淺論通信設(shè)施對雷電電壓的防護

張魯南

【摘要】隨著社會的發(fā)展,各類指揮通信中心也在逐步建立,如何預(yù)防及避免雷擊現(xiàn)象的發(fā)生就成為一個重要問題。

【關(guān)鍵詞】通信設(shè)施 雷電電壓 防護

【中圖分類號】TN【文獻標(biāo)識碼】A

隨著社會的發(fā)展,各類指揮通信中心也在逐步建立,在中心內(nèi)安裝的衛(wèi)星通信接收系統(tǒng)、短波及超短波電臺系統(tǒng)以及分布在市區(qū)內(nèi)的監(jiān)控報警站點等均有遭受雷擊可能,如何預(yù)防及避免雷擊現(xiàn)象的發(fā)生就成為一個重要問題。

一、雷擊種類

1、直擊雷

直擊雷也就是雷電直接擊打在建筑物或者設(shè)備并且直接對其放電,這也就是我們俗話中的“落雷”。由于現(xiàn)在基站普遍采用了避雷針或者鐵塔做為接閃裝置,所以此種可能雷擊途徑發(fā)生的概率比較低,只是對城市內(nèi)較高建筑物上的通信天線和設(shè)備以及遠離鐵塔的專用配電變壓器等情況發(fā)生直擊雷襲擊的可能性比較大。

2、電源線路侵入的雷擊

電源線路上的雷擊可分為兩類:一類為雷電直接擊打在站點附近的電源線上并沿電源線傳導(dǎo)進入站點,此種雷電能量較大;另一類為雷電發(fā)生時由于電磁感應(yīng)或者靜電感應(yīng)在電源線路上產(chǎn)生并傳導(dǎo)進站點的感應(yīng)過電壓和過電流,此種雷電能量相對前者較小一些。

3、天饋線線路侵入的雷擊

由于天饋線路是沿著通信鐵塔塔身布線到塔頂通信天線的,所以一旦做為接閃裝置的鐵塔(或者鐵塔上的避雷針)將雷電接閃下來并沿塔身泄放時,就會在與其并行的天饋線線路上產(chǎn)生較高的雷擊過電壓并傳導(dǎo)進站點。

4、地電位反擊

由于現(xiàn)在通信的需要,部分郊區(qū)和山區(qū)基站一般都建在地理位置較高的山上,而這些基站由于環(huán)境的因素一般接地電阻都比較高,所以直擊雷擊發(fā)生的瞬間基站接地系統(tǒng)的電位是非常高的。這時會對電源端口和信號端口發(fā)生強烈的反擊現(xiàn)象,如果電源線路和信號線路沒有安裝SPD(電源浪涌保護器)或者SPD性能較差的話,就會造成通信基站設(shè)備的損壞。

5、電磁場造成的磁破壞

當(dāng)基站的鐵塔或者基站附近發(fā)生直接雷擊時,會在基站附近的空間內(nèi)產(chǎn)生一個非常強烈的電磁場。如果建筑物或者設(shè)備屏蔽措施做的不好的話,其強烈的磁場就會造成通信設(shè)備內(nèi)集成電路和芯片的損壞,從而造成設(shè)備的損壞。

二、如何預(yù)防及避免雷擊現(xiàn)象的發(fā)生

(一)、通信設(shè)施的防雷措施

通常來說,避免建筑物及設(shè)備遭受雷擊的方式大致有四種:①疏導(dǎo),即將雷云中的電荷通過引線疏導(dǎo)至大地,避免直接雷擊或感應(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;②隔離,即將雷電所產(chǎn)生的過電壓和被保護物隔離開來從而避免雷擊;③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;④中和,即釋放出異性電荷和雷云中的電荷進行中和,從而阻止雷電的形成。根據(jù)以上的四種避雷方法,具體到一個通信工程的防雷電過電壓來說,其主要的措施有以下幾種方法:

1、外部防護

外部防護主要采用避雷針(避雷網(wǎng)、避雷線和避雷帶)和接地裝置(接地線、地極)來加以防護。其保護原理是:當(dāng)雷云放電接近地面時,它使地面的電場發(fā)生畸變,在避雷針(避雷線)頂部形成局部電場強度畸變,以影響雷電先導(dǎo)入電的發(fā)展方向,引導(dǎo)雷電向避雷針(避雷線)放電,再通過接地引下線、接地裝置將雷電流引入大地,從而使被保護物免受雷擊。然而,被動放電式避雷針存在反應(yīng)速度差、保護的范圍小以及導(dǎo)通量小等不足。根據(jù)現(xiàn)代通信發(fā)展的要求,避雷針應(yīng)選擇提前放電主動式的防雷裝置,并且應(yīng)該從30°、45°、60°等不同角度考慮,以做到對各種雷擊的防護,增大保護范圍,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。

2、內(nèi)部防護

首先是電源部分的防護,因為線路是雷電侵入的主要通道之一。對于高壓部分,供電部門有專用的高壓避雷裝置,而線對線的過壓則無法控制。因此,對380V低壓線路應(yīng)進行過電壓保護,按國家規(guī)范要求應(yīng)分為三部分:建議在高壓變壓器后端到通信局(站)配電機房總配電盤的電纜內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器,作為一級保護;在樓宇總配電盤至樓層配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器,作為二級保護;在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端對地加裝避雷器,作為三級保護。目的是用分流(限流)技術(shù)將雷電過電壓(脈沖)能量分流疏導(dǎo)至大地,從而達到保護的目的。分流(限流)技術(shù)中采用的防護器的質(zhì)量、性能的好壞將直接影響防護的效果,因此應(yīng)選擇合格優(yōu)良的避雷裝置。

(二)信號部分的防護

這需要根據(jù)通信設(shè)備的對雷電的敏感度來確定。建議在所有信息系統(tǒng)進入樓宇的電纜內(nèi)芯線端時,應(yīng)對地加裝避雷器,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,從而達到保護設(shè)備和人身安全的目的。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<10Ω)、邏輯地(也稱信號地)和防雷地等。通信設(shè)備要求交直流工作地、安全保護地、防雷地必須獨立,如果相互之間距離達不到規(guī)范的要求,則容易出現(xiàn)地電位反擊事故。因此,各接地系統(tǒng)之間的距離達不到規(guī)范要求時,應(yīng)盡可能使它們連接在一起,如實際情況不允許直接連接,可通過地電位連接,從而保證各類接地點的基準(zhǔn)電位是唯一值。為保證系統(tǒng)正常工作,每年在雷雨季節(jié)前后或春、秋檢修時應(yīng)定期用精密地阻儀檢測地阻值,以確保地阻值始終保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

總之,防雷接地對通信設(shè)備來說是一個永恒的話題,接地系統(tǒng)的正確與否直接關(guān)系到通信設(shè)備和人身的安全。根據(jù)國際、國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及國際、國家和信息產(chǎn)業(yè)部的有關(guān)設(shè)計規(guī)范,可以明確以下幾點:

1、通信局(站)必須按規(guī)范建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)、均壓等電位分區(qū)保護的基礎(chǔ)上。

2、無論是通信大樓,還是通信設(shè)施,都必須采用層層防護的原則。

3、防雷裝置的接地電阻應(yīng)符合《建筑物防雷接地規(guī)范》與通信行業(yè)防雷接地標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各通信機房、基站等所處的環(huán)境,應(yīng)從電纜引入開始安裝多級保護器。

4、防雷裝置的接地線應(yīng)盡可能短,因為在雷擊情況下,接地線的阻抗主要取決于接地線的電感,而電感主要取決于接地線的長度。因此,接地線應(yīng)盡量粗、短而直,禁止不必要的彎曲、打圈和迂回,才能達到更佳的防雷效果。

5、注意避雷元器件使用是否正常,應(yīng)在每年雷雨季節(jié)到來之前和過后對其進行檢查,重點測試它們的動作電壓和額定電壓下的漏電流,如果測試數(shù)值跟原來產(chǎn)品參數(shù)存在一定范圍的變化,就應(yīng)該立刻將其更換掉,以免發(fā)生不必要的損失。

責(zé)任編輯:劉思辰