通信局站電源防雷設(shè)計與避雷器應(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)實驗測試及產(chǎn)品開發(fā)使用實例，指出目前通信局站電源防雷設(shè)計與避雷器應(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)、移動等設(shè)備，這些設(shè)備能正常運(yùn)行的一個很重要的基礎(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地面20m60m15m30m5m10m 圖一 大型通信局站設(shè)備布置示意圖ACMDFDC移動天線埋地光纜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地面20m60m15m30m5m10m 圖一 大型通信局站設(shè)備布置示意圖ACMDFDC移動天線埋地光纜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)防雷第四級防雷交流列頭柜直流列頭柜第一級防雷第三級防雷開關(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）第二級防雷高壓側(cè)防雷圖四 大型通信局站電源多級防雷保護(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)）第一級防雷a.c. 10KV 高壓架空直流設(shè)備第四級防雷高壓側(cè)防雷 開關(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防雷第二級防雷圖五 中型通信局站電源多級防雷保護(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 架空第二級防雷第一級防雷開關(guān)電源第三級防雷AC接入網(wǎng)設(shè)備地面圖六 小型通信局站電源多級防雷保護(hù)模式示意圖當(dāng)然，通信局站電源系統(tǒng)的多級防雷保護(hù)模式的正確與否是非常重要的，同樣的，單個避雷器性能指標(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)效果會更好，其實從大量實際經(jīng)驗看，現(xiàn)在極少有避雷器自己承受不了雷電沖擊的失敗案例，更多的是雷擊時避雷器沒任何損壞，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并聯(lián)很多MOV來實現(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)計中來的，而不是通過單單加大避雷器耐流能力可以得到

7、的。42避雷器實際保護(hù)效果與實驗室測試結(jié)果嚴(yán)重偏離由于在實驗室中避雷器殘壓都是在比較理想的狀況（地線非常短）下測得的，忽略了實際應(yīng)用中雷電流在電源引線和地線上產(chǎn)生的壓降，而事實上這部分壓降在雷電沖擊電流比較大的時候都是比較高的，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于避雷器模塊本身的殘壓。而且很多時候由于管理流程和實際操作的原因，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，因為在實際走線時避雷器的電源引線和地線是不能隨意飛線的，而必須通過走線架走線，這就導(dǎo)致了電源引線和地線不可能太短。而事實上當(dāng)雷電流比較大的時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。表一為雷電沖擊時導(dǎo)線上殘壓值。表

8、一序號雷電流值（8/20s）6米長16mm2地線上殘壓6米長35mm2地線上殘壓2條6米長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)計碰到地線很長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高的問題。現(xiàn)在也有許多電源廠家在生產(chǎn)通信電源時就把避雷器集成到設(shè)備里去了，這是一個比較好的解決方法，電源引線和地線都可以做到非常短，在碰

9、到電源設(shè)備沒有集成避雷器的時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。如果實在沒有辦法，也可以考慮并聯(lián)兩條地線，效果比加粗地線好的多。從上面測試數(shù)據(jù)可以看出，在實際通信局站，作為第一級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，那么從第一級避雷器向后面輸出的雷電壓可以高達(dá)1萬V?？繂渭儔嚎s避雷器產(chǎn)品的殘壓無濟(jì)于事，只有采用分布式多級防雷設(shè)計。這也是通信局站里需要采用多級防雷的根本原因。43串聯(lián)型避雷器應(yīng)用誤區(qū)目前使用的B+C串聯(lián)型避雷器時也有一些的缺陷，認(rèn)為有了B+C就真正的有了兩級保護(hù)，其實B級模塊的存

10、在，實際上只是保證C級模塊不損壞，或者說C級模塊的存在只是起到降低B級模塊上的殘壓的作用，而沒辦法對后面設(shè)備的保護(hù)加強(qiáng)，原因是同一根地線上面雷電流通過時產(chǎn)生的壓降小不了，如圖七a所示。解決思路，建議改B級和C級地線分開，如圖七b所示。L輸出端L輸入端退耦線圈二級一級L輸出端L輸入端退耦線圈C級模塊B級模塊V26m長16mm2地線2條6m長16mm2地線V1圖七 b 地線分開能降低殘壓圖七 a 地線不分開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比。表二序號雷電流值（8/20s）雷電沖擊時V1值雷電沖擊時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V2值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于V1值。44強(qiáng)電設(shè)備中弱電部分沒有分開做防雷處理在實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，因為在做防雷設(shè)計時大家都是按照保護(hù)水平一級一級往下降的，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）?？墒聦嵣嫌捎谧詣涌刂萍夹g(shù)越來越普及，6KV、4KV保護(hù)水平的設(shè)備只能是指這個設(shè)備的主要部件，如：鍘刀、開關(guān)等。舉個市油切換屏的例子，現(xiàn)在大部分的市油切換屏也都是通過采樣回路對市電采樣后再對切換開關(guān)進(jìn)行自動控制。切換開關(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）仍然等同于切換開關(guān)來保護(hù)。這些類似的設(shè)備還包括有自動調(diào)壓器等。要想很好的解決這個問題，就必須打破常規(guī)，把自動切換屏（ATS）也當(dāng)作弱點設(shè)備看待，大力強(qiáng)化對切換屏的保護(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