摘要:雷电是一种自然界中常见的放电现象,在通信领域往往以强大的破坏力给通信设备带来直接的威胁。而当前通信设备构成的核心部件是集成电路(IC)。集成电路抗干扰能力比较弱,即使是从线路感应过来的雷电电磁脉冲,也会击穿集成电路的内部元件,造成损坏的部件多数是中继板、用户板、电源板和计费卡等,直接给运营商造成大量的经济损失,同时雷击导致通信中断带来的间接损失,却是无法弥补的,所以通信机房的防雷保护显得尤为重要。
关键词:防雷 通信机房
1 通信机房所在建筑物外部区域的防雷保护
1.1 通信机房位置的确定 通信机房的位置选择应结合周边环境,在确保建筑结构安全的前提下避免强电磁场的辐射,如电视发射塔、电台发射塔、高压电力线等。对于当前较多高层建筑,一般的把机房设在四层以下一层以上的房间。在潮湿的地区,首层不宜设为通信机房。但有时候受到条件限制,无法满足以上原则,要采取必要的防护措施,如增设避雷针、避雷带、避雷网等。
在实际应用中,要保证避雷设施与建筑物或铁塔之间的绝缘良好,使用独立的引下线直接与接地网连接,保证避雷系统的相对独立。
1.2 接地引下线的选择 接地引下线是释放雷电电流的主要通道,需符合以下要求:
1.2.1 引下线材料要采用多股阻燃双塑料层铜缆,其长度要尽可能短。长度在150米范围内的,截面积应大于95平方毫米;长度在150米至250米范围内的,截面积应大于120平方毫米;长度在250米以上的,截面积应大于150平方毫米。对于重点机房或雷区集中地区,需增设引下线(2至4条),以增大泄电流能力。
1.2.2 引下线外围要使用PVC塑料管套装,防止由于风吹日晒等原因造成的老化。
1.2.3 引下线两端必须使用液压压接后再灌锡焊接,严禁一条引下线有多个接头,接头要用沥青或热缩套管进行防水处理,防止锈蚀。
1.3 接地网的实施 接地网是防雷保护的关键部件,其直接与大地相连,将雷电流释放到大地土壤中,达到减灾的目的。
接地网分自然接地网和人工接地网。自然接地网是指建筑物基础中的钢筋导体,它们埋地较深,数量较多,与大地接触良好,是理想的泄流通道。人工接地网是指人工另行开挖、围绕建筑物周围人工敷设的接地装置。
根据当前联合接地的理论,须将自然接地网与人工接地网连接形成综合接地网使用,从而形成等电位,避免复杂的干扰。通常人工接地网由于受到条件的限制,如敷设面积问题、引下线问题、维护成本问题等,促使人工接地网必须与自然接地网连接。
在同一区域范围内,在不同的建筑物之间有电源线路、金属槽道、通信电缆等跨接两端不同的建筑物内的设备,则要求建筑物之间的接地网必须在地下进行焊接,保证等电位。
2 通信机房所在建筑物内部区域的防雷保护
建筑物内部防雷通常面对的是感应雷,即来自建筑物外部强大交变电磁场在引入各类金属线路(如电力电缆、通信电缆等)上产生的很高的感应电压。这些很高的感应电压通过线路进入通信设备、电源设备,造成电路或元器件的损坏,甚至导致起火,造成火灾。所以通信机房内部对感应雷的防护是必要的,通常采用分别部署多级防雷的措施。
2.1 通信机房引入电源的防护 根据规定,出、入局闪流电力电缆两端的芯线应加氧化锌避雷器,变压器高低压相线也应该分别加氧化锌避雷器。因此,将通信交流电源系统低压侧电缆进线作为第一级防雷,交流配电作为二级防雷,整流器输入端作为第三级防雷,整流器的输出端口作为第四级防雷。
电力变压器高低压侧都应安装防雷器,在高压侧采用阀型避雷器,而在低压侧采用压敏电阻避雷器。
2.2 电力电缆的防护 在电力电缆至交流屏之前约12米的地方,设置避雷装置作为第一级保护。每条线间对地分别装设一个避雷器,零线至地之间也装设一个避雷器。在避雷器汇聚点之前不能有电气点。
确定布线的方法,目前,通信设备的传输网络在室外是采用架空和埋地两种方法。其中对架空线缆应把电话线或电缆在入房前埋地,埋地长度>2ρ(ρ为接地电阻的电阻率,单位为Ω*m),实际长度>50m。而埋地一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来讲,在有条件的情况下入室电缆应选择埋地方式。
2.3开关电源的防护 交流屏只承受雷击15kA一下的通流量以及1300-1500V残压的侵入。这级为二级保护。在整流器的输入电源端设置的防雷器成为第三级防雷保护,其通流量小于5kA,相线间只能承受500-600V的残压侵入。
有些整流器在输出滤波电路钱有压敏电阻或在直流输出端接有电压抑制二极管。它们除了做第四级防雷保护外,还可抑制直流输出端有时会出现的过压,可对地反击电位进行吸收,保护整流模块的安全工作。
实际应用中,通信机房只在高压侧安装有高压避雷器,此时可看做入局的第一级防雷保护;因限于变压器与低压屏的电缆距离很近等原因,只在低压屏安装避雷器,另外考虑容量大、投资大等因素,甚至只在整流器、UPS或机房交流用电重要设备的电源引入口处安装避雷器,此时可看作第二级防雷保护;而第三、四级防雷器通常已为整流器厂家自带,也称作C、D级防雷保护。
2.4通信设备的防护 电源部分的防护,因为雷电、强电主要是通过线路侵入的。对于高压部分,电力部门有专用的高压避雷装置,而现对线的过压则无法控制。因此,对380V低压线路应进行过电压保护。按国家规范分为三部分:建议在高压变压器后端到通信机房总配电室的电缆内芯线两端对地加装避雷器,作为一级保护;在楼宇总配电室至楼层配电箱之间电缆内芯线两端对地加装避雷器,作为二级保护;在所有重要、精密设备及UPS前端对地加装避雷器,作为三级保护。目的是用分流技术将雷电过电压脉冲分流泄入大地,从而达到保护目的。
通信设备的屏蔽(包括空间和线路屏蔽)除了信号线和电源线外,通信设备房也应作屏蔽处理,具体作法是把金属门、窗、天花龙骨和防静电专用地板接地。
确定分流限压的措施,在电源方面,应采用三级分流限压措施,以把雷电电磁脉冲幅值减到最小。因此,第一级设在主配电房的低压部分,安装40kA的电源避雷箱;第二级设在楼层的电源箱处,安装20kA的电源避雷箱;第三级设在通信设备房的电源开关处,安装10kA的电源避雷箱,或在UPS前安装一级电源避雷箱。在信号方面,也应采用分流限压的措施。首先在中继线和用户线分别安装性能可靠的通信设备避雷器,在通信设备和计费终端之间安装网络避雷器。
接地处理,接地系统把雷电流引入大地,从而达到保护设备和人身安全的目的。通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时,如果相互之间距离达不到规范要求,则容易出现点位反击事故。因此,各接地系统之间的距离达不到规范要求时应尽可能使它们连接在一起,如实际情况不允许直接连接,可通过地电位连接。如通信机房、光纤到户局点、移动通信基站的总接地点尽量做到只有一个,从而保证各类接地点的基准电位统一。为确保系统正常工作,每年在雷雨季节前后或春秋检修时,应定期用精密地阻仪检测地阻值,以确保地阻值始终保持在规定的范围。
3 结论
对通信设备而言,接地与防雷是一个永恒的课题,接地系统的正确与可靠直接关系到人身和通信设备的安全。
3.1 通信机房必须按照规范采用联合接地系统。
3.2 单点接地原则。无论联合接地系统还是分散接地系统,地下防雷线、保护地线、工作地线等金属地应该连在一起,并通过总接地线汇集排后,这些地线必须绝缘分开。
3.3 无论是防雷击通信机房建筑物,还是防雷电精交流电力线侵入通信机房,都必须采用层层防护的原则。
3.4 防雷装置的基地电阻应符合相关规定要求。根据各通信机房、基站等所处的环境,应从电缆引入开始安装多级保护器。
3.5 防雷装置的抑制过电压性能与连接引线的长度有很大关系,因为在雷击情况下,接地线的阻抗主要取决于接地线的电感,而电感主要取决于接地线的长度。根据多年的安装与维护经验,接地线应尽量短而直,严禁不必要的弯曲、打圈和迂回。
3.6 为了使保护器达到更佳的防雷效果,除了要求引线尽量粗、短、直外,还应降低引线的电感,如果条件允许,每项进、出保护器的两根连线应采用绞合或靠近平行的方式,使之流过的电缆方向相反,以降低连接电感。保护器的接地端也采取同样的办法,以进一步减少连接电感。
3.7 注意避雷元件是否能正常使用,应在每年雷雨季节到来之前和过后检查是否损坏,重点测试它们的动作电压下的漏电流,如果数值跟原来产品参数有一定范围的变化,就应该将其更换掉。
3.8 正确安装电源防雷器,减少设备因雷击而导致电源损坏的机会,这样既可免除更换设备费用,又可保障系统系统不间断连续运行。同时减少建筑物因雷击所引起的电源火警的机会,确保人身及其财产的安全。
