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《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》(YD/T5098-2001)

资讯频道文章B
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
执行日期:二00一年十月一日
一、 总 则
1.0.1
为了解决综合通信大楼、交换局、数据局、模块局、接入网站、IP网站、移动通信基站、卫星地球站、微波站等因雷电感应通过电源线、信号线、网络数据线、天馈线、遥控系统、监控系统引入的雷害,确保通信设备的安全和正常工作,特制定本规范。
1.0.2 本规范适用于新建、扩建、改建及原有通信局(站)的雷电过电压保护工程设计。
1.0.3 通信局(站)雷电过电压保护工程应建立在联合接地、均压等电位分区保护的基础上。
1.0.4 通信局(站)雷电过电压保护设计应根据电磁兼容原理,按防雷区划分,对电涌保护器的安装位置进行合理规划。
1.0.5 通信局(站)雷电过电压保护设计应以现场调查、局址地理环境、年雷暴日分布及通信局(站)类型为依据。
1.0.6 本规范是通信局(站)雷电过电压保护工程设计、施工、监理、维护和各类保护器件选择的技术依据,通信局(站)雷电过电压保护工程所选用的电涌保护器应符合国家标准及通信行业标准或参照IEC、ITU-T-K系统等国际相关建议,经信息产业部认可的检测部门测试合格的产品。
1.0.7 本规范年雷暴日的确定,一般应依椐通信局(站)所在地区的气象部门提供的数据,或者参照本规范附录 C和附录D 的范围确定。
1.0.8 通信局(站)雷电过电压保护工程除应执行本规范以外,还应符合国标GB50057-94《建筑物防雷设计规范》及通信行业防雷接地标准。
二、 术语
2.0.1防雷区
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 英文缩写LPZ,详见附录B)。
2.0.2 雷电活动区
根据年平均雷暴日的多少,雷电活动区分为少雷区、中雷区、多雷区和强雷区:
少雷区为一年平均雷暴日数不超过25的地区;
中雷区为一年平均雷暴日数在25~40以内的地区;
多雷区为一年平均雷暴日数在40~90以内的地区;
强雷区为一年平均雷暴日数超过90的地区。
2.0.3 电涌保护器
电涌保护器(Surge Protective Devices简称SPD)在通信局(站)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。
2.0.4 开关型SPD
安装在通信局(站)建筑物外(按照IEC 1312-3的要求,一般用在LPZ0B-LPZ1区)用于电源系统的SPD,可最大限度的消除电网后续电流,疏导10/350ms的模拟雷电冲击电流。
2.0.5限压型SPD
安装在防雷区建筑物内(按照IEC1312-3的要求,一般用在LPZ1区和LPZ2区┅┅n区)的SPD,可疏导8/20ms的模拟雷电冲击电流。限压型SPD一般由氧化锌压敏电阻(MOV)或半导体放电管(SAD)等元器件组成。
2.0.6 混合型SPD
一般由MOV与滤波器、半导体放电管(SAD)与MOV等电路组成。
2.0.7 SPD残压雷电放电电流通过SPD时,其端子间呈现的电压.
2.0.8 8/20ms、10/350ms模拟雷电流冲击波(如图2.0.8所示)
三、通信局(站)雷电过电压保护设计
3.1 一般规定
3.1.1 通信局(站)雷电过电压保护设计,应根据通信局(站)内通信设备安装的具体情况,确定被保护对象和保护等级,做到统筹规划、整体设计。
3.1.2 通信局(站)内的接地引线布放,应考虑雷电电磁场不均匀分布的影响。
3.1.3 出入通信局(站)的电力电缆(线)、通信缆线应采用金属护套电缆或敷设在金属管内。
3.1.4 通信局(站)雷电过电压保护设计,应注意对各保护区SPD的合理设置,其保护水平应小于该保护区内被保护设备的耐压,以达到逐级保护通信设备的目的。
3.1.5 通信局(站)雷电过电压保护设计应考虑通信系统的现状,并便于扩容发展。
3.1.6进局电缆应埋地引入,缆线埋地深度应不小于0.7m。
3.1.7通信局(站)雷电过电压保护设计,必须对SPD进行合理选型,具体选型见第五章SPD的选型原则。
3.1.8本章所规定的限压型SPD标称放电电流和冲击通流容量量级所选用的雷电流波形如无特别指出,一般为8/20ms模拟雷电流波;对于开关型SPD的标称放电电流,为10/350ms模拟雷电流波。
3.1.9 SPD的接地线应尽可能短。
3.2 通信局(站)内计算机网管系统的雷电过电压保护设计
3.2.1通信局(站)内计算机网管系统的雷电过电压保护设计应根据其在局(站)内具体的防雷区位置,保护等级,确定SPD的保护参数。
3.2.2 当通信局(站)各类网管系统的金属数据线垂直长度大于30m时,应穿金属管,其金属管两端必须就近与楼层的均压网或接地网焊接。
3.2.3 建在城市且地处多雷区、强雷区的通信局(站)各类网管系统的金属数据线,若长度大于50m、小于100m,其数据线一侧的终端设备输入口应具有SPD,若长度大于100m,其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。
3.2.4 建在郊区或山区且地处多雷区、强雷区的通信局(站)各类网管系统的金属数据线,若长度大于30m、小于50m,其数据线一侧终端设备输入口应具有SPD,若长度大于50m,其数据线两侧的终端设备输入口均应具有SPD。
3.2.5 地处多雷区、强雷区与机房外用金属缆线连接的各类网管系统数据线,雷电过电压保护必须采用下列措施:
1 控制及数据采集用的网络接口应具有相应物理接口的SPD保护。
2 局域网工作站终端设备输入口应具有相应通信接口的SPD。
3 出入局(站)的各类金属数据线两端的网络接口必须具有SPD保护。
3.2.6
出入局(站)的网络金属数据线应穿金属管道或采用屏蔽电缆后,再从地下引入其它机房,金属管后铠装电缆的金属护层两端应就近与地网焊接。
3.3 通信局(站)内信号线的雷电过电压保护设计
3.3.1出入通信局(站)的电缆金属外护套,应在通信局(站)进线室内就近接地或与地网连接。
3.3.2 进局电缆的信号线均应对地加装信号SPD后,再接入通信设备。
3.3.3 进局电缆缆内的空线对必须作接地处理。
3.3.4 地处少雷区的交换局总配线架,宜采用由气体放电管与正温度系数热敏电阻(PTC)组成的保安单元。
3.3.5 地处中雷区的交换局总配线架,宜采用由气体放电管或半导体放电管(SAD)与PTC组成的保安单元。
3.3.6 地处多雷区和强雷区的交换局总配线架,应采用由SAD与PTC组成的保安单元。
3.3.7
在通信机房总体规划时,总配线架宜安装在一楼进线室附近,总配线架必须就近接地(从地网、建筑物预留的接地端子或从接地汇集线上引入),接地引入线应从地网两个方向就近分别引入。
3.3.8 市话电缆空线对,必须在配线架上接地。
3.4 通信局(站)内传输系统的雷电过电压保护设计
3.4.1出入通信局(站)的光缆或电缆,应在进线室将金属铠装外护层做接地处理,另外光缆应将缆内的金属构件,在终端处接地。
3.4.2 进入通信局(站)的PCM电缆芯线应在终端处加装SPD,空线对必须就近接地。
3.4.3 进入无线通信局(站)的缆线应加装SPD后,再与上下话路的终端设备相连。
3.5 通信局(站)无线通信系统天馈线的雷电过电压保护设计
3.5.1
铁塔上架设的波导馈线、同轴电缆金属外护层应分别在上、下端及进入机房入口处外侧就近接地,当馈线及同轴电缆长度大于60m时,其屏蔽层宜在塔的中间部位增加一个接地连接点,室外走线架始末两端均应作接地连接。
3.5.2
建在城市内孤立的高大建筑物或建在郊区及山区,地处中雷区以上的无线通信局(站),当馈线采用同轴电缆时,应在同轴电缆引进机房入口处安装标称放电电流不小于5kA的同轴SPD,同轴SPD接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接。
3.6 通信局(站)监控系统雷电过电压保护设计
3.6.1
出入局(站)的监控系统缆线(缆线中含控制、电源、视频线)应埋地,且应在两端分别安装SPD保护,缆线的金属外护套两端应就近接地。
3.6.2
建在中雷区以上的通信局(站)内部监控系统的缆线,若长度大于50m小于100m,应在其一侧的终端设备采用SPD;若长度大于100m,其两侧的终端设备输入口均应具有SPD保护。
3.6.3
建在中雷区以上的通信局(站),出入局(站)监控系统的缆线,若采用光缆传输信号,无需采用SPD保护,但为两端设备供电的电源芯线应对地加装标称工作电压大于供电电压最大值20%、标称放电电流为10kA的限压型SPD。确定一端或两端采用SPD保护应依据3.6.2条对长度要求。
3.6.4建在中雷区以上的通信局(站),监控信号采集器的遥信输入端应加装含SAD的SPD。
3.6.5 监控系统的云台、防雨罩必须就近接地。
3.7 通信局(站)电源系统的雷电过电压保护设计
3.7.1
从架空高压电力线终端杆引入通信局(站)的10kV或6.6kV高压电力线,必须更换为铠装电缆,进入通信局(站)配电变压器高压侧的铠装电缆宜全程埋地引入;当配电变压器设在通信局(站)建筑物内部时(建在郊区和山区的微波站、移动通信基站的配电变压器,不宜与通信设备设在同一建筑物内),高压铠装电缆应从地下入局,且铠装电缆长度应大于200m,铠装层两端应就近接地。
3.7.2
在架空高压电力线终端杆与铠装电缆的接头处,三相电力线应分别就近对地加装额定电压为12.7kV(系统额定电压10kV)或7.6kV(系统额定电压6.6kV)的交流无间隙氧化锌避雷器,对于建在郊区或山区,地处中雷区以上的通信局(站),避雷器应采用标称放电电流大于20kA的交流无间隙氧化锌避雷器(强雷电避雷器)。
3.7.3
配电变压器高压侧应在靠近变压器处装设相应系统额定电压等级的交流无间隙氧化锌避雷器,变压器低压侧应按3.7.7条款安装SPD,配电变压器在室内时,高压侧避雷器宜装在户外,且离变压器不得大于10m(配电变压器在室内,高压供电系统采用二次配电的通信局(站),配电变压器高压侧避雷器应安装在高压配电柜中)。
3.7.4 配电变压器高、低压侧SPD的接地端子、变压器的外壳、中性线、以及电力电缆的铠装层应就近接地。
3.7.5 进入通信局(站)的低压电力电缆宜全程埋地引入,其电缆埋地长度不宜小于15m。
3.7.6
当供电系统采用TN-S方式,低压电力电缆引入机房后,在交流稳压器内或交流配电屏(箱)内,相线及中性线应分别对地加装限压型SPD;
当供电系统采用TN-C-S方式,低压电力电缆引入机房后,在交流稳压器内或交流配电屏(箱)内,相线应分别对地加装限压型SPD。
3.7.7 在配电变压器、配电室、电力室界面选用电源SPD的工程要求:
1
供电线路对地安装限压型SPD回路中应采取过流保护措施(宜串接保险丝),保险丝标称电流的量级不宜大于为上一级保险丝的1/1.6倍(不含变压器的次级)。
2
建在城市,地处中雷区(或虽然处于少雷区,但根据历年雷击统计,若时有雷击事故发生)的通信局(站)配电变压器低压侧或低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处,应具有标称放电电流不小于20kA的限压型SPD;低压电缆引入电力室后,在配电屏终端入口处,应具有标称放电电流为15kA的限压型SPD。
3
建在城市,地处多雷区、强雷区,通信局(站)为孤立、高大建筑物的机楼,配电变压器低压侧或低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处,应具有标称放电电流不小于40kA的限压型SPD;低压电缆引入电力室配电屏终端入口处,应具有标称放电电流为15kA的限压型SPD。
4
建在郊区或山区,地处中雷区以上的通信局(站),配电变压器低压侧或低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处,应安装冲击通流容量大于60kA的限压型SPD或具有标称放电电流不小于15kA的开关型SPD;低压电缆引入电力室配电屏终端入口处应具有标称放电电流为15kA的限压型SPD;其中限压型SPD的工作电压应按当地的电力供电电压最大值选择。
5
建在高山,地处多雷区以上的微波站、移动通信基站,配电变压器低压侧或低压电缆引入配电室或配电屏终端入口处,应安装冲击通流容量大于100kA的限压型SPD或安装标称放电电流不小于25kA的开关型SPD;低压电缆引入电力室配电屏终端入口处应具有标称放电电流为15kA的限压型SPD,其中限压型SPD的工作电压应按当地的电力供电电压最大值选择。
6
在上述条款中,若通信局(站)配电变压器和配电室在同一建筑物内,其SPD应在配电室内安装。
7
无专用配电变压器供电的移动通信基站低压电缆应从共用的配电变压器全程埋地引入机房,且在配电屏终端入口处,相线应分别对中性线、中性线对地加装限压型SPD或者相线应分别对中性线加装限压型SPD,中性线对地间应采用间隙型组成的SPD。地处中雷区的基站应安装标称放电电流不小于20kA的限压型SPD;地处多雷区、强雷区的基站应安装标称放电电流不小于40kA的限压型SPD。若采用架空电源线引入时,地处中雷区以上的基站,在配电屏终端入口处,应安装最大通流量不小于100kA的限压型SPD。
8
无专用配电变压器供电的交换局、模块局及安装接入网设备的局(站),低压电缆必须从共用的配电变压器全程埋地引入配电室,且在配电屏终端入口处相线应分别对中性线、中性线对地加装限压型SPD或者相线应分别对中性线加装限压型SPD,中性线对地间应采用由间隙型组成的SPD。地处中雷区的市话交换局应安装标称放电电流不小于20kA的限压型SPD,地处多雷区、强雷区的市话交换局应安装标称放电电流不小于40kA的限压型SPD;低压电缆引入电力室后,且在配电屏终端入口处相线及中性线应对地加装标称放电电流不小于15kA的限压型SPD。
9
建在野外空旷场地、无机房建筑的无线基站供电线路应采用冲击通流容量大于100kA混合型SPD,SPD接地端子应就近与地网连接,混合型SPD箱内的元器件必须考虑电力供电电压波动较大的问题,无线基站供电的低压电力电缆必须全程埋地引入。
四、 通信局(站)雷电过电压保护的接地要求
4.0.1
通信局(站)雷电过电压保护设计中所采用的各类SPD的接地,应符合原邮电部YDJ26-89《通信局(站)接地设计暂行技术规定(综合楼部分)》和YD2011-93《微波站防雷与接地设计规范》要求,在设计时,应在SPD安装位置预留接地端子。
4.0.2 电源用SPD的连接线及接地线截面积应符合表4.0.2的要求,材料为多股铜线。
4.0.2 电源SPD连接线和接地线选择表 (略)
4.0.3 数据线用SPD以及其它类型SPD的接地线截面积应不小于2.5mm2,材料为多股铜线。
4.0.4 电源用模块式SPD的接线端子与相线和零线之间的连接线长度应小于0.5m,SPD接地线的长度应小于1m,且应就近接地。
4.0.5
电源用箱式SPD接线端子与相线和零线之间的连接线长度,若接线上确有困难,可视具体情况适当放宽连接线长度,但其截面积应适当增大;SPD接地线的长度应小于1m,且应就近接地。
4.0.6
通信局(站)的接地引入线长度应不大于30m,其材料可采用热镀锌扁钢或铜排,截面积应不小于40mm×4mm,接地引入线应避免从利用建筑物钢筋作为雷电引下线的柱子附近引入。
4.0.7 通信局(站)的进出线孔,各类缆线金属外护层的接地引入点也应避免在建筑物外侧柱内作为雷电引下线的柱子附近设立或引入。
4.0.8 各类管线应在进入通信局(站)前与地网就近焊接成一体,需要阴极保护的管道,宜在管道与地网间加装隔离式等电位SPD。
4.0.9
为了避免在各类信号线、控制线、通信线上感应各种干扰信号和雷电脉冲,在通信局(站)设计时,各类没有屏蔽的缆线应穿金属管布放,缆线竖井宜设立在建筑物中部,在机房的布线应离开建筑物雷电引下线的柱子。
4.0.10
通信局(站)联合接地地网的接地电阻值已满足SPD接地的需要,因此对在通信局(站)使用的SPD接地电阻值不做严格要求,设计时仅需将通信局(站)使用的各类SPD的接地端子就近接地。
五、 SPD的选择
5.1 一般要求
5.1.1
SPD可由气体放电管、放电间隙、MOV、SAD、齐纳二极管、滤波器、保险丝等元件混合组成;选择SPD应在同一测试指标下,考虑SPD所选元器件的参数及元器件组合方式。
5.1.2 SPD的选择应考虑通信局(站)遥信及监控的需要。
5.1.3 用于交流配电系统保护的限压型电源SPD标称导通电压一般为Un=2.2U(U为运行工作电压)。
5.1.4 SPD的通流容量必须是每线的通流容量。
5.2 电源用SPD
5.2.1
工程选用限压型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,根据工程的具体情况进行选择。
5.2.2 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。
5.2.3 通信局(站)采用的电源用箱式SPD,应根据通信局(站)的具体情况,具有以下功能:
1、SPD劣化指示;
2、SPD损坏告警;
3、热容和过流保护;
4 、保险跳闸告警;*
5 、遥信;
6、雷电记数。*
* 表示此项功能可根据工程要求进行选择。
5.2.4混合型SPD一般由MOV与滤波器或SAD与MOV等电路组成,其在标称放电电流40kA时残压应小于1000V。
5.2.5 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100ns等特点。
5.3信号线用SPD
5.3.1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。
5.3.2总配线架的保安单元应符合YD/T694-2000《总配线架技术要求和实验方法》的规定。
5.3.3 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。
5.3.4 信号线用SPD的插入损耗应满足通信系统的要求。
5.3.5 信号线用SPD的标称放电电流应33kA。
5.4馈线用同轴型SPD
5.4.1 同轴型SPD插入损耗应£ 0.2dB,驻波比£
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。
5.4.2 同轴型SPD的标称放电电流应35kA。
5.5 计算机、控制终端、监控系统的网络数据线用SPD
5.5.1
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的SPD。
5.5.2
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33kA,若采用SAD器件组成的SPD标称放电电流应3300A。
本规范用词说明
A.0.1在本规范条款中,有关严格程度的用词采用以下三级写法:
1.表示很严格,非这样做不可的用词:
正面词采用"必须";反面词采用"严禁"。
2.表示严格,在正常情况下均应这样做的用词:
正面词采用“应”;反面词采用“不应”“不得”。
3.表示允许稍有选择,在条件许可时首先应选择的用词:
正面词采用"宜"或"可";反面词采用"不宜"。
A.0.2
条文中必须按指定的标准、规范或其它有关规定执行的写法为"应按……执行"或"应符合……的要求"。非必须按所指的标准、规范或其它规定执行的写法为"可参照……的要求(或规定)"。
附录B 防雷区(LPZ)
B.0.1 防雷区以其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。
B.0.2 防雷区宜按以下规定分区:
1.LPZ0A 区:本区内的各物体都可能遭受直接雷击和导走全部雷电流,本区的雷电电磁场没有衰减。
2.LPZ0B 区:本区内的各物体不可能遭受直接雷击,但本区内的雷电电磁场的量级与LPZ0A 区一样。
3.LPZ1区:本区内的各物体不可能遭受直接雷击,流经各导体的电流比LPZ0B区更小,本区内的雷电电磁场可能衰减(雷电电磁场与LPZ0A
区、LPZ0B 区可能不一致),这取决于屏蔽措施。
4.后续防雷区(LPZ2等):当需要进一步减小雷电流和电磁场时,应引入后续防雷区,并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。
B.0.2 在两个防雷区的界面上,应将所有通过界面的金属物做等电位连接,并宜采用屏蔽措施。
将需要保护的空间划分成不同防雷区的一般原则见图B-1。
将一个建筑物划分为几个防雷区和做符合等电位连接的例子见图B-2,此处的所有电力线和信号线从同一处进入被保护空间LPZ1区,并在设于LPZ0A
区与LPZ1区等电位连接带1上做等电位连接(各类带绝缘外护套电缆,一般应在进线室接地。而在局内仅在设备端做接地处理,分界处不再做等电位连接),这些线路在LPZ1与LPZ2区界面处等电位连接带2上再做等电位连接。将建筑物外的屏蔽1连接到等电位连接带1上,内屏蔽2连接到等电位连接带2上。LPZ2是这样构成,使雷电流不能导入此空间,也不能穿过此空间。在需要保护的空间内,当采用屏蔽电缆时其屏蔽层应至少在两端并宜在交界处做等电位连接。
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