通信设备防雷

时间：2021-02-01 17:57:11 电大毕业论文我要投稿

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通信设备防雷

　　通信设备防雷【1】

　　摘要:本文通过雷电的种类、不同类型雷电的危害的描述,结合本地情况,对设备防雷进行观点阐述。

　　关键词:直击雷感应雷通信设备防护

　　雷电作为一种自然现象,我们并不陌生,雷电给人类带来的灾害也屡见不鲜。

　　富兰克林曾经试想把雷电的能量存贮起来,但是没有能够成功。

　　近年来,通信需求的增加,带动了通信业务的发展,通信设备数量也不断增加。

　　在汛期,雷电击坏设备的显现是有发生。

　　2010年的汛期即将到来,在这里将我对于防雷的几点浅薄认知与大家共同交流。

　　1、雷电的认识

　　1.1 什么是雷电,它是怎么形成的

　　简单的说,伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象,是一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层,或者是带电的云层对大地之间迅猛放电。

　　这种放电过程产生强烈的闪光并伴随巨大的声音。

　　1.2 雷电的特点是什么

　　(1)冲击电流大(其电流高达几万-几十万安培)。

　　(2)冲击电压高(强大的电流产生的交变磁场,其感应电压可高达上亿伏)。

　　(3)时间短(一般雷击分为三个阶段,即先导放电、主放电、余光放电。

　　整个过程一般不会超过60微秒)雷电流变化梯度大(雷电流变化梯度大,有的可达10千安/微秒)。

　　1.3 雷电的危害形式有哪些

　　雷电的放电对地面的入侵造成灾害是多渠道的。

　　一般可分为以下几种:(1)直接雷击:雷云通过人体、建筑物、其它金属物体等对地放电所产生的电击现象,称为直接雷击。

　　(2)感应雷击:雷雨云从其形成到发生闪电放电的整个过程中,会产生三种物理现象,其中两种为静电感应和电磁感应。

　　(3)雷电过电压侵入:由直击雷或感应雷使导线或金属管道产生过电压,这种过电压沿着导线或金属管道从远处侵入到建筑物内部或设备内部,对建筑物或设备造成危害。

　　(4)雷电反击:在雷暴活动其间,当雷电闪击到接闪装置时,接闪装置及接地体的地电位瞬间升高,会对近旁的金属物体产生闪击的现象。

　　1.4 雷电的危害

　　(1)雷击导致人员伤害并引发火灾;(2)雷击造成设备损坏;(3)影响或干扰设备的正常使用功能;(4)传输或存储的信号或数据受到干扰或丢失,甚至使电子设备产生误动作或暂时瘫痪,造成设备停机,网络遭到破坏。

　　1.5 雷电的选择性

　　(1)易遭雷击的地点:1)土壤电阻率较小的地方,如有金属矿床的地区、河岸、地下水出口处、湖沼、低洼地区和地下水位高的地方;2)山坡与稻田接壤处;3)具有不同电阻率土壤的交界地段。

　　(2)易遭受雷击的建(构)筑物:1)高耸突出的建筑物,如水塔、电视塔、高楼等;2)排出导电尘埃、废气热气柱的厂房、管道等;3)内部有大量金属设备的厂房;4)地下水位高或有金属矿床等地区的建(构)筑物;5)孤立、突出在旷野的建(构)筑物。

　　(3)同一建(构)筑物易遭受雷击的部位:1)平屋面和坡度≤1/10的屋面,檐角、女儿墙和屋檐;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(构)筑物屋面突出部位,如烟囱、管道、广告牌等。

　　2、雷电防护原理

　　(1)根据不同的雷电危害形式,现代防雷有以下几种手段:A--躲避,B--等电位,C--传导,D--分流(SPD),G--接地,S--屏蔽。

　　(2)雷电防护分类。

　　1)外部防雷-直击雷防护。

　　直击雷:所谓直击雷,是指雷电直接击在建筑物、构架、树木、植物上,因电效应、热效应和机械力效应等造成建筑物等损坏以及人员伤亡。

　　一般防直击雷是通过外部避雷装置即:接闪器(避雷针、避雷带、避雷网、避雷线)、引下线、接地装置构成完整的电气通路,将雷电流泄入大地。

　　接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁,但雷电仍然会透过多种形式及途径破坏电子设备。

　　2)内部防雷-感应雷防护。

　　屏蔽(隔离)。

　　等电位连接。

　　合理布线。

　　加装电涌保护器(SPD)。

　　3、接入设备防雷之我见

　　莱芜地处鲁中山区,丘陵地带,地下矿石较多,矿石上面还有岩石,导电率差,属于易受雷击的地方。

　　2008年、2009年,连续两年我公司的大量楼宇交换设备遭受雷击,接入网机房设备也多次遭受雷击,造成大面积的用户通信中断。

　　分析其原因,大概有以下几方面:

　　3.1 防雷设施

　　各类机房对于接地电阻的要求和防雷的级数都有严格的要求,对于重要机房则更是层层防护,所以,很少有核心机房设备遭受雷击的情况;接入网接入网机房也有2级电源防雷,过滤掉了大部分从电力线过来的感应雷。

　　电缆也有接地系统,能泄掉大部分的雷击。

　　对于楼宇交换机,都是取用的小区的交流电,早期的小区还都是布的明线,早期也没有做楼宇交换机接地装置,也没有安装任何避雷装置,五类线直接到用户家里,为雷电的连接搭起了桥梁。

　　3.2 我公司近年的雷击情况

　　据不完全统计2008年,我公司因雷击毁坏楼宇交换机60余台,2008年年底为部分楼宇交换机加装地先后,情况有所好转,2009年6、7、8月份楼宇交换机遭雷击的.数量有所减少,但是9月份的一次雷电,却让钢城分公司随损坏报废楼宇交换机30余台。

　　3.3 对比分析

　　针对这种情况,运维部积极与其他情况类似的兄弟公司取经、对比。

　　与莱芜相近的临沂、日照分公司在咋2009年几乎没有因雷击而损坏的设备,原因就是这两个分公司在做楼宇交换机地线的同时,还加装了等电位防雷设备,对绝大部分的感应雷起到了防护作用,一些较小的直击雷也可以防护。

　　由于直击雷较少发生,所以我公司的接入网机房和电缆遭受雷击的次数明显小于楼宇交换机遭受雷击的次数,因此我们的防护重点应放在感应雷的防护上。

　　3.4 建议

　　基于以上阐述,建议我公司的接入设备防雷工作做好以下几方面工作:(1)将设备防雷与纳入工程设计,与工程建设合并进行,对于地下有铁矿、上面有岩石的地区,建议加装等电位防雷设备。

　　(2)将接入设备,尤其是楼宇交换设备的防雷纳入日常维护作业计划。

　　(3)在交流电的取用上,尽量使用墙内线。

　　(4)在电缆、下户线的布放上,尽量与电力线隔得远一些,避免电磁干扰,避免感应雷击坏线路和设备。

　　(5)在楼宇交换机的使用过程中,不要过多级联,避免因用户电脑带电而引发大面积的中断障碍。

　　通信设备的防雷设计【2】

　　摘要：随着通信的不断发展，对通信设备的可靠性、安全运行提出了更高的要求，而通信设备的防雷接地系统的规范与否是最关键的因素之一。

　　现代通信系统是一个巨大的网络，全程全网和实时通信是其特点。

　　通信设备相互之间的互连给防雷造成了一定困难，目前防雷要求的效果是将雷电就近处理，避免现场和远端设备损毁，造成通信障碍和经济损失。

　　因此，对于通信设备的防雷问题研究具有重要的理论意义和现实意义。

　　本文针对相关问题进行了分析与探讨。

　　关键词：通信设备防雷设计接地

　　1 现代通信局(站)通信设备的四级防雷

　　通信系统四级防雷说明：10kV，380V交流变压器防雷为一级防雷;交流市电进入机房所做防雷为二级防雷：交，直流开关电源防雷为三级防雷;其他通信设备防雷为四级防雷。

　　一级、二级、三级防雷主要为交流市电防雷，四级防雷为直流防雷。

　　一级防雷器规格根据变压器的大小和容量进行选择，一般为60～200kA标准进行安装防雷器，目前通信基站变压器一般采用氧化锌防雷器;二级防雷根据负载大小进行选择，一般为40～80kA标准进行安装防雷器;三级防雷一般采用20～40kA标准安装防雷器;四级防雷大部分使用为20kV防雷器，四级防雷一般为直流防雷，主要防止感应电压造成的设备损坏。

　　2 现代通信局(站) 通信设备的其它防雷

　　通信系统除以上四级防雷外，还有铁塔防雷接地、馈线防雷接地、光缆防雷接地等。

　　2.1 通信局站防雷

　　建筑物、通信局(站)地网的接地电阻基本上是人们对于防雷接地合格判定的唯一依据，这一说法在新的标准中有了质疑。

　　在2003年3月6日颁布的《通信局(站)防雷接地工程设计规范》对接地电阻进行了界定，指出：为进行防雷，很难设立人员保护所需的明确的接地电阻。

　　新的标准基本上对基站的接地电阻是这样处理的：当基站所在的地区大地电阻率较低时，基站地网接地电阻一般不大于10Ω，当采用环形接地时，地网面积一般应大于100m2;当基站的土壤电阻率大于1000Ω·m时，可不对基站的接地电阻予以限制，但要求其地网的等效半径应大于等于20m，并在地网四角加以10～20m辐射型接地体。

　　地网环形接地体的周边可以根据地形、地理状况决定其形状。

　　2.2 基站防雷地网

　　移动基站地网由机房地网、铁塔地网或者由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，基站地网应充分利用机房建筑物基础(含地桩)、铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分。

　　2.3 机房地网

　　机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置，同时还应利用机房建筑物基础横竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网。

　　当机房建筑物基础有地桩时，应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。

　　2.4 铁塔地网

　　当铁塔位于机房旁边时，应采用40mm×40mm的热镀锌扁钢将铁塔地基4个塔脚内部金属构件焊接连通组成铁塔地网，其他地网网格尺寸不应大于3m×3m，其周边应为封闭式，铁塔地网与机房地网之间应每隔3～5m相互焊接连通，连接点不应少于两点。

　　2.5 变压器地网

　　当电力变压器设置在机房内时，可共用机房及铁塔地网组成的联合地网;当电力变压器设置在机房外，且距机房地网边缘大于30m时，宜设独立地网;若电力变压器设置距机房地网边缘30m以内时，变压器地网与机房地网或铁塔地网之间应连接焊通，一般应在两处焊接连通，以相互组成一个周边封闭的地网。

　　3 通信设备防雷接地

　　雷电的特点是持续时间短(8～20ms)通过电流大(2000～20000A)，它的形成是由雷云大量集聚带电粒子，当电场强达到25～30kV/cm时，就开始放电而形成雷电。

　　雷云的放电有两种：一是云间放电;二是对地放电，通过接地体泄放到大地;分流：利用避雷针通过铜芯线引入到大地;屏蔽：通信大楼接地，机房接地;限幅：用避雷器(OBO、压敏电阻、放电管)对雷电电压进行限制;均压：平衡各处电位，提高抗雷能力。

　　3.1 接地电阻

　　电气设备的某一部分与土壤之间作良好的电气连接，称为接地。

　　接地电阻的阻值要求愈小愈好，不能超过规定值。

　　对于移动基站来说接地电阻应小于10Ω。

　　3.2 联合接地

　　所谓联合接地简单说就是设备的工作地、保护地、防雷地均接在一起。

　　原理：当强大的雷电电流流入大地时，大地的电位随即升高，因所有地线都连接在一起，设备的地电位跟随大地一起升高，地与地之间不存在电位差，不会因雷击反击而损坏设备。

　　联合接地地网的连接体应为网络状分布，最好构成立体网状，才具均压、等位作用。

　　首先接地体必须做成一个良好的等电位体，防雷接地排、保护接地排、工作接地排可根据需求在不同点与接地体相连达到联合接地的要求。

　　联合接地并不是将防雷地、工作地、保护地用导线连到一个接地排上，它是以接地体为参照的。

　　3.3 铁塔防雷接地

　　铁塔是雷电引入的主要渠道，必须进行重点防护。

　　铁塔上必须安装避雷针，另敷设一条扁钢作避雷针的引下线，下端与铁塔地网连接，不得依靠铁塔体作为引下线。

　　铁塔与地连接最少两处以上焊接，接地极向四周延伸。

　　3.4 天线的馈线接地要求

　　馈线是和铁塔上的天线相连接的，也容易将雷电干扰引入通信设备。

　　故馈线要求两次接地，在上端天线lm处接地一次，馈线进入机房的入口处接第一次。

　　4 现代通信设备防雷措施

　　4.1 外部防雷

　　外部防雷系统由避雷针、引下线、接地地网等组成，缺一不可。

　　一般防止直击雷破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。

　　然而避雷针、引下线和接地装置的导通只能保护安装避雷针的物体本身免受直击雷的损毁，但雷电会通过多种形式及途径破坏电子设备。

　　对通信基站而言，天馈线系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击，可以通过合理的设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。

　　接地体指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。

　　有人工接地体和自然接地体两种。

　　接地网是把需要接地的各系统，统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网。

　　一定要有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。

　　如果基站接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。

　　另外还有防干扰、防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。

　　一般整个基站的接地系统有：建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地(也称信号地)、防雷地等。

　　然而，各地网之间必须独立时，如果相互之间距离达不到规范要求的话，则容易出现地电位反击事故，因此，各接地系统之间的距离达不到规范的要求时，应尽可能连接在一起，如实际情况不允许直接连接的。

　　可通过地电位均衡器实现等电位连接。

　　4.2 内部防雷

　　有可靠的外部防雷措施同时更需要完善内部防雷措施。

　　内部防雷工程主要由屏蔽、防雷器和等电位连接三部分组成。

　　(1)屏蔽。

　　每对双绞线或四对双绞线都可使用金属屏蔽，不同的双绞线或四对双绞线放在一起可共同使用一个金属屏蔽。

　　由于金属屏蔽的趋肤效应产生的吸收和反射作用。

　　可更好的分割周围的电磁场和减少单独屏蔽的对绞线之间的串音。

　　(2)防雷器。

　　防雷器是用一种低压时呈现高阻丌路状态，高压时呈现低阻短路状态。

　　能承受数百安培大电流通过的过压保护电子器件组合。

　　将防雷器并联在供电线路、信号传输线路上使用。

　　当遇到雷击和高电压大电流时其立即呈现短路，将瞬间产生高电压大电流通过地网泄放到大地中。

　　使设备受到保护。

　　发生雷击时，直击雷或者沿着线路进入室内的感应雷会使设备的进线电压瞬间急速升高.达到几百甚至上千伏。

　　由于在进线端采用了第～级保护。

　　并联一个气态放电管，通过惰性气体的电离，能转移大部分的瞬变能量。

　　因为无分布电感电容，通流容量极大，特别适合用于吸收直击雷，保护后的残留电压为二十几伏。

　　对于集成电路而言。

　　这个电压还是偏高，还起不到有效保护。

　　另外气态放电管，反应速度慢，导致其上冲电压可达到电压峰值，有鉴于此，增加一级保护，并且在两极之间采用电感耦合，利用电感电流不能突变的原理，起到一个延迟的作用，为第二级保护赢得时间，并减轻对第二级的压力。

　　第二级主要是采用固态放电管，它是基于可控硅原理的一种负阻器件，在冲击电压作用下。

　　其前沿上冲电压非常低，显示出极强的抑制特性，并且响应速度非常快(纳秒级)，分布电容小，残压低于5V，且对电流的吸收能力也相当大，非常适合用于网络通讯工程、电子部件的防雷保护。

　　5 结语

　　在现实中影响雷电泄放通道的因素是很多的，属于自然因素的有地理位置、地形地貌、地下矿产分布及地表植物的情况;属于人为因素的有地表建筑结构、材料及高度形态：属于设备本身的有屏蔽、接地、线路结构及元器件性能等。

　　这些因素综合的结果是一个非常复杂的形态，很难从表面找出规律并简单地得出结论，从而完成最佳防雷工程设计。

　　本文所提出的相关措施还需在实践的过程中不断的进行验证和检验。

　　参考文献

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