導(dǎo)語：無線通信設(shè)備防雷分析論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:目前無線通信已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域,但是由于雷電的危害,無線通信設(shè)備時(shí)刻都處在危險(xiǎn)當(dāng)中。本文探討了無線通信設(shè)備的防雷措施。

關(guān)鍵字:無線通信設(shè)備防雷措施

Abstract:Wirelesscommunicationispopularlyusedinsomearea.Butbecauseofthethunderbreakin,wilelesscommunicationisindangerseverytime.Thisarticleintroducedlightingpreventionmeasureofwilelesscommunicationdevice。

Keywords:wilelesscommunicationdevicelightingpreventionmeasure

一、前言

在我們的生活中會(huì)經(jīng)常見到電閃雷鳴,但是大家知道嗎?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(shí),足以燃點(diǎn)100萬個(gè)燈泡1小時(shí)、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(jì),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(gè)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)害對無線通信設(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。

二、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),使附近地面積累正電荷,地面與雷云之間形成強(qiáng)大的電場。當(dāng)某處積累的電荷密度很大,激發(fā)的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣游離狀態(tài)(空氣擊穿)的臨界值時(shí),雷云便開始向下梯級(jí)式放電。接近地面的物體達(dá)到一定的距離時(shí),地面物體在強(qiáng)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(qiáng)烈的閃電和雷鳴。雷電發(fā)生時(shí),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(kuò)散,形成危害。

2.三種主要形式雷擊破壞的三種主要形式為:

2.1直擊雷

帶電的云層與大地上某一點(diǎn)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(shí)才會(huì)對地面造成災(zāi)害,也就是說直擊雷發(fā)生的幾率較低,而且直擊雷發(fā)生時(shí)一次只能襲擊一個(gè)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(huì)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)。

2.2球形雷

簡稱球雷,是一種特殊的雷電現(xiàn)象。一般是橙或紅色,或似紅色火焰的發(fā)光球體(也有帶黃色、綠色、藍(lán)色或紫色的),直徑約為10~20cm,最大的直徑可達(dá)1m,存在的時(shí)間大約為百分之幾秒至幾分鐘,一般是1~5s,一旦遇到物體或電氣設(shè)備時(shí)會(huì)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,只有在一些特殊的地理環(huán)境或者特殊的基站位置上才會(huì)有球形雷的發(fā)生。

2.3感應(yīng)雷

雷電在雷云之間或雷云對地放電時(shí),并在附近的戶外傳輸信號(hào)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)在線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)害。此外一次雷閃擊都可以在較大的范圍內(nèi)使多個(gè)電子設(shè)備同時(shí)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(hào)中繼線等引入傳輸?shù)胶苓h(yuǎn),致使雷害范圍擴(kuò)大。感應(yīng)雷發(fā)生時(shí)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(LEMP)破壞的系統(tǒng)稱為內(nèi)部防雷系統(tǒng)。

三、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(huì)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(jī)房建筑物容易遭受到直擊雷的襲擊,可以通過合理的設(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(gè)良好的接地系統(tǒng),因?yàn)樗蟹览紫到y(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。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、防靜電等問題都需要建立良好的接地系統(tǒng)來解決。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,可通過地電位均衡器實(shí)現(xiàn)等電位連接。

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。

(1)屏蔽

每對雙絞線或四對雙絞線都可使用金屬屏蔽,不同的雙絞線或四對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,可更好的分割周圍的電磁場和減少單獨(dú)屏蔽的對絞線之間的串音。

(2)防雷器

防雷器是用一種低壓時(shí)呈現(xiàn)高阻開路狀態(tài),高壓時(shí)呈現(xiàn)低阻短路狀態(tài),能承受數(shù)百安培大電流通過的過壓保護(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)線端采用了第一級(jí)保護(hù),并聯(lián)一個(gè)氣態(tài)放電管,通過惰性氣體的電離,能轉(zhuǎn)移大部分的瞬變能量。因?yàn)闊o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)。

3.微電子設(shè)備防雷

3.1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(diǎn)接地。饋線在塔頂與天線連接處接地,進(jìn)機(jī)房前與地網(wǎng)就近接地,進(jìn)入機(jī)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(jī)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(jī)房外側(cè)時(shí),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(jī)房的雷電壓幅值。塔燈電源鎧裝帶屏蔽層采用多點(diǎn)接地,并在機(jī)房入口處對地加裝氧化鋅無間歇避雷器,并將零線接地。

3.2機(jī)房防雷防雷檢測技術(shù)人員首先對機(jī)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(jī)房內(nèi)是否安裝了匯流排(也叫接地匯集線),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(jī)架、模擬通信設(shè)備的機(jī)架、整流供電設(shè)備的機(jī)架、內(nèi)走線架、金屬門窗、空調(diào)機(jī)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(jī)房防雷平面示意圖。

3.3基站防雷

首先,保護(hù)建筑物部分的防雷裝置(接閃器、引下線、接地裝置等)、天面金屬物必須實(shí)施可靠的等電位連接。因?yàn)楫?dāng)雷電向建筑物閃擊時(shí),雷電流通過接閃器和引下線被迅速釋放入地,強(qiáng)度得到迅速衰減,干擾源的雷電電磁脈沖存在時(shí)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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)房內(nèi),打開建筑物內(nèi)柱(對角兩柱)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(jī)房的四周敷設(shè)成閉合環(huán)(即均壓環(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(接地連接線),把數(shù)字通信設(shè)備的機(jī)架、模擬通信設(shè)備的機(jī)架、整流供電設(shè)備的機(jī)架、空調(diào)機(jī)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。

接地就是接地裝置。其目的是把雷電流迅速流到大地。采用共地接地系統(tǒng),即所有接地都與建筑物的基礎(chǔ)接地相連。機(jī)房的接地直接利用建筑物的基礎(chǔ)接地裝置。具體做法:采用橫截面為95mm的絕緣皮多股銅芯線作為接地引入線,把接地引入線的一頭與建筑物的基礎(chǔ)預(yù)留接地端子相連,另一頭引人機(jī)房,并連接到匯流排上。需要增加人工接地體的做法:當(dāng)建筑物的基礎(chǔ)接地電阻大于1歐姆時(shí),應(yīng)增加人工接地體,即沿機(jī)房建筑物滴水點(diǎn)外,安裝環(huán)形接地裝置并與建筑物的基礎(chǔ)預(yù)留接地端子相連,此時(shí)接地電阻小于5歐姆即可。

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