通信設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)淺析

　　摘 要：隨著通信的不斷發(fā)展，對(duì)通信設(shè)備的可靠性、安全運(yùn)行提出了更高的要求，而通信設(shè)備的防雷接地系統(tǒng)的規(guī)范與否是最關(guān)鍵的因素之一。現(xiàn)代通信系統(tǒng)是一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)，全程全網(wǎng)和實(shí)時(shí)通信是其特點(diǎn)。通信設(shè)備相互之間的互連給防雷造成了一定困難，目前防雷要求的效果是將雷電就近處理，避免現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)端設(shè)備損毀，造成通信障礙和經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)于通信設(shè)備的防雷問(wèn)題研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析與探討。
　　關(guān)鍵詞：通信設(shè)備 防雷設(shè)計(jì) 接地
　　中圖分類號(hào)：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）09（a）-0242-02
　　1 現(xiàn)代通信局（站）通信設(shè)備的四級(jí)防雷
　　通信系統(tǒng)四級(jí)防雷說(shuō)明：10kV，380V交流變壓器防雷為一級(jí)防雷；交流市電進(jìn)入機(jī)房所做防雷為二級(jí)防雷：交，直流開(kāi)關(guān)電源防雷為三級(jí)防雷；其他通信設(shè)備防雷為四級(jí)防雷。一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)防雷主要為交流市電防雷，四級(jí)防雷為直流防雷。一級(jí)防雷器規(guī)格根據(jù)變壓器的大小和容量進(jìn)行選擇，一般為60～200kA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝防雷器，目前通信基站變壓器一般采用氧化鋅防雷器；二級(jí)防雷根據(jù)負(fù)載大小進(jìn)行選擇，一般為40～80kA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝防雷器；三級(jí)防雷一般采用20～40kA標(biāo)準(zhǔn)安裝防雷器；四級(jí)防雷大部分使用為20kV防雷器，四級(jí)防雷一般為直流防雷，主要防止感應(yīng)電壓造成的設(shè)備損壞。
　　2 現(xiàn)代通信局（站） 通信設(shè)備的其它防雷
　　通信系統(tǒng)除以上四級(jí)防雷外，還有鐵塔防雷接地、饋線防雷接地、光纜防雷接地等。
　　2.1 通信局站防雷
　　建筑物、通信局（站）地網(wǎng)的接地電阻基本上是人們對(duì)于防雷接地合格判定的唯一依據(jù)，這一說(shuō)法在新的標(biāo)準(zhǔn)中有了質(zhì)疑。在2003年3月6日頒布的《通信局（站）防雷接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)接地電阻進(jìn)行了界定，指出：為進(jìn)行防雷，很難設(shè)立人員保護(hù)所需的明確的接地電阻。新的標(biāo)準(zhǔn)基本上對(duì)基站的接地電阻是這樣處理的：當(dāng)基站所在的地區(qū)大地電阻率較低時(shí)，基站地網(wǎng)接地電阻一般不大于10Ω，當(dāng)采用環(huán)形接地時(shí)，地網(wǎng)面積一般應(yīng)大于100m2；當(dāng)基站的土壤電阻率大于1000Ω·m時(shí)，可不對(duì)基站的接地電阻予以限制，但要求其地網(wǎng)的等效半徑應(yīng)大于等于20m，并在地網(wǎng)四角加以10～20m輻射型接地體。地網(wǎng)環(huán)形接地體的周邊可以根據(jù)地形、地理狀況決定其形狀。
　　2.2 基站防雷地網(wǎng)
　　移動(dòng)基站地網(wǎng)由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)或者由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成，基站地網(wǎng)應(yīng)充分利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)（含地樁）、鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋和地下其他金屬設(shè)施作為接地體的一部分。
　　2.3 機(jī)房地網(wǎng)
　　機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房建筑物散水點(diǎn)外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時(shí)還應(yīng)利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)。當(dāng)機(jī)房建筑物基礎(chǔ)有地樁時(shí)，應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地網(wǎng)焊接連通。
　　2.4 鐵塔地網(wǎng)
　　當(dāng)鐵塔位于機(jī)房旁邊時(shí)，應(yīng)采用40mm×40mm的熱鍍鋅扁鋼將鐵塔地基4個(gè)塔腳內(nèi)部金屬構(gòu)件焊接連通組成鐵塔地網(wǎng)，其他地網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于3m×3m，其周邊應(yīng)為封閉式，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3～5m相互焊接連通，連接點(diǎn)不應(yīng)少于兩點(diǎn)。
　　2.5 變壓器地網(wǎng)
　　當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)時(shí)，可共用機(jī)房及鐵塔地網(wǎng)組成的聯(lián)合地網(wǎng)；當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房外，且距機(jī)房地網(wǎng)邊緣大于30m時(shí)，宜設(shè)獨(dú)立地網(wǎng)；若電力變壓器設(shè)置距機(jī)房地網(wǎng)邊緣30m以內(nèi)時(shí)，變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)之間應(yīng)連接焊通，一般應(yīng)在兩處焊接連通，以相互組成一個(gè)周邊封閉的地網(wǎng)。
　　3 通信設(shè)備防雷接地
　　雷電的特點(diǎn)是持續(xù)時(shí)間短（8～20ms）通過(guò)電流大（2000～20000A），它的形成是由雷云大量集聚帶電粒子，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到25～30kV/cm時(shí)，就開(kāi)始放電而形成雷電。雷云的放電有兩種：一是云間放電；二是對(duì)地放電，通過(guò)接地體泄放到大地；分流：利用避雷針通過(guò)銅芯線引入到大地；屏蔽：通信大樓接地，機(jī)房接地；限幅：用避雷器（OBO、壓敏電阻、放電管）對(duì)雷電電壓進(jìn)行限制；均壓：平衡各處電位，提高抗雷能力。
　　3.1 接地電阻
　　電氣設(shè)備的某一部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱為接地。接地電阻的阻值要求愈小愈好，不能超過(guò)規(guī)定值。對(duì)于移動(dòng)基站來(lái)說(shuō)接地電阻應(yīng)小于10Ω。
　　3.2 聯(lián)合接地
　　所謂聯(lián)合接地簡(jiǎn)單說(shuō)就是設(shè)備的工作地、保護(hù)地、防雷地均接在一起。原理：當(dāng)強(qiáng)大的雷電電流流入大地時(shí)，大地的電位隨即升高，因所有地線都連接在一起，設(shè)備的地電位跟隨大地一起升高，地與地之間不存在電位差，不會(huì)因雷擊反擊而損壞設(shè)備。
　　聯(lián)合接地地網(wǎng)的連接體應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)狀分布，最好構(gòu)成立體網(wǎng)狀，才具均壓、等位作用。首先接地體必須做成一個(gè)良好的等電位體，防雷接地排、保護(hù)接地排、工作接地排可根據(jù)需求在不同點(diǎn)與接地體相連達(dá)到聯(lián)合接地的要求。聯(lián)合接地并不是將防雷地、工作地、保護(hù)地用導(dǎo)線連到一個(gè)接地排上，它是以接地體為參照的。
　　3.3 鐵塔防雷接地
　　鐵塔是雷電引入的主要渠道，必須進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)。鐵塔上必須安裝避雷針，另敷設(shè)一條扁鋼作避雷針的引下線，下端與鐵塔地網(wǎng)連接，不得依靠鐵塔體作為引下線。鐵塔與地連接最少兩處以上焊接，接地極向四周延伸。
　　3.4 天線的饋線接地要求
　　饋線是和鐵塔上的天線相連接的，也容易將雷電干擾引入通信設(shè)備。故饋線要求兩次接地，在上端天線lm處接地一次，饋線進(jìn)入機(jī)房的入口處接第一次。
　　4 現(xiàn)代通信設(shè)備防雷措施
　　4.1 外部防雷
　　外部防雷系統(tǒng)由避雷針、引下線、接地地網(wǎng)等組成，缺一不可。一般防止直擊雷破壞是通過(guò)避雷裝置即避雷針、引下線和接地網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成完整的電氣通路后將雷電流泄入大地。
　　然而避雷針、引下線和接地裝置的導(dǎo)通只能保護(hù)安裝避雷針的物體本身免受直擊雷的損毀，但雷電會(huì)通過(guò)多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。對(duì)通信基站而言，天饋線系統(tǒng)和機(jī)房建筑物容易遭受到直擊雷的襲擊，可以通過(guò)合理的設(shè)計(jì)避雷針的保護(hù)角和良好的接地系統(tǒng)起到保護(hù)作用。接地體指埋入土壤中或混凝土基礎(chǔ)中作散流用的導(dǎo)體。有人工接地體和自然接地體兩種。接地網(wǎng)是把需要接地的各系統(tǒng)，統(tǒng)一接到一個(gè)地網(wǎng)上或者把各系統(tǒng)原來(lái)的接地網(wǎng)通過(guò)地下或者地上用金屬連接起來(lái)，使它們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。一定要有一個(gè)良好的接地系統(tǒng)，因?yàn)樗蟹览紫到y(tǒng)都需要通過(guò)接地系統(tǒng)把雷電流泄入大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。如果基站接地系統(tǒng)做得不好，不但會(huì)引起設(shè)備故障，燒壞元器件，嚴(yán)重的還將危害工作人員的生命安全。另外還有防干擾、防靜電等問(wèn)題都需要建立良好的接地系統(tǒng)來(lái)解決。一般整個(gè)基站的接地系統(tǒng)有：建筑物地網(wǎng)、鐵塔地、電源地、邏輯地（也稱信號(hào)地）、防雷地等。然而，各地網(wǎng)之間必須獨(dú)立時(shí)，如果相互之間距離達(dá)不到規(guī)范要求的話，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(dá)不到規(guī)范的要求時(shí)，應(yīng)盡可能連接在一起，如實(shí)際情況不允許直接連接的?？赏ㄟ^(guò)地電位均衡器實(shí)現(xiàn)等電位連接。
　　4.2 內(nèi)部防雷
　　有可靠的外部防雷措施同時(shí)更需要完善內(nèi)部防雷措施。內(nèi)部防雷工程主要由屏蔽、防雷器和等電位連接三部分組成。
　?。?）屏蔽。
　　每對(duì)雙絞線或四對(duì)雙絞線都可使用金屬屏蔽，不同的雙絞線或四對(duì)雙絞線放在一起可共同使用一個(gè)金屬屏蔽。由于金屬屏蔽的趨膚效應(yīng)產(chǎn)生的吸收和反射作用?？筛玫姆指钪車碾姶艌?chǎng)和減少單獨(dú)屏蔽的對(duì)絞線之間的串音。
　　（2）防雷器。
　　防雷器是用一種低壓時(shí)呈現(xiàn)高阻丌路狀態(tài)，高壓時(shí)呈現(xiàn)低阻短路狀態(tài)。能承受數(shù)百安培大電流通過(guò)的過(guò)壓保護(hù)電子器件組合。將防雷器并聯(lián)在供電線路、信號(hào)傳輸線路上使用。當(dāng)遇到雷擊和高電壓大電流時(shí)其立即呈現(xiàn)短路，將瞬間產(chǎn)生高電壓大電流通過(guò)地網(wǎng)泄放到大地中。使設(shè)備受到保護(hù)。發(fā)生雷擊時(shí)，直擊雷或者沿著線路進(jìn)入室內(nèi)的感應(yīng)雷會(huì)使設(shè)備的進(jìn)線電壓瞬間急速升高.達(dá)到幾百甚至上千伏。由于在進(jìn)線端采用了第～級(jí)保護(hù)。并聯(lián)一個(gè)氣態(tài)放電管，通過(guò)惰性氣體的電離，能轉(zhuǎn)移大部分的瞬變能量。因?yàn)闊o(wú)分布電感電容，通流容量極大，特別適合用于吸收直擊雷，保護(hù)后的殘留電壓為二十幾伏。對(duì)于集成電路而言。這個(gè)電壓還是偏高，還起不到有效保護(hù)。另外氣態(tài)放電管，反應(yīng)速度慢，導(dǎo)致其上沖電壓可達(dá)到電壓峰值，有鑒于此，增加一級(jí)保護(hù)，并且在兩極之間采用電感耦合，利用電感電流不能突變的原理，起到一個(gè)延遲的作用，為第二級(jí)保護(hù)贏得時(shí)間，并減輕對(duì)第二級(jí)的壓力。第二級(jí)主要是采用固態(tài)放電管，它是基于可控硅原理的一種負(fù)阻器件，在沖擊電壓作用下。其前沿上沖電壓非常低，顯示出極強(qiáng)的抑制特性，并且響應(yīng)速度非常快（納秒級(jí)），分布電容小，殘壓低于5V，且對(duì)電流的吸收能力也相當(dāng)大，非常適合用于網(wǎng)絡(luò)通訊工程、電子部件的防雷保護(hù)。
　　5 結(jié)語(yǔ)
　　在現(xiàn)實(shí)中影響雷電泄放通道的因素是很多的，屬于自然因素的有地理位置、地形地貌、地下礦產(chǎn)分布及地表植物的情況；屬于人為因素的有地表建筑結(jié)構(gòu)、材料及高度形態(tài)：屬于設(shè)備本身的有屏蔽、接地、線路結(jié)構(gòu)及元器件性能等。這些因素綜合的結(jié)果是一個(gè)非常復(fù)雜的形態(tài)，很難從表面找出規(guī)律并簡(jiǎn)單地得出結(jié)論，從而完成最佳防雷工程設(shè)計(jì)。本文所提出的相關(guān)措施還需在實(shí)踐的過(guò)程中不斷的進(jìn)行驗(yàn)證和檢驗(yàn)。
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