高山通信基站雷电防护关键技术研究与分析

2021-07-12刘清志

探索科学(学术版) 2021年4期

刘清志

烟台市弗兰德电子科技有限公司山东烟台 264000

1 雷电对通信台站的危害

雷电灾害的破坏力是非常强大的,很多设备内部构件比较精密。在雷电波入侵之后,会进入到电气和线路通道中,瞬时间产生的高电压和涌浪电压都会对设备以及系统、网络产生较大的损害。不仅会造成线路的损坏,还会导致设备的损坏和系统的瘫痪,会给相关单位带来严重损失。近几年来,从各通信台站雷击过电压、过电流防护的应用效果来看,雷电灾害仍是通信台站面临的最为严重的自然灾害之一。

2 高山通信基站雷电防护关键技术

2.1 浪涌保护技术雷电对基站的危害一方面来自直击雷害,直击雷害主要通过安装接闪器、引下线和接地装置进行防护,另一方面的危害来自感应雷危害,雷电波、雷电电磁感应引起的过电压过电流通过线路引入到机房内部对设备造成破坏,而且由于基站机房内电子设备较多,感应雷危害占实际雷电危害的绝大部分,防护感应雷除了等电位连接措施,安装浪涌保护器也是一重要方面。浪涌保护器主要通过限制瞬态过电压和分走雷电流对设备进行保护。由于进入通信机房内的线路较多,包括电源线、信号线、天馈线等,因此需安装不同类型的浪涌保护器,本文主要分析电源系统浪涌保护器的安装。通信基站电源系统雷电过电压保护应使用分级保护,按照防雷分区的原则安装多级浪涌保护器,并且各级之间应保持必要的退耦距离或增设退耦器件。通常第一级浪涌保护器安装在低压配电输入端,如变压器低压侧或低压配电室电源入口处,对于高通信基站,考虑到雷电环境恶劣,第一级浪涌保护器应选用大通流量的浪涌保护器来就行分流,如最大通流量不小于120KA第二级浪涌保护器安装在后级配电处,如电源配电柜或开关箱等处,主要对雷电过电压进行限压;第三级浪涌保护器作精细保护,安装在具体的设备处,如网络柜、控制柜、数据柜的电源引入处,进一步限制过电压到设备额定耐压值以下;第四级或后面级别的浪涌保护器用于对直流设备或更精细设备的保护。

2.2 网络信号防雷器大连大和尚山微波站环境监控所使用的摄像头采用PoE供电方式,通过网线与交换机进行连接,曾在雷击发生时出现过多个摄像头画面中断的情况,经排查后发现是由雷击产生的感应电流引起,对交换机端口和摄像头PoE供电模块造成了损坏,更换摄像头和交换机后,整个环境监测系统才恢复正常,造成了不小的财产损失。在此之后,本站在摄像头和交换机之间加装了RJ45网络信号防雷器。网络信号防雷器的工作原理与前文所述的HDMI设备保护器类似,如图7所示,具体如下:电路中并联TVS二极管,当电路工作正常时,二极管处于截止状态;当电路异常并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给电流提供一条低阻抗的导通路径,把异常的高压控制在安全水平之内,从而保护线路;当异常电压消失时,二极管恢复至高阻态,电路正常工作。针对网络系统特点,网络信号防雷器选用优质TVS器件等,使连接设备免遭由系统引入的感应雷及静电放电等损害。

2.3 接地体防护当安全监控系统设备受到雷击时,会有极为强大电流通过接地体泄入,那么在接地体附近会呈现出放射性的电位分布,形成一定范围。与此同时,周围若有电子设备,那么极有可能产生高压地数万伏的反击,继而造成设备损伤,威胁安全监控系统。通常来讲,建筑物在对直击雷进行处理时,是通过避雷器与引下线将雷击电流导入地面,使周围空间所存在的电有磁场发生不同程度变化,那么相邻的电源线等可测出雷电过电压。在这种情况下,非但不会有效对雷击进行处理,使安全监控系统受到威胁,也在一定程度上对雷电进行引入。为了有效对该情况做到避免,需要设计综合防雷方案,相关人员根据实际情况来建设多层防护,做好接地防护,使周围设备免受影响,同时增强微电子设备中所包含的集成电路芯片耐压能力,保护安全监控系统。实际操作中,综合防雷方案的设计秉承着“等电位”的实现思想,通过多方角度考虑,对周围环境、建筑物和气候等做到综合性研究,继而使实际操作中的真实情况与理想中“等电位”做到极大程度地接近,可以在进行保护时,选用接地、分流和屏蔽等手段来进行切实有效的防护。相关人员会对监控系统控制室内接地网络选择共用方式来接地,对一等电位连接金属板、防静电地、金属壳等位置选用电位连接,还需注意设计接地情况。避雷器周围应布设接地汇集线,满足与避雷器进行连接的线呈现出最短距离,使防雷效果得到极大程度提升。工作中应注意将中央控制中的分汇集线与总线进行相连,做到单点接地而使接地体部位得到防护。

2.4 HDMI设备保护器 HDMI(高清多媒体接口)是一种全数字化视音频发送接口,可以发送未压缩的音频和视频信号。大连大和尚山微波站的视频解码设备和监视器之间多采用HDMI接口线传输信号,以往发生雷击时,曾出现过监视器画面中断等故障。经过分析后得出结论,这是由于雷击产生强大的感应电场在线路中产生感应电流等引起的破坏,造成HDMI线路烧断、监视器的HDMI输入端口损坏等故障,不仅影响了本站的信号监测工作,还造成了财产损失。在此之后,本站在线路两端加装了HDMI设备保护器。电路中并联TVS二极管,当电路工作正常时,二极管处于截止状态;当电路异常并达到其击穿电压时,它迅速由高阻态变为低阻态,给电流提供一条低阻抗的导通路径,把异常的高压控制在安全水平之内,从而保护线路;当异常电压消失时,二极管恢复至高阻态,电路正常工作。