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通信設(shè)備防雷
通信設(shè)備防雷【1】
摘要:本文通過雷電的種類、不同類型雷電的危害的描述,結(jié)合本地情況,對設(shè)備防雷進(jìn)行觀點闡述。
關(guān)鍵詞:直擊雷 感應(yīng)雷 通信設(shè)備防護(hù)
雷電作為一種自然現(xiàn)象,我們并不陌生,雷電給人類帶來的災(zāi)害也屢見不鮮。
富蘭克林曾經(jīng)試想把雷電的能量存貯起來,但是沒有能夠成功。
近年來,通信需求的增加,帶動了通信業(yè)務(wù)的發(fā)展,通信設(shè)備數(shù)量也不斷增加。
在汛期,雷電擊壞設(shè)備的顯現(xiàn)是有發(fā)生。
2010年的汛期即將到來,在這里將我對于防雷的幾點淺薄認(rèn)知與大家共同交流。
1、雷電的認(rèn)識
1.1 什么是雷電,它是怎么形成的
簡單的說,伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的自然現(xiàn)象,是一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層,或者是帶電的云層對大地之間迅猛放電。
這種放電過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃光并伴隨巨大的聲音。
1.2 雷電的特點是什么
(1)沖擊電流大(其電流高達(dá)幾萬-幾十萬安培)。
(2)沖擊電壓高(強(qiáng)大的電流產(chǎn)生的交變磁場,其感應(yīng)電壓可高達(dá)上億伏)。
(3)時間短(一般雷擊分為三個階段,即先導(dǎo)放電、主放電、余光放電。
整個過程一般不會超過60微秒)雷電流變化梯度大(雷電流變化梯度大,有的可達(dá)10千安/微秒)。
1.3 雷電的危害形式有哪些
雷電的放電對地面的入侵造成災(zāi)害是多渠道的。
一般可分為以下幾種:(1)直接雷擊:雷云通過人體、建筑物、其它金屬物體等對地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象,稱為直接雷擊。
(2)感應(yīng)雷擊:雷雨云從其形成到發(fā)生閃電放電的整個過程中,會產(chǎn)生三種物理現(xiàn)象,其中兩種為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。
(3)雷電過電壓侵入:由直擊雷或感應(yīng)雷使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過電壓,這種過電壓沿著導(dǎo)線或金屬管道從遠(yuǎn)處侵入到建筑物內(nèi)部或設(shè)備內(nèi)部,對建筑物或設(shè)備造成危害。
(4)雷電反擊:在雷暴活動其間,當(dāng)雷電閃擊到接閃裝置時,接閃裝置及接地體的地電位瞬間升高,會對近旁的金屬物體產(chǎn)生閃擊的現(xiàn)象。
1.4 雷電的危害
(1)雷擊導(dǎo)致人員傷害并引發(fā)火災(zāi);(2)雷擊造成設(shè)備損壞;(3)影響或干擾設(shè)備的正常使用功能;(4)傳輸或存儲的信號或數(shù)據(jù)受到干擾或丟失,甚至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動作或暫時癱瘓,造成設(shè)備停機(jī),網(wǎng)絡(luò)遭到破壞。
1.5 雷電的選擇性
(1)易遭雷擊的地點:1)土壤電阻率較小的地方,如有金屬礦床的地區(qū)、河岸、地下水出口處、湖沼、低洼地區(qū)和地下水位高的地方;2)山坡與稻田接壤處;3)具有不同電阻率土壤的交界地段。
(2)易遭受雷擊的建(構(gòu))筑物:1)高聳突出的建筑物,如水塔、電視塔、高樓等;2)排出導(dǎo)電塵埃、廢氣熱氣柱的廠房、管道等;3)內(nèi)部有大量金屬設(shè)備的廠房;4)地下水位高或有金屬礦床等地區(qū)的建(構(gòu))筑物;5)孤立、突出在曠野的建(構(gòu))筑物。
(3)同一建(構(gòu))筑物易遭受雷擊的部位:1)平屋面和坡度≤1/10的屋面,檐角、女兒墻和屋檐;2)坡屋度>1/10且<1/2的屋面;屋角、屋脊、檐角和屋檐;3)坡度>1/2的屋面、屋角、屋脊和檐角;4)建(構(gòu))筑物屋面突出部位,如煙囪、管道、廣告牌等。
2、雷電防護(hù)原理
(1)根據(jù)不同的雷電危害形式,現(xiàn)代防雷有以下幾種手段:A--躲避,B--等電位,C--傳導(dǎo),D--分流(SPD),G--接地,S--屏蔽。
(2)雷電防護(hù)分類。
1)外部防雷-直擊雷防護(hù)。
直擊雷:所謂直擊雷,是指雷電直接擊在建筑物、構(gòu)架、樹木、植物上,因電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力效應(yīng)等造成建筑物等損壞以及人員傷亡。
一般防直擊雷是通過外部避雷裝置即:接閃器(避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線)、引下線、接地裝置構(gòu)成完整的電氣通路,將雷電流泄入大地。
接閃器、引下線和接地裝置的導(dǎo)通只能保護(hù)建筑物本身免受直擊雷的損毀,但雷電仍然會透過多種形式及途徑破壞電子設(shè)備。
2)內(nèi)部防雷-感應(yīng)雷防護(hù)。
屏蔽(隔離)。
等電位連接。
合理布線。
加裝電涌保護(hù)器(SPD)。
3、接入設(shè)備防雷之我見
萊蕪地處魯中山區(qū),丘陵地帶,地下礦石較多,礦石上面還有巖石,導(dǎo)電率差,屬于易受雷擊的地方。
2008年、2009年,連續(xù)兩年我公司的大量樓宇交換設(shè)備遭受雷擊,接入網(wǎng)機(jī)房設(shè)備也多次遭受雷擊,造成大面積的用戶通信中斷。
分析其原因,大概有以下幾方面:
3.1 防雷設(shè)施
各類機(jī)房對于接地電阻的要求和防雷的級數(shù)都有嚴(yán)格的要求,對于重要機(jī)房則更是層層防護(hù),所以,很少有核心機(jī)房設(shè)備遭受雷擊的情況;接入網(wǎng)接入網(wǎng)機(jī)房也有2級電源防雷,過濾掉了大部分從電力線過來的感應(yīng)雷。
電纜也有接地系統(tǒng),能泄掉大部分的雷擊。
對于樓宇交換機(jī),都是取用的小區(qū)的交流電,早期的小區(qū)還都是布的明線,早期也沒有做樓宇交換機(jī)接地裝置,也沒有安裝任何避雷裝置,五類線直接到用戶家里,為雷電的連接搭起了橋梁。
3.2 我公司近年的雷擊情況
據(jù)不完全統(tǒng)計2008年,我公司因雷擊毀壞樓宇交換機(jī)60余臺,2008年年底為部分樓宇交換機(jī)加裝地先后,情況有所好轉(zhuǎn),2009年6、7、8月份樓宇交換機(jī)遭雷擊的數(shù)量有所減少,但是9月份的一次雷電,卻讓鋼城分公司隨損壞報廢樓宇交換機(jī)30余臺。
3.3 對比分析
針對這種情況,運維部積極與其他情況類似的兄弟公司取經(jīng)、對比。
與萊蕪相近的臨沂、日照分公司在咋2009年幾乎沒有因雷擊而損壞的設(shè)備,原因就是這兩個分公司在做樓宇交換機(jī)地線的同時,還加裝了等電位防雷設(shè)備,對絕大部分的感應(yīng)雷起到了防護(hù)作用,一些較小的直擊雷也可以防護(hù)。
由于直擊雷較少發(fā)生,所以我公司的接入網(wǎng)機(jī)房和電纜遭受雷擊的次數(shù)明顯小于樓宇交換機(jī)遭受雷擊的次數(shù),因此我們的防護(hù)重點應(yīng)放在感應(yīng)雷的防護(hù)上。
3.4 建議
基于以上闡述,建議我公司的接入設(shè)備防雷工作做好以下幾方面工作:(1)將設(shè)備防雷與納入工程設(shè)計,與工程建設(shè)合并進(jìn)行,對于地下有鐵礦、上面有巖石的地區(qū),建議加裝等電位防雷設(shè)備。
(2)將接入設(shè)備,尤其是樓宇交換設(shè)備的防雷納入日常維護(hù)作業(yè)計劃。
(3)在交流電的取用上,盡量使用墻內(nèi)線。
(4)在電纜、下戶線的布放上,盡量與電力線隔得遠(yuǎn)一些,避免電磁干擾,避免感應(yīng)雷擊壞線路和設(shè)備。
(5)在樓宇交換機(jī)的使用過程中,不要過多級聯(lián),避免因用戶電腦帶電而引發(fā)大面積的中斷障礙。
通信設(shè)備的防雷設(shè)計【2】
摘 要：隨著通信的不斷發(fā)展，對通信設(shè)備的可靠性、安全運行提出了更高的要求，而通信設(shè)備的防雷接地系統(tǒng)的規(guī)范與否是最關(guān)鍵的因素之一。
現(xiàn)代通信系統(tǒng)是一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，全程全網(wǎng)和實時通信是其特點。
通信設(shè)備相互之間的互連給防雷造成了一定困難，目前防雷要求的效果是將雷電就近處理，避免現(xiàn)場和遠(yuǎn)端設(shè)備損毀，造成通信障礙和經(jīng)濟(jì)損失。
因此，對于通信設(shè)備的防雷問題研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。
本文針對相關(guān)問題進(jìn)行了分析與探討。
關(guān)鍵詞：通信設(shè)備 防雷設(shè)計 接地
1 現(xiàn)代通信局(站)通信設(shè)備的四級防雷
通信系統(tǒng)四級防雷說明：10kV，380V交流變壓器防雷為一級防雷;交流市電進(jìn)入機(jī)房所做防雷為二級防雷：交，直流開關(guān)電源防雷為三級防雷;其他通信設(shè)備防雷為四級防雷。
一級、二級、三級防雷主要為交流市電防雷，四級防雷為直流防雷。
一級防雷器規(guī)格根據(jù)變壓器的大小和容量進(jìn)行選擇，一般為60～200kA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝防雷器，目前通信基站變壓器一般采用氧化鋅防雷器;二級防雷根據(jù)負(fù)載大小進(jìn)行選擇，一般為40～80kA標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安裝防雷器;三級防雷一般采用20～40kA標(biāo)準(zhǔn)安裝防雷器;四級防雷大部分使用為20kV防雷器，四級防雷一般為直流防雷，主要防止感應(yīng)電壓造成的設(shè)備損壞。
2 現(xiàn)代通信局(站) 通信設(shè)備的其它防雷
通信系統(tǒng)除以上四級防雷外，還有鐵塔防雷接地、饋線防雷接地、光纜防雷接地等。
2.1 通信局站防雷
建筑物、通信局(站)地網(wǎng)的接地電阻基本上是人們對于防雷接地合格判定的唯一依據(jù)，這一說法在新的標(biāo)準(zhǔn)中有了質(zhì)疑。
在2003年3月6日頒布的《通信局(站)防雷接地工程設(shè)計規(guī)范》對接地電阻進(jìn)行了界定，指出：為進(jìn)行防雷，很難設(shè)立人員保護(hù)所需的明確的接地電阻。
新的標(biāo)準(zhǔn)基本上對基站的接地電阻是這樣處理的：當(dāng)基站所在的地區(qū)大地電阻率較低時，基站地網(wǎng)接地電阻一般不大于10Ω，當(dāng)采用環(huán)形接地時，地網(wǎng)面積一般應(yīng)大于100m2;當(dāng)基站的土壤電阻率大于1000Ω·m時，可不對基站的接地電阻予以限制，但要求其地網(wǎng)的等效半徑應(yīng)大于等于20m，并在地網(wǎng)四角加以10～20m輻射型接地體。
地網(wǎng)環(huán)形接地體的周邊可以根據(jù)地形、地理狀況決定其形狀。
2.2 基站防雷地網(wǎng)
移動基站地網(wǎng)由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)或者由機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)組成，基站地網(wǎng)應(yīng)充分利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)(含地樁)、鐵塔基礎(chǔ)內(nèi)的主鋼筋和地下其他金屬設(shè)施作為接地體的一部分。
2.3 機(jī)房地網(wǎng)
機(jī)房地網(wǎng)應(yīng)沿機(jī)房建筑物散水點外設(shè)環(huán)形接地裝置，同時還應(yīng)利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)橫豎梁內(nèi)兩根以上主鋼筋共同組成機(jī)房地網(wǎng)。
當(dāng)機(jī)房建筑物基礎(chǔ)有地樁時，應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地網(wǎng)焊接連通。
2.4 鐵塔地網(wǎng)
當(dāng)鐵塔位于機(jī)房旁邊時，應(yīng)采用40mm×40mm的熱鍍鋅扁鋼將鐵塔地基4個塔腳內(nèi)部金屬構(gòu)件焊接連通組成鐵塔地網(wǎng)，其他地網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于3m×3m，其周邊應(yīng)為封閉式，鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3～5m相互焊接連通，連接點不應(yīng)少于兩點。
2.5 變壓器地網(wǎng)
當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房內(nèi)時，可共用機(jī)房及鐵塔地網(wǎng)組成的聯(lián)合地網(wǎng);當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房外，且距機(jī)房地網(wǎng)邊緣大于30m時，宜設(shè)獨立地網(wǎng);若電力變壓器設(shè)置距機(jī)房地網(wǎng)邊緣30m以內(nèi)時，變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)之間應(yīng)連接焊通，一般應(yīng)在兩處焊接連通，以相互組成一個周邊封閉的地網(wǎng)。
3 通信設(shè)備防雷接地
雷電的特點是持續(xù)時間短(8～20ms)通過電流大(2000～20000A)，它的形成是由雷云大量集聚帶電粒子，當(dāng)電場強(qiáng)達(dá)到25～30kV/cm時，就開始放電而形成雷電。
雷云的放電有兩種：一是云間放電;二是對地放電，通過接地體泄放到大地;分流：利用避雷針通過銅芯線引入到大地;屏蔽：通信大樓接地，機(jī)房接地;限幅：用避雷器(OBO、壓敏電阻、放電管)對雷電電壓進(jìn)行限制;均壓：平衡各處電位，提高抗雷能力。
3.1 接地電阻
電氣設(shè)備的某一部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱為接地。
接地電阻的阻值要求愈小愈好，不能超過規(guī)定值。
對于移動基站來說接地電阻應(yīng)小于10Ω。
3.2 聯(lián)合接地
所謂聯(lián)合接地簡單說就是設(shè)備的工作地、保護(hù)地、防雷地均接在一起。
原理：當(dāng)強(qiáng)大的雷電電流流入大地時，大地的電位隨即升高，因所有地線都連接在一起，設(shè)備的地電位跟隨大地一起升高，地與地之間不存在電位差，不會因雷擊反擊而損壞設(shè)備。
聯(lián)合接地地網(wǎng)的連接體應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)狀分布，最好構(gòu)成立體網(wǎng)狀，才具均壓、等位作用。
首先接地體必須做成一個良好的等電位體，防雷接地排、保護(hù)接地排、工作接地排可根據(jù)需求在不同點與接地體相連達(dá)到聯(lián)合接地的要求。
聯(lián)合接地并不是將防雷地、工作地、保護(hù)地用導(dǎo)線連到一個接地排上，它是以接地體為參照的。
3.3 鐵塔防雷接地
鐵塔是雷電引入的主要渠道，必須進(jìn)行重點防護(hù)。
鐵塔上必須安裝避雷針，另敷設(shè)一條扁鋼作避雷針的引下線，下端與鐵塔地網(wǎng)連接，不得依靠鐵塔體作為引下線。
鐵塔與地連接最少兩處以上焊接，接地極向四周延伸。
3.4 天線的饋線接地要求
饋線是和鐵塔上的天線相連接的，也容易將雷電干擾引入通信設(shè)備。
故饋線要求兩次接地，在上端天線lm處接地一次，饋線進(jìn)入機(jī)房的入口處接第一次。
4 現(xiàn)代通信設(shè)備防雷措施
4.1 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(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。
如果基站接地系統(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(也稱信號地)、防雷地等。
然而，各地網(wǎng)之間必須獨立時，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，應(yīng)盡可能連接在一起，如實際情況不允許直接連接的。
可通過地電位均衡器實現(xiàn)等電位連接。
4.2 內(nèi)部防雷
有可靠的外部防雷措施同時更需要完善內(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呈現(xiàn)高阻丌路狀態(tài)，高壓時呈現(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、信號傳輸線路上使用。
當(dāng)遇到雷擊和高電壓大電流時其立即呈現(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，直擊雷或者沿著線路進(jìn)入室內(nèi)的感應(yīng)雷會使設(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～級保護(hù)。
并聯(lián)一個氣態(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。
因為無分布電感電容，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，起到一個延遲的作用，為第二級保護(hù)贏得時間，并減輕對第二級的壓力。
第二級主要是采用固態(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�？�(納秒級)，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)。
5 結(jié)語
在現(xiàn)實中影響雷電泄放通道的因素是很多的，屬于自然因素的有地理位置、地形地貌、地下礦產(chǎn)分布及地表植物的情況;屬于人為因素的有地表建筑結(jié)構(gòu)、材料及高度形態(tài)：屬于設(shè)備本身的有屏蔽、接地、線路結(jié)構(gòu)及元器件性能等。
這些因素綜合的結(jié)果是一個非常復(fù)雜的形態(tài)，很難從表面找出規(guī)律并簡單地得出結(jié)論，從而完成最佳防雷工程設(shè)計。
本文所提出的相關(guān)措施還需在實踐的過程中不斷的進(jìn)行驗證和檢驗。
參考文獻(xiàn)
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