YD T 2324-2011 无线基站防雷技术要求和测试方法 非正式版.pdf
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1、 YD 中 华 人 民 共 和 国 通 信 行 业 标 准 YD/T 2324201 1 无线基站防雷的技术要求和测试方法 Technical Specification and Test Methods for Lightning Protection of Radio Base Stations 2011-05-18发布 2011-06-01实施 中华人民共和国工业和信息化部目 次 前 言. IV 1 1 1 1 5 5 5 6 6 6 7 7 7 7 8 8 8 8 9 9 9 11 11 11 11 12 12 12 12 13 14 14 14 14 14 14 15 1 范围. 2
2、 规范性引用文件 . 3 术语、定义和缩略语 . 3.1 术语和定义. 3.2 缩略语. 4 一般原则. 4.1 无线基站设备可能遭受雷击的主要端口. 4.2 基站雷击的主要因素. 4.3 各类基站所处地理环境的划分 4.4 基站雷电保护区的划分的参考结构 5 技术要求 5.1 直击雷的保护 5.1.1 接闪器 5.1.2 直击雷保护范围的确定 5.1.3 直击雷保护的技术要求 5.2 基站地网 5.2.1 基站地网的一般要求 5.2.2 接地体的埋设要求. 5.3 机房内部的基本连接结构 5.3.1 一般原则. 5.3.2 等电位连接 5.4 天馈线保护的技术要求. 5.5 进站光缆防雷接地
3、的技术要求 5.5.1 光缆的防雷方式. 5.5.2 光缆的防雷措施 5.6 无线基站低压配电系统雷电防护技术要求. 5.6.1 无线基站低压交流配电系统 5.6.2 直流拉远系统 5.6.3 无线基站低压交流配电系统第一级SPD配置 5.7 无线基站及其辅助设备雷电防护的技术要求 6 测试方法 6.1 一般原则. 6.2 试验条件. 6.3 试验波形. 6.4 无线基站接地系统及SPD的测试方法. 6.4.1 无线基站防雷接地系统的检测方法. 6.4.2 无线基站用浪涌保护器的测试方法. II6.4.3 无线基站用信号保护器检测方法. 15 15 15 15 18 20 20 24 24 2
4、4 27 27 27 27 28 29 29 29 30 32 32 33 34 35 36 39 39 39 40 40 40 41 41 6.5 无线基站用设备防雷的测试方法 6.5.1 试验前电性能检查. 6.5.2 无线基站设备耐混合波的雷电防护性能测试 6.5.3 无线基站电源设备耐冲击电流的雷电防护性能试验 . 附录A(资料性附录)馈线屏蔽层离塔处接地判定及同轴电缆安装SPD必要性计算 A.1 馈线屏蔽层离塔处接地与否判定. A.2 同轴电缆安装 SPD必要性. A.2.1 计算步骤 A.2.2 电流沿天线塔的分配因子() 附录B(资料性附录)无线基站雷击的四个端口 . B.1 电
5、源端口. B.2 信号/控制端口. B.3 天馈线/馈电端口 B.4 接地端口 附录C(资料性附录)接地. C.1 无线基站接地的目的. C.2 基站地网的组成形式. C.3 地网大小及网格数与接地电阻的关系 C.4 地网与冲击半径及无线基站地网最佳面积大小 . C.4.1 接地网与冲击半径 C.4.2 地网的最佳面积大小 C.5 网格与均衡电压接触系数的关系. C.6 功能分类接地与统一接地. 附录D(资料性附录)典型地网示意图 . 附录E(资料性附录)两种等电位连接的对比分析 . E.1 典型的星形接地方式 E.2 典型的网形接地方式. 附录F(资料性附录)低压配电系统的防护 F.1 基站
6、环境要求与SPD的选择. F.2 基站用电源SPD起火的主要原因 F.3 “3+1”三相电源防雷电路. F.4 对于分布式基站直流拉远防护 III IV 前 言 本标准参考了 ITU-T K.56无线基站的雷电防护 (2003 年版)有关条款中的 天馈线的接地要求、电力线入口处安装防雷器、同轴电缆安装 SPD 必要性计算等内容。 本标准与以下标准协调统一: 1 YD 5098-2005 通信局(站)防雷与接地工程设计规范 ; 2 YD/T 1429-2006 通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法 。 本标准所有附录均为资料性附录。 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
7、:中讯邮电咨询设计院、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、工业和信息化部电信研究院、中兴通 讯股份有限公司。 本标准主要起草人:刘吉克、陈强、熊膺、张兴海、汪伦、林涌双、李峙、杨世忠、刘 裕城、谢琦、陆冰松、林国勇、何喜文、王志岗。 无线基站防雷的技术要求和测试方法 1 范围 本标准规定了无线基站防雷的技术要求和测试方法,并规定了无线基站雷电保护区的 划分方法和不同地理环境的雷电风险划分。 本标准适用于各种制式的无线基站。 本标准不适用于室内覆盖无线基站设备。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日
8、期的引用文件, 其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据 本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件, 其最新版本适用于本标准。 GB50057 建筑物防雷设计规范 GB/T17626.5 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验 YD 5098 通信局(站)防雷与接地工程设计规范 YD/T1235.1 通信局(站)低压配电系统电涌保护器技术要求 YD/T1235.2 通信局(站)低压配电系统电涌保护器测试方法 YD/T1429 通信局(站)在用防雷系统的技术要求和检测方法 YD/T1542 信号网络浪涌保护器(S
9、PD)技术要求和测试方法 ITU-T K.56 无线基站的雷电防护 3 术语、定义和缩略语 3.1 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 3.1.1 雷暴日 thunderstorm day 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 lightning protection zones(LPZ) 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 thunderstorm region 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;
10、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 2640 以内的地区; 多雷区为一年平均雷暴日数在 4190 以内的地区; 强雷区为一年平均雷暴日数超过 90的地区。 13.1.4 雷击风险评估 evaluation of lightning strike risk 根据雷击大地导致人员、财产损害程度确定防护等级、类别的一种综合计算、分析方法。 3.1.5 雷电电磁感应 electromagnetic induction of lightning 雷电流迅速变化在其周围空间产生瞬变的强电磁场,使附近导体上感应出很高的电动 势。 3.1.6 地电位升 earth po
11、tential rise 雷电流流入大地时,由于地网接地电阻的存在,相对于无穷远点地电位升高,即雷电 高电位引出。 3.1.7 二次效应 quadratic effect 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,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,由于接地网接电阻的 存在,雷电电荷不能快速全部的与大地负电荷中和,必然引起地网地电位升高,由于雷电 高电位引出,反击雷电压加在与外部连接的线缆上,致使电源设备、信
12、号端口损坏。 3.1.8 浪涌保护器 Surge Protective Devices(SPD) 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。 3.1.9 限压型浪涌保护器 voltage limiting type SPD 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 SPD。常用器件有氧化 锌压敏电阻、瞬态抑制二极管等。 3.1.10 波形参数 wave parameter 1)8/20s冲击电流波形及其参数见图1所示。 2 t f =8 s t t=20 s 注:视在波头时间tf:冲击电流波峰值的10%到90%间的时间间隔的1.25倍; 视在原
13、点O1:雷电波冲击电流峰值10%和90%两点间画一直线与时间坐标轴的相交点; 视在半峰值时间tt:从雷电波冲击电流视在原点O1到电流降到半峰值时刻间的时间间隔。 图 1 8/20s 波形的电流与时间关系图 2)冲击电压波形图及其参数见图2所示。 注:视在波头时间t f :雷电波冲击电压波峰值的30%到90%间的时间间隔t的1.67倍; 视在原点O 1 :雷电波冲击电压峰值30%和90%两点间画一直线与时间坐标轴的相交点; 视在半峰值时间t t :从雷电波冲击电压视在原点O 1 到电压降到半峰值时刻间的时间间隔。 3)混合波波形参数 由信号发生器产生的在输出开路时具有1.2/50 s电压脉冲,
14、在输出短路时具有8/20s电流 脉冲波形,开路电压(U oc )脉冲和短路电流(I sc )脉冲之比称为虚拟阻抗(Z f ),其值等于2 。 3.1.11 残压 residual voltage 容差 项目 % 峰值 10 波头 20 波尾 20 tft t 0.1 0.5 0.9 1.0 a. 视在波头时间: t f = 1.25 t b. 视在波尾(或半峰值)时间为: t t t0 O1 t f t t t0 O1 0.3 0.5 0.9 1.0 a. 视在波头时间: t f = 1.67t b. 视在波尾(或半峰值)时间为: t t 容差 项目 % 峰值 3 波头 30 波尾 20 t
15、f =1.2 s t t=50 s 图 2 1.2/50s 波形的电压与时间关系图 3 当放电电流通过 SPD 时,其端子间呈现的电压峰值. 3.1.12 标称放电电流 nominal discharge current(In) 表明SPD 通流能力的指标,对应于 8/20 s 模拟雷电波的冲击电流。 3.1.13 最大放电电流 maximum discharge current(Imax) SPD 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。 3.1.14 最大持续运行电压 maximum continuous operating voltage(U
16、c) SPD 在运行中能持久耐受的最大直流电压或工频电压有效值。 3.1.15 二端口浪涌保护器 two-port SPD 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。 3.1.16 接地网 ground grid 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。 3.1.17 等电位连接 equipotential bonding 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。 3.1.18 接地参考点 earthing reference poin
17、t (ERP) 等电位连接网络的接地引接点。 3.1.19 总接地汇流排 main earth-terminal(MET) 单点接地的星形接地系统中,系统的第一级主汇流排。 3.1.20 局部等电位汇流排 local equipotential earthing terminal board(LEB) 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。 3.1.21 天线塔因子 tower factor( ) 表示沿 RBS天线塔流过通信导线束雷电流百分比的因子。 3.1.22 屏蔽系数 shielding factor() 表示 RBS 内由于建筑钢筋等导体的屏蔽作用使通信回路内感应电压
18、衰减的因子。 3.1.23 几何平均半径 geometric mean radius (r) 导体的几何平均半径是一个假想的筒形导体的半径,该导体的筒壁极薄,无内部磁通 但其外部磁链与原导体的总磁链(内部+外部)相同。 43.2 缩略语 下列缩略语适用于本标准 BBU building base band unite 室内基带处理单元 EBB equipotential bonding bar 等电位连接带 EUT equipment under test 被试装置 GPS global positioning system 全球定位系统 GSM global system for mobil
19、e communications 全球移动通讯系统 LEB local equipotential earthing terminal board 局部等电位连接汇流排 LEMP lightning electromagnetic pulse 雷电电磁脉冲 MET main earth-terminal 总接地汇流排 MOV Metal Oxide Varistor 金属氧化物压敏电阻 PE protective earthing conductor 保护接地线 RBS radio base station 无线基站 RF radio frequency 射频 RRU radio remote
20、 unit 射频拉远单元 4 一般原则 4.1 无线基站设备可能遭受雷击的主要端口 雷电可以从无线基站通信设备四个端口影响无线基站的正常工作,见图 3 所示: 图 3 雷电的主要引入的端口 1)电源端口:包括站内与供电电源连接的各种设备(如各类通信设备、变压器、配电 箱、稳压器、整流模块、空调、照明系统等)的电源端口、交直流拉远端口。 2)信号/控制端口:站内各种设备传输信号口、监控信号口、控制信号口等。 53)天馈线及天馈馈电端口:无线基站的各类天馈信号接口,如天线、GPS、北斗等。 4)接地端口:设备的接地端口。 上述 4 个端口常见的危害方式参见附录 B。 4.2 基站雷击的主要因素 无
21、线基站系统防雷接地采取的措施应根据以下主要因素来确定: 基站所处的地理环境,在城市、郊区、山区,或易遭受雷击的地区; 基站所处地区的年雷暴日; 雷电保护区的划分; 基站的分类(机房建筑物与铁塔的关系) ; 铁塔或桅杆; 公共建筑物或民用建筑物; 基站内所配置的设备与系统以及线缆长度; 供电方式; 所在地的供电电压波动情况。 4.3 各类基站所处地理环境的划分 无线基站防雷应根据其所处地区的地理环境影响因素(L 型、M 型、H 型、T 型)确定防 护等级,另外应考虑雷电保护区的划分、地理环境、年雷暴日、遭受雷击频次、供电电压 的稳定性、基站重要性等影响因素。 1) L型(较低风险型) :闹市区、
22、公共建筑物、专用机房且雷暴日为少雷区或中雷区。 2) M型(中等风险型) :城市中高层孤立建筑物的楼顶机房、城郊、居民房、水塘旁以 及无专用配电变压器供电的基站,且雷暴日为中雷区及多雷区。 3) H型(较高风险型) :丘陵、公路旁、农民房、水田中、易遭受雷击的机房,且雷暴 日为多雷区及强雷区(包括中雷区以上有架空电源线引入的机房) 。 4) T型(特高风险型):高山、海岛,且雷暴日为多雷区及强雷区。 注:未包含在上述风险类型的基站可根据具体情况确定所属环境类型。 4.4 基站雷电保护区的划分的参考结构 本标准所涉及的 RBS 其中一类基站参考结构用图 4 表示,从图中可以看到三个防雷区 (LP
23、Z)的划分。 1)LPZ0(包括LPZ0A L P Z 0 B)区的设施包括:天线塔、天线、外部架缆线、各类室外馈 电线缆、低压配电变压器、接地系统。 2)LPZ1区的设施包括: RBS 站房、埋地缆线、内部缆线。 3)LPZ2区的设备包括:机柜及其内部设备。 6 注:防雷区的图示内容,并不代表IEC建议中关于雷电保护区的划分的所有内容都被本标准所接纳。 图 4 RBS 防雷区划分的参考结构 5 技术要求 5.1 直击雷的保护 5.1.1 接闪器 1)根据基站建筑物的形式(专用机房、公共建筑物、民用建筑物)和铁塔、桅杆、抱杆 等,接闪器应采用常规避雷针、避雷带、避雷网格三种形式。 2)非常规避
24、雷针不应在无线基站使用。 5.1.2 直击雷保护范围的确定 1)避雷针的保护范围宜按照 GB50057-94(2000 版)附录中单根针计算。 2)避雷针的保护范围工程方法宜按照 45角确定。 3)机房和室外设备应置于直击雷保护范围内。 4)天线应置于接闪器保护范围内。 5)按本标准提出的方法实施直击雷防护时,也宜对无线基站的邻近区域共用设施的建筑 物实施雷击防护。 75.1.3 直击雷保护的技术要求 1)避雷针适宜于铁塔、桅杆或增高架的无线基站直击雷保护。 2)楼顶铁塔、增高架应与避雷带在不同方向不少于两处连接。 3) 铁塔的金属构件在电气连接的情况下,可不设置专门的避雷针引下线,雷电流通过
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