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叶冯俊:基站如何更好的防雷

基站多位于楼顶或郊外空旷地区,金属构架的铁塔由于相对位置较高,是最易引发雷击的目标,铁塔一旦遭受雷击,基站内设备将位于雷电干扰中心(直击雷干扰半径为500m),内部引线将产生强烈的电磁感应,这种干扰甚至直接作用于基站内各种设备的线路板,而造成其损坏。另外雷电的电磁感应、二次效应以及地线的反击都会对基站内设备造危。所以对于高山和野外基站,作好直击雷防护至关重要。
多年的维护工作,亲历了无数的基站雷击的危害,查阅了大量国内、国外有关技术资料,结合工作经验,以下就谈谈对基站综合防雷技术及应用方面的几点观点和建议。
1:直击雷的防护(铁塔顶部防雷保护)
直击雷的防护。通常的铁塔采用传统避雷方法,其工作原理是通过避雷针一次性较大能量的放电吸引雷电流袭击避雷针本身,以其良好的接地把雷电流传导入地来保护被保护目标。然而在避雷针引雷入地的过程中,被保护范围附近的电磁场也将发生迅速的变化,由于雷电感应,机房的线路中产生感应电压和电流,对设备造成损坏。因此,传统避雷方法可以有效地保护铁塔免受直击雷摧毁,却无法减少(甚至加剧)其对基站内设备的干扰甚至破坏。另外,地电位必将发生变化,这样就会影响设备间电位不平衡,从而造成设备的损坏或形成反击。
经过多年实践和摸索,国内已开发并使用了“导体多短针雷电放散”装置。它是通过防止地面电荷的积累及离子化通道的形成,能最大限度地减少雷击在被保护范围发生的几率,从而有效地保护基站内各种设备。
导体多短针雷电放散装置的特点 :
1:放散电极数量很多、曲率半径极小,可以有效地避免电荷的积累,最大限度地减少雷击几率。
2:“导体多短针雷电放散”装置是全金属结构,减少维护量,无任何副效应。
3:导体多短针雷电放散装置的合理安装位置
4:当雷云移到铁塔上方时,地电荷沿着塔腿向上移动,将首先到达铁塔顶部边沿并在此积累。配置中的“线状雷电放散”装置安装于塔顶四周,可使地电荷随时积累随时放散,从而降低铁塔顶部的电势,有效地防止直击雷从塔顶发生。
5:塔顶避雷针所处位置最高,最易引发直接雷击,需在此加装点状放散装置。
6:通信铁塔所处地理位置较高,安装于塔顶顶部的GSM、TD-CDMA 天线、微波天线抱杆同样有遭受雷击的可能性,需在这些部位加装点状雷电放散装置,以避免这些部位引发雷击。
2:感应雷防护(站内暂态过电压保护)
应雷电对电子设备造成的危害,在基站遭受雷击的事故中,有很大一部分是因感应雷沿供电线路引入引起的,为防止这类危害的发生。经过多年试验的总结,建议在基站内采用分阶段保护措施来抑制雷电感应和系统操作引起的暂态过电压,使设备免受暂态过电压的破坏。
一:交流系统第一阶段防护
在交流线路引入基站后,在主配电盘处加装通流容量为80KA的暂态过电压保护装置,以防止感应雷沿交流线路引入对站内设备的危害。这一级的防雷产品因距离设备较近,除具有大的通流容量外还应具备快的反应时间。
这里建议采用每相通流容量为80KA(极限峰值为120KA)的“暂态过电压保护”装置进行这一级防护。对于市区或供电电缆埋地引入的其他基站,为尽量降低建设成本,也可采用每相通流容量为40KA的“暂态过电压保护”装置进行这一级防护。 防雷装置能否有效地对通讯设备起到应有的保护作用,关键因素有二个,一是对雷击浪涌电流的承受和泄放能力;二是反应时间。 反应时间越短越好,雷击为大能量、高频率放电,这就要求浪涌抑制器要有极快的反应速度,否则浪涌抑制器未及反应,浪涌已进入设备造成通讯设备损坏。
二:交流线路第二阶段防护
在单独设备空气开关处加装通流容量为20-40KA暂态过电压保护装置(视该区域的雷击强度及铁塔是否有引发直击雷可能确定),以逐级限制过电压及抑制内部线路感应及系统操作过电压。因开关电源自身配备的20-40KA的避雷模块可以满足这级防护的要求,在此可不重复配置。
三:电源系统第三阶段保护
对接地电阻较高或山区的基站,为防止地线反击,可在电源设备的正负极间加装48V直流浪涌吸收装置。因天馈线外部具有金属屏蔽层,雷电感应多集中于此,因此,如果馈线在塔顶、塔中和进入基站前多次良好接地,为减少信号损耗和改善驻波比指标,可不加装馈线避雷器,而且通讯设备供应商通常已在基站内配有馈线避雷器,可不重复配置。
四:有效的连接和接地
有效的设备连接和接地。正确的连接与接地,对防止由于地面的跨步电压对设备造成的损害十分重要。所以,建议在基站内的设备连接,采用单点接地技术以防止这部分危害的发生。
所谓单点接地是指:基站内所有设备的外壳应单点接地,所有进线(交流电源线、馈线、电话线)在进入基站前应实现单点接地,设备地线应分区接地。在接地汇流排上应将易产生浪涌的设备(如主配电箱、电源设备等)地线和易受浪涌干扰的设备分区接地以更有效地防止浪涌干扰。

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