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基站機房的防雷方式

時間:2013-7-28 14:44:40點擊:

  介:基站機房的防雷方式粗分的話可以就分為一體化防雷和非一體化防雷。非一體化防雷主要就是加裝避雷針、加強地網質量,降低接地電阻,改善工程質量,加裝防雷箱等等,主要是從非直接的角度、宏觀上、整體上來降低雷擊損...
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基站機房的防雷方式  
粗分的話可以就分為一體化防雷和非一體化防雷。非一體化防雷主要就是加裝避雷針、加強地網質量,降低接地電阻,改善工程質量,加裝防雷箱等等,主要是從非直接的角度、宏觀上、整體上來降低雷擊損害。  
防雷箱實際就是在電源進線端并聯了一個特殊的電阻,正常情況下這個電阻的電阻值很大,根據前面介紹的并聯電阻分流的原理,這個電阻分流很少很少,可以忽略不計;但是如果遇到雷擊,強大的雷電流會瞬間在電源進線端產生非常高的電壓,這時這個電阻就要快速地搶在其它設備被損壞之前讓自己被擊穿,電阻被擊穿后,電阻值迅速降低到接近零,雷電流會迅速從這個通路被瀉放掉,從而保護機房設備不受損壞。從以上的描述中我們不難看到有幾個關鍵的條件:第一、必須搶在其它設備被損壞之前先讓自己被擊穿。這就要求這個電阻器件的質量性能要足夠的好。現實中往往發現設備已經被雷擊損壞得面目全非了,而這個電阻還完好無損。第二、這個電阻的反應時間無論如何地迅速,總歸還是需要一段時間的,在這段時間里,機房設備仍然面臨雷電流高壓的短暫考驗。因此,要求機房設備本身具備一定的抗雷擊能力。那些脆弱的設備即使防雷箱動作了仍然有可能被擊壞。由此可見,僅僅加裝防雷箱是不夠的,抗雷擊能力非常有限。  
下面主要介紹一體化防雷。一體化防雷就是從接地、到機房線路布局到每一個具體的設備的有針對性地采取防雷措施。防雷更加細致,更加完善,效果也更好。我們每年都要花費大量經費進行一體化防雷改造,事實證明效果相當顯著。  一體化防雷從目前移動接觸過的來看,主要有“跟”、“瀉”、“堵”三大流派。 早期的“等電位連接法”我們稱為“跟”。原理就是將所有的設備通過導線進行連接,形成一個大的等勢體,大家知道,要有電勢差才會產生電流,既然是一個大的等勢體,那么雷擊來了,由于瀉雷將地電位抬得很高(為什么會這樣后面會專門介紹),由于大家是同一個等勢體,那就水漲船高吧,你高我也高,最終電勢差還是維持原樣,不會有太大變化。這種方案相當的理想化,存在很多的問題。主要有:1、連線相當復雜,設備不分巨細均要進行等電位連接,一旦有遺漏。就會失去保護。2、由于機房再施工或設備增減后都要進行相應的連接,非專業人員根本無法實現。3、理論上只有連接線用超導體連接起來才會成為真正的等勢體,即便是銅線,仍然存在電阻,雖然很小,但是在強大的雷電壓面前仍然可以分到足以擊壞設備的電壓。4、理論上只有絕對的直導線才不存在電感,而實際應用中機房中的導線都是彎來彎去,有的走線還不規范,就形成了電感。雖然電感值很小,但是雷電流是一個突變的強電流,仍然可以在電感上感應出足夠高的電壓擊毀設備。由此看來,等電位連接法現實中目前是根本不可能實現的。在我們進行的試點中效果也相當差。不可取。 
目前我們現網中普遍采用的是“瀉”和“堵”兩種方式。實用效果均可,但“瀉”的條件相對更為苛刻。因此,“堵”的方式在當前占了主流。形象地說,我們有一個院子,當洪水向我們院子沖過來時,為了保護院子,我們有兩種方案:一種就是在院子周圍開挖渠道泄洪,只要我們的泄洪渠道開挖得足夠寬闊,院子還是可以得以保全的;另一種方案就是堵,在我們的院子前面修建一道堤壩阻擋洪水,只要堤壩足夠高,足夠結實,院子也是可以保全的。再有一比就是“非典”時期大家都戴口罩,其實也是堵,擋住病毒保護了自己,至于病毒會不會去感染別人就不管了。“堵”是近幾年才出現的以深圳遠征為代表采用的方式,其他廠家基本上還是采用“瀉”的方式。 “堵”和“瀉”的主要區別是在對地阻的要求上。很顯然,要“瀉”,那就要有良好的通道,否則就會亂溢。因此這種方式對接地電阻和地網質量有嚴格的要求,只適合在土壤條件好,土壤濕潤的地方使用。要“堵”就要有足夠結實的堤壩,由于雷電流的強大,會在這個“堤壩”上產生超強的高壓,一般的材料是經受不住這個高壓的。因此,“堵”的方法一直都沒有實用,直到深圳遠征生產出了能耐受這個高壓的“高頻抑制器”。顯然,“堵”的方法對地阻不會有太嚴格的要求,這切合我們基站地網簡單,地質復雜的實際情況,也符合移動的行業規范要求。 
“瀉”的基本要求是:1、鐵塔和機房要有獨立的地網;2、地網之間間隔5~10米,作為隔離;3、設備的防雷地和保護地分開,單獨與地網連接,且接地引出點要求距離3~5米以上。 
“堵”的基本要求是:1、對接地無特別的要求,盡量符合接地要求;2、所有設備的進、出端均要串接“高頻抑制器”。也就是說在電源的進線端要串接一個高頻抑制器,這是所有設備的公共入口;在保護地與設備間要串接高頻抑制器,防止地電位反擊(后面會有介紹)。也就是說,在采用深圳遠征一體化防雷的機房中,所有設備的保護地不是直接入地,而是通過高頻抑制器再入地的。 鐵塔接地 機房防雷地 機房保護地 圖5 “瀉”方式接地 鐵塔防雷地網 機房地網 從上圖中可以看出,對于采用高頻抑制器“堵”的一體化防雷方式中,關鍵的防堵點就是兩個:電源進線端和接地端。因此在電源進線端和接地排上都要串聯一個高頻抑制器。高頻抑制器的特點是對高頻電流呈現很高的阻礙特性,對直流則暢通無阻。雷電流由于發生非常突然,過程也很短,可以認為是一個頻率非常高的電流,因此,圖中高頻抑制器1對雷電流呈現高阻抗。從前面介紹的串聯分壓的原理來看,此時雷電流造成的高壓幾乎全部會加在高頻抑制器1兩端,從而保護了后面的用電設備。高頻抑制器2的作用是用來防止“地電位反擊”。地電位反擊是怎么形成的呢?我們看上圖中鐵塔部分,當鐵塔引雷成功,雷電流會通過鐵塔的接地體進行瀉放,由于接地電阻不可能做到零,大地本身也不是超導體,因此總會存在地電阻R0,根據前面介紹的歐姆定律U=I*R,雷電流I相當大,因此會在A點產生很高的電壓,A點的高電壓通過隔離電阻R1傳遞到B點,使B點也產生高壓,從而產生倒灌電流損傷設備。這就是“地電位反擊”。 從圖5描述的“瀉”的方式中大家不難發現,也會存在同樣的“地電位反擊”的現象,只是圖中省略了沒有畫出來。現在我們來看怎樣才能盡量減輕“地電位反擊”造成的影響呢?顯然,首先我們可以降低地電阻R0,那么就可以盡可能地降低瀉流時A點的電壓;其次我們可以加大隔離電阻R1,從而減少A點對B點的影響。倒灌電流我們實際上可以看成是雷電流瀉放時的一種外溢,它會流經隔離電阻R1,根據歐姆定律,R1越大,它會分擔越大的電壓,從而減小對后面的影響。這也就是我們為什么在前面反復提到的鐵塔和機房要有獨立的地網,而且地網之間要有一定的間距,這都是為了盡量提高隔離電阻R1。如果是同一個地網,A點和B點之間是金屬件連接,R1就不可能大。最后,還有一種辦法,就是采用“堵”的辦法,在接地通路中串聯一個“高頻抑制器”,只要高頻抑制器的性能足夠好,倒灌電流就可以完全被阻斷,從而保護我們的設鐵塔接地機房地 圖6 “堵”方式接地 鐵塔防雷地網 機房地網 高頻抑制器2 總接地排 高頻抑制器1 市電進線 用電設備 地電阻R0 A B 雷電流i 隔離電阻R1 倒灌電流 備不被“地電位反擊”所損傷。而且我們還可以發現,由于采用了“堵”的方法,只要高頻抑制器性能足夠好,B點的電壓高點也無所謂,因此,就算鐵塔和機房共用一個地網問題也不大。再有就是,從圖6我們可以看出,由于采用的是“堵”,所以不用考慮防雷地對保護地的影響,機房中防雷地和保護地可以共用,沒有必要區分,對接地電阻也沒有嚴格的要求。 從以上的分析和介紹,我們可以得出一個結論:“瀉”和“堵”都是可以起到很好的防雷作用的,但是“瀉”的條件要求相對苛刻,后期維護相對復雜;而“堵”既簡單又高效,且后期維護要求低,是目前最適合我們移動基站采用的一體化防雷方式。

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