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微波通信站防雷措施 

日期:2016年04月07日    点击率:563

引言 
  现在已进入电子信息时代,各行各业都日益广泛地采用电子信息技术装备自己,尤其在通信领域。微波通信设备中电子电路集成越来越高,对过电压和电磁脉冲干扰的防护也提出了更高的要求,而雷击是造成通信设备损坏的主要原因。据资料显示,近年来系统通信站特别是微波通信站发生了数起雷击事件,中断通信时间最长的达数十小时,造成了巨大的经济损失。 
  由于微波传输的特点,微波通信放大多建在高山、高楼顶或空旷地区,而且都装有天线,通信站遭雷击的机率很高。因此,加强微波通信站的雷电防护已成为当务之急。 
1 雷电特征 
  雷电是一种大气物理现象,雷电的形成必须具备三个条件,其一是大气中有足够高的正、负电荷形成的电位差。当天空中的电场增强到某点的电位梯度大于3×106V/m时,产生击穿放电即闪电。闪电可发生在云与云之间或云与大地之间,一次闪电由几次放电脉冲组成,每次放电脉冲有两个阶段:准备阶段(先导过程)和回击阶段(主放电过程)。 
  IEC 1312-l认为,雷电流可以看成是由首次雷击电流if(10/350μs)和后续雷击电流is(0.25/100μs)所组成。 
  IEC TC81(防雷专业委员会)把斜三角波形为 10/350μs冲击电流,称为雷击电流(Lightning),8/20μs 冲击电流称为浪涌电流(Sruge),二者是不同的概念,国内学术界称其为直击雷和感应雷。直击雷和感应雷是雷击的两种形式。 
  直击雷是指雷电直接击中电器设备或线路造成强大的雷电流,通过被击中物体泄放入地。 
  感应雷是指建筑物或系统附近发生雷暴活动时,设备或线路产生静电感应或电磁感应,雷云向物体由先导放电过程发展到主放电过程,物体上电荷释放所产生的雷电过电流或过电压。 
  雷电的主要参数一般如下: 
  雷云电荷量 20-100C 
  地面电场强度 >30kV/cm; 
  雷电流幅值 20kA 
  雷电流频率 主要能量集中在100Hz-1kHz,最高频率可达106Hz。 
2 雷电入侵的主要途径 
  对于微波通信站,需要充分考虑雷电的入侵方式,只有这样我们才能有针对性地进行雷电防护,而雷电入侵的主要途径有: 
  (l)雷电直击微波塔上的避雷针或其他受雷装置,雷电电流经铁塔、地网入大地,地电位升高,对设备反击,损坏通信设备; 
  (2)雷电经天馈线引入机房,经机架入地,同轴电缆上产生感应电压(流),侵入并损坏微波机; 
  (3)通信机房外接的音频电缆遭雷击,通过音频电缆过电压(流)入侵损坏通信设备; 
  (4)电力线路遭雷击,雷电通过输电线路侵入交、直流配电系统、整流系统,损坏电源系统; 
  (5)通信机房外部的接闪装置接闪时,强大的雷电流通过引下线向地泄放的过程中以引下线为中心在通信机房周围产生高频的电磁场。这个高频的电磁场通过耦合和传导的形式,使其周围的各种导线产生感应电流(压)侵袭设备。 
  雷击情况是多样化的,以上并未代表全部,各通信站必须根据自己的实际情况,认真分析雷击的多种可能,主动防雷。 
3 解决方案 
  提到防雷,首先得谈接地,接地是防雷的基础。微波通信站能否成功防雷,关键之一,是否有一个高质量的联合接地系统。因此,微波通信站在建设过程中就必须综合考虑接地系统,已在运行的通信站必须按照有关技术规范进行检测和改造, 
  有关微波通信站联合接地系统的接地电阻值,我国有明确规定: 
  依据 YDJ 20-88《程控电话交换设备安装设计暂行技术规定》,通信综合楼<lΩ,微波枢纽站<5Ω; 
  依据YD 2011-93《微波站防雷与接地设计规范》,微波中继站<10Ω,微波无源中继站<20Ω(土壤电阻率很高时,可放宽到30Ω。 
  有一个标准的联合接地系统以后,微波通信站应重点搞好以下几个部分的防雷; 
  3.1 天馈线防雷 
  天线铁塔设置避雷针。避雷针高于天线数米,保证微波天线在其保护范围之内,避雷针与引下线可靠焊接连通并直接入地,引下线材料为40 mm×4 mm镀锌扁钢或不小于95 mm2的单股铜线。当微波天线铁塔位于机房顶时,其四脚应在房颠与雷电流引下线分别就近连通;当微波天线铁塔位于机房旁边时,其四脚与地网就近焊接连通。 
  微波天线的馈线的金属外护层,应在顶端及进入机房入口处的外侧就近接地;经走线架上塔的天线的馈线,应在其转弯处上方0.5-lm范围内作良好接地。 
  天线铁塔和机房之间装设有支撑电缆的金属过桥或悬挂电缆的钢纹线的,过桥和钢绞线电气上与铁塔连通,并在电缆进入机房外例时,将过桥、钢绞线和电缆的金属外护层连在一起,并通过最短路径与接地网相连。 
  塔顶航空降碍信号灯馈线的金属外护层也应在顶端及进入机房的外侧就近接地。 
  3.2 机房防雷 
  机房防雷的要求主要是减少冲击电压和均衡电位,减少雷电流的回路阻抗,使其在受雷击时能从最短的引线距离均匀入地,并通过大地网尽快散流。按照此要求,微波机房应做好以下防雷工作: 
  微波机房顶设置避雷网,其网格尺寸不大于3m×3m,且与屋顶避雷带一一焊接连通,这样可以有效防止直击雷。机房四脚设置雷电流引下线,该引下线可利用机房四角房柱内2根以上主钢筋,其上端与避雷带、下端与地网焊接连通,形成一个很好的屏蔽笼(法拉第笼),有效地保护机房内的设备。 
  机房内设置接地汇流排,并与接地网可靠焊接连通,机房内各种设备的金属外壳、工作接地、保护接地、走线架、吊挂铁件、金属通风管道等均以最短的距离与接地汇流排连接,形成一个等电位体。机房的接地网与微波铁塔接地网、电源系统接地网相互联结,构成统一的接地网,达到均压的目的。机房的防雷接地装置的冲击接地电阻宜小于10Ω,对三合一接地(联合接地)应满足工作接地电阻的要求。 
  3.3 电源系统防雷 
  通过以往一些通信站遭雷击情况的资料表明,电源系统雷击率较高,尤其采用10 kV电源供电的微波通信站更是突出,因此做好电源系统的防雷十分重要。 
   (l)配电变压器防雷 
  在雷暴活动比较频繁的地区,对配电变压器防雷最好实行综合过电压保护,其设置了四道防线:架空地线及耦合地线;高压避雷器;电抗线圈;低压避雷器。 
  具体地,在变压器进线前 5根电杆顶部加高1.5m,上面架设一条架空地线,在架空地线始端加装地 
极,接地电阻不大于10Ω,各电杆在地中用Φ10mm的圆钢连结起来,同时每条电杆的架空地线与下面的地线连通,下面的地线起耦合地线的作用,增大耦合系数,可以提高耐雷水平,架空地线的接地极与配电变压器的接地极最好分开。配电变压器高压侧的三根相线分别就近对地加装FS-6~10型高压阀式避雷器。在变压器高压套管与避雷器引线之间加装空心电感线圈,作用是促使避雷器可靠动作。低压侧的每根相线也分别对地加装金属氧化物孟间隙避雷器(FS-0.38)。高、低压侧的避雷器应尽量靠近变压器装设。另外,变压器的机壳,低压侧的交流零线,以及与变压器相连的电力电缆的金属外护层,应就近接地。 
  实施以上有关技术措施的同时,还必须定期测试变压器的绝缘状况,测试接地电阻,检测高、低压避雷器,以保证变压器绝缘水平和保护装置的良好可靠,这些是做好配电变压器防雷的基础。 
  (2)电源线防雷 
  变压器低压侧入机房的电力线路采用铠装电缆且埋入地,屏蔽层两端就近接地,电气距离不小于10m。低压架空线路,在终端杆上安装氧化锌避雷器,穿铁管地埋10m以上后再进入机房,铁管两端接地。站内的工频低压配电线宜采用金属暗管穿线的布设方式,其垂直部分应尽可能靠近墙,金属暗管两端及中间就近接地。严禁采用架空交、直流电力线引入机房。另外,微波机房屋顶安装有太阳能电池的,电缆在进入机房时,其金属外护层在入口处应就近与屋顶的避雷带接连通,电缆内心在入口处加装保安器。 
  (3)交直流配电设备防雷 
  交流零线与机房地母线(接地汇集线)连接,电源室电源屏的交流输入前装设防雷柜等,在交流输入端装设避雷器,在直流配电屏输入端加浪涌吸收装置,直流输出电源采用屏蔽电缆,屏蔽层两端接地。直流电源正极端线在电源输出端、机房配电屏输入端分别接接地母线,直流电源负极端线在机房配电屏输入端加装避雷器。 
4 结束语 
  雷电灾害被国际电工委员会(IEC)称为“电子时代的一大公害”,破坏力之大,令人咋舌,因此搞好微波通信站的防雷至关重要。防雷作为是一项系统工程,强调全方位保护、综合治理、层层设防。主要原理是通过接闪、引下、分流、接地为雷击过电压(流)提供一条低阻抗通道;同时,通过隔离、屏蔽等措施防止雷电的感应电压(流)对设备的干扰。但雷电入侵的途径、雷击的特点是多样化的,各微波站必须根据具体情况,全面考虑防雷。

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