高山通信基站雷電防護關鍵技術研究與分析

劉清志

煙臺市弗蘭德電子科技有限公司 山東 煙臺 264000

1 雷電對通信臺站的危害

雷電災害的破壞力是非常強大的,很多設備內部構件比較精密。在雷電波入侵之后,會進入到電氣和線路通道中,瞬時間產(chǎn)生的高電壓和涌浪電壓都會對設備以及系統(tǒng)、網(wǎng)絡產(chǎn)生較大的損害。不僅會造成線路的損壞,還會導致設備的損壞和系統(tǒng)的癱瘓,會給相關單位帶來嚴重損失。近幾年來,從各通信臺站雷擊過電壓、過電流防護的應用效果來看,雷電災害仍是通信臺站面臨的最為嚴重的自然災害之一。

2 高山通信基站雷電防護關鍵技術

2.1 浪涌保護技術 雷電對基站的危害一方面來自直擊雷害,直擊雷害主要通過安裝接閃器、引下線和接地裝置進行防護,另一方面的危害來自感應雷危害,雷電波、雷電電磁感應引起的過電壓過電流通過線路引入到機房內部對設備造成破壞,而且由于基站機房內電子設備較多,感應雷危害占實際雷電危害的絕大部分,防護感應雷除了等電位連接措施,安裝浪涌保護器也是一重要方面。浪涌保護器主要通過限制瞬態(tài)過電壓和分走雷電流對設備進行保護。由于進入通信機房內的線路較多,包括電源線、信號線、天饋線等,因此需安裝不同類型的浪涌保護器,本文主要分析電源系統(tǒng)浪涌保護器的安裝。通信基站電源系統(tǒng)雷電過電壓保護應使用分級保護,按照防雷分區(qū)的原則安裝多級浪涌保護器,并且各級之間應保持必要的退耦距離或增設退耦器件。通常第一級浪涌保護器安裝在低壓配電輸入端,如變壓器低壓側或低壓配電室電源入口處,對于高通信基站,考慮到雷電環(huán)境惡劣,第一級浪涌保護器應選用大通流量的浪涌保護器來就行分流,如最大通流量不小于120KA第二級浪涌保護器安裝在后級配電處,如電源配電柜或開關箱等處,主要對雷電過電壓進行限壓;第三級浪涌保護器作精細保護,安裝在具體的設備處,如網(wǎng)絡柜、控制柜、數(shù)據(jù)柜的電源引入處,進一步限制過電壓到設備額定耐壓值以下;第四級或后面級別的浪涌保護器用于對直流設備或更精細設備的保護。

2.2 網(wǎng)絡信號防雷器 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,通過網(wǎng)線與交換機進行連接,曾在雷擊發(fā)生時出現(xiàn)過多個攝像頭畫面中斷的情況,經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)是由雷擊產(chǎn)生的感應電流引起,對交換機端口和攝像頭PoE供電模塊造成了損壞,更換攝像頭和交換機后,整個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)才恢復正常,造成了不小的財產(chǎn)損失。在此之后,本站在攝像頭和交換機之間加裝了RJ45網(wǎng)絡信號防雷器。網(wǎng)絡信號防雷器的工作原理與前文所述的HDMI設備保護器類似,如圖7所示,具體如下:電路中并聯(lián)TVS二極管,當電路工作正常時,二極管處于截止狀態(tài);當電路異常并達到其擊穿電壓時,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通路徑,把異常的高壓控制在安全水平之內,從而保護線路;當異常電壓消失時,二極管恢復至高阻態(tài),電路正常工作。針對網(wǎng)絡系統(tǒng)特點,網(wǎng)絡信號防雷器選用優(yōu)質TVS器件等,使連接設備免遭由系統(tǒng)引入的感應雷及靜電放電等損害。

2.3 接地體防護 當安全監(jiān)控系統(tǒng)設備受到雷擊時,會有極為強大電流通過接地體泄入,那么在接地體附近會呈現(xiàn)出放射性的電位分布,形成一定范圍。與此同時,周圍若有電子設備,那么極有可能產(chǎn)生高壓地數(shù)萬伏的反擊,繼而造成設備損傷,威脅安全監(jiān)控系統(tǒng)。通常來講,建筑物在對直擊雷進行處理時,是通過避雷器與引下線將雷擊電流導入地面,使周圍空間所存在的電有磁場發(fā)生不同程度變化,那么相鄰的電源線等可測出雷電過電壓。在這種情況下,非但不會有效對雷擊進行處理,使安全監(jiān)控系統(tǒng)受到威脅,也在一定程度上對雷電進行引入。為了有效對該情況做到避免,需要設計綜合防雷方案,相關人員根據(jù)實際情況來建設多層防護,做好接地防護,使周圍設備免受影響,同時增強微電子設備中所包含的集成電路芯片耐壓能力,保護安全監(jiān)控系統(tǒng)。實際操作中,綜合防雷方案的設計秉承著“等電位”的實現(xiàn)思想,通過多方角度考慮,對周圍環(huán)境、建筑物和氣候等做到綜合性研究,繼而使實際操作中的真實情況與理想中“等電位”做到極大程度地接近,可以在進行保護時,選用接地、分流和屏蔽等手段來進行切實有效的防護。相關人員會對監(jiān)控系統(tǒng)控制室內接地網(wǎng)絡選擇共用方式來接地,對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,還需注意設計接地情況。避雷器周圍應布設接地匯集線,滿足與避雷器進行連接的線呈現(xiàn)出最短距離,使防雷效果得到極大程度提升。工作中應注意將中央控制中的分匯集線與總線進行相連,做到單點接地而使接地體部位得到防護。

2.4 HDMI設備保護器 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。大連大和尚山微波站的視頻解碼設備和監(jiān)視器之間多采用HDMI接口線傳輸信號,以往發(fā)生雷擊時,曾出現(xiàn)過監(jiān)視器畫面中斷等故障。經(jīng)過分析后得出結論,這是由于雷擊產(chǎn)生強大的感應電場在線路中產(chǎn)生感應電流等引起的破壞,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監(jiān)測工作,還造成了財產(chǎn)損失。在此之后,本站在線路兩端加裝了HDMI設備保護器。電路中并聯(lián)TVS二極管,當電路工作正常時,二極管處于截止狀態(tài);當電路異常并達到其擊穿電壓時,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通路徑,把異常的高壓控制在安全水平之內,從而保護線路;當異常電壓消失時,二極管恢復至高阻態(tài),電路正常工作。

結束語

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