通信臺站的雷電防護(hù)

王穎瑩　劉　華

[摘 要]目前,通信臺站設(shè)備多采用高集成度的微電子電路,由于通信電子設(shè)備器件耐過壓、過流的能力弱,對外部電磁干擾敏感,其耐沖擊水平較低,對雷電電磁脈沖較為敏感,容易被浪涌過壓損壞,因此,提高人們防雷意識,加強(qiáng)電子信息設(shè)備和系統(tǒng)的雷電電磁脈沖防護(hù)工作,是當(dāng)前防雷工作和理論研究的當(dāng)務(wù)之急。

[關(guān)鍵詞]通信臺站 雷電防護(hù) 電磁脈沖

近年來,隨著微電子技術(shù)、光纖技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)用,因雷電電磁脈沖(簡稱LEMP)作用電子設(shè)備或系統(tǒng)的直接損失約占雷電災(zāi)害總損失的80%以上,且呈增長趨勢,因此防雷保護(hù)越來越重要。對通信設(shè)備更是微電子設(shè)備集中使用的通信臺站,必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施以避免因過電壓以及所產(chǎn)生的過電流對通信設(shè)備、傳輸線路和相關(guān)人員造成的危害。

一、雷電對通信臺站的損害

目前,通信臺站設(shè)備多采用高集成度的微電子電路,通信電子設(shè)備的技術(shù)特征是集成度高,器件耐過壓、過流的能力弱,對外部電磁干擾敏感,其耐沖擊水平較低,對雷電電磁脈沖較為敏感,容易被浪涌過壓損壞,因而電子設(shè)備很容易遭到LEMP干擾的侵害,輕者導(dǎo)致性能下降,影響系統(tǒng)正常運(yùn)行;重者可以造成系統(tǒng)癱瘓和人身傷亡事故,損失無法估量。在實(shí)際工作中,以雷擊為代表的電磁脈沖對通信系統(tǒng)造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失已相當(dāng)嚴(yán)重,危害很大。

二、雷電波對通信臺站入侵途徑

雷電是自然界中強(qiáng)大脈沖能量的放電過程,也是最大的電磁干擾源,它一般通過輻射、傳導(dǎo)或其復(fù)合方式進(jìn)行傳播。如LEMP可以通過電力輸電線、信號線、天線饋線、地下線纜、各種金屬管道等導(dǎo)體傳輸。這些導(dǎo)體在傳輸LEMP時,可能由于它們自身的天線效應(yīng)而再次構(gòu)成輻射源,或上述導(dǎo)體又有可能會被LEMP強(qiáng)大的電磁場變化感應(yīng)出過電壓、過電流,以雷電波形式侵入通信系統(tǒng)。

三、雷電對通信臺站入侵方式

雷電波侵入通信臺站的途徑,共有兩類五種方式。

1.雷電擊中通信臺站所在建筑物引起過電壓,有兩個入侵途徑:

A、雷電擊中建筑物外部,在接地電阻上引起暫態(tài)電壓降;

B、雷電擊中建筑物外部,在建筑物內(nèi)部感應(yīng)出過電壓。

2.遠(yuǎn)處雷擊引起過電壓,有三種侵入途徑:

A、雷電擊中遠(yuǎn)處電源架空線纜引起過電壓;

B、云層之間的雷電感應(yīng)到電源架空電纜上形成過電壓;

C、雷電擊中遠(yuǎn)處地面,地下通信電纜由于地電位上升或感應(yīng)引起過電壓。

雷電侵入通信臺站的方式,導(dǎo)致現(xiàn)代防雷技術(shù)是在三維空間進(jìn)行的綜合防雷,其基本措施主要包括接閃、泄流、等電位連接、接地、屏蔽和隔離等,這種對LEMP的綜合防護(hù)方法可以概括綜合防雷保護(hù)法。

四、通信臺站的LEMP保護(hù)

通信臺站的雷害包括直接雷危害和感應(yīng)雷電磁脈沖危害兩種。直接雷的危害雖大,但通信臺站遭受直擊雷擊的概率很小。由于通信臺站通過電力電纜和各種通信傳輸電纜與外界相連,通信臺站各系統(tǒng)要素之間也有極其復(fù)雜的連接網(wǎng)絡(luò)(電源網(wǎng)絡(luò)、信號網(wǎng)絡(luò)及地線網(wǎng)絡(luò)等),同時通信臺站設(shè)備中大量的集成電路通過金屬導(dǎo)線相連,這些都為感應(yīng)雷的侵入提供了良好的條件,再加上如接口板損壞、內(nèi)部通信口損壞、整流模塊損壞等雷害形式,感應(yīng)雷損害的往往是通信設(shè)備的核心器件,會直接影響通信的順暢。因此,通信臺站的防雷重點(diǎn)是對LEMP的防護(hù)。為了保障通信系統(tǒng)在遭受LEMP作用時仍能正常運(yùn)行及確保人身安全,必須要采取相應(yīng)有效的防護(hù)措施。

作為防雷保護(hù)第一道防線的接閃器是指專門用來接受直接雷擊的金屬物體,包括避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)等。所有接閃器都必須經(jīng)過接地引下線與接地裝置相連接,其功能是把雷電流傳導(dǎo)泄入大地,讓大地吸收耗消雷電的能量。

在LEMP的綜合防護(hù)措施中,最常用的泄流是指利用放電管或壓敏電阻等電涌保護(hù)器件(SPD)在暫態(tài)抑制過程中泄放暫態(tài)大電流,并進(jìn)行箝位限壓,從而保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)。電涌保護(hù)器SPD(Surge Protection Device)是指一個連接在線路和設(shè)備之間,能安全地將線路上的浪涌電流通過接地系統(tǒng)引入大地,并限制瞬變電壓到設(shè)備允許電平的器件或裝置。它實(shí)質(zhì)上是一種過電壓限制器,正常時呈高阻抗,對設(shè)備工作無影響;當(dāng)受到雷擊時,因承受強(qiáng)大雷電流浪涌能量而放電,呈低阻抗?fàn)顟B(tài),迅速將外來沖擊過量能量全部或部分泄放掉,響應(yīng)時間極快,且瞬間又能恢復(fù)到平時高阻狀態(tài)。常見的SPD包括放電間隙、氣體放電管、壓敏電阻、暫態(tài)電壓抑制二極管等。

五、通信臺站防雷的基本措施

通信臺站防雷設(shè)計(jì)的基本思想是就是努力實(shí)現(xiàn)等電位,目前主要綜合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法來近似實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)等電位,絕對的等電位只是一種理想模式。這些措施經(jīng)多年的實(shí)踐證明是行之有效的。

要真正解決通信臺站的防雷問題、必須從我國國情出發(fā),修改和完善有關(guān)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范,從土建設(shè)計(jì)開始就應(yīng)考慮臺站直擊雷和LEMP的防護(hù)問題。一些基本的防雷措施應(yīng)包括:

(一)提高通信臺站建筑設(shè)計(jì)要求,重要機(jī)房的樓層位置應(yīng)預(yù)先確定,機(jī)房墻壁、走線槽井等采用鋼筋混凝土澆灌或利用鐵板、鐵網(wǎng)構(gòu)建,墻面鋼筋焊接牢靠,并與周圍的柱、梁形成良好的電氣連接焊接。

(二)通信臺站主樓樓頂天面,若無通信設(shè)施或其它電氣設(shè)備,最好不架設(shè)避雷針,而用隱埋的避雷網(wǎng)或沿屋頂周邊的避雷帶作為接閃裝置。

(三)通信臺站底層宜構(gòu)建地線均壓環(huán)。進(jìn)站線纜和所連設(shè)備(如電源配電柜和通信電纜總配線架)放在底層或同一樓層,其防雷地線直接接在均壓環(huán)上,以減輕外線大電流進(jìn)站時,對地線系統(tǒng)帶來的影響。

(四)預(yù)埋固定機(jī)房設(shè)備的絕緣支撐架,保證通信設(shè)備在安裝時與建筑鋼筋絕緣。

(五)機(jī)房設(shè)備安裝設(shè)計(jì)時,應(yīng)同時考慮設(shè)備的防雷裝置設(shè)置(包括地線設(shè)置、管線屏蔽、接口防雷等),保證設(shè)備開通的同時,防雷問題也得到了處理。

(六)通信臺站內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼都應(yīng)接地,金屬走線架、水管等金屬物也必須接地。站內(nèi)金屬設(shè)施良好的接地不但是用電安全的要求,也是屏蔽雷電感應(yīng)、均衡設(shè)備電位的重要措施。

(七)接地匯集線(匯流排)應(yīng)布置在靠近避雷器的地方,以使避雷器的接地連接線最短。各樓層的分匯集線應(yīng)直接與樓底的總匯集線相連。

六、結(jié)束語

雷電可導(dǎo)致的危害多種多樣,目前可以說沒有任何一種產(chǎn)品可以全面防止雷電的危害。隨著更多新技術(shù)、新設(shè)備在生產(chǎn)經(jīng)營管理的運(yùn)用,防雷工作的復(fù)雜性、重要性也相應(yīng)大大增加。與此同時,我們還必須提高對防雷工作的認(rèn)識,積極研究現(xiàn)代防雷新技術(shù),加強(qiáng)對防雷系統(tǒng)的維護(hù)。在雷雨季節(jié)前,應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù),對運(yùn)行中的防雷元器件進(jìn)行檢測;雷雨季節(jié)中要加強(qiáng)對防雷元器件外觀的巡視,發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時處理。如果設(shè)備遭受雷擊,應(yīng)對損壞情況和原因進(jìn)行調(diào)查分析,并根據(jù)分析結(jié)果,對防雷措施加以改進(jìn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人類最終一定能找到有效利用雷電蘊(yùn)藏著的巨大能量的途徑,徹底戰(zhàn)勝雷害。