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1、淺談通信設(shè)施雷電過(guò)電壓防護(hù)措施 摘要:大規(guī)模集成電路和智能化在通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)用, 使得各種先進(jìn)通信設(shè)備對(duì)過(guò)電壓 的要求也就越來(lái)越高。 因此必須采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施以防止因過(guò)電壓及其所產(chǎn)生的過(guò)電流對(duì) 傳輸線路、通信設(shè)備和人員造成的危害。本文重點(diǎn)介紹 “整體防御、綜合治理、多重保護(hù) 的防范原那么, 力爭(zhēng)將其產(chǎn)生的危害降低到最低點(diǎn)。 關(guān)鍵詞: 通信設(shè)施防雷措施降低危害隨著 科技的迅猛開(kāi)展, 大規(guī)模集成電路和智能化在通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)用, 使得各種先進(jìn)通信設(shè) 備對(duì)過(guò)電壓的要求也就越來(lái)越高。 由于雷電在電源線、 信號(hào)線、 天饋線等上感應(yīng)的瞬間過(guò)電 壓造成的危害時(shí)常發(fā)生, 因此必須采取適當(dāng)?shù)谋Wo(hù)措施以防
2、止因過(guò)電壓及其所產(chǎn)生的過(guò)電流 對(duì)傳輸線路、 通信設(shè)備和人員造成的危害。 雷電是一種自然現(xiàn)象, 它曾給人類社會(huì)帶來(lái)了不 少危害,國(guó)際電工委員會(huì)已將雷電災(zāi)害稱為 “電子時(shí)代的一大公害 ,雷擊、感應(yīng)雷擊、電源 尖波等瞬間過(guò)電壓已成為破壞電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)住?從大量的通信設(shè)備雷擊事例中分析, 專 家們認(rèn)為:由雷電感應(yīng)和雷電波侵入造成的雷電電磁脈沖LEMP是通信設(shè)備損壞的主要原因。 因此只有了解了它的形成過(guò)程, 尋求有效地防護(hù)措施才能減少雷電帶來(lái)的損失。 根據(jù) 氣象觀測(cè),地球上每秒鐘要出現(xiàn)大約 100 次左右的閃電雷擊。按照電信專用房屋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 通信大樓一般都安裝有避雷針、 避雷網(wǎng)或避雷帶, 并且均采
3、取了聯(lián)合接地的方式。 從形式上 看,它已具備了良好的防雷和抗外界電磁干擾的性能, 然而通信設(shè)備為什么有時(shí)還會(huì)遭受過(guò) 壓過(guò)流而損壞呢?甚至還會(huì)對(duì)操作維護(hù)人員的人身構(gòu)成威呢?這是由于當(dāng)發(fā)生雷電時(shí),帶電的云層會(huì)在通信設(shè)施的天線上產(chǎn)生感應(yīng)電荷或雷電感應(yīng)通過(guò)通信和電力線路侵入,如果天線和通信線纜與大地之間直流通路不暢, 就會(huì)由于感應(yīng)在天線和線纜與大地之間產(chǎn)生高電位而 引起過(guò)電壓, 致使通信設(shè)施無(wú)法承受強(qiáng)電流的侵入而損壞, 甚至?xí)<安僮魅藛T的人身平安。 隨著長(zhǎng)江通信建設(shè)速度的加快, 先進(jìn)通信設(shè)備在長(zhǎng)江通信網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用, 單一的防護(hù)體系 已不能滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)平安的要求, 我局也加大了對(duì)防雷接地系統(tǒng)的投
4、入, 防護(hù)體系也日 趨完善。防護(hù)體系已從單一防護(hù)體系轉(zhuǎn)為多級(jí)防護(hù),多級(jí)防護(hù)包括防直擊雷、防感應(yīng)雷電、 防地電位還擊引起的瞬間過(guò)電壓影響等多方面的防護(hù),應(yīng)根據(jù)數(shù)字程控、數(shù)字微波、VHF、光電傳輸、 交直流電源等所有微電子設(shè)備的不同功能、 不同受保護(hù)程度確定防護(hù)要點(diǎn)和保護(hù) 等級(jí)。根據(jù)雷電引起瞬間過(guò)電壓的危害的可能侵入的通道, 從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)該 做到多級(jí)保護(hù)。為此我們應(yīng)采取的防范原那么是 “整體防御、綜合治理、多重保護(hù) ,力爭(zhēng)將其 產(chǎn)生的危害降低到最低點(diǎn)。 一、通信設(shè)施的防雷措施通常來(lái)說(shuō), 防止建筑物及設(shè)備遭受雷擊 的方式大致有四種: 疏導(dǎo),即將雷云中的電荷通過(guò)引線疏導(dǎo)至大地,防止直接雷
5、擊或感 應(yīng)雷擊電流流經(jīng)建筑物或通信設(shè)備,從而使建筑物或通信設(shè)備免受雷擊。 隔離,即將雷電所產(chǎn)生的過(guò)電壓和被保護(hù)物隔離開(kāi)來(lái)從而防止雷擊。 等位,即將鐵塔地、天饋線地、 設(shè)備工作地、建筑物的公共地等置于等電位上。 中和,即釋放出異性電荷和雷云中的電 荷進(jìn)行中和, 從而阻止雷電的形成。 根據(jù)以上的四種避雷方法, 具體到一個(gè)通信工程的防雷 電過(guò)電壓來(lái)說(shuō),其主要的措施有以下幾種方法。1外部防護(hù)外部防護(hù)主要采用避雷針避雷網(wǎng)、避雷線和避雷帶和接地裝置接地線、地極來(lái)加以防護(hù)。其保護(hù)原理是:當(dāng)雷云 放電接近地面時(shí),它使地面的電場(chǎng)發(fā)生畸變, 在避雷針避雷線 頂部形成局部電場(chǎng)強(qiáng)度畸 變,以影響雷電先導(dǎo)入電的開(kāi)展方向
6、,引導(dǎo)雷電向避雷針避雷線放電,再通過(guò)接地引下 線、接地裝置將雷電流引入大地, 從而使被保護(hù)物免受雷擊, 這是人們長(zhǎng)期實(shí)踐證明的防直 擊雷的有效方法。 然而, 被動(dòng)放電式避雷針存在反響速度差、 保護(hù)的范圍小以及導(dǎo)通量小等 缺乏。根據(jù)現(xiàn)代通信開(kāi)展的要求,避雷針應(yīng)選擇提前放電主動(dòng)式的防雷裝置,并且應(yīng)該從 30°、45°、60°等不同角度考慮,以做到對(duì)各種雷擊的防護(hù),增大保護(hù)范圍,增加導(dǎo)通量。 建筑物的所有外露金屬構(gòu)件管道都應(yīng)與防雷網(wǎng)避雷線或避雷帶連接良好。 1安裝避雷針或接地裝置的要求 避雷針應(yīng)當(dāng)裝在高于天線尖端數(shù)米,避雷針與天線之間應(yīng)有一 定的間隔, 以防止由于避雷針
7、的存在而損壞天線的輻射圖形影響通信效果。 一般的做法是避雷針成為天線塔體的主桿,通信天錢卻裝在避雷針外線大約 1.5 個(gè)波長(zhǎng)以外。 避雷地線 的直流通路的電阻要求足夠低,一般為10-50Q,由于雷電浪涌電流較大, 頻譜較寬且持續(xù)時(shí)間短,因此要求必須有盡量小的電感量。 接地引入線長(zhǎng)度應(yīng)不大于 30 米,其材料應(yīng)采 用熱鍍鋅扁鋼或銅排,截面積應(yīng)不小于40m啄4mm。地線不能用扁平編織線和絞合線,因?yàn)檫@兩種線電感較大, 不利于泄放雷擊電流, 且容易被腐蝕。 要盡可能使用 3 毫米以上的實(shí) 心導(dǎo)線,且最好是相同的金屬材料。 為了增大地表層的過(guò)電壓的泄放面積,可采用埋設(shè) 有一定間隔的多根接地體,且相互焊
8、接。如在建筑物的四周以1 至 2米的間隔埋上 10根左右的銅管,并把它們焊接起來(lái)。 對(duì)一些重要的通信工程來(lái)說(shuō),可以考慮安裝放射性避雷 裝置。放射性避雷裝置可以說(shuō)是目前世界最先進(jìn)的防雷保護(hù)裝置之一。放射性避雷裝置的關(guān)鍵局部是放射源,它能連續(xù)自行發(fā)射a粒子,使周圍空氣電離產(chǎn)生大量電子。在雷電場(chǎng)的作用下這些電子不斷加速, 對(duì)空氣產(chǎn)生連鎖的多極電離或雪崩電離,形成與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比的電子流, 這時(shí)產(chǎn)生的由放射源指向雷云的電離通導(dǎo)會(huì)永不間斷地中和及釋放空間電荷,把已有的低電場(chǎng)消除掉, 把可能形成的高電場(chǎng)降為低電場(chǎng), 從而有效地防止發(fā)生雷擊, 起到顯 著的消雷作用。 這種放射性避雷裝置的防護(hù)面積較大, 其半
9、徑大約為 260 米左右, 且平安可 靠對(duì)人身無(wú)傷害。 2防感應(yīng)雷擊的方法除在通信鐵塔上安裝避雷針或避雷裝置的同時(shí),還要注意消除感應(yīng)雷擊,其常用的方法是在天饋系統(tǒng)中安裝電涌保護(hù)器SPD。在天饋系統(tǒng)中安裝SPD時(shí)應(yīng)注意以下方面的問(wèn)題: 淺談通信設(shè)施雷電過(guò)電壓防護(hù)措施:一是SPD的接地端必須與地連接可靠,一般要求接地引線應(yīng)從天饋線入口處外側(cè)的接地線、避雷帶或地網(wǎng)引接,且接地電阻不得大于5Q,不然將會(huì)影響到防雷的效果。 二是因存在一定的插入損耗, 對(duì)天線輻射信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)造成一定的影 響,并且還要注意駐波比,一般要求天饋系統(tǒng)的駐波比不大于1.5。三是安裝通信天線時(shí),天線的支撐桿要與鐵塔可靠連接, 連接
10、電阻等于零。 對(duì)重要的通信工程而言, 除在天饋系統(tǒng) 中安裝SPD外,還要注意供電系統(tǒng)的防雷, 常見(jiàn)做法是在變壓器和配電房安裝避雷裝置。2.內(nèi)部防護(hù)首先是電源局部的防護(hù), 因?yàn)榫€路是雷電侵入的主要通道之一。 對(duì)于高壓局部, 供電 部門有專用的高壓避雷裝置,而線對(duì)線的過(guò)壓那么無(wú)法控制。因此,對(duì)380 V低壓線路應(yīng)進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù),按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)分為 3局部:建議在高壓變壓器后端到通信局站配電機(jī) 房總配電盤的電纜內(nèi)芯線兩端對(duì)地加裝避雷器, 作為一級(jí)保護(hù); 在樓宇總配電盤至樓層配電 箱間電纜內(nèi)芯線兩端對(duì)地加裝避雷器,作為二級(jí)保護(hù);在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端對(duì)地加裝避雷器,作為三級(jí)保護(hù)。目
11、的是用分流限流技術(shù)將雷電過(guò)電壓脈沖 能量分流疏導(dǎo)至大地,從而到達(dá)保護(hù)的目的。分流限流技術(shù)中采用的防護(hù)器的質(zhì)量、性 能的好壞將直接影響防護(hù)的效果, 因此應(yīng)選擇合格優(yōu)良的避雷裝置。 第二是信號(hào)局部的防護(hù), 這需要根據(jù)通信設(shè)備的對(duì)雷電的敏感度來(lái)確定。 建議在所有信息系統(tǒng)進(jìn)入樓宇的電纜內(nèi)芯線 端時(shí),應(yīng)對(duì)地加裝避雷器,電纜中的空線應(yīng)接地,并做好屏蔽接地。最后是接地處理,接地 系統(tǒng)把雷電流引入大地, 從而到達(dá)保護(hù)設(shè)備和人身平安的目的。 一般建筑物的接地系統(tǒng)有建 筑物地網(wǎng)與法拉第網(wǎng)相接、電源地要求地阻V 10Q、邏輯地也稱信號(hào)地和防雷地 等。通信設(shè)備要求交直流工作地、平安保護(hù)地、防雷地必須獨(dú)立時(shí),如果相互之
12、間距離達(dá)不 到標(biāo)準(zhǔn)的要求, 那么容易出現(xiàn)地電位還擊事故。 因此, 各接地系統(tǒng)之間的距離達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求 時(shí),應(yīng)盡可能使它們連接在一起,如實(shí)際情況不允許直接連接,可通過(guò)地電位連接,從而保 證各類接地點(diǎn)的基準(zhǔn)電位是惟一值。 為保證系統(tǒng)正常工作, 每年在雷雨季節(jié)前后或春、 秋檢 修時(shí)應(yīng)定期用精密地阻儀檢測(cè)地阻值, 以確保地阻值始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。 二、 結(jié)語(yǔ)總 之,防雷接地對(duì)通信設(shè)備來(lái)說(shuō)是一個(gè)永恒的話題, 接地系統(tǒng)的正確與否直接關(guān)系到通信設(shè)備 和人身的平安。 根據(jù)國(guó)際、 國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)的開(kāi)展以及國(guó)際、 國(guó)家和信息產(chǎn)業(yè)部的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī) 范,可以明確以下幾點(diǎn)。 1.通信局站必須按標(biāo)準(zhǔn)建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)、均壓等電位分 區(qū)保護(hù)的根底上。 2.無(wú)論是通信大樓,還是通信設(shè)施,都必須采用層層防護(hù)的原那么。3.防 雷裝置的接地電阻應(yīng)符合 ?建筑物防雷接地標(biāo)準(zhǔn)? 與通信行業(yè)防雷接地標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)各通信機(jī) 房、基站等所處的環(huán)境,應(yīng)從電纜引入開(kāi)始安裝多級(jí)保護(hù)器。 4 防雷裝置的接地線應(yīng)盡可 能短, 因?yàn)樵诶讚羟闆r下, 接地線的阻抗主要
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