淺析防雷技術(shù)在微波基站中的綜合保護

范 軍

（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局微波傳輸總站，呼和浩特 010000）

淺析防雷技術(shù)在微波基站中的綜合保護

范 軍

（內(nèi)蒙古新聞出版廣電局微波傳輸總站，呼和浩特 010000）

隨著微波通信數(shù)字化的快速發(fā)展，站點中對設(shè)備的防雷電措施和要求也很高。為了減少雷電對機房設(shè)備的侵害，最大限度降低雷擊對各基站的危害，本文對雷電的防護進行分析，并提出了微波站的綜合防護措施。

雷電電磁脈沖；等電位連接；接地；屏蔽；綜合防護

雷電的特點為上升快、下降慢，波頭長度大多是1～5μs，波長是20～100μs，最大陡度為10～20ka/μs，雷電幅度等于和大于40kA的約占45%，等于大于108kA的約占10%，陸地多于海上，山區(qū)多于平原。

1 雷電對基站的危害

瞬間過電壓所造成的破壞性后果體現(xiàn)在以下三點：一是傳輸或儲存的信號或數(shù)據(jù)，受到干擾或丟失，甚至可使電子設(shè)備產(chǎn)生錯誤動作或暫時癱瘓；二是由于重復(fù)受到較少幅度的瞬間過電壓影響，元器件雖然不會馬上燒毀，但性能和壽命已嚴重降低；三是如果情況嚴重，設(shè)備的線路板及元器件便會燒毀。雷電造成的損失不僅僅是設(shè)備癱瘓、系統(tǒng)崩潰、重要數(shù)據(jù)丟失等，還會導致信號停播、業(yè)務(wù)停傳，甚至人身傷亡，造成更多的經(jīng)濟損失。

雷電對基站的危害主要通過以下三種途徑：一是雷電通過避雷針等建筑物入地層釋放雷電流，形成了數(shù)萬伏的地網(wǎng)地電位，并且通過設(shè)備機架接地線侵入到設(shè)備中，從而形成地電位反擊；二是通過避雷線使雷電在引下線附近區(qū)域產(chǎn)生強烈磁場，并且在引下線旁的金屬管中產(chǎn)生過電壓，通過系統(tǒng)的各個信號線入侵到機房系統(tǒng)中；三是引入機房的電源線、信號線在室外受到直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的電壓經(jīng)過線纜入侵，進而破壞接入的電子設(shè)備。因此，需要從這三個方面考慮建立雷電防護體系。

2 微波基站進出線纜引起的雷害分析

站點從所處的環(huán)境條件來看，包括三種情況：一是城市站，大多設(shè)在通信綜合樓的樓頂；二是平原站，設(shè)立于野外的平原地區(qū)，天線電纜用鐵塔支撐，機房設(shè)在鐵塔旁的同一地面上；三是高山站，設(shè)于野外山上，機房建于山頂或山坡。城市和平原站的環(huán)境條件都好于高山站，土壤電阻率低，地網(wǎng)比較容易做，只要共用接地系統(tǒng)和進出線纜的防護處理好就很少發(fā)生雷擊；而高山站所處的地區(qū)和環(huán)境一般都是土質(zhì)差，土壤電阻率高，地網(wǎng)很難做。這樣的條件正是雷電活動易出現(xiàn)的地帶，雖然基站采用共用接地，但是如果進出線纜防護處理不好，就會將雷電引入室內(nèi)造成危害損失。

2.1 架設(shè)電力線路

建在山頂或山坡上的基站，由于架空電力線引起的雷擊，在雷電危害中占多數(shù)?；舅幍奈恢猛请娏δ茉磪T乏，需要架設(shè)數(shù)千米的高壓線路，為了能將電力引入機房內(nèi)而沿溝渠或山坡架設(shè)的高壓線路正是一條良好的導電帶。當電力線路在基站意外遭到雷擊時，會沿著線纜入侵的雷電波到達變壓器之前，主要是通過高壓線終端的閥型避雷器來保護變壓器免遭雷擊，如果雷電電流太強或者閥型避雷器已失效，雷電波就會侵入變壓器，有可能會把變壓器的絕緣擊穿，而且還會把高電位經(jīng)變壓器傳到次級低電壓電力系統(tǒng)，這樣機房內(nèi)的電力設(shè)備和與之相連的其他設(shè)備就會遭到雷擊而受損。使正在使用設(shè)備或電話的人員，輕者有觸電震感，重者會受到傷害危機生命安全。

2.2 微波鐵塔天饋線系統(tǒng)

當雷擊微波天線鐵塔頂端避雷針時，在該處產(chǎn)生過電壓，若是以60m塔高為例，取分布電感L=1μH·m-1，I=40ka，R地=4Ω，t1=2.5μs，得U=1120kV。可見塔頂電位高達1000kV以上，如果天線塔上的波導管或塔燈電源線不采取任何措施，就會將如此高的雷電引入機房，足已損壞室內(nèi)的通信設(shè)備。

微波站建筑物和天線鐵塔分別設(shè)立，當巨大的雷電電流經(jīng)鐵塔導體入地時，在其周圍產(chǎn)生強大的電磁場，處在電磁場中的導體會感應(yīng)較大的電動勢E。因為E=-(dφ/dt)，磁通φ=∫Bds，磁場強度B=μH，在距塔體R處產(chǎn)生的磁場強度H=I/2πR，由此可見R越小，即塔距機房越近，E越大。而微波站機房和鐵塔相距較近，多為5m～15m左右，如果機房無屏蔽措施，較強的感應(yīng)雷電就會入侵機房，威脅設(shè)備。

3 微波站的防雷措施

微波站防雷措施的原則是既不能影響被保護設(shè)備的工作性能，又能有效地將侵入的雷電過電壓抑制到被保護設(shè)備所能允許的程度，達到絕緣配合的要求，實現(xiàn)微波站供配電系統(tǒng)、直流配電系統(tǒng)，以及微波收發(fā)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信與監(jiān)控設(shè)備的防雷安全。

圖1 防雷框架圖

3.1 交流電源系統(tǒng)的保護

在交流電源進線處裝配防雷保護器。按照國際電工標準IEC1312-1/3技術(shù)要求，應(yīng)將建筑物需要保護的空間劃分為若干不同的防雷區(qū)域，確定各部分空間不同雷擊電磁脈沖的嚴重程度和相應(yīng)的防護對策。一般對電源設(shè)備進行三級保護，將過電壓引入大地，逐步降低雷電電流對設(shè)備的損害。防雷器的選擇應(yīng)注意以下幾個問題：一是要對不同的供電接地系統(tǒng)選用不同型號的防雷器；二是選擇工作電壓的持續(xù)能力最大化；三是預(yù)警功能的選擇；四是空氣開關(guān)的選擇；五是能量配合的選擇。

3.2 天饋線系統(tǒng)的防護

在天饋系統(tǒng)接口中加裝串聯(lián)通道防雷器。防雷器主要采用高通濾波器的原理，根據(jù)信號傳輸?shù)念l帶，最大隔離其他頻帶的脈沖。

這樣的防雷器除了進行防護特性實驗外，還要進行插入損耗測試、駐波比測試等傳輸特性試驗，要確保通信暢通，系統(tǒng)工作正常。

圖2 等電位連接網(wǎng)絡(luò)示意圖

3.3 屏蔽措施

機房設(shè)備的外殼和連接導線應(yīng)該具備很好的屏蔽性能，有效的保護措施是：電源導入線、站點的輸入和輸出信號線、通信線以及建筑物內(nèi)所有線纜所連導體，均應(yīng)該采用帶金屬屏蔽層的導線，導線兩端應(yīng)于機房總接地相連。主要的通信電纜的布線盡量集中在室內(nèi)中部，電纜線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能位于距離建筑物橫梁或者立柱較遠的位置，地線的線槽布放盡量避免靠近建筑立柱，要求布線在較長的距離。

3.4 等電位連接

等電位連接的主體是：設(shè)備所在的建筑物的主要金屬構(gòu)件和進入室內(nèi)的金屬管道，供電線路包含外露可以導電部分的防雷裝置，由電子設(shè)備形成的信息系統(tǒng)。

等電位連接的連接體是金屬連接導體和無法直接連接時，而做瞬態(tài)等電位連接的浪涌保護器（SPD）通過S型結(jié)構(gòu)或網(wǎng)形M型結(jié)構(gòu)，把設(shè)備直流接地以很短距離連接到最近的等電位連接帶上。

小規(guī)模機房適宜選擇S型結(jié)構(gòu)，比較大型的機房適宜選擇M型，機房等電位連接網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與共用接地系統(tǒng)連接，如圖2所示。

4 結(jié)束語

經(jīng)過近幾年對我區(qū)各個微波通信網(wǎng)防雷設(shè)施的改造，綜合防雷系統(tǒng)得到進一步完備，通信設(shè)備抗雷擊和防過電壓水平有了明顯提高。近兩年，UPS電源、配電柜遭雷擊損壞事故明顯減少，綜合性防雷措施取得了明顯成效。

事實證明，只有全方位認真細致地考慮雷擊及過電壓因素，嚴格執(zhí)行通信局防雷有關(guān)規(guī)范，認真落實通信防雷技術(shù)措施，因地制宜地運用好接地、分流、均壓、屏蔽、限幅、隔離等綜合防雷技術(shù)，不斷改進防雷工作，加強現(xiàn)有防雷設(shè)施的日常維護，才能更有效地防備雷電的侵害，使雷電損害降低到最小程度。雷電的防護需要綜合防護措施，僅靠單一的防雷措施或某一種新型的防雷器件是難以對通信弱電設(shè)備進行安全保護的。

[1] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范，2004

[2] 防雷與接地裝置，2006.1

[3] 通信局防雷與接地工程設(shè)計，2011.4

[4] 建筑電氣工程防雷問題論述，2013.3

Analyses the Lightning Protection Technology in the Microwave Stations Integrated Protection

Fan Jun
(Press and Publication of Inner Mongolia, NHK Microwave Transmission Station, Hohhot, 010000)

with the rapid development of digital microwave communication, lightning-proof measures and requirements for the equipment in the site is also high. To reduce the number of lightning equipment of computer room, maximum limit to reduce the harm of lightning to the base station. This article analyze the lightning protection and microwave station comprehensive protection measures are put forward.

lightning electromagnetic pulse; Equipotential connection; Grounding; Shielding; Comprehensive protection

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.01.006

TN943.2，TU856

B

1672-7274（2017）01-0023-03