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無線通信設(shè)備防雷措施

2010-06-21 14:47:59

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在我們的生活中會經(jīng)常見到電閃雷鳴，全球平均每年要發(fā)生1600萬次閃電。雷電具有驚人的能量，每次雷擊所產(chǎn)生的能量大約為55萬千瓦/小時，足以燃點100萬個燈泡1小時、直擊雷電流平均都有34kA。有記錄的最大直擊雷電流為210kA。目前人類尚未能對雷電的能量加以有效利用，而雷害造成的損失卻是巨大的。據(jù)統(tǒng)計，在歐美國家每年有20%—30%的電腦故障是因感應(yīng)雷引起的，在一處電網(wǎng)中每8分鐘便有一個瞬間過電壓產(chǎn)生。全球每年有數(shù)以千人死傷于雷擊事故、經(jīng)濟(jì)損失有數(shù)十億美元。
所以雷電災(zāi)難對無線通信設(shè)備的危害也是不言而喻的，所以探討有關(guān)無線設(shè)備的防雷是非常有必要的，這對于無線通信網(wǎng)絡(luò)的安全、質(zhì)量等都有很重要的意義。
一、雷電對無線通信設(shè)備損害的原理和主要形式
1原理
要真正做到對無線設(shè)備的防雷首先必須了解雷電對無線通信設(shè)備危害產(chǎn)生的原理。以負(fù)雷云為例，由于電云負(fù)電的感應(yīng)，使四周地面積累正電荷，地面與雷云之間形成強大的電場。當(dāng)某處積累的電荷密度很大，激發(fā)的電場強度達(dá)到空氣游離狀態(tài)的臨界值時，雷云便開始向下梯級式放電。接近地面的物體達(dá)到一定的距離時，地面物體在強電場作用下產(chǎn)生尖端放電，形成向雷云方向逐漸向上先導(dǎo)放電，二者匯合形成雷電通路，異性電荷劇烈中和形成很大的雷電流，并發(fā)出強烈的閃電和雷鳴。雷電發(fā)生時，雷電流經(jīng)架空線路或空中金屬管道等金屬物體產(chǎn)生沖擊電壓，隨物體走向而迅速擴散，形成危害。
2三種主要形式雷擊破壞的三種主要形式為：
21直擊雷
帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”。直擊雷只發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成災(zāi)難，也就是說直擊雷發(fā)生的幾率較低，而且直擊雷發(fā)生時一次只能襲擊一個小范圍的目標(biāo)，但是由于放電現(xiàn)象發(fā)生過程迅猛，被直接擊中的目標(biāo)會由于放電電流過大，造成的損壞程度較大。直擊雷主要對室外物體產(chǎn)生破壞作用，所以把防直擊雷的系統(tǒng)稱為外部防雷系統(tǒng)。
22球形雷
簡稱球雷，是一種非凡的雷電現(xiàn)象。一般是橙或紅色，或似紅色火焰的發(fā)光球體，直徑約為10~20cm，最大的直徑可達(dá)1m，存在的時間大約為百分之幾秒至幾分鐘，一般是1~5s，一旦碰到物體或電氣設(shè)備時會產(chǎn)生燃燒或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或開著的門窗進(jìn)入室內(nèi)有的由煙囪或通氣管道滾進(jìn)樓房，多數(shù)沿帶電體消失球形雷一般發(fā)生的較少，只有在一些非凡的地理環(huán)境或者非凡的基站位置上才會有球形雷的發(fā)生。
23感應(yīng)雷
雷電在雷云之間或雷云對地放電時，并在四周的戶外傳輸信號線路、地埋電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，使串聯(lián)路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害的放電現(xiàn)象，叫做“二次雷”或稱“感應(yīng)雷”。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應(yīng)雷不論雷云對地閃擊還是雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災(zāi)難。此外一次雷閃擊都可以在較大的范圍內(nèi)使多個電子設(shè)備同時產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓現(xiàn)象，并且這種感應(yīng)高壓可以通過基站供電線和信號中繼線等引入傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)，致使雷害范圍擴大。感應(yīng)雷發(fā)生時一般對室內(nèi)的用電設(shè)備和電子元器件起到破壞作用，因此把防止感應(yīng)雷和雷電電磁脈沖波破壞的系統(tǒng)稱為內(nèi)部防雷系統(tǒng)。
二、無線電設(shè)備防雷措施探討
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，但雷電會通過多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。對通信基站而言，天饋線系統(tǒng)和機房建筑物輕易遭受到直擊雷的襲擊，可以通過合理的設(shè)計避雷針的保護(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)一接到一個地網(wǎng)上或者把各系統(tǒng)原來的接地網(wǎng)通過地下或者地上用金屬連接起來，使它們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)。一定要有一個良好的接地系統(tǒng)，因為所有防雷系統(tǒng)都需要通過接地系統(tǒng)把雷電流泄入大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身安全。假如基站接地系統(tǒng)做得不好，不但會引起設(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、防靜電等問題都需要建立良好的接地系統(tǒng)來解決。一般整個基站的接地系統(tǒng)有：建筑物地網(wǎng)、鐵塔地、電源地、邏輯地、防雷地等。然而，各地網(wǎng)之間必須獨立時，假如相互之間距離達(dá)不到規(guī)范要求的話，則輕易出現(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，應(yīng)盡可能連接在一起，如實際情況不答應(yīng)直接連接的，可通過地電位均衡器實現(xiàn)等電位連接。
2微電子設(shè)備防雷
21天線防雷
完善微波天線防雷擊的保護(hù)措施。天線鐵塔設(shè)避雷針，并經(jīng)40mm×4mm鍍鋅扁鋼直接入地，使雷電流沿最短路徑接入接地網(wǎng)，這樣塔上的天線都在其保護(hù)范圍內(nèi)，免受雷電，而且使天線引下線都多點接地。饋線在塔頂與天線連接處接地，進(jìn)機房前與地網(wǎng)就近接地，進(jìn)入機房后，與設(shè)備連接處接地，饋線與設(shè)備接口處，有條件的加裝避雷設(shè)備。天線鐵塔和機房之間裝設(shè)支撐電纜的金屬過橋或懸掛電纜的鋼絞線。過橋和鋼絞線在電氣上與鐵塔連通，在電纜進(jìn)入機房外側(cè)時，將過橋和鋼絞線、電纜外護(hù)層連在一起，并通過最短路徑與接地網(wǎng)相連，盡可能減少經(jīng)天饋線進(jìn)入機房的雷電壓幅值。塔燈電源鎧裝帶屏蔽層采用多點接地，并在機房入口處對地加裝氧化鋅無間歇避雷器，并將零線接地。
22機房防雷
防雷檢測技術(shù)人員首先對機房部分的防雷裝置及其安裝工藝、材料規(guī)格等進(jìn)行查看，即查看機房內(nèi)是否安裝了匯流排，匯流排的接地引下線是從哪里引入的，匯流排和接地引入線的材料規(guī)格是否合乎要求;查看輸電線路是否安裝了電源避雷器，其安裝是否規(guī)范和工作是否正常;查看同軸電纜饋線是否安裝了天饋避雷器，其安裝是否規(guī)范和工作是否正常。然后測試饋線的金屬外護(hù)層、PE線、數(shù)字通信設(shè)備的機架、模擬通信設(shè)備的機架、整流供電設(shè)備的機架、內(nèi)走線架、金屬門窗、空調(diào)機正常不帶電的金屬外殼等金屬體是否作了等電位連接。然后測量接地電阻值，并做好記錄和繪制機房防雷平面示意圖。
23基站防雷
首先，保護(hù)建筑物部分的防雷裝置、天面金屬物必須實施可靠的等電位連接。因為當(dāng)雷電向建筑物閃擊時，雷電流通過接閃器和引下線被迅速釋放入地，強度得到迅速衰減，干擾源的雷電電磁脈沖存在時間極短，不至于產(chǎn)生高的感生電壓，對通信設(shè)備有保護(hù)作用。
其次，天線的直擊雷防護(hù)，主要是安裝避雷針一，最好直接利用天線桿來保護(hù)。上文中已經(jīng)有比較具體的介紹，就不在此累贅了。
同時做好天線桿、同軸電纜饋線、外走線架的等電位連接，能減少各金屬體之間的電位差和防高壓反擊，可以避免雷電波從同軸電纜饋線侵入機房損壞通信設(shè)備。作法為：用40mm4mm的鍍鋅扁鋼把天線桿連接，并接到避雷帶上；采用橫截面積36mm的絕緣皮多股銅芯線把同軸電纜饋線的金屬外護(hù)層與天線桿連接，并在進(jìn)人機房的入口處與外走線架連接;用40mm4mm的鍍鋅扁鋼把外走線架每隔5米與避雷帶連接，且不能少于兩處。
此外還有塔接、接地等措施。搭接就是等電位連接。做好等電位連接能減少電位差，并能有效地防范雷電電磁感應(yīng)的破壞作用。在機房內(nèi)，打開建筑物內(nèi)柱的一段混凝土，使其露出柱筋，采用橫截面積為50mm的絕緣皮多股銅芯線，從柱子的主筋焊接出接地端子，并連接到匯流排上。匯流排采用面積為120mm銅排制作，采用橫截面積為50mm的絕緣皮多股銅芯線做等電位連接帶，把等電位連接帶沿機房的四面敷設(shè)成閉合環(huán)，并與匯流排連接。采用橫截面積為35mm的絕緣皮多股銅芯線做等電位連接線，把數(shù)字通信設(shè)備的機架、模擬通信設(shè)備的機架、整流供電設(shè)備的機架、空調(diào)機的金屬外殼等金屬體相互連接，并連接到等電位連接帶上。同軸電纜饋線的金屬外護(hù)層、PE線、金屬門窗也應(yīng)做等電位連接，用等電位連接線把它們連接到匯流排上。內(nèi)走線架每隔5m用等電位連接線就近連接到匯流排或等電位連接帶上，但不少于兩處。