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1、1一、雷電的形成二、雷電的危害三、移動(dòng)基站雷害引入途徑四、移動(dòng)基站防雷措施五、電源浪涌抑制器的配置2一、雷電的形成一、雷電的形成 1、 概述 由于大氣電場(chǎng)的變化使空氣中的云團(tuán)形成帶電的雷云。雷云中不同部分之間聚集著不同極性的電荷,形成100萬(wàn)伏到100000萬(wàn)伏的高電位,當(dāng)電位達(dá)到一定程度時(shí),就會(huì)在云團(tuán)的不同部分之間、不同云團(tuán)之間以及云團(tuán)與地面之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)。當(dāng)空中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí),將引起空氣分子電離,導(dǎo)致空氣絕緣被擊穿,從而在云與云之間,或云與大地之間產(chǎn)生瞬時(shí)強(qiáng)火花放電,形成閃電。閃電可分為云內(nèi)閃電、云際閃電和云地閃電等,與人類關(guān)系最密切。3 一般說(shuō)來(lái)云閃發(fā)生的概率要比地閃發(fā)生的

2、概率大得多,但它主要表現(xiàn)在對(duì)航空航天方面的影響;對(duì)地面通信臺(tái)站影響最大的是云地閃,即落地雷。 2、雷電形成假說(shuō) 根據(jù)大量科學(xué)測(cè)試可知,地球本身就是一個(gè)電容器。通常大地穩(wěn)定地帶負(fù)電荷50萬(wàn)C左右,而地球上空存在一個(gè)帶正電的電離層,這兩者之間便形成一個(gè)已充電的電容器,它們之間的電壓為300KV左右,并且場(chǎng)強(qiáng)為上正下負(fù)。4 當(dāng)?shù)孛婧羝目諝庑纬缮仙龤饬?,氣流上升時(shí)溫度逐漸下降形成雨滴、冰雹(稱為水成物),這些水成物在地球靜電場(chǎng)的作用下被極化(如左圖),負(fù)電荷在上,正電荷在下,它們?cè)谥亓ψ饔孟侣湎碌乃俣缺仍频魏捅Вㄟ@二者稱為云粒子)要大,因此極化水成物在下落過(guò)程中要與云粒子發(fā)生碰撞。碰撞的結(jié)果是

3、其中一部分云粒子被水成物所捕獲,增大了水成物的體積,另一部分未被捕獲的被反彈回去。而反彈回去的云粒子帶走水成物前端的部分正電荷,使水成物帶上負(fù)電荷。由于水成物下降的速度快。而云粒子下降的速度慢,因此帶正、負(fù)兩種電荷的微粒逐漸5 分離(這叫重力分離作用),如果遇到上升氣流,云粒子不斷上升,分離的作用更加明顯。最后形成帶正電的云粒子在云的上部,而負(fù)電的水成物在云的下部,或者帶負(fù)電的水成物以雨或雹的形式下降到地面。當(dāng)上面所講的帶電云層一經(jīng)形成,就形成雷云空間電場(chǎng),空間電場(chǎng)的方向和地面與電離層之間的電場(chǎng)方向足一致的,都是上正下負(fù),因而加強(qiáng)了大氣的電場(chǎng)強(qiáng)度,使大氣中水成物的極化更厲害、在上升氣流存在的情

4、況下更加劇力分離作用,使雷云發(fā)展得更快。具體見(jiàn)圖1雷云形成圖。 6圖1 雷云形成圖 7 當(dāng)正負(fù)電荷區(qū)的電位達(dá)到5-6千伏/厘米時(shí),便會(huì)觸發(fā)云地間的閃擊。雷云對(duì)地面的放電,就是將負(fù)電荷移向地面的過(guò)程。由于在一般高度的物體上很少出現(xiàn)雷電閃擊,因此要獲得準(zhǔn)確的雷電流資料往往是不大可能的?,F(xiàn)有觀察到的雷電流是單向性的,而且主要是負(fù)的放電電流。迄今為止,記錄到的雷電流最大為270KA,但可能還有更大的電流。 3、雷電的統(tǒng)計(jì) 雷電的運(yùn)動(dòng)是有規(guī)律的。雷電天氣的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)用雷暴日表示。一天中如果聽(tīng)到了雷聲,就意味著雷電8 發(fā)生在觀察現(xiàn)場(chǎng)15公里以內(nèi),便定義為一個(gè)雷暴日。 根據(jù)年平均雷暴日的多少,雷電活動(dòng)區(qū)分為少

5、雷區(qū), 中雷區(qū)、多雷區(qū)和強(qiáng)雷區(qū): 少雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)不超過(guò)25天的地區(qū); 中雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在2540天以內(nèi)的地區(qū); 多雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在4090天以內(nèi)的地區(qū); 強(qiáng)雷區(qū)為年平均雷暴日數(shù)在90天的地區(qū)。 9圖2 全國(guó)年平均雷暴日數(shù)區(qū)劃圖 10 浙江南部年平均雷暴日數(shù)在5070天以內(nèi)的地區(qū),浙江北部年平均雷暴日數(shù)在3050天以內(nèi)的地區(qū); 山東大部份年平均雷暴日數(shù)在1030天以內(nèi)的地區(qū),小部份年平均雷暴日數(shù)在3050天以內(nèi)的地區(qū); 河北絕大部份年平均雷暴日數(shù)在3050天以內(nèi)的地區(qū); 廣西南部年平均雷暴日數(shù)在90120天以內(nèi)的地區(qū),廣西北部年平均雷暴日數(shù)在7090天以內(nèi)的地區(qū)。 11二、雷

6、電的危害 1、雷電的危害表現(xiàn)形式 雷擊的危害主要有四方面:直擊雷、感應(yīng)雷、地電位提高、電磁脈沖輻射。第一是直擊雷。 雷暴活動(dòng)區(qū)內(nèi),雷云直接通過(guò)人體、建筑物或設(shè)備等對(duì)地放電所產(chǎn)生的電擊現(xiàn)象,稱之為直擊雷。此時(shí)雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位。雷電擊中人體、建筑物或設(shè)備時(shí),強(qiáng)大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能,瞬間可釋放約數(shù)百兆焦耳的能量。 12圖3 基站直擊雷途徑圖 13 直擊雷具有強(qiáng)大的破壞力。閃電擊中管道或?qū)Ь€時(shí),雷電流可以沿線傳送到很遠(yuǎn)的地方,其巨大的電熱效應(yīng)不僅對(duì)臺(tái)站設(shè)備的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞作用,并可危及有關(guān)操作人員的安全。 第二是感應(yīng)雷。它可以分為靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和感應(yīng)

7、過(guò)電壓。 1)、靜電感應(yīng): 當(dāng)雷云來(lái)臨時(shí),在其所覆蓋的地表面和各種物體上尤其是導(dǎo)體上,將感生出大量與雷云底部電荷符號(hào)相反的電荷,形成靜電場(chǎng)。當(dāng)這種靜電場(chǎng)強(qiáng)度不足以14 擊穿空氣產(chǎn)生中和效應(yīng),而雷云對(duì)另一雷云或帶電體放電后,云中電荷消失。此時(shí)地面物體尤其是導(dǎo)體上聚集的電荷卻產(chǎn)生了很高的電勢(shì),它必然通過(guò)一定的途徑放電。這種放電電流也是一個(gè)很大的脈沖電流(雷電波的形式),其電擊效果雖比直擊雷小,但是若串入用電設(shè)施同樣會(huì)造成對(duì)電子器件的損壞。 圖4 靜電感應(yīng)示意圖15 2)、電磁感應(yīng) 閃電電流在閃電通道周圍的空間產(chǎn)生磁場(chǎng),這種磁場(chǎng)將隨時(shí)間而變化,并在附近的各類金屬導(dǎo)體上激發(fā)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電流。在閃

8、電電流入地過(guò)程中,變化磁場(chǎng)在附近金屬導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感生電流,也會(huì)造成電氣設(shè)備的損壞。 3)、感應(yīng)過(guò)電壓 直接雷或感應(yīng)雷都可能使導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓波可沿著電網(wǎng)在較大范圍內(nèi)傳播,對(duì)輸電網(wǎng)絡(luò)中的用電設(shè)備構(gòu)成威脅。所以,一些已受到避雷針保護(hù)和屏蔽的電子設(shè)備有時(shí)仍會(huì)受到雷害。 16 據(jù)統(tǒng)計(jì),在電子設(shè)備遭受的雷擊事故中,雷電過(guò)電壓沿電源線侵入設(shè)備而造成雷擊故障的比例大約要占80。第三是電磁脈沖輻射。閃電放電時(shí),電流隨時(shí)間做非均勻變化。一次閃電包含上萬(wàn)個(gè)脈沖放電過(guò)程。閃電通道大約有幾百米至幾公里長(zhǎng),在放電過(guò)程中,它向外輻射高頻和甚高頻電磁能量,這就是電磁脈沖輻射。閃電的電磁脈沖輻射雖然

9、也隨著距離的增大而減小,但卻比較緩慢,它通過(guò)空間傳導(dǎo)、輻射等形式耦合到電子設(shè)備內(nèi)部,使對(duì)瞬態(tài)電磁脈沖極其敏感的電子器件遭受破壞。17圖5 地電位提高示意圖 第四是地電位提高。當(dāng)10KA的雷電流通過(guò)下導(dǎo)體入地時(shí),我們假設(shè)接地電阻為10歐姆,根據(jù)歐姆定律,我們可知在入地點(diǎn)A處電壓為100KV。因A點(diǎn)與B、C、D點(diǎn)相連,所以這幾點(diǎn)電壓都為100KV。而E點(diǎn)接地,其電壓值為0,設(shè)備的D點(diǎn)與E點(diǎn)間有100KV的電壓差,足以將設(shè)備損壞。18 2、易受損害通信設(shè)備情況 據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,基站遭受雷擊時(shí),通信設(shè)備損害的情況如下: (1) 擊壞脈碼調(diào)制(PCM)的通路盤(pán)、信令盤(pán)等設(shè)備; (2) 擊壞移動(dòng)交換機(jī)(E

10、MX)部位的TTY、MTI板、ASI板等; (3) 擊壞基站部位的VOC板、BSC板,包括VCC、SCC、CSC板等; (4) 擊壞電源部件等; (5) 擊壞與天饋線相連接的高頻機(jī)架。19三、移動(dòng)基站雷害引入途徑 1、基站鐵塔或桅桿引入雷害 (1) 雷擊鐵塔或桅桿 移動(dòng)通信的基站天線一般架設(shè)在很高的鐵塔或桅桿上,鐵塔或桅桿高度一般比周圍建筑高度高,鐵塔或桅桿的避雷針易受直接雷擊。 (2) 鐵塔天饋線引入雷害 當(dāng)鐵塔的避雷針受到直接雷擊時(shí),雷電流途徑之一是通過(guò)鐵塔經(jīng)其接地裝置散流入地,使地網(wǎng)地電位升高;另一途徑是如果天饋線為同軸電纜,在20 其內(nèi)導(dǎo)體上感應(yīng)出較強(qiáng)的感應(yīng)電流,這樣A-B段內(nèi)導(dǎo)體上感

11、應(yīng)電流為iA-B,B-C段內(nèi)導(dǎo)體感應(yīng)電流為iB-C,iA-C= iA-B + iB-C,即為整個(gè)同軸電纜的感應(yīng)電流。如果有n條同軸電流從鐵塔天線進(jìn)入基站機(jī)房,則進(jìn)入信道架的總感應(yīng)電流in iA-C,這個(gè)感應(yīng)電流最終經(jīng)同軸電纜內(nèi)導(dǎo)體進(jìn)入信道架,燒壞移動(dòng)通信設(shè)備。圖6 移動(dòng)通信基站天饋線示意圖以高度為55m鐵塔為例,進(jìn)行分析。 21圖6 移動(dòng)通信基站天饋線示意圖 ABC5500機(jī)房天線22 2、架空電力線和其他架空線引入雷害 移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站如果有架空電力線或其他架空線,其架空電力線或其他架空線也是引入雷害的重要途徑。出入纜線引入雷害的原因有兩個(gè):一是直擊雷,雷電直擊金屬纜線后,高壓雷電以波的形

12、式沿著導(dǎo)線兩邊傳播,最后侵入室內(nèi)設(shè)備;二是感應(yīng)雷,當(dāng)雷云放電時(shí),其空間形成強(qiáng)大電場(chǎng)。根據(jù)分析,在架空電力線路靠近終端時(shí),主要成分是水平電場(chǎng),出現(xiàn)在電場(chǎng)中的突出物體最易出現(xiàn)感應(yīng)電荷的集中,使其周圍電場(chǎng)強(qiáng)度顯著增加,架空電力線路很容易發(fā)生尖 23 端放電而被雷電擊中。當(dāng)架空電力線路遭雷電侵襲時(shí),將過(guò)電壓引入基站機(jī)房,很可能燒壞基站的通信設(shè)備。有時(shí),雷云即使對(duì)地放電也會(huì)在架空電力線路上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓,當(dāng) Sh時(shí) U=25I.h/S 式中: I雷電流幅值(A); h架空電力線路高度(m); S雷擊點(diǎn)與架空電力線路間的距離(m)。 該過(guò)電壓亦會(huì)對(duì)電源設(shè)備造成威脅,當(dāng)基站有24 其他架空線時(shí),也可能在架空

13、線上出現(xiàn)類似雷電過(guò)電壓,這類雷害事故主要表現(xiàn)為基站交、直流電源盤(pán)的損壞,從而導(dǎo)致基站機(jī)房其它設(shè)備的損壞。一般來(lái)說(shuō)感應(yīng)雷的危害沒(méi)有直擊雷嚴(yán)重,但它發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。25 3、基站機(jī)房引入雷害 某些基站機(jī)房可能建在山頂上,如果機(jī)房位置的海拔高度很高,有時(shí)直擊雷可能從橫向及斜面擊來(lái),出現(xiàn)所謂“繞過(guò)避雷針,再擊至被保護(hù)物”的繞擊現(xiàn)象。在這種情況下,孤立的避雷針,往往已不能防御雷電對(duì)機(jī)房的直擊,因此,基站機(jī)房必須采取必要的防雷措施。而且,雷擊建筑物在一定的條件下能產(chǎn)生“側(cè)閃”。必須采取預(yù)防措施,避免已經(jīng)采取保護(hù)措施的建筑物受到雷擊時(shí)出現(xiàn)側(cè)閃事故,并傷害建筑物內(nèi)的人員。圖7就是導(dǎo)致側(cè)閃危險(xiǎn)的條件的

14、一個(gè)例子。 26圖7 避雷針和屋內(nèi)設(shè)備的閃擊 避 雷 針 引 下 線金 屬機(jī) 殼27 由圖中可以看到,一個(gè)有避雷針保護(hù)的建筑物,它是房屋的最高點(diǎn)。如果避雷針受到閃擊,其雷電流的幅值為(i)。閃擊電流就沿著屋頂?shù)谋芾揍樢戮€一直流入地下的接地體。這一通路構(gòu)成電感(L),而接地體是其有效電阻(R),則避雷系統(tǒng)頂端相對(duì)于大地的電位升為: U=iR+Ldi/dt 假定雷電流的峰值I=100千安,接地電阻R=10歐。每100米長(zhǎng)的單根垂直導(dǎo)線的電感L160微亨,而雷電流的波頭增長(zhǎng)率為50千安/微秒。如果避雷針高于28 地面10米,當(dāng)相位差忽略不計(jì)時(shí),則避雷針頂端相對(duì)于大地的電位升為1.8兆伏。 但在房屋

15、遭受閃擊時(shí),設(shè)備仍在地電位上,因此1.8兆伏的電位差就突然加在避雷系統(tǒng)與設(shè)備之間。如果間隙D的介質(zhì)強(qiáng)度低于1.8兆伏的電位差,兩者之間就發(fā)生電擊穿,造成了所謂“側(cè)閃”。對(duì)于削頂脈沖來(lái)說(shuō),空氣的擊穿強(qiáng)度為900千伏/米,則閃擊距離是2米。如果有人站在避雷針的引下線與室內(nèi)的接地設(shè)備之間時(shí),也會(huì)出現(xiàn)同樣的情況。 29四、移動(dòng)基站防雷措施 1、天線鐵塔的防雷與接地 認(rèn)為避雷針可以使雷云放電從而防止雷擊,是一種普遍的誤解。實(shí)際上,避雷針僅僅是當(dāng)雷云到達(dá)閃擊距離時(shí),作為導(dǎo)引雷擊電流安全入地的手段。移動(dòng)通信天線應(yīng)有防直擊雷的保護(hù)措施。天線鐵塔應(yīng)設(shè)避雷針并與鐵塔焊接。天線安裝位置應(yīng)在避雷針的防雷保護(hù)范圍內(nèi)。避

16、雷針保護(hù)范圍的計(jì)算方法,我國(guó)防雷規(guī)范已與國(guó)際接軌,即采用IEC推薦的滾球法。滾球法即幾何模擬法,它以放電路徑幾何距離的長(zhǎng)短作為避雷針保護(hù)范圍的判斷依據(jù)。假設(shè)雷電先導(dǎo)是一個(gè)從30 云出發(fā),不受地面任何特征影響的自由發(fā)展的放電。只有當(dāng)該雷電先導(dǎo)到達(dá)大地附近一定高度H時(shí),先導(dǎo)才開(kāi)始向地面突出物偏轉(zhuǎn)。此時(shí),從某一雷擊偏轉(zhuǎn)點(diǎn)A、B到避雷針和大地畫(huà)弧。圓弧下的面積為避雷針對(duì)保護(hù)范圍(如圖8所示)。 H的取值:一類建筑物30米;二類建筑物45米;三類建筑物60米。 當(dāng)避雷針的高度hH時(shí) a)距地面H處作一條平行于地面的平行線。b)以針尖為圓心,H為半徑,作為弧線交于平行線A、B。 c)以A、B為圓心,H為半

17、徑,作弧線。該弧線與針尖相交31圖8 避雷針保護(hù)范圍計(jì)算示意圖 h單支避雷針對(duì)保護(hù)范圍(hH)hrxhxxAxBxx平面上保護(hù)范圍的截面HH32 并與地面相切。從該弧線起到地面止就是避雷針對(duì)保護(hù)范圍。該范圍是一個(gè)對(duì)稱的錐體。d)避雷針在hx高度的水平面上的保護(hù)半徑為:rx=h(2Hr-h)-hx(2Hrhx),rx為避雷針在hx高度的水平面上的保護(hù)半徑(m),hx為被保護(hù)物的高度(m),H為滾球半徑,當(dāng)避雷針對(duì)高度hH時(shí),在避雷針上取高度為H的一點(diǎn)代替單根避雷針針尖作圓心其它算法同上。 基站鐵塔避雷針的保護(hù)區(qū)如圖9所示。其中,保護(hù)角一般取3045,多數(shù)保護(hù)設(shè)計(jì)取30。避雷針與鐵塔焊接的目的就是

18、確保避雷針有良好的接地線,且引下線應(yīng)避免直角彎曲,以保證雷電流33 及時(shí)流入大地。 (2) 移動(dòng)通信基站鐵塔應(yīng)有完善的防直擊雷及二次感應(yīng)雷的防雷裝置。當(dāng)鐵塔比較高時(shí)(如超過(guò)60m),天饋線(包括塔燈電源線、金屬護(hù)套)、引下線都要多點(diǎn)接地,以增加雷電流的入地途徑和使饋線上的過(guò)電壓分割為多段,加強(qiáng)分流和均壓效果,并將饋線在機(jī)房外就近接入地網(wǎng),使由饋線上引入到機(jī)架上的過(guò)電壓減至最小程度。 (3) 移動(dòng)通信基站鐵塔宜采用太陽(yáng)能塔燈。對(duì)于使用交流電饋電的航空標(biāo)志燈,其電源線應(yīng)采用具有 金屬外護(hù)層的電纜,電纜的金屬外護(hù)層應(yīng)在塔頂及進(jìn)34 機(jī)房入口處的外側(cè)就近接地。塔燈控制線及電源線的每根相線均應(yīng)在機(jī)房入口

19、處分別對(duì)地加裝氧化鋅無(wú)間隙避雷器,零線應(yīng)直接接地。 2、纜線的防雷與接地 出入纜線防雷的總體原則是通過(guò)采用屏蔽、接地、分流等措施,把雷電過(guò)電壓、過(guò)電流在進(jìn)入機(jī)房之前阻截、消散,使之小于終端設(shè)備的耐壓限值。下面分別介紹天饋線、電力線、中繼線的保護(hù)措施。 (1) 天饋線的防雷與接地 基站天饋線大都沿鐵塔布放至塔底,再由過(guò)橋經(jīng)35 饋線窗引入機(jī)房。采取的保護(hù)措施如下: 所有天饋線在進(jìn)入機(jī)房前其金屬外護(hù)層至少應(yīng)有3點(diǎn)接地。第1點(diǎn)位于塔頂天線細(xì)饋線與粗饋線轉(zhuǎn)接處;第2點(diǎn)位于爬梯與鐵塔過(guò)橋搭接處上方0.5m1m處,采用接地卡子與爬梯附近的鐵塔避雷引下線緊密連接;第3點(diǎn)位于饋線窗外,采用接地卡子與室外接地銅

20、排緊密連接。當(dāng)天線的架設(shè)高度大于或等于60m時(shí),同軸電纜天饋線金屬外護(hù)層還應(yīng)在其中部增加一處接地,處理方法同第1點(diǎn)和第2點(diǎn)。室外走線架始末兩端均應(yīng)作接地連接。 位于饋線窗附近的室外接地銅排接地引下線可采36 用截面積不小于95mm2的絕緣多股銅導(dǎo)線或截面積不小于40mmX4mm的熱鍍鋅扁鋼,長(zhǎng)度不宜超過(guò)30m,沿機(jī)房外墻以最短途徑與機(jī)房的聯(lián)合地網(wǎng)相焊接。若機(jī)房接地端子難以發(fā)掘,應(yīng)妥善與鄰近雷電流引下線的根部連通。 同軸電纜天饋線在進(jìn)入機(jī)房前,應(yīng)以要求的最小曲率半徑繞一圈或數(shù)圈,以增加對(duì)雷電流的高頻阻抗。 為防止感應(yīng)電流進(jìn)入同軸電纜天饋線的內(nèi)導(dǎo)體,在其進(jìn)入機(jī)房后的1m范圍內(nèi),應(yīng)裝設(shè)天饋線避雷器,

21、避雷器的接地端子應(yīng)就近引接到饋線窗附近的室外37 接地銅排上,引接線采用不小于35mm2的絕緣多股銅導(dǎo)線,嚴(yán)禁與室內(nèi)金屬設(shè)施電氣連通。 建議安裝天饋線避雷器。據(jù)調(diào)查,安裝天饋線避雷器的系統(tǒng)還沒(méi)有發(fā)生收發(fā)信機(jī)被雷擊損壞的事故,其它系統(tǒng)由于未安裝天饋線避雷器都曾遭受雷擊。 選擇天饋線避雷器時(shí)應(yīng)確保其傳輸能力(最大功率)、阻抗、插入損耗、工作頻段等指標(biāo)與通信設(shè)備相適應(yīng)。 天饋線避雷器的安裝要確保接頭處可靠連接,以免影響防雷效果,造成系統(tǒng)日常工作時(shí)的一些無(wú)38 名干擾。因避雷器存在0.5dB左右的插入損耗,故在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要采用高增益天線和低損耗電纜來(lái)補(bǔ)償。 (2) 電力線的防雷與接地 基站的交流供電

22、系統(tǒng)包括高壓線路、變壓器、低壓線路以及交直流配電設(shè)備。由于架空高壓或低壓線路距離較長(zhǎng),往往易遭受雷擊,無(wú)論是感應(yīng)雷或直擊雷,都會(huì)在其上造成極高的縱向電壓。由此帶來(lái)的雷害輕則燒斷電源熔絲,引起開(kāi)關(guān)跳閘,中斷電源;重則損壞電力變壓器、交流配電屏、穩(wěn)壓器、整流器,甚至移動(dòng)通信各系統(tǒng)的電源板。據(jù)調(diào)查,有40%的雷害事故是由電力線引入的,有些資料統(tǒng)計(jì)高達(dá)80%,39 這足以說(shuō)明電力線是一條重要的引雷途徑。 雖然有些城區(qū)基站的供電線路會(huì)有一段改為電力電纜從地下入局,但雷電仍可以從幾公里以外的架空線路上引入基站而誘發(fā)雷害事故。所以對(duì)供電系統(tǒng)(包括高壓線路、變壓器、低壓線路以及交直流配電設(shè)備等)要采取多級(jí)保護(hù)

23、、層層設(shè)防的嚴(yán)格措施。 基站交流電力變壓器高壓側(cè)的三根相線應(yīng)分別就近對(duì)地加裝氧化鋅避雷器。電力變壓器低壓側(cè)的三根相線應(yīng)分別就近對(duì)地加裝無(wú)間隙氧化鋅避雷器。變壓器的機(jī)殼、低壓側(cè)的交流零線以及與變壓器相連的電力電纜的金屬外護(hù)層應(yīng)就近接地。出入基站的所有電40 力線均應(yīng)在出口處加裝避雷器。 進(jìn)入基站的低壓電力電纜宜采用有金屬護(hù)套或絕緣護(hù)套的電纜,并經(jīng)鋼管由地下引入基站,其長(zhǎng)度不應(yīng)小于50米。電纜金屬護(hù)套或鋼管兩端(變壓器處和大樓入口處)應(yīng)就近可靠接地。 電力電纜在進(jìn)入基站配電房后,在交流配電屏輸入端應(yīng)加裝電源浪涌抑制器。電源浪涌抑制器的接地引線要盡量短,采用不小于35mm2的絕緣多股銅導(dǎo)線。 (3)

24、 中繼線的防雷與接地 基站與移動(dòng)通信交換局之間的中繼一般采用微41 波、光纜、電纜三種傳播方式。采用光纜和電纜作為中繼線的基站,其雷擊感應(yīng)的過(guò)電壓機(jī)理與電源線相同,也容易由此引入雷害。由于與中繼線相連的終端設(shè)備的耐過(guò)壓水平大大低于電源設(shè)備,造成中繼接口設(shè)備、PCM設(shè)備、光傳輸設(shè)備、交換設(shè)備等損壞的雷害事故屢見(jiàn)不鮮。 有條件時(shí),出入基站機(jī)房的中繼線最好采用有金屬屏蔽層的光(電)纜全線直埋或沒(méi)有金屬屏蔽層的光(電)纜穿金屬管直埋進(jìn)基站。 如果沒(méi)有條件采用全線直埋,光(電)纜在進(jìn)入基站前應(yīng)有一段直埋。直埋的實(shí)際長(zhǎng)度應(yīng)不小于50米,42 其深度為70cm。埋地光(電)纜的金屬屏蔽層或金屬管至少在兩端(

25、機(jī)房入口處和光(電)纜入地處)接地,且要作防銹處理。光纜金屬加強(qiáng)芯也一并接地。其余架空的中繼線也應(yīng)采取保護(hù)措施,架空用的金屬吊掛線和光(電)纜的金屬護(hù)套及其金屬加強(qiáng)芯在每個(gè)桿塔處同時(shí)接地?,F(xiàn)在一般地,在山區(qū)的基站,雷害嚴(yán)重,考慮光(電)纜有一段直埋。在城區(qū),開(kāi)挖直埋不太現(xiàn)實(shí)。 電纜內(nèi)芯線在設(shè)備連接之前,應(yīng)加裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器,避雷器和電纜內(nèi)的空閑線對(duì)對(duì)地應(yīng)作保護(hù)接地。在雷害嚴(yán)重的地區(qū)也可采取防雷型光(電)纜或無(wú)43 金屬光纜。 3、機(jī)房的防雷與接地 機(jī)房應(yīng)有防直擊雷的保護(hù)措施。機(jī)房屋頂應(yīng)設(shè)避雷網(wǎng),其網(wǎng)格尺寸不大于3m3m,并與屋頂避雷帶按3m間距一一焊接連通。機(jī)房房頂四角應(yīng)設(shè)雷電流引下線,該引

26、下線可用40mm4mm鍍鋅扁鋼,其上端與避雷帶、下端與地網(wǎng)焊接連通。機(jī)房屋頂上其他金屬設(shè)施分別就近與避雷帶焊接連通。機(jī)房?jī)?nèi)走線架、吊頂鐵架、機(jī)架或機(jī)殼、金屬通風(fēng)管道、金屬門(mén)窗等均應(yīng)作保護(hù)接地。保護(hù)接地引線一般宜采用截面積不小于35mm2的多股銅導(dǎo)線。44 事實(shí)上,正確地進(jìn)行接地并與土壤保持充分的接觸,對(duì)于雷電保護(hù)系統(tǒng)能夠有效地發(fā)揮作用是很重要的。接地電阻并不需要很低,更重要的是地下金屬接地體的分布必須能夠容許雷電放電電流擴(kuò)散而不引起損壞。妥善的雷電保護(hù)接地,有以下的一些特點(diǎn): a)接地線與接地體的連接點(diǎn)應(yīng)在地平面80cm以下,離墻基不小于4m左右,可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。 b)雷擊避雷系統(tǒng)時(shí)

27、,從受雷尖端到建筑物周圍的土壤之間有大量電流通過(guò)。因此,從傳導(dǎo)電流最有利的方式考慮,接地體應(yīng)該設(shè)置在建筑物的外墻或墻角附近,以避免雷擊電流流入建筑物下面。但有時(shí)也可45 能需要將避雷引下線和接地體設(shè)置在建筑結(jié)構(gòu)下面。 4、接地裝置 (1)接地體的配置要求 設(shè)備接地的基本原則,是要對(duì)人為環(huán)境中能成為危險(xiǎn)狀態(tài)的情況采取安全措施。而現(xiàn)代的接地和搭接系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成為低阻抗的,以抑制通信和電子系統(tǒng)的噪聲,并對(duì)瞬態(tài)電壓提供保護(hù)。接地體宜采用熱鍍鋅鋼材,其規(guī)格要求如下: 鋼管50mm,壁厚不應(yīng)小于3.5mm。 角鋼不應(yīng)小于50mmx50mmx5mm。46 扁鋼 不應(yīng)小于40mmx4mm。 垂直接地體長(zhǎng)度宜為1

28、.52.5m,垂直接地體間距為其自身長(zhǎng)度的1.52倍。若遇到土壤電阻率不均勻的地方,下層的土壤電阻率低,可以適當(dāng)加長(zhǎng)。當(dāng)垂直接地體埋設(shè)有困難時(shí),可設(shè)多根環(huán)形水平接地體,彼此間隔為11.5m,且應(yīng)每隔35m相互焊接連通一次。 (2)地網(wǎng) 通常,移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站接地系統(tǒng)均應(yīng)按照均壓等電位的理論改造或設(shè)計(jì),將機(jī)房地、鐵塔地、交流變壓器地共同組成一個(gè)聯(lián)合接地的大地網(wǎng),見(jiàn)圖9。47 聯(lián)合接地是使基站的所有構(gòu)件在一個(gè)統(tǒng)一的電位上,避免由不同接地系統(tǒng)引入的電位差,從而可以確保通信設(shè)備和人身的安全。基站地網(wǎng)應(yīng)充分利用機(jī)房建筑物的基礎(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。當(dāng)鐵塔設(shè)

29、在機(jī)房房頂,電力變壓器設(shè)在機(jī)房樓內(nèi)時(shí),其地網(wǎng)可合用機(jī)房地網(wǎng)。 機(jī)房地網(wǎng):機(jī)房地網(wǎng)沿機(jī)房建筑物散水點(diǎn)以外設(shè)環(huán)形接地裝置,同時(shí)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(shí),應(yīng)將地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋與機(jī)房地48 網(wǎng)焊接連通。當(dāng)機(jī)房設(shè)有防靜電地板時(shí),應(yīng)在地板下圍繞機(jī)房敷設(shè)閉合的環(huán)形接地線,其材料為銅導(dǎo)線,截面積應(yīng)不小于50mm2,并從接地匯集線上引出不少于二根截面積為5075mm2的銅質(zhì)接地線與引線排的南、北或東、西側(cè)連通。 鐵塔地網(wǎng):當(dāng)通信鐵塔位于機(jī)房旁邊時(shí),鐵塔地網(wǎng)應(yīng)延伸到塔基四腳外1.5m遠(yuǎn)的范圍,網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于3mx3m,其周邊為封閉式,同時(shí)還要利用

30、塔基地樁內(nèi)兩根以上主鋼筋作為鐵塔地網(wǎng)的垂直接地體,鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)之間應(yīng)每隔35m相互連通一次,連接點(diǎn)不應(yīng)少于兩點(diǎn)。當(dāng)通信鐵塔位于機(jī)房屋頂時(shí),鐵塔 49 四腳應(yīng)與樓頂避雷帶就近不少于兩處焊接連通,同時(shí)宜在機(jī)房地網(wǎng)四腳設(shè)置輻射式接地體,以利雷電流散流。 變壓器地網(wǎng):當(dāng)電力變壓器設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)時(shí),其地網(wǎng)可合用機(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30m以內(nèi)時(shí),變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或鐵塔地網(wǎng)之間,應(yīng)每隔35m相互焊接連通一次(至少有兩處連通),以相互組成一個(gè)周邊封閉的地網(wǎng)。 聯(lián)合接地主要解決雷擊對(duì)通信設(shè)備和工作人員的安全問(wèn)題;有效的防止反擊、側(cè)閃等現(xiàn)象的發(fā)生,使50

31、采用聯(lián)合接地。由接地線及地網(wǎng)設(shè)置不當(dāng)引起的雷害事故得到了改善,下面就天線鐵塔、架空線和機(jī)房防雷與接地的措施作些說(shuō)明。 圖9 聯(lián)合接地的大地網(wǎng) (一)垂 直 接 地 體鐵 塔 地 網(wǎng)機(jī) 房 地 網(wǎng)變 壓 器 地 網(wǎng)水 平 接 地 體51圖10 聯(lián)合接地的大地網(wǎng) (二)52 五、電源浪涌抑制器的選用 1、 電源浪涌基本數(shù)據(jù) (1)、雷電流波形:是非周期的微秒級(jí)瞬態(tài)電流,通常用“波頭時(shí)間/波長(zhǎng)時(shí)間”時(shí)間。波頭時(shí)間:雷電流從始點(diǎn)到峰值時(shí)間。波長(zhǎng)時(shí)間:雷電流從始點(diǎn)經(jīng)峰值下降到半峰值時(shí)間。 模擬雷電沖擊電流有8/20us,10/350us二種模擬雷電流沖擊波。8/20us模擬感應(yīng)雷電流沖擊波,10/350

32、us模擬直擊雷電流沖擊波。 53圖11 8/20us,10/350us二種模擬雷電流沖擊波 54 (2)、雷電流上升陡度(di/dt)max (3)、雷電流峰值 2、電源浪涌保護(hù)器的選擇原則 應(yīng)具有高通流容量,殘壓低,響應(yīng)速度快,帶浪涌識(shí)別,便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 (1)、在配電變壓器、配電室、電力室界面選用電源 SPD 的工程要求: a)建在城市,地處中雷區(qū)(或雖然處于少雷區(qū),但根據(jù)歷年雷擊統(tǒng)計(jì),若時(shí)有雷擊事故發(fā)生)的通信55 基站配電變壓器低壓側(cè)或低壓電纜引入配電室或配電屏終端入口處,應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流不小于20kA的限壓型SPD ;低壓電纜引入電力室后,在配電屏終端入口處,應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流為

33、15kA的限壓型SPD 。 b)建在城市,地處多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū),通信基站為孤立、高大建筑物的機(jī)樓,配電變壓器低壓側(cè)或低壓電纜引入配電室或配電屏終端入口處,應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流不小于40kA的限壓型SPD;低壓電纜引入電力室配電屏終端入口處,應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流為15kA的限壓型SPD。 c)建在郊區(qū)或山區(qū),地處中雷區(qū)以上的通信基56 站,配電變壓器低壓側(cè)或低壓電纜引入配電室或配電屏終端入口處,應(yīng)安裝沖擊通流容量大于60kA的限壓型SPD或具有標(biāo)稱放電電流不小于15kA的開(kāi)關(guān)型SPD;低壓電纜引入電力室配電屏終端入口處應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流為限壓型15kA的SPD;其中SPD的工作電壓應(yīng)按當(dāng)?shù)氐碾娏╇婋?/p>

34、壓最大值選擇。d)建在高山,地處多雷區(qū)以上的微波站、移動(dòng)通信基站,配電變壓器低壓側(cè)或低壓電纜引入配電室或配電屏終端入口處,應(yīng)安裝沖擊通流容量大于100kA的限壓型SPD或具有標(biāo)稱放電電流不小于25kA的開(kāi)關(guān)型SPD;低壓電纜引入電力室配電屏終端入口57 處應(yīng)具有標(biāo)稱放電電流為15kA的SPD,其中SPD的工作電壓應(yīng)按當(dāng)?shù)氐碾娏╇婋妷鹤畲笾颠x擇。 (2)、無(wú)專用變壓器配電屏選用電源 SPD 的工程要求: a)無(wú)專用配電變壓器供電的移動(dòng)通信基站低壓電纜應(yīng)從公共的配電變壓器全程埋地引入機(jī)房,且在配電屏終端入口處,相線應(yīng)分別對(duì)中性線、中性線對(duì)地加裝限壓型SPD或者相線應(yīng)分別對(duì)中性線加裝限壓型SPD、中性線對(duì)地間應(yīng)采用間隙型組成的SPD。地處中雷區(qū)的基站應(yīng)安裝標(biāo)稱放電電流不小于20kA的限壓型SPD;地處多雷區(qū)、強(qiáng)雷區(qū)的基站應(yīng)安裝標(biāo)稱放58 電電流不小于40kA的限壓型SPD。若采用架空電源線引入時(shí),地處中雷區(qū)以上的基站,在配電屏終端入口處,應(yīng)安裝沖擊通流容量大于100kA的

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