通信車防雷設(shè)計(jì)

文∕殷永臣

1 前言

通信車的天線處于整個(gè)車輛的最高點(diǎn)，部分裝置有移動(dòng)天線的通信車，出于信號(hào)接受的考慮，一般也會(huì)將外部天線安置到最高處，這就容易使通信車招致雷擊，影響到整個(gè)通信車的工作。再加上，通信車在運(yùn)行的過程中，外部還存有電源、天線等物體，也容易招致到雷擊，因此，對通信車進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，對整體的運(yùn)行來說有著至關(guān)重要性。在此背景下，本研究結(jié)合通信車的實(shí)際需求，進(jìn)行防雷系統(tǒng)的搭建與設(shè)計(jì)。

2 防雷設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

由于通信車防雷設(shè)計(jì)過程中涉及到的內(nèi)容相對較多，因此必須從通信車的整個(gè)系統(tǒng)出發(fā)，對通信車運(yùn)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。本研究以通信車的集成為出發(fā)點(diǎn)，對通信車的接地、電磁兼容、布線設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)的處理，確保通信車運(yùn)行過程中的各個(gè)防雷系統(tǒng)能夠相互配合，起到最大化的防雷效果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中，考慮到各種雷擊對通信車的危害程度，本設(shè)計(jì)采用多套防護(hù)設(shè)施，本研究中以感應(yīng)雷防護(hù)設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，以直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，詳細(xì)設(shè)計(jì)思路見圖1。

2.2 直擊雷防護(hù)

應(yīng)急通信車的直擊雷主要表現(xiàn)為雷電對通信車的天線系統(tǒng)進(jìn)行損壞，因此，在直擊雷防護(hù)的過程中主要是對通信車的天線設(shè)施進(jìn)行防雷保護(hù)。因此，本研究對通信車天線系統(tǒng)引入可折疊的防護(hù)裝置，在防護(hù)中設(shè)置接閃、疏導(dǎo)雷電流等內(nèi)容，詳細(xì)設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 通信車避雷針設(shè)計(jì)

在防護(hù)天線裝置應(yīng)用的過程中，根據(jù)通信車輛的具體情況，確定防護(hù)裝置的長度或者高度，在長度與高度確定的過程中，本研究采用公式法和滾球法進(jìn)行計(jì)算，詳細(xì)如下。

2.2.1 公式法

通信車避雷防護(hù)裝置應(yīng)用的過程中，主要是根據(jù)避雷針的防護(hù)半徑進(jìn)行高度的設(shè)置，一般來說，當(dāng)避雷針的高度小于等于被保護(hù)物體時(shí)，避雷針的防護(hù)范圍計(jì)算如下：

其中，h 為車輛高度，hr為滾動(dòng)半徑，hx為被保護(hù)半徑，R0為避雷針保護(hù)半徑，Rr為平面高度避雷針保護(hù)半徑。按照我國通信車的具體情況，計(jì)算得出避雷針保護(hù)半徑為23.6m，平面高度避雷針保護(hù)半徑為15.1m。

2.2.2 滾球法

根據(jù)公式法計(jì)算的結(jié)果，本設(shè)計(jì)可以對通信車直擊雷的防護(hù)需求進(jìn)行滿足。按照計(jì)算的數(shù)據(jù)，將避雷裝置應(yīng)用到天線系統(tǒng)中，與天線系統(tǒng)共用一根升降桿，但是對兩者之間的距離進(jìn)行間隔3m，以此來防止直擊雷防護(hù)過程中對天線系統(tǒng)進(jìn)行損壞，詳見圖3。

圖3 防雷區(qū)域計(jì)算

根據(jù)上圖，對引下線進(jìn)行設(shè)置的過程中，采用橫截面在45mm 左右的絕緣電纜，以此來保證整個(gè)防護(hù)的效果。

2.3 感應(yīng)雷防護(hù)

感應(yīng)雷對通信車的損毀，主要是以信號(hào)傳輸為媒介，通過對信號(hào)的感應(yīng)，對信號(hào)裝載系統(tǒng)、裝置進(jìn)行破壞。一般來說，通信車?yán)纂娛鹿手校袘?yīng)雷的幾率相對較大，因此，本研究從電源避雷器、信號(hào)避雷器和射頻避雷器三種方式出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3.1 電源避雷器

通信車的運(yùn)行需要有交流電進(jìn)行支撐，因此，通信車中均安有電源盒，為了防止雷電對電源盒的損壞，本研究對電源盒中設(shè)置避雷系統(tǒng)，以此來預(yù)防雷擊對整個(gè)電源系統(tǒng)的損毀，并且對感應(yīng)雷電進(jìn)行分流。本設(shè)計(jì)中采用火花間隙式避雷器對雷電進(jìn)行接地，防止避雷器的運(yùn)行中產(chǎn)生漏電問題。為了提升電源避雷器的防護(hù)效果，對電源避雷器的參數(shù)進(jìn)行如下設(shè)置，詳見表1。

表1 電源避雷器參數(shù)設(shè)置

2.3.2 射頻避雷器

射頻避雷器主要是對通信車天線裝置進(jìn)行設(shè)置，對通信車的天線根部安裝串入式射頻避雷器，裝置的兩端分別連接天線和發(fā)射機(jī)，以此來對外部雷電進(jìn)行防護(hù)。在射頻避雷器運(yùn)行的過程中，需要將電流控制在20KA 以內(nèi)，并對其進(jìn)行接地裝置。在避雷器類型的選取上，選用當(dāng)前性能較高的寬帶射頻避雷器。

2.3.3 信號(hào)避雷器

通信車的信號(hào)避雷器主要安置在信號(hào)壁盒的接口部位，對信號(hào)避雷器進(jìn)行多級(jí)電路的保護(hù)，從而來保證內(nèi)部設(shè)置免遭損壞。同時(shí)，需要將信號(hào)避雷器進(jìn)行調(diào)整，按照信號(hào)傳輸?shù)念悇e進(jìn)行防護(hù)電壓的設(shè)置，如，對數(shù)字信號(hào)傳輸來說，應(yīng)當(dāng)采用24V 以內(nèi)的信號(hào)避雷器。如果涉及到信號(hào)的遠(yuǎn)路傳輸，需要對信號(hào)壁盒接口設(shè)置及接入線路，并設(shè)置接地線。

2.4 接地設(shè)計(jì)

通信車在避雷過程中，需要有接地設(shè)計(jì)，以此來將雷電進(jìn)行引流，對整個(gè)雷電防護(hù)效果進(jìn)行優(yōu)化，以下，本文按照車內(nèi)地網(wǎng)和車外接地網(wǎng)的分類，進(jìn)行分別設(shè)計(jì)。

2.4.1 車內(nèi)地網(wǎng)設(shè)計(jì)

在車內(nèi)的防護(hù)布局上，選取銅帶作為地網(wǎng)的主要材料，銅帶的寬度與厚度應(yīng)當(dāng)分別在44mm 和2mm 左右，在銅帶外覆蓋橡皮材質(zhì)的防護(hù)。在車內(nèi)地王的電源處要安裝整車接地線的匯合點(diǎn)，設(shè)備地、車體地等交匯以后接入到整個(gè)地面裝置中，以此來保證雷電擊中以后能夠?qū)㈦娏餮杆賹?dǎo)入到地面中，防止雷電對車內(nèi)人員、器材的損毀。

2.4.2 車外地網(wǎng)設(shè)計(jì)

在外部地網(wǎng)設(shè)置的過程中，應(yīng)當(dāng)在外部電源壁盒上設(shè)置防雷的交匯點(diǎn)，采用橫截面在15mm 以內(nèi)的接地線，與車內(nèi)的接電線進(jìn)行聯(lián)通，并在車外接電線組成相互聯(lián)通的地網(wǎng)，以此來釋放出最大的引流功能。此外，需要為車外地網(wǎng)設(shè)置接地棒，保證各個(gè)接地棒的間隔在3m 左右，接地棒應(yīng)當(dāng)插入到基地裝置的三分之二處。使接地棒、接地線與接地體形成一個(gè)完整的系統(tǒng)。

3 結(jié)語

由于通信車運(yùn)行的環(huán)境相對較為惡劣，這也就凸顯出了通信車防雷設(shè)計(jì)的重要性，直接關(guān)系到通信車運(yùn)行與工作的安全與質(zhì)量。在我國的實(shí)踐過程中，已經(jīng)將通信車的雷電防護(hù)設(shè)置引入到整個(gè)車輛集成設(shè)計(jì)的過程中，以此來確保防雷設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性。本設(shè)計(jì)結(jié)合筆者的工作經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)的理論知識(shí)，形成整體的通信車?yán)纂姺雷o(hù)設(shè)計(jì)思路，為我國通信車?yán)纂姺雷o(hù)的設(shè)計(jì)提供參考。