YDT30062016通信铁塔邻近区域的防雷技术要求.pdf

I C S 3 3.0 4 0.9 9M 4 0丫D中华人民共和 国通信行业标准丫D/T 3 0 0 6-2 0 1 6通信铁塔邻近区域的防雷技术要求T e c h n ic a l R e q u i r e m e n t s f o r p r o t e c t io n o f n e ig h b o r h o o d o f t e le c o m m u n ic a t io n t o w e r s a g a in s t l ig h t n i n g2 0 1 6-0 1 一 1 5发布2 0 1 6-0 4-0 1 实施中华人 民共和 国工业和信 息化部发布丫 D 厅 3 0 0 6-2 0 1 6目次前言.I I1 范围.12 规范性引用文件 13 术语、定义和缩略语 14 与基站邻近的建筑物遭受雷击影响的主要因素.35 雷电保护区的划分 36雷 击 基 站 对 建 筑 的 空 间 磁 场 影 响 “”57跨 步 电 压 和 接 触 电 压 的 防 护 措 施 “”88 居民设备的防护措施 二 “”9附 录A(资 料 性 附 录)雷电 流的 分 布 ”ro附录 B(资料性附录)雷击电 磁场的计算 。12附录 C(资料性附录)建筑物自然框架的均压等电位.1 4丫 D 厅 3 0 0 6-2 0 1 6I1 1舌 本标准按照G B/T 1.1-2 0 0 9 给出的规则起草。本标准与以下标准协调统一:Y D/T 2 3 2 4-2 0 1 1 无线基站防雷的技术要求和测试方法;Y D/T 1 4 2 9-2 0 0 6通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法;-.G B 5 0 6 8 9-2 0 0 5通信局(站)防雷与接地工程设计规范。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位:中讯邮电咨询设计院有限公司、华为技术有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国移动通信集团公司、中国电信集团公司、中兴通讯股份有限公司。本标准主要起草人:刘吉克、朱清峰、祁征、陈强、张兴海、熊膺、林成、林涌双、刘裕城、林国勇、谢琦。丫D 厅 3 0 0 6-2 0 1 6通信铁塔邻近区域的防雷技术要求范围 本标准主要规定了 基站遭受雷击时附近居民 建筑物的雷电 保护区的划分、雷电 流在建筑物的分布、雷电影响、跨步电压和接触电压的防护措施、居民电器设备的保护。本标准适用于通信铁塔邻近区域的防雷。2 规范性引 用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。G B 5 0 6 8 9通信局(站)防雷与接地工程设计规范 Y D/T 2 3 2 4无线基站防雷的技术要求和测试方法3 术语、定义和缩略语3.，术语和定义 以下术语和定义适用于本文件。3.1.1 雷暴日 T h u n d e r s t o r m D a y 一天中可听到一次或以上的雷声则称为一个雷暴日。3.1.2 防雷区 L ig h t n i n g P r o t e c t io n Z o n e s (L P Z)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。3.1.3 雷电 活 动区 T h u n d e r s t o r m R e g io n 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:少雷区为年平均雷暴日 不超过2 5 天的地区;中雷区为年平均雷暴日在2 64 0 天以内的地区;多雷区为年平均雷暴日在4 1-9 0 天以内的地区;强雷区为年平均雷暴日超过9 0 天的地区。3.1.4 空间磁场 S p a c e M a g n e t ic F ie ld 在空间区域内连续分布的向量场，是由运动电荷或变化的电场产生的。3.1.5 二次效应Q u a d r a t ic E ff e c t 以下情况统称为雷电作用下的二次效应:1)当带电云块对大地放电时，在其泄放通道周围会产生电磁感应场向外传播或直接通过导体传导，丫II I 汀 3 0 0 6-2 0 1 6导致在影响范围内的金属部件、电子元器件和电气装置，受到电磁脉冲的干扰而毁坏。2)雷电电 流通过避雷针、引下线、接地网 将雷电 流引入大地时，由于接地网电阻的存在，雷电电荷不能全部快速地与大地负电荷中和，必然引起地网地电位升高。雷电高电位的引出，反击雷电压加在与外部连接的线缆上，致使电源设备、信号端口 损坏。3.1.6 浪涌保护器 S u r g e P r o t e c t iv e D e v ic e s (S P D)通过抑制瞬态过电压以及旁路浪涌电流来保护设备的装置。它至少含有一个非线性元件。3.1.7 限压型浪涌保护器 V o lt a g e L im it i n g T y p e S P D 无浪涌时呈高阻状态，但随着浪涌的增大，其阻抗不断降低的 S P D。常用器件有氧化锌压敏电阻、瞬态抑制二极管等。3.1.8 标称放电电流 N o m in a l D is c h a r g e C u r r e n t(I n)表明S P D通流能力的指标，对应于8/2 0 5 s 模拟雷电波的冲击电流。3.1.9 最大放电电 流M a x i m u m D is c h a r g e C u r r e n t(Im a x)S P D不发生实质性破坏，每线(或单模块)能 通过规定次数、规定波形模拟雷电波的 最大电 流峰值。3.1.1 0 最大持续运行电 压 M a x im u m C o n t in u o u s O p e r a t in g V o lt a g e(U c)S P D在运行中能持久耐受的最大直流电压或工频电压有效值。3.1.1 1 二端口浪涌保护器 T w o-P o r t S P D 具有独立的输入输出端口的浪涌保护器。在这些端口之间插入有一个专门的串联阻抗。3.1.1 2 接地网G r o u n d G r id 由一组或多组接地体在地下相互连通构成，为电气设备或金属结构提供基准电位和对地泄放电流的通道。3.1.1 3 等电 位连接 E q u ip o t e n t ia l B o n d i n g 将不同的电气装置、导电物体等，用接地导体或浪涌保护器以某种方式连接起来，以减小雷电流在它们之间产生的电位差。3.1.1 4 接地参考点 E a r t h i n g R e f e r e n c e P o in t (E R P)等电位连接网络的接地引接点。3.1.1 5 总接地汇流排 M a in E a r t h-T e r m in a l (M E T)单点接地的星形接地系统中，系统的第一级主汇流排。丫D 厅 3 0 0 6-2 0 1 63.1.1 6 局部 等电 位汇 流 排 L o c a l E q u i p o t e n t ia l E a r t h in g T e r m i n a l B o a r d (L E B)电子信息系统设备机房内，作局部等电位连接的接地汇流排。3.2 缩略语 以下缩略语适用于本文件:ME T Ma in E a r th-T e r m i n a l总接地汇流排 M O V M e t a l O x i d e V a r i s t o r金属氧化物压敏电阻 P E P r o t e c t i v e E a r t h i n g C o n d u c t o r保护接地线 R B S R a d i o B a s e S t a t i o n无线基站 MO D E M Mo d u l a t o r D e mo d u l a t o r调制解调器 A D S L A s y m m e t r ic D ig it a l S u b s c r ib e r L i n e非对称数字用户环路4 与基站邻近的建筑物遭受雷击影响的主要因素 与基站邻近的建筑物遭受雷击影响的主要因素如下:距离建筑物低压输电系统的距离;距离变压器的距离;铁塔与抱杆的高度;建筑物的结构;建筑物的接地方式;建筑物内电器设备的抗雷击能力;是否与建筑物共用配电箱:建筑物内的配电系统和电器设备是否有保护措施。5 雷电保护区的划分 从电磁兼容的角度出发，可将通信局(站)一个欲做雷电保护的空间区域，由外到内可分为几个雷电 保护区，以 规定各部分空间区域不同的雷电电 磁脉冲(L E MP)的严重程度。防雷区是按以下规定分区的。a)L P Z O A区:本区内的各物体都可能遭受直接雷击并承载全部雷电流，本区的雷电电磁场没有衰减。b)L P Z O B 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L P Z O A区一样。c)L P Z 1 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L P Z O B 区小，本区内的雷电电 磁场可能衰减(雷电电 磁场与L P Z O A区、L P Z O B 区可能不一致)，这取决于屏蔽措施。d)后续防雷区(L P Z 2 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，在本区是用以保护敏感度水平高的设备的后续防护。5.，基站所在建筑雷电保护区的划分 基站所在建筑雷电保护区的划分如图1 所示。丫D 厅 3 0 0 6-2 0 1 6Z7L P2 乃几一 呱Q 一 一 户I 叹 设备引下线一 了丁-一!一地网 基站所在建筑雷电保护区的划分5.2 图，基站与邻近建筑雷电保护区的划分基站与邻近建筑雷电保护区的划分如图2 所示。川华川 塔 铁L P Z O AL P Z OLP ZI屏 蔽 s屏蔽/一I L P Z 2 电 视、共月电基站.!地网接 地 棒!1 !地线 地网图2 基站与邻近建筑雷电保护区的划分5.3 避雷针保护半径的计算 直击雷的防护应在铁塔或抱杆的保护范围之内，其避雷针的保护范围可以按照滚球法计算，示意图见图3，单支接闪杆的保护范围按下列公式确定。丫D 汀 3 0 0 6-2 0 1 6加/悦/B-a l浑，w合 图3 避雷 针的保护范围 1)当接闪杆高度h h;时，在接闪杆上取高度为h;的一点代替单支接闪 杆杆尖作为圆心，其余的做法符合 1 条款中的规定。6 雷击基站对建筑的空间磁场影响6.1 雷击基站时对各类线缆的影响 在雷击基站铁塔时，其电 磁场二次效应会对邻近变压器、输电线及各类缆线和信号线产生影响，应对这些设施施加相应的防护措施。6.2雷击基站对邻近建筑的空间磁场影响 在基站遭雷击情况下，邻近建筑受到雷电磁场的影响，当无屏蔽时所产生的 无衰减磁场强度H o，相当于处于L P Z O A 和L P Z飞区内的磁场强度，应按式2 计算:H o =io/(2 n s 8)(A/m)(2)式中 io 一 雷电 流(A);S a 一 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离(m)(见图4);S 二 雷击点至屏蔽空间的平均距离。丫0厅 3 0 0 6-2 01 6 -、弓/勺介漪沁口 图4 附 近雷击时的 环境情况 在闪电击在建筑物附近的最坏(磁场强度最大)情况下，按建筑物的防雷类别、高度、宽度(或长度)可确定可能的最小距离:。，其方法如下。从图5 可看出，最小距离s。是建筑物高度H(m)、宽度W(m)(或长度L)以 及所选雷电流对应的滚球半径R(m)的一个函数。y“一Hr甲.1lr川合1，111.衬0 图 5 取决于滚球半径和建筑物尺 寸的 距离S a滚球半径按式3 确定。R 一 1 0(io)0.6 5式中 i s 一雷电 流(k A)，按表 1 选取。对应三类防雷建筑物的R值见表 1 0 表，与雷电流对应的滚球半径(3)防雷建筑物类别雷电流(k A)对应的滚球半径R(m)首次雷击后续雷击首次雷击后续雷击第一类2 0 05 03 1 31 2 7第二类1 5 03 7.52 6 01 0 5第三类1 0 02 52 0 081距离s a 应按式4确定。当 H 1 0时内1=W S F/1 0 (m)(6 a)当S F 1 0时d s,1=w (m)(6 b)式中 w 一 格栅形屏蔽的网 格宽(m);S F 一 按表2 计算的 屏蔽系数(d B).一 断面解蔽Am 成 d B,2图6 在 L P Z n区内供安放电气和电子系统的空间1)适用于首次雷击的磁场;2)适用于后续雷击的磁场;3)相对磁导系数N r r2 0 0;4)*格栅形屏蔽的网 格宽(m);r-格 栅形屏蔽网 格导体的 半径(m)丫D 汀 3 0 0 6-2 0 1 66.3 雷击基站对所在建筑的空间磁场影响 在闪电 直接击在位于L P Z O A 区的格栅形大空间屏蔽或与其连接的 接闪器上的情况下，其内 部L P Z 1区内V.空间内某点的磁场强度H 1 应按式7 计算(见图7)0 H 1 一 、w/(d d 撅)(A/m)(7)式中d r 一 所考虑的点距L P Z 1 区屏蔽顶的 最短距离(m);d w-所考虑的点距L P Z I 区屏蔽壁的最短距离(m);-形 状 系 数(1/福)，取k H=0.0 1 (1/福);w 一L P Z I 区格栅形屏蔽的网格宽(M).图7 闪电 直接击在接闪 器上 当闪电直接击于屋顶接闪器时，L P Z 1 区内的磁场强度根据上式计算的值仅对距屏蔽格栅有一安全距离d2 的空间V.内有效，应符合式8 的要求。d.12 二 w (m)(8)电子系统应仅安装在V.空间内。流过包围L P Z 2区及以上区的格栅形屏蔽的分雷电流将不会有实质性的影响作用，处在L P Z n区内L P Z n 十 1 区的磁场强度，将由L P Z n 区内的磁场强度凡减至L P Z n+1 区内的风十 1，其值可近似地按式9计算。H,.，一 H,/1 0 s 2 0 (A/m)(9)7 跨步电压和接触电压的防护措施7.1 一般措施 减小地网电阻;加大地表土壤的电阻率，以增大人脚与土壤间的接触电阻;减小人体附近地表电位分布的梯度。7.2 走道跨步电压的加强措施 当发生雷击时，门口 两旁的 楼柱钢筋流入的雷电 流很小，一般不会对人身产生危害。如果需采取措施，可以在门口走道处加密接地扁钢，或铺设沥青路面。丫D 厅 3 0 0 6-2 0 1 68 居民 设备的防护措施8.，一般措施 基站共用民房或邻近民房时，由于增高架或者避雷针是该居民区的较高物体，在雷电电磁场二次效应的影响下，居民建筑物内的电器设备会被雷电损坏，因此对于雷电电磁场及地电位反击的影响，可以根据现场实际情况，通过本标准提出的方法进行计算，来确定采取何种措施。居民建筑物内的电器，包括电视机、计算机、冰箱、洗衣机、配电系统，冰箱、洗衣机，对于雷电的耐受能力较强，一般情况仅仅需要在配电箱内的电源线入口加装S P D就可以确保安全;而有线电视和计算机由于对雷电的耐受能力较弱，应加强保护措施。用户以A D S L 形式通过M O D E M上网时，应在MO D E M前端的 分配箱处加装信号防雷器;用户通过小区或楼道光纤接入时，应在用户网线前端的交换机处加装信号防雷器。8.2 对基站邻近建筑的防护措施 当房屋与基站邻近时，在邻近基站的房屋附近做一简易地网，或利用房屋自身基础内钢筋结构作地网，从地网或从房屋楼柱钢筋引出导线至房屋内配电箱的接地排上;在房屋的配电箱内安装 6 0 K A的防雷器，将防雷器的接地线接到配电箱内接地排上。8.3 对基站所在建筑的防护措施 从基站的地网引出导线至房屋配电箱内接地排上，在配电箱内安装防雷器，并将防雷器的接地线接到配电箱内接地排上。在有线电视线上加装同轴电缆防雷器，同轴电缆防雷器的接地线接到配电箱内接地排上。为防止基站与所在建筑物共用的配电系统漏电保护器误动作，可在基站配电箱前加装自 恢复开关保护器。丫 D 厅 3 0 0 6-2 0 1 6 附录A(资料性附录)雷电流的分布 通信大楼雷电 流的分布问 题可以用模型法进行非常清晰的表述，采用等效电路，求出雷电流入侵时的电流、电压分布，但雷电流分别流入大楼的柱、梁墙壁等处的钢框架、钢筋是一个很复杂的问题，而且大楼的柱、梁因形状复杂，首先做成一个缩小的模型，在试验时根据物体的形状来推算出实物的电阻。通信大楼的模型如图A.1 所示。图A.1所示通信大楼顶上设有铁塔。当雷直接打在铁塔上时，雷电流通过铁塔塔脚侵入通信大楼，建筑物的断面A-A的电流分布计算结果如图A.2 所示。璐番导线图A，通信大楼的 模型000iJ一引逮酬-i l s in or|1止一一 图A.2 通信大楼直击雷雷电 流的分布 9 5%以上的雷电涌电流流经大楼的立柱、墙壁。避雷针引线中的雷电流仅仅是 1%左右的比例。而且入侵大楼的雷电流几乎全部集中在外墙，大楼内柱子中的电流仅占5%以下。大楼内的雷电流几乎全是沿纵向柱子入侵，除房顶外，横向电流很少。综上分析，当发生基站遭雷击时，雷电流将顺着引下线入地。雷电流流入大地时，由于地网接地电阻的存在，会产生较大的压降，使地电位抬高。进入建筑内的电 力线将与建筑地电位产生巨大的电 位差。由于引下线处将有强大的雷电流流过，因此在周围会产生电场祸合和磁场祸合，雷电可能闪击到建筑物丫i,厅 3 0 0 6-2 0 1 6上，除部分雷电流沿接地装置泄散外，尚有部分雷电流可沿建筑物的各种金属管线侵入。基站共用民房时，从雷电保护区的划分可以看出，所有共用建筑物都在增高架或者避雷针的保护下，建筑物本身不会遭受雷击。由 建筑物的断面A-A 的电流分布计算结果表明，雷电流基本集中在楼外墙体流入大地，沿雷电引下线流人大地的电流较少，最高层水平面雷电 流也较小，而且越下层越小，直至为零。雷电流经楼房中间柱子电流量级较小，由此与基站共址的建筑物或者民房内的人员安全是可以确保的。丫f 厅 3 0 0 6-2 01 6 附录B (资料性附录)雷击电磁场的计算 假设 一个 防 雷建 筑物，长(L)、宽(9)、高(H)均为6 0 m，柱内 钢筋直 径为1 0 m m，电 子 信息 设 备距L P ZI 区屏蔽顶的最短距离d r =3 m，距L P Z 1 区屏蔽壁的 最短距离d a,=3 m,L P Z 1 区格栅形屏蔽的网格宽*3 m 0 1.无屏蔽衰减时 在距雷击点某一距离S a 处，无建筑物屏蔽时雷电 流产生的磁场强度(A/m)，按式B.1 计算:场=10/(2 二S a)(B.l)式中:1 0 雷电 流;(单位:A)按防雷类别从表4-1 中选取;S a 一雷击点与屏蔽空间之间的平均距离，单位:m)o 由 式B.1 可以 得出 首次雷击的最大场强 场m a x(单位:A/m)和后续雷击的最大场强场m a x(单位:A/m):H 0 m a x =i o./(2“S a)(B.2)式中:忍 伪.坎 根据防护等级给出的首次雷击电 流最大值(单位:A)0 经计算，得出首次雷击和后续雷击无屏蔽空间不同距离上的最大电磁场强度见表B.1 和表B.2.表 B.，首次雷击无屏蔽空间不同距离上的最大电磁场强度(A l m)气、。，_ 一 类t 兀)31 89 0i s4撇3 9 87 0-8 5 56 05 3怪 为$06 2毛 1 5 9 2 星 031 8 3二类1 I 3 9愈 豹2 651 了了2 981 9 93 4篮2 273 9 9I 655 9 77 9 65 3111 今 4 23 8 77%一 厂 1 5 9 2 l三类表 B.2 后续雷击无屏蔽空间不同距离上的最大电磁场强度(A/m)凡 3,l a X 9 008了 丈;65 04(为2 可 I t)_ 一 类 二类8 妙6 斑 名 S6 69 97 51 笼 41 3 31 15 91 9 92 6 53 98了 钾8 59 91 1 9奚 4 91 99止 9K5 97_ 三 类40今幕5 仆，7邸报爹9 91 3 1l 的3 982.有屏蔽衰减时 当有屏蔽时，在格栅形大空间屏蔽内，即在L P Z 1 区内的磁场强度从H o 减为H 1，其值应按式B.3 计算:H i=H o/l O sF i2 o (A l m)(B.3)由 算例中已 知条件，对于首次雷击可以 算出S F=8.3 d B，则d,1=3 mo 在l o o m处时，H 1=9 1.9 A/m o 由 磁场强度大于2.4 G,时设备会发生永久损坏，即H 1=1 9 1 A/m时，得 场=4 9 6.6 A/m,S a-4 8 mo 即当建筑距离雷击点4 8 m外，其内设备才不至于永久性损坏。1 9 7 1 年美国 通用研究公司R.D希尔的仿真试验通过建立模式得出:由于雷击电磁脉冲的干扰，对当时的 计算机而言，在无屏蔽状态下，当环境磁场强度大于0.0 7 玩时，计算机会误动作;当 环境磁场强度1 2丫i 厅 3 0 0 6-2 0 1 6大于2.4 G s 时，设备会发生永久性损坏。根据G B 5 0 1 7 4-2 0 0 8 第5.2.3 条“主机房和辅助区内 磁场干扰环境场强不应大于 8 0 0 A/m 。闪电击于二类防雷建筑物附近的屏蔽空间磁场强度理论计算值能满足G B 5 0 1 7 4-2 0 0 8 的要求，但计算机还是会发生误动作，而且在一般建筑物的防雷分区中，内 部空间一般为L P Z 1 区，L P Z 2 区基本没有，而建筑物内电 器设备一般靠墙放置基本没有安全距离。丫D厅 3 0 0 6-2 01 6 附录C (资料性附录)建筑物自然框架的均压等电位 雷击时雷电流沿铁塔入地，其电位衰减很快，在 1 2 0 k A时，距引下线入地点2 m处的地电位升幅值仅1.0 4 7 k V，远小于工频发生接地短路时，H O W 高压变电站地电 位升2 0 0 0 V和5 0 0 0 V的允许值。工频发生接地短路和雷电电流的最大区别在于时间，雷电是纳秒级的，而工频发生接地短路的切断时间是秒级的，因 此雷电的承受能力一般可以 按照6 倍的工频承受能力考虑，也就是说在距引下线入地点l m处的地电位升幅值并不足以对人体产生危害，离铁塔2 m远就可以确保邻近居民的安全。楼层是以 水平楼框自 然面积作为均压等电 位网，其自 然水平框架结构一般小于1 0 mX 1 0 m，居民 室内面积基本都小于该5 m X 4 m以内，其自 然水平框架结构满足均压等电位的要求。