1. ITU—T SG5 概述

ITU-T ( 国际电信联盟电信标准化部门 ) 第 5 研究组 ( 电磁环境影响的防护 ) 负责研究电信网和设备对干扰和雷电影响的防护，也包括研究与电信装置和设备 ( 包括移动电话 ) 产生的电磁场相关的电磁兼容性 (EMC) 、安全和健康影响。 SG5 有 16 个研究课题，分为 WP1 和 WP2 两个工作组进行工作。其中 WP1 组研究防止损伤和安全； WP2 组研究发射、抗扰性和电磁场。

WP1 组的课题有： 4/5 （通信设备的抗力）、 5/5 （电信系统的防雷）、 6/5 （全球环境下电信系统的连接结构及接地）、 9/5 （电信网中由电力线路和电气化铁道线路引起的干扰）、 10/5 课题（解决电信装置中电磁问题的方法）、 11/5 课题（电信环境中的人身安全）、 13/5 （保护元件及组件）。

WP2 组的课题有：1/5（电信网中同一地点安装、混用和互用问题）、 2/5(与宽带接入网有关的电磁兼容性)、 3/5 （无线电频率环境特征与移动设备和无线系统有关的健康影响）、 7/5（通过数学模型预估电磁兼容性）、 8/5 （应用电磁兼容性确定质量过程）、 12/5 （现有 EMC 建议的保持与充实）、 15/5 （电磁环境中电信与信息系统的安全） 、 16/5 （信息社会的电磁兼容性要求）。

2. 会议的大致情况

第 5 研究组 (SG5)2005-2008 研究期第三次全体会议于 2006 年 9 月 18 日 至 22 日在日内瓦举行。会议由研究组主席 R.pomponi 先生主持。中国代表团共有 8 人出席会议 （ 笔者作为信息产业部 ITU 的专家代表参会） ，共提交了 3 篇文稿。其中与 WP1 组相关的一篇文稿“ Proposal for revision of Recommendation K.56 ”是由中讯邮电咨询设计院与华为公司共同提交的，主要针对于 K56 （无线基站的防雷）的修改建议。由于本课题的报告人 Mr. Celio 没有参会，关于此课题的有关讨论由 WP1 组的主席 Mr. A.Zeddam 主持。 Mr. A.Zeddam 表示：我们的文稿已经被该课题的报告人考虑，并会在下次会议修订 K56 文稿时予以重点参考。

本次会议 WP1 组中值得关注的重要课题较多，主要是 9/5 （电信网中由电力线路和电气化铁道线路引起的干扰）、 4/5 （通信设备的抗力）和 13/5 （保护元件及组件）、 5/5( 电信系统的防雷 ) 、 6/5( 全球环境下电信系统的连接结构及接地 ) 等。这些课题的一些文稿与我国现在的防护研究以及工程实际密切相关，下面就这些文稿做相关的介绍。

 

3. WP1 组值得关注的课题以及相关文稿

3.1 Q4/5 通信设备的抗力

K.44 的修订仍旧是 Q4/5 的 重点问题，本次会议收到的相关文稿有 TD363 、 C20 、 TD384 。

会议对德国代表 Gerhard Ackerman 提交的文稿 C.20 “Comments of the German NC to Recommendation K .44 ” 进行了重点讨论，它主要包括7 个建议；由 SG5 主席提交的文稿 TD384 “Resistibility tests for internal ports” 指出： 10/350μs 电流波形有点太长了，不适合内部端口的测试。报告人已考虑如何在 K44 以及已经颁布的建议中采纳这样的建议。

3.2 Q5/5 电信系统的雷击防护

报告人 Celio Barbosa 没有出席会议， WP1/5 的主席主持了此课题的讨论。相关的文稿主要有 COM-C 24, TD351, TD358 ， TD359, TD366 ， TD375 和 TD382 。

3.2.1 新建议草案 Kant （用户天线系统的保护）

这个建议可以应用到我国的“村村通”工程，但是此建议大部分内容只是照搬IEC62305，仅能提供参考。

TD366 提供了新建议的草案，下面就草案的主要内容做简单介绍。

3. 2.1.1 概述

这个建议提出了提供电信和电视内容的天线系统（包括卫星天线）的防雷以及电力线接触保护（与天线的供电线路）的要求，以减小人身危险以及设备损坏。

如果天线系统的雷电危害可以忽略，主要是电力线接触保护。如果需要进行防雷，此建议的保护措施分为两类情况：

（1）天线位于建筑物上；

（2）天线位于建筑物附近（几十米以内）的天线杆（塔）上。如果天线杆（塔）高出建筑物很多，应参考 K56 。

此建议提出了下列保护的要求：

—设备的抗力要求；

—何时需要对用户房屋进行防雷保护以及如何保护；

—何时需要以及如何实施杆（塔）与用户房屋电力设施、地网的连接；

—何时需要以及如何保护用户设施，包括进入建筑物地供电系统、电信线路和天线电缆。

此建议的主要内容包括站点分类、风险评估以及天线系统的保护要求和保护方法。风险评估系统主要是参考 IEC62305 － 2 的评估方法，即比较各个风险成分的总和风险值 R 和可容忍的风险值 R T （这里不再敖述，这种方法的适用性值得考虑）。站点的分类主要参考风险评估的情况，并考虑天线与建筑物的位置关系、建筑物本身的防雷状况等因素。两类基本类型如图 1 、 2 所示：

图 1 图 2

3. 2.1.2 保护要求

天线设施可能需要防雷和防电力线接触的保护，所有站点必须满足以下最低要求：

—所有相关的设备必须满足 IEC 60950 的安全要求；

—所有相关的设备必须满足 K21 中的端口抗力要求，这些端口与外部的对称电缆、电力电缆、内部电缆连接；

—用户和设施必须有防止电力线接触的保护。这些保护措施包括接地、电源端口的保护熔丝和剩余电流保护器（ RCD ）的配合、足够的隔离等。

对于两类基本结构的保护要求如下：

对于第一种类型，如果建筑物已有 LPS ，天线杆可以直接连接到 LPS （如图 3 所示），此时连接导体不小于 16mm 2 。天线杆也可以不连接到 LPS ，必须保持足够的隔距，隔距要求参考 IEC62305 － 3 。如果建筑物没有 LPS ，天线杆可以用来保护建筑物。

图 3

对于第二种类型，有两种情况需要进行考虑。如果通过评估无需进行雷电保护，则只需要保证电气安全。此时，天线杆可以不和电气地连接。如果需要进行雷电保护，则需要设置 LPS ，并且需要如下保护措施：

—同轴电缆的外皮连接到等电位连接排；

—根据同轴电缆的截面积是否小于 S cmin 值来确定是否安装同轴 SPD ，如果流过 GDT 的雷电流值超过了其容许值（ 4kA ， 10/350 μ s ），可以安装一到两个平行的接地导体来降低流过 GDT 的雷电流。天线杆、建筑物地网以及附加的保护措施都应该互相连接为一体。

天线系统必须用不小于16mm2的导线连接到天线杆的地网，天线杆的地网也有一定的要求（见后）。如果天线杆是金属的并且杆角的总横截面积 > 50mm2，天线可以直接连接到杆上。第二种类型的保护要求如图4所示：

图 4

3. 2.1.3 保护方法

A . 电力线接触保护

（ 1 ）接地

用一根 4mm 2 以上的导体将天线或者同轴电缆的外皮与建筑物接地系统连接。

（ 2 ）隔离

保持天线设施以及其连接电缆与架空供电电缆之间适当的距离，一般水平距离宜大于 3 米 。天线电缆不宜与供电电缆交叉以及在供电电缆的下方。另外保证电力设备的代电部分与天线系统保持适当的隔距（宜大于 3 米 ）。不能保持适当隔距时，必须接地！

B . 直击雷保护

建筑物的 LPS 必须符合 IEC62305 以及国家标准的规定。

C . 接地与连接

天线杆必须连接到地网，其接地导体尽量短直以提供最快的泄流途径。同轴电缆的外皮可以连接到天线杆或者直接连接到地网。接地导体的截面积有一定的要求。下列导体可以当作天线系统的接地导体：

— LPS 的引下线；

—建筑物金属框架；

—内部互连的钢筋；

—建筑物外表的金属围栏，但是要求其截面积满足引下线的要求并且厚度不小于0.5mm, 电气连续性好。

下列导体不能作为接地导体：

—供电系统的地线以及中性线；

—同轴导体的外皮。

用于泄放雷电流的接地导体的截面积一般不宜小于16mm2（铜）、 25mm2（铝）或者 50mm2（铁），具体参考 IEC62305-3 的附录。如果只是用于电力线接触保护， 4mm 2 就足够了。

D . 过电压保护

天线电缆是否需要安装 SPD 的确定方法如下：将其截面积与最小截面积 S cmin 进行比较，如果前者小则需要安装。最小截面积 S cmin 由下式确定：

这里， I f 为流过外皮的雷电流，见 K67 ，

p c 为外护套的电阻，

l c 为电缆长度，

U w 为连接设备的抗力。

用于同轴电缆以及对称电缆的 SPD 如图 5 所示：

图 5 用于同轴电缆以及对称电缆的 SPD

通过 SPD 的 I imp (10/350 μ s) 值由下式估计：

这里， n 为进入建筑物的服务设施的数目，

I p 为雷电流峰值，由雷电保护水平（ LPL ）确定，

R c 为同轴电缆内导体单位长度的电阻，

R s 为同轴电缆外导体单位长度的电阻。

E. 电源端口的保护（和我国通信系统的相关规定有冲突）

建筑物的电源端口 SPD 的通流容量由下式确定：

这里， n 为进入建筑物的服务设施的数目，

m 为每个服务设施的导体数目，

I p 为雷电流峰值，由雷电保护水平（ LPL ）确定，

要求保护水平U p/f必须小于设备的耐受值，注意计算 U p/f 时考虑 SPD 与设备之间导线的感应值 U 。

3.2.2 与 IEC TC81 的联络

TD358 和 TD359 都和IEC TC81有关，介绍了TC81的工作计划，主要就是关于IEC62305的修改计划。其中值得关注的是 62305 － 5 由 ITU SG5 负责编写。

3.3. Q6/5 全球环境下的电信系统的连接结构与接地

相关的文稿有 TD385, TD 86 和 COM 5 ， C18 ， E 等。

3.3.1 新建议草案 K.bl （大楼间电缆的屏蔽和连接）

TD385 是新建议 K.bl 的草案 , 本建议主要是针对处于不同地网和/或不同供电环境下大楼间设备电缆的连接和屏蔽问题。另外，本建议也包括了同一地网和同一供电环境下不同建筑物间设备电缆的连接和屏蔽要求。

3.3.2 不同大楼间电缆连接可能出现的问题

在不同建筑物间设备互连的电缆，由于不同接地系统间可能存在电位差，因此会有电流流过电缆的外护套这些电流可能损害电缆、设备以及可能危及人身安全。

（ 1 ）交流电流（对于不同的供电系统）

电信大楼的供电系统可能是 TN 、 TT 或者 IT 系统，如果不在同一个接地系统上，可能会有电流流过电缆护套以及地电位的转移。如果在同一个地网上，相同的问题也必须考虑。

（ 2 ）雷电流

如果直击雷击中一个建筑物，部分雷电流会流过电缆外护套，可能损害电缆设备以及可能危及人身安全。

3.3.3 解决方案

(1) 电气绝缘

即保持电缆外护层与接地系统的绝缘，这种隔离必须能够承受电气故障或者雷电引起的电缆外护层与地之间的电位差。这种方案也可以是一端绝缘、一端连接到接地系统。

(2) 平行连接导体（ PBC ）

即平行于连接电缆安装连接导体，这样做的目的是为了降低流过电缆外护套的电流，平行连接导体必须能够承受电气故障或者雷击时的电流。通常，电缆外护层时不能用来做平行连接导体的，因此它可能无法承受这些大电流。 PBC 的选择应该保证流过电缆外护层的电流不会损害电缆、设备以及危及人身安全。

3.3.4 不同接地和供电条件下大楼间的互连

由于每个建筑物的供电环境不同，故障情况下，不同的接地系统间会有电位差，如果流过电缆外护套的电流无法接收，则需要接地电缆安装 PBC 。原建议介绍了十种可能的连接结构（所有设备是 1 类设备，对于 2 类设备一样有效），图 6 、 7 、 8 、列出了我国常用的几种类型。

图 6 – TT 系统间的电缆互连

图 7 – TN-S 系统间的电缆互连

图 8 – TN-S 系统与 TT 系统间的电缆互连

图 9 – TN-S 系统与 TN-C 系统间的电缆互连

（ 1 ）低压侧短路故障的考虑

在低压情况下，一个建筑物内的单相故障引起的电位升不会对另一个建筑物内触及设备的人身造成危险（等电位连接使设备外壳和地之间没有电位差）。流过电缆的电流也不会造成设备损害。

（ 2 ）中压侧短路故障的考虑

中压供电系统分为中性点直接接地和中性点不接地两种方式。

对于中性点直接接地的方式，只考虑单项接地故障的情况。此时，在故障点和变电站（ HV/MV 变压器）都会有地电位升，由于前者电阻一般远大于后者，因此，前者的地电位升远大于后者。

对于中性点不接地的方式，单相接地故障时故障电流非常小，此时需要考虑两相接地故障。此时故障电流会很大，在故障点和变电所侧都会有地电位升。

上述两种情况发生在 MV/LV 变压器时，就会产生的很高的地电位升（后面一种情况更大）。地电位升（ EPR ）可以分为两类：

—变压器地电位升（ T-EPR ）：故障时变压器的地相对于无限远处零电位的电位；

—区域地电位升（ Z-EPR ）：故障时供电线路的杆塔的地相对于无限远处零电位的电位。这种地电位随距离衰减（衰减快慢和地网面积和几何形状、土壤条件等因素有关）。

图 10 介绍了一个 T-EPR 以及 Z-EPR 的例子， 两个由 TT 系统供电的大楼，一个由图中的 MV/LV 变压器供电，两个建筑物的地网可以改变地网衰减的形式，可能产生图中三种电位差 D V1 、 D V2 、 D V3 。这些电位差可能损害：

— D V1 （施加到建筑物 1 的中性线与地之间）可能造成其中设备损害；

— D V3 （施加到建筑物 2 的中性线与地之间）可能造成其中设备损害；

— D V2 （施加到两建筑物的地之间）可能造成连接电缆损害；

而且地电位升引起的接触电压和跨步电压可能危害人身安全。

通过降低变压器以及建筑物的地阻值可以降低 D V1 、 D V3 ；通过安装 平行连接导体（ PBC ）可以降低 D V2 。

当然，上述危害会根据供电系统的不同有所变化。

图 10 T-EPR 以及 Z-EPR 的实例

（ 3 ）雷击建筑物的情况

如果直击雷击中建筑物，部分雷电流会流过电缆外护套，这种情况下，安装 PBC 可能不够，电缆的横截面积还需要考虑（参考 IEC 62305-3 Protection against lightning Part 3: Physical damage to structures and life hazard. ）。

首先要进行雷电危险评估，如果雷电危害超过可以承受的值，就应该根据 K.66 和 IEC 62305 来进行防雷的保护。

3.3.5 相同接地和供电条件下大楼间的互连

所有进入建筑物的服务设施应先与 MET 连接，除了 MET 与地网的连接外， MET 间的 PBC 也是有用的， PBC 应靠近电缆敷设。如图 11 所示：

图 11 相同接地和供电条件下大楼间的互连

另外，注意当供电电缆与信号电缆在同一沟中敷设时，应间隔适当的距离以防止干扰。

 

3.4 、 Q9/5 电力线与电气化铁道对电信网络的干扰

相关的文稿有： TD395 、 TD 403 、 COM 5 、 C18 、 E 。重点值得关注的文稿是 TD403 。

3.4.1 高压（ HV ）、中压（ MV ）、低压（ LV ）的地互相耦合引起地电位升的问题

本文稿主要针对于 MV/LV 变压器发生两相接地故障时引起的地电位升，它可以通过低压系统的中性线传输到低压网络引起损害。

3.4.2 问题的提出

（ 1 ）在中压供电系统中，一个 HV/MV 变压器供电给一组中压线路，典型的网络包括城市中地埋电缆、郊区地埋与架空混和的电缆、农村架空的电缆。

（ 2 ）两相接地故障发生的频率

高压系统中，采用中性点接地的方式，在考虑对通信线路的感应时主要考虑单相接地故障，因为它在高压系统所有故障中占的比例大于 95 ％。在中压系统中，中性点不直接接地，其单相接地故障比高压系统高两个数量级，但是中压系统的单相接地故障电流很低，因此它的感应不予以考虑。

另一方面， 5 ％的单相接地故障能够引起两相接地故障，此两相接地故障是指某处发生一相对地故障，同时在另外一个地点其余两相的一相也发生对地故障。这种概率大致是高压系统单相接地故障的 5 到 10 倍。两相接地故障导致大地回流电流（零序电流）在故障点之间流动，能够在故障区段产生强烈的感应以及在故障点产生地电位升（主要是在变压器所在地）。

目前 9/5 组的主要任务就是研究由于两相接地故障引起的地电位升。

3.4.3 相关参数重要性的研究

为了研究相关参数的重要性，研究组进行了模拟计算，取定的相关参数为：

（ 1 ）供电网络的短路功率，主要由 HV/MV 变压器确定，功率等级取定为31.5MVA ，短路阻抗 18 W 。

（ 2 ） HV/MV 变电所的地网电阻 (R f120 = 0.1 W )

（ 3 ） MV/LV 变电所的地网电阻 (R f10 = 2 或 0.2 W )

（ 4 ）中压电缆的护套电阻 (R k10 = 0.8 ， 0.6 ， 0.2 W /km)

（ 5 ）故障点的电阻（例如电弧电阻） (R h = 1 或 10 W )

（ 6 ）故障点的距离： a ）距离供电端（ (Li = 0.2 ， 0.6 ， 1.8km)

b ）两故障点之间的距离（ L 1-2 = 0. 6 km )

（ 7 ）护套的泄漏电导 (G = 0 ， 0.05 ， 1.0s/km)

注意：括号的值是用来进行参数研究的。

从这些参数研究得到的主要结论有：

—中压变电站的地电位升远大于高压变电站；

—中压变电站的地电位升随着地网电阻升高而升高。电阻升高有下列两个因素： a）电缆护套较低的泄漏电导（使用时间长的护套电缆较少）； b）用户房屋处的电阻较大（金属管道较少）；

—变电站的地电位升随着电缆护套的电阻增加而增加（例如由于护套较薄）；

—在一个特定距离（大约 2km）以内，地电位升随着故障点（指站外的另一故障点）的距离增加而增加。而在这个特定距离以外，则随着距离增加而减小。

— 变电站的地电位升随着故障点电阻（例如电弧电阻）增加而显著降低，故障点电阻大小无法控制，这个变化是由于故障电流幅值变化引起的。

3.4.4 传输到低压网络地电位升的衰减措施

架空线路的中压网络由于两相接地故障引起的地电位升远高于埋地电缆的中压网络。原因如下：

— 除大地外，没有可以利用的故障电流汇流路径（护套或者其他接地线缆）；

— MV/LV 变压器由于地网可能不完善以及无电缆的护套，其电阻会比较高；

—架空线路的中压网络发生两相接地故障的概率较高。

防止传输到低压网络地电位升的一个措施就是禁止星形的中性点在 MV/LV 变压器处接地，图 12 是这个措施在法国城市架空电缆地应用。

图 12