移动通信车辆防雷设计模版

移动通信车辆防雷设计模版移动通信车辆防雷设计模版 一 系统简介一 系统简介 通信系统的种类有很多 通信方式也各不相同 随着信息工程的高 速发展 为满足特殊通信场所大信息交换的要求 移动通信车辆成 为各种通信系统应急通信的必备设施 移动通信车辆的使用地点大 多在需要密集使用通信信道的地点 如有集会的会场 展览馆 体 育馆等 特殊情况也有在野外使用的现象 如作战用通信指挥车 测控用雷达车等 从防雷的角度来看 只要是大地上的建筑物 包括大地表面 都有 遭受雷击的可能性 而移动通信车辆往往在建筑物附近或在空旷的 地区布置 也容易成为雷击的主要目标 如果移动通信车辆在建筑 物附近停靠工作时 当有直接雷发生并击中建筑物 通常会产生光 能 闪电 声能 雷声 热能 雷击击中导体时产生的热效应 和电磁感应等现象 雷击时产生的雷击电磁脉冲 其中对周围设 备影响最大的是电磁脉冲引起的电磁感应现象 建筑物一旦遭受雷 击 伴随着雷击产生的雷击电磁脉冲能使数公里范围内的金属物体 处在过电压的危险之中 同时大约50 的雷电流将沿建筑物顶部避雷 针 引下线通路直接泄放入地 频率成分非常复杂的雷电流快速 通过引下线时会在周围感应出极强的电磁场 由于雷电流有极大的 峰值和陡度 在它周围的空间有强大的变化电磁场 处在这电磁场 中的导体会产生电磁感应现象 如果在雷电流引下线附近设置一个 开口的金属环 如图1 所示 图1 开口金属环的感应电势 图2 闭合金 属环感生的电流 金属环上的感应电势 Uab 足以使 a b 间放电 继而损坏设备 这 种在金属开环中形成的感应电势称为雷击感应过电压 如果在雷电 流引下线附近设置一个闭合的金属环 如图2 所示 闭合的金属环上会产生感生电流 i 这种电流将影响电路正常工作 电流 使设备出现误动作甚至损坏 这种在金属闭合环中形成的感 生电流称为雷击感应过电流 暴露在建筑物电磁脉冲环境的移动通 信车辆受到电磁感应的几率非常大 如果移动通信车辆直接停放在空旷的野外无任何其他建筑物保护的 情况下 这时的移动通信车辆相当于固定的通信基站 遭受雷击现 象可等同于通信基站考虑 即通信基站 移动通信车辆 可能遭受 直接雷 感应雷 雷电波侵入和地电位反击等多种危害 1 1 直接雷击 直接雷击 直接雷击是指雷电直接击到物体上 雷电的大部分能量由被击物导 走 对通信基站来说 铁塔 天线 架空电力线及传输线 通信 车辆一般采用微波中继传输 都有可能遭受直接雷击 直接雷击的 特点是能量大 电力线发生直接雷击 容易发生火花放电 引起火 灾 同时 雷电流由电力线进入机房 电源及设备常难逃被击厄运 在雷电环境较为恶劣的地区雷击击断电力线发生接地短路事故时有 发生 传输线发生直接雷击 与其相连的中继线路板发生损坏是常 见的 较大的雷击可导致中继线焦化 线对之间发生短路 致使传 输中断 2 2 雷电电磁感应 雷电电磁感应 依据电磁感应原理 在雷电入地瞬间 雷电流通道的2km 范围内都 可能产生危险的过电压 当基站附近发生雷击或铁塔接闪器接闪时 机房内的设备都处在这个危险的电磁环境中 如果是一个开环要产 生感生电压 如果是一个闭合回路则要产生感生电流 我们知道一 个闭合回路的面积越大 通过的磁通量越多 产生的感生电流也越 强 这就是为什么 有时一个与外界并无联系的内部网络系统 几 声雷响过后 产生瘫痪的原因 3 3 电力线 传输线引入的过电压 电力线 传输线引入的过电压 雷击供电线路 附近发生雷击产生的瞬变电磁场在供电线路上形成的 过电压以及雷电的下行先导在供电线路上产生的静电感应均有可能 通过供电线路进入设备而使设备损坏 依据公式 Em M di dt 其中 M 为互感系数 M 2 10 7 l ln x2 x1 di dt 为雷击电流变化率 Em 为感生电压 1为矩形环的高度 x1为环近边矩雷电流的距离 x2为环远边距雷电流的距离 一个5m 5m 的开口金属环 在雷电电流峰值为100kA 波头为2 5 s 时 距雷击点为20m 时感应电压为8 9kV 左右 距雷击点为200m 时 感应电压为1kV 左右 大量雷击事故统计表明 70 80 的雷击由电 源线引入 感应过电压同样可以沿传输线引入 与电力线相比沿传输线引入的 过电压能量通常相对小一些 这是因为在电磁耦合过程中较多的能 量耦合到电力线上 而在传输电缆孤立架设 没有其他线路与其分 担时 大部分雷电能量同样会耦合其上 这就是为什么有时一根电 话线引入的雷击能致人于死地 移动通信车辆由于采用微波中继传 输 暴露在外部空间的微波馈线也感应过电压而传输至通信车内 4 4 天馈线引入过电压 天馈线引入过电压 馈线在外部与天线支撑铁架平行引下 馈线外皮与铁架形成一个良 好电容 接闪器接闪时 由电容及电感耦合产生的过电压接近于雷 电沿铁架流下的强度 这样强大的过电压如不做相应的防护处理是 十分危险的 因此馈线的外皮必须进行良好的接地 接地点不少于 两点 由于馈线的芯线无法直接接地 为过电压的引入提供了通道 与馈线相连的无线接入设备发生损坏 是不可避免的 5 5 地电位反击 地电位反击 地电位反击是雷电流入地瞬间 由于地电位不同而产生的电位差 沿接地线到达设备的外壳 电力线的中性线以及直流地的基准电位 点 造成的后果是有可能使设备的外壳带上数千伏直至数万伏的过 电压 或是电力线的中性线带上数千伏直至数万伏的过电压 或是 直流地的基准零电位点瞬间抬高数千伏直至数万伏 危及人和设备 的安全 造成这些后果的直接原因是要求分开接地的条件不具备 却仍然采取分地措施 实验说明 两个地之间的距离为30m 时 这 种反击现象仍然存在的 综上所述 由于移动通信车辆存在多种遭受雷击的可能性 因此移 动通信车辆的防雷问题应引起重视 二 方案设计二 方案设计 当前 我国现行的防雷标准和规范中还没有这方面的介绍 结合移 动通信车辆 移动 的特点和通信车辆的内部通信结构作适当的防 雷技术建议是适宜的 我公司通过多年在通信领域的防雷经验 以 国家防雷标准和通信行业防雷标准为基础 提出移动通信车辆的整 体防雷建议 本建议以 GSM 移动通信车辆为参考 整体防雷建议分 外部防护 内部防护和等电位连接措施三部分 1 1 外部防护外部防护 1 11 1 避雷针避雷针 由于移动通信车辆在野外空旷地带无其他建筑保护时很容易遭受直 接雷的袭击 因此应按通信车辆的外型尺寸和车辆上的天线的高度 来布置避雷针 避雷针的高度须采用 滚球法 计算出 如避雷针 与天线在同一平面 车顶 固定时 避雷针与天线应相距3m 避雷 针支架需与车体绝缘 根据避雷针的在野外使用的客观原因 应尽量采用具有提前放电功 能 编者注 这种接闪器是否有效 请参阅本期另一篇名为 对非常 规防雷方法的批评 的译文 或可防止侧击雷击的避雷针 避雷针可 根据车辆的车体内布局空间制造成可折叠式或可拆卸式 方便运输 和安装 当移动通信车辆靠近高大建筑物时 且建筑物能完全保护 移动通信车辆免遭直接雷的情况下 可不加装避雷针 但应注意与 大楼间的安全距离要求 1 21 2 引下线引下线 避雷针的引下线应不少于2 条 引下线应采用不小于95mm2多股铜芯 电缆 引下线直接与避雷针底部相连接 可拆卸的压接方式 压接 螺栓不小于 M12 并与车体高度绝缘 使用时 引下线应沿车体外 侧对称敷设 并与车体高度绝缘 1 31 3 防雷接地防雷接地 每条引下线与两支接地体相连 两条引下线与四支接地体相连 连 接方式为压接 压接螺栓不小于 M12 每支接地体长1 5m 建议采 用50 50 5 角钢 间距3m 接地体距车体水平距离5m 每条引下 线的冲击接地电阻应小于10 2 2 内部防护 内部防护 2 12 1 电源防护电源防护 在外接电源屏 或车载发电机 输出的交流电源进入整流设备前加 装交流电源电涌保护器 其通流量不应小于100kA 8 20 s 交 流电源电涌保护器地线就近与车内接地系统相连 在整流设备输出 的直流电源进入无线收发设备前加装直流电源电涌保护器 其通流 量不应小于5kA 8 20 s 直流电源电涌保护器地线就近与车内 接地系统相连 加装交流电源电涌保护器的目的是为了防止由外部引入的雷击过电 压使车体内设备损坏 加装直流电源电涌保护器的目的是为了防止 地电位反击时 反击过电压使直流电源侧设备损坏 同时对感应雷 击过电压也能起到抑制作用 使用使用 MVSMVS 50B 3 NPE50B 3 NPE 开关型电源防雷模块或者开关型电源防雷模块或者 MBMB UP 3L 120BUP 3L 120B 电源电源 防雷箱 防雷箱 2 22 2 天馈线防护天馈线防护 天线和微波的天馈线金属屏蔽层在进入设备前应不少于两次接地措 施 天线天馈线在进入无线收发设备之前应加装天馈线电涌保护器 其通流量不应小于50kA 8 20 s 天馈线电涌保护器地线就近与 车内接地系统相连 加装天馈线电涌保护器的目的是为了防止由外 部引入的雷击过电压使车体内设备损坏 使用使用 MAFG50MAFG50系列系列天馈线电涌保护器 天馈线电涌保护器 2 32 3 设备保护接地设备保护接地 在车内静电地板下设置接地汇流排 可采用40 4mm 铜排 接地汇流 排在静电地板下环形布置 将车体的金属接地端 设备金属外壳保 护地 直流电源地 防雷地 静电地等就近与接地汇流排相连 连 接导线不小于35mm2多股铜芯线 接地汇流排与两条接地汇集线相连 接地汇集线不小于95mm2多股铜 芯线 每条接地汇集线与一根长2 5m 建议采用50 50 5mm 角钢 接地体相连 接地体在车外两侧平地布置 接地体距车体水平距离 应大于5m 并尽量远离防雷接地 每条接地汇集线的冲击接地电阻应 小于10 设备保护接地系统应尽量远离防雷接地系统 雷暴时两接地系统间 严禁有工作人员走动 当移动通信车辆靠近高大建筑物时 且建筑 物能完全保护移动通信车辆免遭直接雷的情况下 可利用建筑物的 地网作为移动通信车辆的保护接地 一般方法是将移动通信车辆的 接地