壓URUZ反向電流IR正向區(qū)反向區(qū)二極管伏安特性第15頁/共42頁 元件 項目放電管壓敏電阻暫態(tài)抑制二極管泄漏電流無小小續(xù)流有無無寄生電容小大(10010000pF)大(500010000pF)響應(yīng)時間慢

18、較快（25ns）快(幾十ps)通流容量大（1100kA）大（0.1100kA）較小(0.11kA)老化現(xiàn)象有有幾乎沒有損壞形式短路或開路短路或開路短路或開路抗干擾能力較強強弱箝位電壓水平放電電壓高中等低三種保護元件的性能比較 對于一些脆弱電子設(shè)備的防雷保護來說，采用單個保護元件常常無法滿足要求，在這些保護場合下，需要將幾種保護元件組合起來，構(gòu)成多級保護電路才能達到要求。 第16頁/共42頁第17頁/共42頁壓敏電阻：電壓高于385V時，電阻下降，電壓越高，電阻越小氣體放電管：電壓高于255V時，氣體擊穿導(dǎo)通防雷空開：壓敏電阻熱擊穿時，火線對零線短路，防雷空開跳開，防止線路著火。正常時必須合上！

19、第18頁/共42頁短路保護過流保護第19頁/共42頁壓敏電阻：窗 口 綠 色 ：好窗 口 紅 色 ：壞氣體放電管：難以直接判斷！可長時間導(dǎo)通而不壞！直流防雷器：指示燈全亮：好指示燈不全亮：壞第20頁/共42頁第21頁/共42頁雷電危害的途徑第22頁/共42頁 6KV 75KV 2.5KV 4KVB級C級A級A級防雷裝置耐受沖擊指標(biāo)10KV380V供電線變壓器交流屏通信電源分級防雷示意圖第23頁/共42頁ANCBD級防雷盒防雷片氣體放電管防雷片防雷片PE防雷空開C級防雷器防雷檢測防雷片防雷片防雷片CD接地分級防雷示意圖第24頁/共42頁 電位的高低是相對而言的，工程上常常需要有零電位參考點。當(dāng)沒

20、有電流流過時，大地是等電位的，因此，人們就方便地認(rèn)為大地為零電位，將其視作電位的參考點。如果將地面上的金屬物體與大地牢固地連接，在沒有電流流過的情況下，金屬物體與大地間就沒有電位差，該金屬體就具有大地的電位零電位，這就是接地的含義。換言之，接地就是將金屬物體或電氣回路的某一節(jié)點，通過導(dǎo)體與大地相連，使該物體或節(jié)點經(jīng)常保持等電位。接地主要有以下三方面的目的： 1、安全保護。接地的首要目的是安全保護，即在系統(tǒng)正常運行以及故障（交流電力故障和直流電力故障）情況下，保證人身和設(shè)備的安全。具體而言，在供電系統(tǒng)故障情況下，為故障電流提供一條低阻抗的瀉放通路，以使供電系統(tǒng)的故障保護器件（斷路器、熔斷器等）能

21、迅速動作或?qū)⑼鈿る娢幌拗圃诎踩狄韵拢瑥亩_到保證人身和設(shè)備安全的目的。 2、雷電保護。即雷擊情況下，為直擊或/和感應(yīng)產(chǎn)生的雷電流提供確定的瀉放通路，從而避免雷電流竄入系統(tǒng)的其它敏感部件或區(qū)域，并最大限度地保證人身和設(shè)備的安全。 3、信號參考。即為系統(tǒng)提供電位參考點，降低信號電路的噪聲，為靜電電荷提供瀉放通路等。第25頁/共42頁地接地體接地引入線地線排接地配線接地系統(tǒng)由接地系統(tǒng)由五部分組成五部分組成第26頁/共42頁基站防雷及接地系統(tǒng)第27頁/共42頁第28頁/共42頁第29頁/共42頁第30頁/共42頁 1、接地參考點的設(shè)立 基站接地參考點選擇正確與否是評價等電位連接的一個重要環(huán)節(jié)，一般國

22、內(nèi)基站的接地是網(wǎng)狀星型的方式，而國外基站的接地基本采用網(wǎng)狀接地的方式（其優(yōu)點是減小在接地引線上可能產(chǎn)生的電位差）。作為網(wǎng)狀星型的方式參考點的選擇非常重要，尚若在設(shè)計時考慮不周，在雷擊時會在接地引線上產(chǎn)生較大的電位差，這個電位差有時足以使設(shè)備發(fā)生損壞。 2、基站機房內(nèi)接地排設(shè)立與接地的關(guān)系 由于移動通信基站機房較小，在國內(nèi)一般僅采用一個接地排為開關(guān)電源、收發(fā)信機、傳輸設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控以及總配電箱提供參考接地點。作為設(shè)備的接地，接地引線的長短可能對設(shè)備影響不大，但對于雷電過電壓保護而言，SPD接地線的長短可能關(guān)系到基站安裝了SPD能否起到保護作用、是否還可能遭受雷擊的關(guān)鍵問題（SPD并非100%的能解決雷擊問題）。 3、等電位接地 對于通信移動基站機房，最好是采用網(wǎng)狀連接，因為機房內(nèi)采用大星形連接，易在設(shè)備間產(chǎn)生較大的電位差而損壞設(shè)備。采用網(wǎng)狀連接，可在機房內(nèi)部的墻壁上沿機房走線架的高度設(shè)均壓環(huán)，該均壓環(huán)從機房的四角或與電源SPD及天饋接地線與均壓環(huán)的連接處用鍍鋅扁鋼或截面積不小于95平方毫米的多股銅線引出并和機房環(huán)形地網(wǎng)相連，所有連接皆采用焊接的方法并進行防銹蝕處理，基站內(nèi)各設(shè)備應(yīng)就近與均壓環(huán)可靠連接。第31頁/共42頁 1、建在郊區(qū)或山區(qū)的基站地網(wǎng)改造方案 建立