高山通信基站雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究與分析

劉清志

煙臺(tái)市弗蘭德電子科技有限公司 山東 煙臺(tái) 264000

1 雷電對(duì)通信臺(tái)站的危害

雷電災(zāi)害的破壞力是非常強(qiáng)大的,很多設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件比較精密。在雷電波入侵之后,會(huì)進(jìn)入到電氣和線路通道中,瞬時(shí)間產(chǎn)生的高電壓和涌浪電壓都會(huì)對(duì)設(shè)備以及系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大的損害。不僅會(huì)造成線路的損壞,還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞和系統(tǒng)的癱瘓,會(huì)給相關(guān)單位帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。近幾年來(lái),從各通信臺(tái)站雷擊過(guò)電壓、過(guò)電流防護(hù)的應(yīng)用效果來(lái)看,雷電災(zāi)害仍是通信臺(tái)站面臨的最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。

2 高山通信基站雷電防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 浪涌保護(hù)技術(shù) 雷電對(duì)基站的危害一方面來(lái)自直擊雷害,直擊雷害主要通過(guò)安裝接閃器、引下線和接地裝置進(jìn)行防護(hù),另一方面的危害來(lái)自感應(yīng)雷危害,雷電波、雷電電磁感應(yīng)引起的過(guò)電壓過(guò)電流通過(guò)線路引入到機(jī)房?jī)?nèi)部對(duì)設(shè)備造成破壞,而且由于基站機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備較多,感應(yīng)雷危害占實(shí)際雷電危害的絕大部分,防護(hù)感應(yīng)雷除了等電位連接措施,安裝浪涌保護(hù)器也是一重要方面。浪涌保護(hù)器主要通過(guò)限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分走雷電流對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。由于進(jìn)入通信機(jī)房?jī)?nèi)的線路較多,包括電源線、信號(hào)線、天饋線等,因此需安裝不同類型的浪涌保護(hù)器,本文主要分析電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)器的安裝。通信基站電源系統(tǒng)雷電過(guò)電壓保護(hù)應(yīng)使用分級(jí)保護(hù),按照防雷分區(qū)的原則安裝多級(jí)浪涌保護(hù)器,并且各級(jí)之間應(yīng)保持必要的退耦距離或增設(shè)退耦器件。通常第一級(jí)浪涌保護(hù)器安裝在低壓配電輸入端,如變壓器低壓側(cè)或低壓配電室電源入口處,對(duì)于高通信基站,考慮到雷電環(huán)境惡劣,第一級(jí)浪涌保護(hù)器應(yīng)選用大通流量的浪涌保護(hù)器來(lái)就行分流,如最大通流量不小于120KA第二級(jí)浪涌保護(hù)器安裝在后級(jí)配電處,如電源配電柜或開(kāi)關(guān)箱等處,主要對(duì)雷電過(guò)電壓進(jìn)行限壓;第三級(jí)浪涌保護(hù)器作精細(xì)保護(hù),安裝在具體的設(shè)備處,如網(wǎng)絡(luò)柜、控制柜、數(shù)據(jù)柜的電源引入處,進(jìn)一步限制過(guò)電壓到設(shè)備額定耐壓值以下;第四級(jí)或后面級(jí)別的浪涌保護(hù)器用于對(duì)直流設(shè)備或更精細(xì)設(shè)備的保護(hù)。

2.2 網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器 大連大和尚山微波站環(huán)境監(jiān)控所使用的攝像頭采用PoE供電方式,通過(guò)網(wǎng)線與交換機(jī)進(jìn)行連接,曾在雷擊發(fā)生時(shí)出現(xiàn)過(guò)多個(gè)攝像頭畫(huà)面中斷的情況,經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)是由雷擊產(chǎn)生的感應(yīng)電流引起,對(duì)交換機(jī)端口和攝像頭PoE供電模塊造成了損壞,更換攝像頭和交換機(jī)后,整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)才恢復(fù)正常,造成了不小的財(cái)產(chǎn)損失。在此之后,本站在攝像頭和交換機(jī)之間加裝了RJ45網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器。網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器的工作原理與前文所述的HDMI設(shè)備保護(hù)器類似,如圖7所示,具體如下:電路中并聯(lián)TVS二極管,當(dāng)電路工作正常時(shí),二極管處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)電路異常并達(dá)到其擊穿電壓時(shí),它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),給電流提供一條低阻抗的導(dǎo)通路徑,把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi),從而保護(hù)線路;當(dāng)異常電壓消失時(shí),二極管恢復(fù)至高阻態(tài),電路正常工作。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)信號(hào)防雷器選用優(yōu)質(zhì)TVS器件等,使連接設(shè)備免遭由系統(tǒng)引入的感應(yīng)雷及靜電放電等損害。

2.3 接地體防護(hù) 當(dāng)安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備受到雷擊時(shí),會(huì)有極為強(qiáng)大電流通過(guò)接地體泄入,那么在接地體附近會(huì)呈現(xiàn)出放射性的電位分布,形成一定范圍。與此同時(shí),周?chē)粲须娮釉O(shè)備,那么極有可能產(chǎn)生高壓地?cái)?shù)萬(wàn)伏的反擊,繼而造成設(shè)備損傷,威脅安全監(jiān)控系統(tǒng)。通常來(lái)講,建筑物在對(duì)直擊雷進(jìn)行處理時(shí),是通過(guò)避雷器與引下線將雷擊電流導(dǎo)入地面,使周?chē)臻g所存在的電有磁場(chǎng)發(fā)生不同程度變化,那么相鄰的電源線等可測(cè)出雷電過(guò)電壓。在這種情況下,非但不會(huì)有效對(duì)雷擊進(jìn)行處理,使安全監(jiān)控系統(tǒng)受到威脅,也在一定程度上對(duì)雷電進(jìn)行引入。為了有效對(duì)該情況做到避免,需要設(shè)計(jì)綜合防雷方案,相關(guān)人員根據(jù)實(shí)際情況來(lái)建設(shè)多層防護(hù),做好接地防護(hù),使周?chē)O(shè)備免受影響,同時(shí)增強(qiáng)微電子設(shè)備中所包含的集成電路芯片耐壓能力,保護(hù)安全監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)際操作中,綜合防雷方案的設(shè)計(jì)秉承著“等電位”的實(shí)現(xiàn)思想,通過(guò)多方角度考慮,對(duì)周?chē)h(huán)境、建筑物和氣候等做到綜合性研究,繼而使實(shí)際操作中的真實(shí)情況與理想中“等電位”做到極大程度地接近,可以在進(jìn)行保護(hù)時(shí),選用接地、分流和屏蔽等手段來(lái)進(jìn)行切實(shí)有效的防護(hù)。相關(guān)人員會(huì)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)控制室內(nèi)接地網(wǎng)絡(luò)選擇共用方式來(lái)接地,對(duì)一等電位連接金屬板、防靜電地、金屬殼等位置選用電位連接,還需注意設(shè)計(jì)接地情況。避雷器周?chē)鷳?yīng)布設(shè)接地匯集線,滿足與避雷器進(jìn)行連接的線呈現(xiàn)出最短距離,使防雷效果得到極大程度提升。工作中應(yīng)注意將中央控制中的分匯集線與總線進(jìn)行相連,做到單點(diǎn)接地而使接地體部位得到防護(hù)。

2.4 HDMI設(shè)備保護(hù)器 HDMI(高清多媒體接口)是一種全數(shù)字化視音頻發(fā)送接口,可以發(fā)送未壓縮的音頻和視頻信號(hào)。大連大和尚山微波站的視頻解碼設(shè)備和監(jiān)視器之間多采用HDMI接口線傳輸信號(hào),以往發(fā)生雷擊時(shí),曾出現(xiàn)過(guò)監(jiān)視器畫(huà)面中斷等故障。經(jīng)過(guò)分析后得出結(jié)論,這是由于雷擊產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電場(chǎng)在線路中產(chǎn)生感應(yīng)電流等引起的破壞,造成HDMI線路燒斷、監(jiān)視器的HDMI輸入端口損壞等故障,不僅影響了本站的信號(hào)監(jiān)測(cè)工作,還造成了財(cái)產(chǎn)損失。在此之后,本站在線路兩端加裝了HDMI設(shè)備保護(hù)器。電路中并聯(lián)TVS二極管,當(dāng)電路工作正常時(shí),二極管處于截止?fàn)顟B(tài);當(dāng)電路異常并達(dá)到其擊穿電壓時(shí),它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài),給電流提供一條低阻抗的導(dǎo)通路徑,把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi),從而保護(hù)線路;當(dāng)異常電壓消失時(shí),二極管恢復(fù)至高阻態(tài),電路正常工作。

結(jié)束語(yǔ)

通信行業(yè)中通信電源不可缺少,并在通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著重要作用。目前的通信電源技術(shù)取得了一定的發(fā)展,但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一定問(wèn)題,因此要不斷提升電源的安全性和穩(wěn)定性,從而推動(dòng)通信電源新技術(shù)更好發(fā)展。