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基站机房的防雷方式

时间:2013-7-28 14:44:40点击:

  介:基站机房的防雷方式粗分的话可以就分为一体化防雷和非一体化防雷。非一体化防雷主要就是加装避雷针、加强地网质量,降低接地电阻,改善工程质量,加装防雷箱等等,主要是从非直接的角度、宏观上、整体上来降低雷击损...
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基站机房的防雷方式  
粗分的话可以就分为一体化防雷和非一体化防雷。非一体化防雷主要就是加装避雷针、加强地网质量,降低接地电阻,改善工程质量,加装防雷箱等等,主要是从非直接的角度、宏观上、整体上来降低雷击损害。  
防雷箱实际就是在电源进线端并联了一个特殊的电阻,正常情况下这个电阻的电阻值很大,根据前面介绍的并联电阻分流的原理,这个电阻分流很少很少,可以忽略不计;但是如果遇到雷击,强大的雷电流会瞬间在电源进线端产生非常高的电压,这时这个电阻就要快速地抢在其它设备被损坏之前让自己被击穿,电阻被击穿后,电阻值迅速降低到接近零,雷电流会迅速从这个通路被泻放掉,从而保护机房设备不受损坏。从以上的描述中我们不难看到有几个关键的条件:第一、必须抢在其它设备被损坏之前先让自己被击穿。这就要求这个电阻器件的质量性能要足够的好。现实中往往发现设备已经被雷击损坏得面目全非了,而这个电阻还完好无损。第二、这个电阻的反应时间无论如何地迅速,总归还是需要一段时间的,在这段时间里,机房设备仍然面临雷电流高压的短暂考验。因此,要求机房设备本身具备一定的抗雷击能力。那些脆弱的设备即使防雷箱动作了仍然有可能被击坏。由此可见,仅仅加装防雷箱是不够的,抗雷击能力非常有限。  
下面主要介绍一体化防雷。一体化防雷就是从接地、到机房线路布局到每一个具体的设备的有针对性地采取防雷措施。防雷更加细致,更加完善,效果也更好。我们每年都要花费大量经费进行一体化防雷改造,事实证明效果相当显著。  一体化防雷从目前移动接触过的来看,主要有“跟”、“泻”、“堵”三大流派。 早期的“等电位连接法”我们称为“跟”。原理就是将所有的设备通过导线进行连接,形成一个大的等势体,大家知道,要有电势差才会产生电流,既然是一个大的等势体,那么雷击来了,由于泻雷将地电位抬得很高(为什么会这样后面会专门介绍),由于大家是同一个等势体,那就水涨船高吧,你高我也高,最终电势差还是维持原样,不会有太大变化。这种方案相当的理想化,存在很多的问题。主要有:1、连线相当复杂,设备不分巨细均要进行等电位连接,一旦有遗漏。就会失去保护。2、由于机房再施工或设备增减后都要进行相应的连接,非专业人员根本无法实现。3、理论上只有连接线用超导体连接起来才会成为真正的等势体,即便是铜线,仍然存在电阻,虽然很小,但是在强大的雷电压面前仍然可以分到足以击坏设备的电压。4、理论上只有绝对的直导线才不存在电感,而实际应用中机房中的导线都是弯来弯去,有的走线还不规范,就形成了电感。虽然电感值很小,但是雷电流是一个突变的强电流,仍然可以在电感上感应出足够高的电压击毁设备。由此看来,等电位连接法现实中目前是根本不可能实现的。在我们进行的试点中效果也相当差。不可取。 
目前我们现网中普遍采用的是“泻”和“堵”两种方式。实用效果均可,但“泻”的条件相对更为苛刻。因此,“堵”的方式在当前占了主流。形象地说,我们有一个院子,当洪水向我们院子冲过来时,为了保护院子,我们有两种方案:一种就是在院子周围开挖渠道泄洪,只要我们的泄洪渠道开挖得足够宽阔,院子还是可以得以保全的;另一种方案就是堵,在我们的院子前面修建一道堤坝阻挡洪水,只要堤坝足够高,足够结实,院子也是可以保全的。再有一比就是“非典”时期大家都戴口罩,其实也是堵,挡住病毒保护了自己,至于病毒会不会去感染别人就不管了。“堵”是近几年才出现的以深圳远征为代表采用的方式,其他厂家基本上还是采用“泻”的方式。 “堵”和“泻”的主要区别是在对地阻的要求上。很显然,要“泻”,那就要有良好的通道,否则就会乱溢。因此这种方式对接地电阻和地网质量有严格的要求,只适合在土壤条件好,土壤湿润的地方使用。要“堵”就要有足够结实的堤坝,由于雷电流的强大,会在这个“堤坝”上产生超强的高压,一般的材料是经受不住这个高压的。因此,“堵”的方法一直都没有实用,直到深圳远征生产出了能耐受这个高压的“高频抑制器”。显然,“堵”的方法对地阻不会有太严格的要求,这切合我们基站地网简单,地质复杂的实际情况,也符合移动的行业规范要求。 
“泻”的基本要求是:1、铁塔和机房要有独立的地网;2、地网之间间隔5~10米,作为隔离;3、设备的防雷地和保护地分开,单独与地网连接,且接地引出点要求距离3~5米以上。 
“堵”的基本要求是:1、对接地无特别的要求,尽量符合接地要求;2、所有设备的进、出端均要串接“高频抑制器”。也就是说在电源的进线端要串接一个高频抑制器,这是所有设备的公共入口;在保护地与设备间要串接高频抑制器,防止地电位反击(后面会有介绍)。也就是说,在采用深圳远征一体化防雷的机房中,所有设备的保护地不是直接入地,而是通过高频抑制器再入地的。 铁塔接地 机房防雷地 机房保护地 图5 “泻”方式接地 铁塔防雷地网 机房地网 从上图中可以看出,对于采用高频抑制器“堵”的一体化防雷方式中,关键的防堵点就是两个:电源进线端和接地端。因此在电源进线端和接地排上都要串联一个高频抑制器。高频抑制器的特点是对高频电流呈现很高的阻碍特性,对直流则畅通无阻。雷电流由于发生非常突然,过程也很短,可以认为是一个频率非常高的电流,因此,图中高频抑制器1对雷电流呈现高阻抗。从前面介绍的串联分压的原理来看,此时雷电流造成的高压几乎全部会加在高频抑制器1两端,从而保护了后面的用电设备。高频抑制器2的作用是用来防止“地电位反击”。地电位反击是怎么形成的呢?我们看上图中铁塔部分,当铁塔引雷成功,雷电流会通过铁塔的接地体进行泻放,由于接地电阻不可能做到零,大地本身也不是超导体,因此总会存在地电阻R0,根据前面介绍的欧姆定律U=I*R,雷电流I相当大,因此会在A点产生很高的电压,A点的高电压通过隔离电阻R1传递到B点,使B点也产生高压,从而产生倒灌电流损伤设备。这就是“地电位反击”。 从图5描述的“泻”的方式中大家不难发现,也会存在同样的“地电位反击”的现象,只是图中省略了没有画出来。现在我们来看怎样才能尽量减轻“地电位反击”造成的影响呢?显然,首先我们可以降低地电阻R0,那么就可以尽可能地降低泻流时A点的电压;其次我们可以加大隔离电阻R1,从而减少A点对B点的影响。倒灌电流我们实际上可以看成是雷电流泻放时的一种外溢,它会流经隔离电阻R1,根据欧姆定律,R1越大,它会分担越大的电压,从而减小对后面的影响。这也就是我们为什么在前面反复提到的铁塔和机房要有独立的地网,而且地网之间要有一定的间距,这都是为了尽量提高隔离电阻R1。如果是同一个地网,A点和B点之间是金属件连接,R1就不可能大。最后,还有一种办法,就是采用“堵”的办法,在接地通路中串联一个“高频抑制器”,只要高频抑制器的性能足够好,倒灌电流就可以完全被阻断,从而保护我们的设铁塔接地机房地 图6 “堵”方式接地 铁塔防雷地网 机房地网 高频抑制器2 总接地排 高频抑制器1 市电进线 用电设备 地电阻R0 A B 雷电流i 隔离电阻R1 倒灌电流 备不被“地电位反击”所损伤。而且我们还可以发现,由于采用了“堵”的方法,只要高频抑制器性能足够好,B点的电压高点也无所谓,因此,就算铁塔和机房共用一个地网问题也不大。再有就是,从图6我们可以看出,由于采用的是“堵”,所以不用考虑防雷地对保护地的影响,机房中防雷地和保护地可以共用,没有必要区分,对接地电阻也没有严格的要求。 从以上的分析和介绍,我们可以得出一个结论:“泻”和“堵”都是可以起到很好的防雷作用的,但是“泻”的条件要求相对苛刻,后期维护相对复杂;而“堵”既简单又高效,且后期维护要求低,是目前最适合我们移动基站采用的一体化防雷方式。

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