信息产业部邮电设计院 刘吉克

概述：对不同行业、众多通信局（站）采用 C 级 40kA SPD 被雷电击坏的事例分析、通过在线运行 10 万套以上开关电源内部 40kA SPD 经常被雷电损坏的事例 ( 历年雷击总损坏率大约为 7% 左右 ) 、通流容量选择不当造成设备损坏的事例、多级保护能量配合的分析，论述了通信局（站）雷电过电压保护设计必须按照中人民共和国通信行业标准 YD5098-2001 的要求进行设计，盲目的、不负责任的采用满足不了标准规定的小通流容量的 SPD ，不但保护不了设备，自身也难保安全，特别是在采用无人职守的通信局（站）采用了满足不了标准的 SPD ，当作为安全保障的不符合规定的小通流容量 SPD 被雷电击坏，其后果是严重的 , 另外信息产业部规定的检测非常重要，现今一些不法商人以假乱真、以小充大、以复印件的形式修改检测报告，将直接危害通信的正常运行。

通信局（站）配电系统安装了 SPD ，设备还是被打坏，当然 SPD 的正确选择是一个很重要的问题，确定使用什么 SPD ，是根据雷电活动区的划分、通信局（站）的分类、基站所处的地理环境、建筑物的形式、供电方式和所在地的电压稳定度来定的，而且还涉及到各级 SPD 的配合问题，不是什么样的 SPD 都可以解决其防雷问题的，另外还有 SPD 的工作电压、最大通流容量问题。

近期在一些刊物上，一些专家对安装在通信局（站）的雷电过电压保护器的最大通流容量的取定发表了一些个人的看法，简单的、不负责的或者将澳大利亚一些公司的宣传品中关于雷电峰值电流小于 30kA 的内容在文章中推荐，这些既不符合 IEC 要求、又满足不了中国国情的特定需要，即不符合中人民共和国通信行业标准、又不符合通信局（站）特定环境需要的小通流量的 SPD ，另外有些专业技术人员对雷电危害的分析中，错误的理解 IEC1312 中关于雷电保护区划分为不同区域内不同保护等级的防护要求，极为错误的将不同物理、传输概念的基站馈线和电源输入线进行不恰当的对比，无独有偶，对此类问题本人在 1997 年 11 期《邮电设计技术》 ① 中专门进行了类似的论述，诚然这些专家的观点可以从下述论据中得以否定，因为事实是判定正确与否最关键的一环，个人错误的观点在事实面前是得不到支持的，我认为展开讨论是好的，但要实为依据，以颁布的标准和规范为依据，否则个人的看法和建议可能会直接误导不同行业的用户。

1 行业的不同，环境不同、建筑所处地理不同、对保护器的要求也大不相同

每个部委都有自己行业的特点，这就是为什么各个部委都颁布了自己行业防雷接地的标准，各部委有自己的防雷专家，其专家对自己行业被保护设备是熟悉的，但没有一个专家的知识可以涵盖所以行业防雷技术领域，各个行业可以相互补充，通过相互学习达到共识。例如：由于通信行业移动通信基站站址的分布和供电部门的变电站以及铁路部门的信号楼的分布，在环境、海拔 ( 或者相对海拔高度 ) 、使用地点、设备和高压供电线路的等因素有着很大不同，通信局（站）内部的设备和变电站的开关柜也有本质的不同（通信电源系统电路高度集成化和程序控制系统是其它行业不可比拟的）， IEC 有关雷电保护区的划分可能在通信局（站）内是无法区别的，例如高压设备的耐压等级，线路的耐压等级，避雷器的耐压等级是不同的，同样一个雷电流对变电站电力开关柜可能没有任何影响，但对通信设备电源系统已经造成危害；又例如通信局（站）根据需要，建在高山上，变电站却只能建在平地上，同样在城市，通信局（站）为了通信信号避免阻挡，可能要设立一个上百米的铁塔，而变电站和铁路信号楼是通过有线通信解决相互之间的联系，没有铁塔引雷的问题，虽然都在同一环境，由于建筑物的不同需要造成环境发生了巨大的反差，因此不同的环境因素，造成各系统雷击问题的原因和雷电流引入的量级也是不同的。

通信局（站）配电系统被雷电击坏的情况是非常多的，轻者高低压避雷器被雷电击坏、机房内部的计量箱（计量箱内部 100A 的开关被雷电击坏或者烧毁）被雷击烧毁，重者配电变压器被雷电击毁 { 通信局（站）低压配电变压器被雷电击坏案例非常多 } 。照片显示的是一个基站的配电系统雷击损失的情况：“雷击造成跌落保险脱离，三个高压避雷器全部被雷电击毁（氧化锌内部模块被击落四处），其低压电缆采用埋地引入机房，在配电箱旁安装的第一级 SPD 采用的是由间隙型 + 电感 +MOV （ 40kA ）组合型 SDP ，开关电源内部采用 C 级 40kA 的 SPD ，雷击不仅造成电力配电系统的损失，同时基站内部照明用的日光灯、开关电源模块、发射机 TRU 损坏”。笔者不否认一些电力部门的专家在 11 万伏以上的雷击统计，但在 1 万伏以下，在通信局（站）的配电系统，高低压避雷器损坏的多不胜数。因此在山区应用的高低压避雷器损坏问题及合理的通流容量还有待研究，这就是同是一个类型的配电设施，各行业因应用场合不同，在雷击时出现的不同问题。

通信系统是世界上最先进的电子技术的体现，通信局（站）内汇集了大量的先进设备信息产业、通信各子系统非常复杂，而且通信局（站）又是一个至关重要的保密要害部门，由于外系统不熟悉信息产业通信系统的特点和设备系统的情况，或者将无线通信站的一些早期调查的范例不加取舍的搬了出来（例如广东微波局的一级、二级干线原有的 436 个微波站，虽然在 1992 年开始按照 YD2011-93 《微波站防雷与接地设计规范》进行了接地、等电位改造，满足了微波站防雷接地改造基本的要求，但根据 2003 年 5 月 28 日的调查结果，近 10 年，广东微波局又进行了大量的防雷接地改造，多年的改造工作有很多经验和教训，现在已经在微波站各级加装了不同等级的 SPD ，其 B 级 SPD 的通流容量一般在 80KA 以上， 100kA 、 120kA 的 SPD 也根据微波站不同的地理环境和类别有大量的使用，至今每年在防雷接地方面还不断有新的投入），盲目推荐一些不适合通信局（站）使用的ＳＰＤ产品，由此可能会对通信局（站）带来不安全因素，中华人民共和国通信行业标准规定所选用的电涌保护器应经过信息产业部认可的检测部门测试合格的产品，就是为了特别强调通信局（站）有别于其它行业的特点，确保通信安全运行而制定的。

2 从雷击事故分析、选择通流容量不满足标准要求的 SPD 是不能确保通信局（站）设备的安全运行

1 ） 安装在上 10 万个通信局（站）开关电源内部 40kA 的 SPD 经常被雷电击毁，说明仅靠开关电源内部的 C 级保护是不能确保局（站）设备安全的

通信行业每年全国仅在通信局（站）使用的开关电源就高达 10 万套，根据原邮电部标准 YD/T 944-1998 《通信电源设备的防雷技术要求和测试方法》 , 开关电源需要通过 20kA 、 8/20 μ S 的测试，这不但需要对雷电过电压保护器（ SPD ）提出要求，而且对附属于开关电源内部用于 SPD 自身的空气开关也需通过 20kA （例如 EMERSON 要求空气开关能通过 40kA 的测试）、 8/20 μ S 的测试，在 EMERSON 等众多生产公司开关电源设备的内部，使用较多的模块式 SPD 产品一般是德国的 OBO 、 DEHN 、中国的 DOWIN ，这些产品的质量在设备内部使用可以说是一流的，其模块 SPD 的标称放电电流为 20kA （测试时该量级一般要连续冲击正负极性各 5 次），最大通流能量为 40kA 。虽然开关电源和内部的 SPD 经过这样严酷的测试，从本文统计的雷害事故以及其它实际使用情况看，最大通流能量为 40kA 为 SPD 模块还是经常有雷击损坏的问题（当然这是排除了接地故障和暂态过电压引起的损坏），其数量年累计高达 7% 左右，附属于 SPD 的空气开关在雷击时也经常跳闸，另外许多安装了 B 级（ 8/20 μ S 、 60kA 以上的冲击通流容量）保护器的局站，开关电源和内部的 SPD 也经常有被雷击模块损坏的问题，这说明最大通流容量为 40kA 的模块，在现场使用时不能抵御大于其模块能够承受的水平的雷电流，移动基站大量模块损坏事实起码可以说明在中国这个世界上雷电强度差异较大的地区，从电源线上引入的雷电流远大于 40kA 的水平这一事实。另外也证明了如果通信局站仅采用通流容量小于 40kA 的产品，远不能保证通信基站的安全运行，何况在开关电源内部有的好产品可能安装了 D 级 SPD （ D 级 SPD 和 C 级 SPD 也多有被雷电同时击坏的事例）。据悉 2003 年一次雷击就击坏了浙江某地区移动 100 多个基站，可见仅仅依靠安装在开关电源内部最大通流容量为 40kA 的模块并不能保护基站的安全，另外雷击反映了一个非常重要的问题，电源系统的保护需要多级保护、逐级限压才能保障通信局（站）的正常运行，仅靠一级保护是不可取的。

2 ） 采用各相对地小通流容量 MOV 型 SPD 被雷电击坏事例

从通信局（站）安装的 SPD 损坏情况统计结果看，虽然各地移动通信基站现场使用的 SPD 有很多是采用最大冲击容量为 60KA 或者 40KA 以及 20KA 的产品（持续工作电压为 385V ），在排除了接地故障和暂态过电压等因素和后，在雷雨天、雷击发生的同时，还有许多 SPD 的模块损坏，这表明局（站）选择的 SPD 保护器最大冲击容量 60KA 以下的产品还不足抵御雷电的侵入，在多雷区通信局（站）安装的 SPD 的最大冲击容量还需要采用更大的量级，例如 100kA 的 SPD 。如果仅从价格因素，而不顾雷电强度及环境因素等原因，去选择 SPD ，纵使 SPD 品质非常好，如果安装保护区域不合适，将 C 级保护器安装在 B 级保护区，此时不但不能保护通信局（站）的安全，反而可能对其造成危害，因此在强雷区，通信局（站）在选择 SPD 保护等级时，必须根据 YD/T5098-2001 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》，且考虑使用场合的各类环境因素。

2001 年 7 月 25 日至 26 日某地区普降暴雨，致使数个基站因雷击造成基站停电中断，其中一个基站避雷针的法兰盘处被雷电击断，避雷针前端落在距机房 20 米的农户住宅一角，将住户的屋角瓦片、房掾及支撑粱打断，雷击将用在第一级标称通流量为 20kA 、 8/20 μ S 的国外某厂生产的小通流量 SPD （该 SPD 根据测试数据可知，如果按照其通流量来判定，其产品的技术指标是非常好的，只是应用场合及级别不合适）击毁，雷击造成小通流量 SPD 外壳爆裂（说明雷电强度之大），电源主保险丝全部熔断，开关电源内部的监控模块和 5 个整流模块均被雷电击坏， SPD 及通信电源设备损坏之严重，可见雷电之强大，远非小于 20KA 雷电流能够产生的能量。

3 ） 将小容量 SPD 并联成大通流容量的 SPD ，被雷击击毁 SPD 的事例

舟山一个与微波站共站的移动通信基站，其电源入口端安装了两个小通流容量并联使用的国外某厂生产的小通流量 SPD ，以期达到大通流容量的目的，两个并联的 SPD 在使用没有一年的时间，就先后被雷击击坏。

4 ）不按标准选型、所选择安装最大通流容量量级不能抵御当地雷暴强度的 SPD

2001 年 4 月 ~ 10 月南方一地区有 7 个站 B 级 60kA/ 线的 SPD 在使用不到一年的时间先后 被雷电击坏，其中 3 个站不但第一级被雷电击坏，第二级 C 级 40kA 开关电源内部的 SPD 也同被击穿，而且有一个站动力源的开关电源全部电源模块被击坏。通流容量达到 60kA 的 SPD 大面积被雷电击坏，说明基站所采用的 B 级 60kA 的 SPD 其最大通流能力选择达还达不到要求，该地区境内以丘陵为主要地形，属于多雷区，按照信息产业部标准 YD5098-2001 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》的要求，雷电过电压保护应按照年雷暴日情况，并根据雷电活动区的划分、移动通信基站的分类、移动通信基站所处的地理环境、建筑物的形式、供电方式的情况，该地区对用在总配电箱处的 1 级（ B 级）电源 SPD 应采用 80kA/ 线（郊区）、 100kA/ 线（山区）、不同等级的 3+1 模式的 SPD 。

5 ）两极 SPD 被雷击击毁的事例

某移动通信局，基站采用间隙 + 电感 +MOV 组合型保护器作为第一级（ B 级），安装的第一级 SPD 和开关电源内部的第二级 40kA 的 SPD 在 2002 年度、 2003 年 6 月雷雨季连续多个 SPD 被击坏，而且被保护的开关电源、基站设备的电源系统也多有损坏。

另外在浙江某地基站第一级采用间隙型 SPD ，根据统计到的 10 几个基站，雷击时第二级 C 级（ 40kA ） SPD 在雷击通信基站时， C 级模块大量跳红损坏，雷击同时通信电源模块等多有损失。

福建电信公司某局使用了大量的接入网设备，其部分接入网站接入网设备和移动通信基站设备共用机房，移动通信基站的机房建立在铁塔四角之下，一般机房供电都有专用变压器（除了单一接入网设备的机房），接地采用铁塔的环行接地体，变压器低压侧无 SPD ， 380V 低压电缆引入机房后，在总配电箱入口处，个别站安装了 50kA 的 SDP 箱，开关电源内安装了通流容量 40kA 的 SPD ，接入网设备自安装之日就频繁这是雷击，雷击损坏严重时，机架上的所有机框内的电路无一幸免，每年设备损失严重。

例如泉州紫山雷击事故，在总配电箱处第一级 50kA 的 SPD 箱和开关电源内安装的 40kA 的 SPD 都有一相被击坏。

6 ） 江苏罐云某基站在 2001 年雷暴期间，雷击将基站变压器严重击毁，基站电源线烧焦，安装在配电箱旁的 100kA 保护器被雷电击坏。

3 限压型保护器最大通流容量的选择问题

单纯从价格的意义讲，冲击通流容量较小的 SPD 一般价格上远小于冲击通流容量大的 SPD ，但从技术经济比的角度去考虑问题，可能这一观点又喻于了新的含义，通流容量是指 SPD 不发生实质性破坏而能通过规定次数、规定波形的最大电流峰值，冲击通流容量较小的 SPD 在通过同样的雷电流的条件下其寿命远小于冲击通流容量大的 SPD ，根据有关资料介绍：“ MOV 元件在同样的模拟雷电流 8/20 m S 、 10kA 测试条件下，通流容量为 135kA 的 MOV 的寿命为 1000-2000 次，通流容量为 40kA 的 MOV 的寿命为 50 次，两者寿命相差几十倍（注：据笔者分析，被测试的 MOV 元件可能是由小通流容量的 MOV 组合型的产品，但测试结论也可以说明冲击通流容量较小的 SPD 在通过同样的雷电流的条件下其寿命远小于冲击通流容量大的 SPD ） ” 。这一点从设在信息产业部邮电设计院内“信息产业部通信产品防雷性能质量监督检验中心”对国内外上百种产品的检测也可以得出同样结论。由于配电室、电力室入口处的 SPD 要承受沿配电线路侵入的浪涌电流的主要能量，因此其 SPD 在满足入口界面处标称放电电流要求的前提下，可根据情况选择较大通流容量的 SPD 。

虽然通流量越大，其残压值是有限的增加，但对于同一个大小的通流量来讲，例如对于一个雷电的基本量 8/20 μ S 20kA 的雷电波， 20KA 、 40kA 和 100kA 三个不同的 SPD 在此量级是没有多大差异的，这些数据可以在 SPD 测试中反复得到验证。

4 多级保护器之间的能量配合问题

通信局（站）雷电过电压保护设计为了确保设备的安全运行，需要根据 SPD 的特性，采用多级保护、逐级限压的方法，将浪涌电压限制在通信设备能承受的水平内，

由于通信局（站）如移动通信基站、接入网站面积所限， B 级保护器采用间隙型雷电电流保护器是不可能和 C 级保护器进行能量配合的（可能有配合的盲点的存在，盲点即放电间隙不出现火花放电的情况），当然有些国外公司在两极保护之间可能以串接电感组成退耦器以解决两级保护器之间的保护距离问题，但在电源回路中串接电感在中国电力行业的标准中是不允许的（同样可能存在两者配合盲点或者反射问题），根据介绍：“用电感作为去耦元件和波形有密切的关系，对于长半值时间的波形（如 10/350 μ S ），电感去耦效果不是很有效，当用电感作为去耦元件时，必须考虑浪涌电压的上升时间和峰值”。而且纵使加了电感，也解决不了间隙型雷电电流保护器残压高达 4000V 的问题，而且从现场运行情况表明此类组合型保护器串接正在电感后的 C 级 40kA 的模块式保护器有众多被雷电击毁的记录。。

另外在同一个机房，在安装 B 级保护器的位置，用 C 级代替 B 级保护器同样不能达到能量的配合。例如安装开关电源内部 C 级保护器的通流容量已经是 40kA 的量级了，再在配电箱 B 级保护器安装的位置，安装一个 40kA 的 C 级保护器同样不能解决能量配合问题，两级都是同通流容量的 C 级 SPD 怎能谈的上能量的配合。

即使一个正确的能量配合，如果未将 SPD 安装在需要保护的设备或者在附近安装，设备的接口有也可能受到损坏，这是由于在 SPD 和需要保护的设备之间的导线上的反射现象引起的。根据 IEC1312-3 《雷电电磁脉冲的防护第三部分电涌保护器的要求》的建议，推荐的方案和中人民共和国通信行业标准 YD/T5098-2001 一样，在通信系统内部安装多个 SPD 进行逐级限压、使各级 SPD 之间特性的匹配，以达到设备能够耐受的能力。有关设备的耐受能力可参考 IEC 1000-4-5/3 、 IEC 664-1/5 或者 ITU-K 系列建议。

5 SPD 选型基本要求与其检测

1 ）通信局（站）用 SPD 必须满足 的要求

（ 1 ）信息产业部标准 YD/T5098-2001<< 通信局 ( 站 ) 雷电过电压保护工程设计规范 >> 的 要求 ;

（ 2 ）由于通信局（站）开关电源设备已经安装 C 级通流能力 40kA 的 SPD ，基站总配电箱或者总配电屏缺少多级保护中的 B 级 SPD 箱（由于基站基本上是无人值守，为了防止火灾，确保安全，应采用箱型 SPD ）保护，按照信息产业部标准 YD5098-2001 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》以及多级保护、逐级限压、将雷电过电压限制在设备的承受水平上； B 级 SPD 根据 YD/T5098-2001 规范要求，需要采用 60 ~100kA 的 SPD ；

（ 3 ） 由于间隙型雷电电流保护器其残压太高 , 两级保护器之间的去耦距离要求大于 15 米（例如移动通信基站、接入网站机房太小，难以满足去耦距离要求） , 动作时间较慢 , 有火花气体放出 , 间隙型没有遥信监控接口（组合式保护器采用第二级虚拟告警）、不适合移动通信基站、接入网站使用 , 因此在选择上原则上不采用间隙型雷电电流保护器 , 应使用氧化锌限压型 SPD{ 注： 2003 年 6 月 ITU-T （国际电信联盟）在意大利开会，对于 K20 、 K21 、 K45 通信设备及终端设备电源端口的检测及技术要求不主张采用 10/350 μ S 的波形 已经形成了决议性文件 }.

（ 4 ）绝大多数接入网站、移动通信基站内不配置交流稳压器，应考虑少量郊区或山区站供电不稳的情况（ 注： TT 系统供电当发生接地故障时， SPD 会发生燃烧事件，因此 B 级 SPD 一定要采用最大持续工作电压 Uc ≥ 320 ~ 380V ，最好采用 IEC 建议、国家标准及信息产业部标准推荐使用的 3+1 模式的 SPD ）

（ 5 ） C 级最大通流容量为 40kA 的模块式 SPD 不能并联为 80kA 、 120kA 的产品。

（ 6 ）任何类型的 SPD 为了防止火灾的发生， SPD 内部必须有过流、过压保护。

2 ）通信局（站）用 SPD 检测要求

（ 1 ）必须依据中华人民共和国通信行业标准 YD/T1235 .2-2002 《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法》规定的内容进行测试；
（ 2 ）厂家所投标的产品必须提供信息产业部指定的防雷产品的检测单位 --- 信息产业部通信产品防雷性能质量监督检验中心 ( 原信息产业部邮电设计院防雷性能实验室 ) 的检测 报告 ;

（ 3 ）雷电过电压保护器的各项技术指标 , 必须根据信息产业部对产品检测报告来判定 , 而且必须通过 SPD 最大通流量 / 每线 的 检测 。

（ 4 ）不同厂家的产品，其残压的对比应根据测试报告中以 8/20 μ s 、 20kA 的测试数据（或者以等级限制电压为标准进行对比） ，并参考 最大持续工作电压。

（ 5 ）根据信息产业部标准 YD/T1235.2 — 2002 对检测时效一年的要求，在检测报告中应有明确的有效期规定。

参考文献 ：

① 刘吉克 《通信局（站）应停止使用各类消雷器》邮电设计技术， 1997.11

② IEC1312-3 《雷电电磁脉冲的防护第三部分电涌保护器的要求》

③ 中人民共和国通信行业标准 YD/T5098-2001 《通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范》

④中华人民共和国通信行业标准YD/T1235 .2-2002《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法》