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H3C 无线接入设备防雷安装指导手册-6W100

01-正文

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01-正文



第1章  防雷术语及基本常识概述

无线AP加装室外机箱和室外型AP都会放置在室外应用,在雷雨多发的季节常常面临着防雷等严峻问题。恶劣的环境对于室外应用设备的防雷等级和防雷安装都提出了更高的要求,而且室外环境的多样化又使得防雷等级难以确定。本文基于标准和实际典型室外应用的AP的防雷等级做了充分分析,给出了标准条件下的防雷安装指导,对于条件不满足的恶劣情况,也给出了现场整改方案。

&  说明:

文本中提到的浪涌电压值都是基于10/700微秒的开路电压波形的,冲击电流值都是基于8/20us的短路电流波形的。

 

1.1  防雷常用术语介绍

术语

解释

雷击

雷云间,或对大地及地面物体的迅速放电现象

直击雷

雷云与大地上的某一点发生的迅猛的放电现象

感应雷

雷云放电后产生的感应电压或感应电磁场对附近物体的破坏现象

雷暴日

以一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣来表示的该地区的雷电活动强弱

雷电过电压

因特定的雷电放电,在系统中一定位置上出现的瞬态过电压

接地

将导体连接到“地”,使之具有近似大地(或代替大地)的电位

接闪器

包括避雷针、避雷带(线)、避雷网,以及用作接闪的金属屋面或金属构件

雷电引下线

用以连接接闪器与接地装置的金属导体

接地体

为达到与地连接的目的,一根或一组与土壤(大地)密切接触并提供与土壤(大地)之间电气连接的导体

接地网

为实现良好接地,由接地体演变而来的大面积金属栅格

(保护)接地线

用来把设备中的电源保护接地端子同建筑物安装接地点连接起来的建筑物安装布线中或电源线中的导线

接地引下线

连接接地网与总汇流排的金属导体

接地端子

设备的保护接地端(PE)

等电位连接

将互连设备的接地端子相连,以达到相同或相近电位的电气连接

PE

保护地,机箱及机箱内各种设备金属外壳的保护接地

BGND

直流地,机箱直流供电电源的接地,一般是将-48VDC的正极在电源柜处进行接地,也可采用RTN表示

GND

工作地,机箱中各种设备功能电路的接地,是单板及母板上的数字地和模拟地的统称

共用接地系统

将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统

 

1.2  雷击基本常识

1.2.1  雷击的危害

雷击是严重自然灾害之一,随着现代通信技术的不断发展,日益繁忙庞杂的事务通过电脑、网络及通讯设备得以井然有序,而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低,其数量和规模不断扩大,因而它们受到过压特别是雷电袭击而受到损害的可能性就大大增加,其后果不仅是对设备造成直接损害,还可能使整个系统的运行中断,并造成难以估算的经济损失。因此,设备防雷已成为一项迫切需求。

1.2.2  雷击的分类

雷击一般分为直击雷和感应雷。

直击雷是指:雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上,由于电效应、热效应等混合力作用,直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡等。

感应雷是指:雷云之间或雷云对地之间的放电而在附近的架空线路、埋地线路、金属管线或类似的传导体上产生感应电压,该电压通过导体传送至设备,造成网络系统设备的大面积损坏。

1.2.3  雷击的传播

雷击对网络设备的入侵,主要有以下三个途径:

(1)        直击雷经接闪器而直接入地,导致地网附近地电位抬升,高电压由设备接地线引入造成地电位反击。

(2)        雷电流经引下线入地时,高的电流变化率在引下线周围产生强磁场,使周围设备感应过电压。

(3)        进出大楼或机房的电源线或通信线在大楼外遭受直击雷或感应雷,过电压及过电流沿线窜入,入侵设备。

1.2.4  雷击的防护

随着现代电子技术的不断发展,电子设备的电源线、信号线很容易受到雷击影响而损坏,一般意义上的雷击防护分为外部防护和内部防护两种,也把其称为雷击的分级防护。

(1)        外部防护:由接闪器、引下线和接地装置组成,主要用以直击雷的防护安装。

(2)        内部防护:由等电位连接系统、共用接地系统、屏蔽系统、综合布线及设置相关的雷击防护器件等组成,主要用以感应雷的防护安装。

1.3  基于标准的防雷等级确定

目前,由于室外环境差异太大,还没有专门的室外防雷标准,相对来说最接近也最权威的就是YD 5098 《通信局(站)防雷接地设计规范》,这里面基本都是对于设备放在局(站)内的情况而说的,对于纯室外应用只有很少的提及,与AP最接近的就是移动基站和小型无线通信基站了,下面为相关内容引用:

移动基站电源SPD最大通流容量指标的选取应参照表表1-1执行。

表1-1 移动基站电源浪涌保护器的最大通流容量

气象因素

环境因素

雷暴日(日/年)

安装位置

<25

25~40

≥40

交流一级

城区

有不利因素

60kA

80kA

交流配电箱

无不利因素

60kA

郊区

有不利因素

80kA

100kA

无不利因素

60kA

山区

有不利因素

100kA

120kA

无不利因素

80kA

交流二级

-

40kA

开关电源

直流保护

-

15kA

视具体情况

说明:

1. 城市:市区内一般公共建筑物、专用机房;

2. 郊区:包括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;

3. 山区:包括丘陵、公路旁、农民房、水田旁的易遭受雷击的机房。

 

无线通信基站SPD的选取应符合以下要求:

(2)        采用交流、信号线一体化的混合型防雷箱时,电源SPD的最大通流容量不小于40kA。混合型两端口SPD箱内防雷器应采取对称式SPD。

(3)        从居民配电箱(箱内有漏电开关)取电时,应使用隔离式防雷箱。隔离式防雷箱应安装在儿童触摸不到的地方,并配锁。

(4)        电源系统在雷击时易产生中断,建议这种情况下安装具备自恢复功能的智能开关保护器。

隔离式防雷箱的技术指标要求如表1-2所示:

表1-2 隔离式防雷箱的技术指标要求

漏电开关防雷性能(10/700μs)

模块式防雷器

隔离变压器

标称放电电流(8/20μs)

最大持续运行电压

是否带热脱扣功能

功率要求

功耗

初、次级绕组耐压能力(10/700μs)

工作环境温度

一般基站

主控站

≥2kV

≥10kA

≥385V(L-N、N-PE)

≥300W

≥400W

≤10W

≥25kV

-20℃~80℃

 

室外站、边界站、直放站的交流输入端,应安装冲击通流容量大于100kA两端口MOV与滤波器组成的混合型两端口多级SPD,其SPD的安装方式应采取3+1方式。

小型无线通信基站信号线SPD的插入损耗应小于等于0.5dBSPD的放电电流应不小于3 kA8/20μs)。

移动基站的馈线SPD,最大放电电流应不小于15kA8/20μs),插入损耗应小于等于0.5dB,驻波比不大于1.2,输入功率应能满足发射机最大输出功率的要求

按照以上标准可以得出以下结论:

l              对于信号口防雷,不管室内还是户外应用统一要求可耐受最大冲击电流达到3KA以上;

l              对于天馈口防雷,不管室内还是户外应用统一要求可耐受最大冲击电流达到15KA以上;

l              对于电源口防雷,室外应用要求可耐受最大冲击电流达到100KA以上;

l              对于放在通信站内的设备,要求可耐受最大冲击电流达到40KA以上(因为在此情况下局方会有专门的一级防护设备)。


第2章  系统防雷的总体要求

2.1  一般原则

l              考虑到设备的使用和安装环境,应采取经济合理的防护措施,确保设备的安全和正常工作。

l              设备的接地,应充分利用所在建筑物的避雷带、避雷网或其它接地构件。

l              在民用建筑物上安装设备应考虑建筑物内的居民安全。

2.2  直击雷防护

(1)        安装设备的杆塔或通信平台上方应安装避雷针,设备及其收发天线应在避雷针保护范围之内。

(2)        借助建筑物安装的设备及其天线应在建筑物避雷针或其它避雷装置的保护范围内,无法利用建筑物避雷装置保护的,应在天线支架上安装避雷针作为接闪器,接闪器需就近由建筑物的避雷带、避雷网等接地。

(3)        小型避雷针宜采用圆钢或钢管,采用圆钢时直径应不小于16mm;采用钢管时直径应不小于25mm,钢管壁厚度不小于2.5mm。避雷针的针尖应高出天线顶端1m 。

(4)        避雷针的接地引下线宜采用直径不小于8mm的镀锌圆钢或截面积不小于48mm²的多股铜线。采用多股铜线做接地引下线时,应在入地处套钢管防止机械损伤。

(5)        设备与避雷带距离较近时,应将基站设备放到避雷带下方。

2.3  地网

(1)        新建的公共建筑物、办公大楼宜直接利用建筑物的建筑地网接地。

(2)        民用建筑物可利用建筑物梁、柱的主钢筋作引接地点,或将避雷带与钢筋相连后做接地点。对设计规范、连续完整的避雷带,可直接做接地引入点。

(3)        建筑结构质量较差的民用建筑物,没有合格的避雷带或建筑物为砖混结构时,必须在楼下设置接地网,新设接地网应与建筑物基础钢筋相连,并引至楼上接地汇流排。

(4)        室外站、边界站使用通信塔杆时,宜围绕塔杆半径3m范围设置封闭环形接地体,并与塔杆地基钢板四角可靠焊接连通,如接地电阻大于10Ω,应在环形接地体的四角铺设10m~20m的辐射形水平接地体,参考图2-1执行。

(5)        室外站、边界站使用室外通信平台时,宜围绕通信平台四周,在3m远的距离设置封闭环形接地体,避雷针引下线直接与地网相连,如接地电阻大于10Ω,应在环形接地体的四角铺设10m~20m的辐射形水平接地体。

图2-1 室外通信塔杆地网示意图

2.4  接地汇流排

(1)        设备的接地汇流排,应设置在设备的下方,作为基站设备、电源SPD、信号SPD及天馈线SPD的接地参考点。接地汇流排使用截面40mm×4mm的铜排,长度和螺柱孔的数目应根据实际情况确定。

(2)        装在室外通信平台的室外站、边界站的接地汇流排,应设置在配电箱内,接地汇流排使用截面40mm×4mm的铜排,长度和螺柱孔的数目应根据实际情况确定。

2.5  缆线屏蔽与接地

(1)        出入设备的缆线(信号线、电源线)应选用具有金属护套的电缆,或将缆线穿入金属管内布放,电缆金属护层或金属管应与接地汇集排或基站金属支架进行可靠的电气连接。

(2)        设备的机壳及机架等非通信用的金属构件应进行接地处理。

(3)        电缆空余线对必须进行接地处理。

(4)        缆线严禁系挂在避雷网或避雷带上铺设。

2.6  系统的安装要求

(1)        要求室外AP系统内(不包括天线)的设备放置在同一个平台上,垂直位置差不能超过2米。例如将设备放在距离地面3米以上的平台上时,不能将一体化蓄电池箱放置在地面上。本规定适用于除埋地放置的玻璃钢蓄电池箱之外的所有设备系统内设备。

(2)        设备、防雷箱、工作箱、UPS等部件应通过金属结构件安装在水泥杆上(不允许直接安装在水泥杆上),也可以安装在两根水泥杆之间(此时,在两根水泥杆之间需要安装两根或两根以上的金属固定横梁或金属抱杆)。

(3)        若用户要求我司承担UPS、传输、蓄电池等设备的安装或维护等工作,UPS、传输、蓄电池等应与设备同时放置在室外楼顶上,不能将设备安装在楼顶、其他设备安装在楼内房间中。

2.7  天馈系统的直击雷保护和接地要求

(1)        设备同轴天馈线的外屏蔽层应在馈线顶端靠近天线处以及接入设备的前端接地,接地线应就近连接到铁塔塔体上。接地线应采用线径不小于6mm²的塑料绝缘铜芯导线。接地线宜采用黑色或黄绿双色接地线。

(2)        当天馈线全部采用软跳线且总长度小于等于5m时,同轴软跳线的外屏蔽层可以只在接入设备的前端就近一点接地。

(3)        设备系统及天线应有避雷针保护。避雷针可安装在桅杆的顶部,尽量不要太高,满足设备、设备的收发天线在避雷针30度半角的保护范围之内即可。避雷针应具有专门的接地引下线,接地引下线应采用40×4mm²的热镀锌扁钢。避雷针应焊接在铁塔顶部。若避雷针焊接在室外楼顶的金属桅杆的顶部,则可以利用金属桅杆做接地引下线,不再需要单独的接地引下线。

2.8  设备的等电位连接要求

(1)        设备系统的保护接地和铁塔的防雷接地必须合用一组接地体。

(2)        设备距离供电的配电变压器较近时(直线距离小于30m),设备系统的地网应与配电变压器的地网连接成一个统一的地网。

(3)        当使用单独的总接地排时,总接地排应直接安装在铁塔上,不需要做绝缘处理。当使用40kA、100kA防雷箱;标配、简配工作箱,这些设备也应直接安装在铁塔上,不做绝缘处理。

(4)        两根水泥杆之间的金属固定横梁与避雷针引下线相叠的部分应可靠焊接在一起。各设备安装在固定横梁之间的金属抱杆上(金属抱杆焊接在固定横梁上),各设备的安装结构件与金属抱杆直接接触,不做绝缘处理。 注意焊接不要采用点焊,应采用满焊,点焊不可靠。

(5)        两根水泥杆之间宜安装天馈线布线梯,布线梯通过金属固定横梁固定在两根水泥杆之间。布线梯和固定横梁间应实现良好的电气连接,同时固定横梁与避雷针引下线相叠的部分应焊接在一起。

(6)        若楼顶/楼内可以提供接地排或接地点(例如:楼内通信机房内的保护接地排),则设备总接地排的引下线宜直接连接到楼顶或楼内提供的接地排上。接地引下线应采用线径不小于35mm²的黄绿双色塑料绝缘铜芯导线。

(7)        若楼内无法提供接地点,设备总接地排的引下线可直接引到楼底,接大楼的地网。接地引下线应采用40×4mm²的热镀锌扁钢,或线径不小于35mm²的黄绿双色塑料绝缘铜芯导线。


第3章  实际应用中的具体分析

通过对实际应用的具体分析,可以得到下面一组经验数字,仅供参考:

l              对于信号口防雷,要求可耐受最大冲击电流达到3KA;

l              对于天馈口防雷,要求可耐受最大冲击电流达到8KA;

l              对于电源口防雷,城市内要求可耐受最大冲击电流达到20KA以上(如果其他防雷条件都很好,那么可耐受最大冲击电流达到10KA也是可以的),如果在空旷的乡村使用,那就要求可耐受最大冲击电流达到30KA以上。

通常情况下防雷系统安装的好坏对于一个系统的防雷设计比防雷器等级的高低更为重要。在实际应用中,肯定有些防护是相对容易做到的,有些是比较困难的,因此需要结合这些实际应用场景来进一步分析,哪些端口的防护要加强一些,哪些端口的防护可以放松一些。

H3C的室外型AP目前的基本应用大致有以下四种类型:

l              路灯取电架设形态;

l              楼顶抱杆架设形态;

l              天线壁挂架设形态;

l              铁路轨旁架设形态。

下面就从实际应用出发,来看一下它们各自的优缺点。

3.1  路灯取电架设形态

路灯取电架设安装多用于道路两旁,如图3-1所示。

图3-1 路灯取电架设安装图片(放置AP的机箱在旁边,没有拍出来)

图3-2 路灯取电架设安装示意图

分析:通常情况下,天线距离地面的高度为34米,因此AP的天馈线也不会拉的很长,电源线和网线通常也都是在地面下布线的。这种情况下,由于电线杆比AP和天线高,故AP和天线受直击雷的可能性很小,电源线和网线因为通常在地下,受感应雷影响也较小,需要重点考虑的是天馈部分的防雷。

3.2  楼顶抱杆架设形态

抱杆架设安装多用于楼顶上。

图3-3 楼顶抱杆架设实际安装图片

图3-4 抱杆架设安装示意图

分析:通常情况下,对于放在楼顶的设备在大楼设计时肯定会考虑避雷针的问题,故AP及其天线受直击雷的可能性很小。由于AP和天线在同一根抱杆上,因此AP的天馈线不会拉的很长,而且这种情况下经常是多个设备(如WLAN和小灵通)合路天线,因此如果天馈线很长的话在初期就要考虑防雷了,否则不止是AP设备会有防雷问题。电源线和网线有可能直接在楼顶上布线,这部分是需要考虑防雷的,但是由于电源线和网线的长度通常不会太长,而且通常来说楼顶上除了AP设备以外还会有各种基站设备,因此一般都会有专门的配电箱,因此地方局方是会考虑到防雷的,AP设备只需要考虑次级防雷就可以了。对于网口,局方可能没有专门的防雷措施,在个别条件较差的地方可能会使用非屏蔽网线,直接架空布线就拉到楼下的某个房间,所以网口要比电源口更容易耦合到感应雷。

3.3  天线壁挂架设形态

壁挂架设安装多用于大楼一侧的墙上。

图3-5 壁挂架设实际安装图片

图3-6 壁挂架设安装示意图

分析:通常情况下,由于大楼本身肯定会考虑避雷针的问题,故AP及其天线受直击雷的可能性很小,由于AP和天线在同一侧的墙上,因此安装时可以尽量让二者靠近,这样AP的天馈线也不会拉的很长。在比较理想的情况下,电源线和网线应该是从AP出来后很快就进入室内的,这样布线很短,受感应雷的等级也较小。但是对于某些不良的施工,这些线缆可能会拉比较长的架空布线后才进入室内,而且室内也缺乏相关防护设备,在这种情况下,网口和电源口都比较容易耦合到感应雷。

3.4  铁路轨旁架设形态

铁路轨旁架设安装多用于列车轨道两旁。

图3-7 铁路轨旁架设实际安装图片

图3-8 铁路轨旁架设安装示意图

分析:这种情况类似于路灯取电和楼顶抱杆的结合体,由于轨道完全可能铺在空旷的区域,因此要考虑直击雷,避雷针是一定需要的,但是由于天馈线不会很长,感应雷的等级同样也不会太高。电源线和网线一般都是埋地的,即使有些地段不埋地也一定是套屏蔽管的。所以这种环境应用虽然表面看是最恶劣的,但由于铁路的重要性,其施工一般都是有保证的,所以在同样的防雷等级下出问题的概率可能并不会提高,反而还有有所降低。


第4章  防雷等级的最终确定

无论是直接使用室外型产品还是把室内型产品加上室外机箱和防雷器后置于室外,最终产品总要满足一定的防雷等级要求。由于我司的无线AP产品主要应用于城市热点覆盖环境,即使是铁路应用也是仅限于城市轻轨,不会在山区或空旷的无人区应用,这样再结合上面的业界经验数字和典型应用分析,防雷器的选型或单板的防雷设计建议按照下表中的结论来进行(都按标称值)。下表中给出的防雷等级也可以降低,但是雷击损坏概率就会相应上升,防雷器的寿命也会相应下降。

端口

应用环境

防雷等级

可选防雷器

如果布线完全都在室内或地下的

无需特殊考虑

Null

如果布线在室外超过3m的

5KA

H3C防雷器(编号19020096)

如果布线在室外超过10m的

10KA

需用户自备

如果布线在并且超过10m,而且应用环境特别恶劣的(如强雷电区或架空布线等)

20KA

需用户自备

如果布线完全都在室内或地下的

无需特殊考虑

Null

如果布线在室外超过3m的

4KV(10/700us)

H3C防雷器(编号1902A001)

如果布线在室外超过10m的

3KA

H3C防雷器(编号1902A001,1236线2.5KA,4578线5KA的,也可以)

如果布线在室外并且超过10m,而且应用环境特别恶劣的(如强雷电区或架空布线等),

5KA

需用户自备

如果能保证馈线两端可靠接地,并且线缆长度小于3m的

无需特殊考虑

Null

如果天馈线缆超过10m,而且应用环境恶劣的

5KA

H3C防雷器(编号19020106(5G),2.4G需用户自备)

如果天馈线缆超过10m,而且应用环境特别恶劣(如强雷电区或架空布线等)的

10KA

H3C防雷器(编号1902A002(2.4G和5G))

如果天馈线缆超过10m,应用环境特别恶劣(如强雷电区或架空布线等),并且使用天线的体积也很大的(如抛物面天线)

20KA

H3C防雷器(编号19020084(5G))

 


第5章  现场施工注意事项

对于一个系统的防雷来说,选用高等级的防雷器固然可以提高防雷等级并延长防雷器件寿命,但正确良好的施工却是更为核心的因素。

一个系统级的防雷最重要的是什么呢?

l              对于直击雷需要靠避雷针和避雷网来实现防雷;

l              对于感应雷需要靠正确接地和等电位连接来实现防雷。

这里对于避雷针和避雷网的设计,建筑物在设计时就会有所考虑,一般不需要在施工时太过关注,详细可以参考第6章  避雷针和避雷带设计指导

对于设备的安装,重点就是正确接地和等电位连接了。如何保证这一点呢?请用户按照下表中的检查项自检。

项目

检查要求

关于连接到设备的网线

对于网线要尽量使用屏蔽电缆,并保证所连接的两端设备都是接地的,要注意如果对端设备是塑料壳的,那么此时通常对端就是无法接地的,在此情况下屏蔽电缆的作用就会大打折扣。

在有条件的情况下,对于网线和电源线分别都穿接地的金属管埋入地下,但是二者不能串在同一管中。

网线所连接两端的设备距离应尽量靠近以使得网线长度最短,应极力避免架空布线,如不得已为之,则两端的防雷等级都要相应提高。

关于连接到设备的电源线

如果设备本身电源是三线(L、N、PE)的,那么即使因为长度等问题不能使用标配电源线而单独制作,也一定要使用带PE的三线电源线来供电,并且确保电源插排的PE端也是接地的。

电源线的N线严禁与其他各种通信设备的保护地连接,L和N线也不能反接。

关于设备的地线和接地点的选择

当设备所处安装环境中有接地排时,使用随机配发的黄绿双色保护地线直接连接到此接地排上,并拧紧固定螺母,如果因为其他原因要现场制作保护地线,那么截面积要求不小于6mm2,长度要尽量短,不超过3m。

当设备所处安装环境中没有接地排,但附近有泥地并且允许埋设接地体时,可采用长度不小于0.5m的角钢或钢管,直接打入地下。角钢应不小于50mm×50mm×5mm,钢管壁厚应不小于3.5mm,材料采用镀锌钢材。设备黄绿双色的保护接地电缆应和角钢采用电焊连接,焊接点应进行防腐处理。保护接地电缆截面积必须不小于6mm2,工程施工时该电缆尽量短,不能盘绕。

当设备所处环境中既没有接地排也没有泥地可埋设接地体时,就只能因地制宜,寻找一切具有“地”属性的设施来用来连接了,比如围绕建筑物的楼顶一圈的接地网、建筑物内部的钢筋暴露在外的部分、已经有的电子设备如空调的外壳部分(已接地的)、天线塔(需要注意有些塔如FM广播塔是不接地的)、以及自来水管道等。

要保证AP、与AP相连的对端设备、防雷器以及所用电源插排的PE端都是可靠接地的。

关于接地电阻

接地电阻值应小于5欧姆;对于年雷暴日小于20天的地区,接地电阻可小于10欧姆。对于打入地下的角钢,其接地电阻可适当放宽,要求小于10欧姆。对于土壤电阻率高的地方,宜在接地体泥土周围撒一些盐水或降阻剂等措施来降低土壤的电阻率。

关于外置防雷器

电源和天馈防雷器位置要安装在靠近AP设备的一侧,但是随机配发的网口防雷器即电源注入器要安装在与AP连接的对端上行设备一侧,位置以网线刚从室外入户处的室内为宜。

所有防雷器都应该可靠接地,地线应就近直接接在接地排上,不要接到被保护设备的接地螺柱上。

关于天线

天线安装后在周围建筑物里面不是最高点,如果是最高点,那么避雷针应已按设计要求安装并接地。

在平原地区,天线的避雷针保护角应小于45°,在高山及多雷地区,天线的避雷针保护角应小于30°,且其防雷接地(避雷针等装置的接地)应与护接地共用一组接地体。

 


第6章  避雷针和避雷带设计指导

6.1  发展背景

从公元1753年,富兰克林发明了避雷针以来,避雷针作为接闪器唯一的形式,延续了上百年的历史,从十九世纪以后,逐渐有出现了避雷线、避雷带和避雷网。

接闪器最初的形式只是富兰克林所设计的磨尖的铁棒。20世纪初,在电力系统,为了使输电线路少受雷击,采用了在输电线路上方架设平行的钢线避雷的方法,在实用中,由于其简单有效,逐步得到了推广。这种架设在输电线路上方的钢线,称之为避雷线。后来在房屋建筑上也推广了这种形式,开始布设在方脊、屋角、房檐等处作雷电保护,以后这种方式又有所改进。

在房屋建筑雷电保护上,用扁平的金属带代替钢线接闪的方法称之为避雷带,它是由避雷线改进而来。在城市高大楼房上,使用避雷带比避雷针有较多的优点,它可以与楼房顶的装饰结合起来,可以与房屋的外形较好的配合,即美观防雷效果又好,特别是大面积的建筑,它的保护范围大而有效,这是避雷针所无法比的。避雷带的制作,采用扁钢,截面积不小于48mm2,其厚度不应小于4mm。

避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法(必要时还可以辅助避雷网,也叫做明装避雷网)。它是根据古典电学中法拉第笼的原理以达到雷电保护的金属导电体网络。

6.2  避雷针

6.2.1  设计依据

(1)        依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》(2000版):

l              第四章:防雷装置,第一节:接闪器;

l              第五章:接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求;

(2)        参考IEC 61024《建筑物防雷》标准:

l              第一部分:通则,第二节:外部防雷装置(LPS);

l              第二部分:防雷装置的设计、安装、维护及检查,第二节:防雷装置(LPS)的设计;第三节:外部防雷装置(LPS)的施工;

(3)        在满足客户所提技术需求的情况下,按照99(03)D501-1《建筑物防雷设施安装》标准图集进行施工。

(4)        根据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第4.1.1条的要求,避雷针宜采用圆钢或钢管制成,其直径不应小于表6-1所示数值:

表6-1 避雷针制作直径参考

针长1m以下

圆钢为12mm

钢管为20mm

针长1-2m

圆钢为16mm

钢管为25mm

烟囱顶上的针

圆钢为20mm

钢管为40mm

 

6.2.2  实施方案

在建筑物顶部或者抱杆等的顶部安装所需高度的避雷针,并与避雷带焊接。避雷针系统共分三节,基础支撑使用Φ80×5mm×6m镀锌钢管,中间支撑使用Φ50×5mm×6m镀锌钢管,最上端为避雷针。避雷针使用ALP-150型钛金属优化接闪避雷针。支撑杆固定部位高度1.5m,使用L50×50×5mm镀锌角钢做固定支架。

6.3  避雷带和避雷网

6.3.1  设计依据

(1)        依据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》(2000版):

l              第四章:防雷装置,第一节:接闪器;

l              第五章:接闪器的选择与布置中关于避雷针的要求;

(2)        参考IEC 61024《建筑物防雷》标准:

l              第一部分:通则,第二节:外部防雷装置(LPS);

l              第二部分:防雷装置的设计、安装、维护及检查,第二节:防雷装置(LPS)的设计;第三节:外部防雷装置(LPS)的施工;

(3)        在满足客户所提技术需求的情况下,按照99(03)D501-1《建筑物防雷设施安装》标准图集进行施工。

(4)        根据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第4.1.2条的要求:避雷带可采用圆钢或扁钢制成,优先采用圆钢,其材料应符合以下要求:圆钢直径不小于8mm,扁钢截面积不小于48mm2,厚度不小于4mm。当烟囱上采用避雷带时,其圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2,其厚度不应小于4mm。避雷带可沿建筑物四周女儿墙上铺设,并与避雷针、引下线、天面电磁屏蔽网做良好的连接。

(5)        根据GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》第4.2.1条的要求:引下线应采用圆钢或扁钢制成,优先选用圆钢,其材料应符合以下要求:圆钢直径不小于8mm,扁刚截面不小于48mm2,厚度不小于4mm。引下线设置不应小于2根,并应沿建筑物四周均匀或对称布置,其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时,可按跨度设引下线,但引下线的平均间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。当采用多根引下线时,应在个引下线上距地面0.3m~1.8m之间装设断接卡。

6.3.2  实施方

避雷带和避雷网一般采用圆钢或扁钢,其尺寸不应小于下列数值:

l              圆钢直径为8mm;

l              扁钢截面积为48mm2,厚度为4mm。

避雷线一般采用截面积不小于35mm2的镀锌钢绞线架设,具体的闪接器布置请参见表6-2

表6-2 接闪器布置

建筑物防雷类别

滚球半径hr(m)

避雷网网格尺寸(m)

第一类防雷建筑物

30

≤5×5或≤6×4

第二类防雷建筑物

45

≤10×10或≤12×8

第三类防雷建筑物

60

≤20×20或≤24×16

 

6.4  安装注意事项

(1)        避雷带及其连接线经过沉降沟(沉降沟:较长的多层建筑物,往往在横向上把建筑物分成几段,段与段之间留有一段空隙,防止各段下沉不一致,引起建筑物损坏)时,应备有10~20cm以上的伸缩余裕的跨越线。

(2)        有女儿墙的平顶房屋,其宽度小于24m时,只须沿女儿墙上部铺设避雷带;宽度大于24m时,须在房面上两条避雷带之间加装明装连接条,连接条的间距不大于20m时,无女儿墙的的平顶房屋,其宽度小于20m时,只在屋檐上装避雷带;宽度大于20m时,需在屋面上加装明装连接条,连接条间距不大于20m。

(3)        瓦顶房屋面坡度为27°~35°,房屋坡长度不超过75m时,只沿屋脊铺设避雷带。四坡顶房屋,应在各坡脊上装上避雷带。为使檐角得到保护,应在屋角上装短避雷针或将避雷带的引下线从檐角上绕下来。如果屋檐高度高于12m,且长度大于75m时,要在屋脊和房檐上都铺设避雷带。

(4)        当屋顶面积非常大时,应铺设金属网格,即避雷网。避雷网分明网和暗网,网格越密,可靠性越好,网格的密度视建筑物重要程度而定,重要建筑物采用5×5m的密网格,一般建筑物用20×20m的网格即可。

(5)        在非混凝土结构的建筑物上,可采用明装避雷网。做法是首先在屋脊、房檐等到顶的突出边缘部分装设避雷带主网,再在主网上加搭辅助网,避雷网格大小按上述要求。采用避雷带和避雷网保护时,屋顶上的烟囱、混凝土女儿墙、排气楼、天窗及建筑装饰等突出于屋顶上部的结构物和其他突出部分,都要装设短避雷针或避雷带保护,或暗装防护线,并连接到就近避雷带或避雷网上。对金属旗杆、金属烟囱、钢爬梯、风帽、透气管等必须与就近的避雷带、避雷网焊接。

(6)        采用避雷带和避雷网保护时,每一座房屋至少有两根引下线(投影面积小于50m2的建筑物可只用一根)。避雷带引下线最好对称布置,例如两根引下线成“一”字或“Z”字形,四根引下线要做成“工”字形,引下线间距离不应大于20m,当大于20m时,应在中间多引一根引下线。见《雷电与避雷工程的避雷带和避雷网的结构设计》。


第7章  总结及参考文献

7.1  总结

H3C自主设计的室外产品(如WA2200室外型)的自身防雷规格已经可以做到电源口可耐受最大冲击电流5KA,信号口可耐受最大冲击电流3KA。就本文中分析的几种典型应用场景来看,如果施工规范(见第五章的说明),那么基本不用特殊考虑外置防雷器了,如果施工不规范,就要增加外置防雷器,具体选型的考虑见第四章的说明。

7.2  参考文献

序号

名称

1

YD 5098(2005)通信局(站)防雷接地设计规范

2

小型一体化机框及盒式设备防雷接地安装指导书

3

小基站设备防雷接地指导书

4

Cisco.Press.802.11.Wireless.Network.Site.Surveying.and.Installation

5

GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》(2000版)

6

IEC 61024《建筑物防雷》标准

7

99(03)D501-1《建筑物防雷设施安装》

 

 

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