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国家部队通信设备防雷措施与案例

作者:Hans 来源: 日期:2017-7-5 10:37:09 人气:45 评论:0

一、部队通信设备防雷概况

信息时代,为全面提升通信系统综合服务能力,发挥其高效信息传输、跨时空共享、数字化管理、实时监控等现代化服务职能,许多部队均依托三级网络与通信系统对各类分散、小规模、距离较远的单位实施远程的实时查勤管理,然而由于一些区域处理雷电多发地域,领整体通信系统面临严重的雷电灾害威胁。

为有效防止各类终端通信设备遭受雷击灾害的大面积不良损害,一些基层中队仅能在雷电暴雨天气将通信设备关闭从而令其得到暂时保护,然而这样机械式的处理方法令整体专网专线系统无法实施持续的通信服务,给目标执勤造成了不良安全隐患。为了有效解决该类不合理状况,广州银讯公司针对部队通信设备深入探讨,制定有效的防雷措施。

二、部队通信设备防雷必要性

常见的雷电灾害形式主要有直击雷、感应雷与雷电波入侵三类。

直击雷产生的雷电流可直接进入导线或金属导管中,并沿路传送至较远距离的地方,产生一种较为强大的冲击波并附带反射力量,其破坏程度大大超越了集成电路或半导体等电子器件符合能力,可与冲击波形成叠加并产生驻波,进而构成一种大强度级别的破坏力。

感应雷属于一种二次破坏,其雷电流会产生较大的变化梯度,形成强大交变磁场,令周围金属构件形成感应电流,并向外放电,从而引起可燃物的燃烧、爆炸等灾害,作用在联机导线则可对系统电子设备产生较大范围的破坏影响。

基于雷电具有的针对金属管道或架空线路的作用,产生的雷电波会沿着该类导线入侵至建筑内部,令人身安全或重要设备受到不良威胁,这种现象便称为雷电波入侵。

当前各类现代化的通信系统中包含的天馈线、供电系统、信号线路均有可能引发雷电波入侵,对各类通信设备造成不良损害。由此可见雷电灾害成为信息化时代通信系统的一大公害,感应雷击、雷电波、电源尖波均会瞬间产生过电压并严重破坏部队通信电子设备,因此我们只有采取行之有效的应对策略才能将该类损害降到最低。

三、部队通信设备有效防雷措施

1) 科学安装避雷装置,切实提升通信设备防雷性能。为部队通信设备科学安装避雷装置,是行之有效的提升设备防雷性能措施,主要的操作方式为安装避雷针、放射性避雷设备与天馈避雷器等。

避雷针方式是最为简单与经济的防雷措施,只要我们严格遵循安装相关要求,便可有效发挥其良好的防雷性能。

首先避雷针的安装位置应高于天线尖端一定距离,一般通信天线应安装于避雷针外缘1.5倍波长之外。

同时避雷地线直流通路电阻应保持足够低水平,适宜在十至五十欧姆范围内。地线不应采用绞合线或扁平编织线,这是由于该类线具有较大的电感,不适宜对雷击电流进行泄放,并且较易产生腐蚀现象。因此我们应科学采用三毫米之上的实心、且相同类别金属材料的导线。

对于一些重要通信服务工程,虽然在通信塔中安装避雷针装置操作简便且经济性较高,然而却无法实现万无一失的防雷保护。

因此我们可针对系统不同服务功能需求合理安装放射性防护、避雷装置,该系统包含的特制同轴双屏蔽电缆,可有效避免雷电流在引下线通过时产生的二次雷击效应应及其引发的不良损害,发挥主动的引雷与消雷双重保护作用。同时其具有使用服务寿命长效的优势,避雷防护范围较广且效率较高,当然该类装置的投入建设费用相比避雷针方式会有所提升。

因此我们应依据部队各类通信设备的不同防雷需求、服务重要性进行防雷装置的科学选择。

2) 合理采用供电三级防护措施,消除地电位反击。对于部队通信设备交流供电系统,我们应科学采用五线三相供电方式,同时在防护电源中应用三级防护措施。

第一级:总电源装设避雷器于市电引入端;第二级:分电源装设避雷器于配电柜;第三级:单台通信设备装设电源避雷器于开关电源中。

倘若部队位于多发雷电灾害区,我们可加装直流电源避雷装置以提升防护避雷效果。为了合理消除地电位反击,我们可在部队通信系统工程中遵循等电位、均压原理,将保护地、工作地与防雷地合理构建为联合统一的接地网,并有效避免近距离内出现两个地网系统的不良状况。

3) 有效安装信号接口避雷器、实施对部队其他通信设备的接地防雷保护。为提升防雷性能,我们应在部队各类通信设备网络接口、信号接口位置安装信号避雷装置。

对于部队机房设备间内长度较大的各类信号线,也应在其接口处合理安装必要的信号避雷器。采用的设备型号、应依据其阻抗性能、传输速度、接口特征进行合理选择。系统信号线应在地下实现无线通信基站的进出,并作必要的空线、避雷器保护地处理。对于部队通信基站建筑我们应采用完善的直击雷防护措施,有效抑制不良二次感应雷。对于机房顶部装设的各类金属设备也应分别就近连通于屋顶避雷装置中,达到有效的防雷保护目标。

同时对机房内部的吊线铁架、内走线架、机壳、机架、金属材质门窗、通风管道等我们均应作合理的保护接地处理。

四、某通信工程部队防雷案例

通信工程部队通常由于所处位置偏远,且装设有大型的信息系统设备,其产生雷击事故的概率就相应增大,需要应用电磁兼容等原理,根据雷电防护区划分,对建筑物进行综合、多级、有效的雷电过电压保护。同时在雷灾害调查过程中还不能忽视电气等方面的原因对于事故的影响。

1) 某通信工程部队办公楼基本情况概述

1.1) 周边环境及该办公楼概况

该部队驻地位于山东半岛东部,靠近海滩,周边空旷多山丘,易遭受雷击,处于国内累点区域划分的1区。根据青岛地区年平均雷暴日统计为24.21天,属于多雷区。所属的办公大楼为框架结构,高五层,楼内计算机、网络通信设备等大量精密仪器较多,其耐过电压,过电流水平低,楼外开阔处是由若干天线组成的天线阵,电磁场环境较为复杂,大量电子设备在雷电电磁脉冲的破坏下极易遭损坏。

1.2) 办公大楼供电系统及通信系统的设备构成

该办公大楼供电制式采用TN-C-S方式,高压进线部分为10kv,电源线经由变电所引入,供电线路为V22电缆直埋,埋地长度约为50m,进户前端穿金属管。本楼一层配电室进户低压配电柜及后级各层主配电箱采用放射式系统配电。通信系统的防雷主要对象有网络设备,通信设备,自动化设备,相关的电源等附属设备及其相互传输各类信号的线缆。

1.3) 该建筑物防雷措施现状

经现场勘察和图纸审查,该建筑屋面敷设有20mm的钢管作为避雷带,各屋角增设了16mm的金属小针作为接闪器,利用混凝土柱内钢筋作为引下线,钢筋混凝土基础作为自然接地体,突出屋面的金属物体(空调机外壳,通风口等)均已做等电位联结,经实测,接地电阻为0.6Ω。楼内总配电柜装设Uc=320V,Iimp=15kA的浪涌保护器一台,各楼层照明配电箱及各末级电源配电箱均装设Uc=320V,标称放电电流适配的浪涌保护器。

2) 雷击灾害分析和综合结论

2.1) 雷击灾害浅析

2006年8月该地区出现强雷暴天气过程,该部队供电的10KV配电线路遭受雷击,致使变电所接户杆上中间相氧化锌避雷器爆炸,零克跌落,变压器缺项运行。办公楼一、三层两个主配电箱内的电气开关元件和浪涌保护器都已完全烧毁,其他楼内的浪涌保护器也有不同程度的损坏。

分析配电线路设备遭受雷击的途径和可能方式有:

(1)雷电直接击中高压电力线路,之后经变压器耦合到低压侧,入侵到电流配电箱线路。

(2)架空低压线路被直击雷击中或感应产生雷电过电压、过电流。据统计,在220/380V电源线上出现的雷电过电压平均可达1万伏,会对用电系统造成毁灭性打击。

(3)由信息系统传输线路入侵。强大的雷电电磁脉冲能在信号线上感应出瞬态过电压,过电压波将沿线路传输,侵入线路所接的电子仪器和设备。

(4)建筑物引下线在传导强大雷电流入地时,在接地体附近形成高电位,在空间中产生强大的电磁场变化,进而在相邻的电源线或信号线上感应出雷电过电压。

(5)因天线铁塔接闪,在引下线及接地装置上会形成很高的电压,对建筑物产生反击,部分雷电线沿线路入侵楼内机房。

2.2) 雷击事故综合结论

经现场勘察情况分析,造成该事故的主要原因应为:在强雷暴天气过程中,雷电击中送往营院的高压10KV电力线路,变压器缺相运行,供电线路电压异常,雷电过电压耦合到低压侧,继而入侵到电流配电线路,配电箱内质量较差的电气开关元件和防浪涌保护器等,在强大的瞬态过电压的破坏下燃烧损坏。初步认定此次事故是由雷击和电气设备可靠性等方面原因共同造成的。

此外,雷电流能量较大,雷电流热效应的破坏作用也较强,对其严重程度估计不足。

在勘察过程中还发现,电源配电箱中浪涌保护器等一些原件,与相线或接地线之间的链接导线的截面积不够,布线太密集,没有做到规范化、合理化,进入建筑物的电力电缆屏蔽层的接地等一些隐蔽工程亦不完善,这些也是导致此次雷击事故的不可忽视的原因之一。

3) 综合防雷设计思路

现代意义的防雷工程应看作一个系统的工程,包括从实现外部防雷,即接闪器、引下线和接地装置,到共用接地体、等电位联结、屏蔽、安装浪涌保护器等内部措施,根据雷电电磁脉冲防护标准(IEC61312-1),一个被保护的有电子信息系统的空间,应根据受雷电电磁脉冲危害的严重程度进行分区保护。通信设备的工作地、保护地及建筑物的防雷接地共用一个地网。

4) 具体防雷措施

4.1) 10KV线路的保护

按照《移动通信基站防雷与接地设计规范》YD5068-98中要求,当电力变压器设在站外时,对于年雷暴日大于20天的地区,“高压10KV的电力线路,宜在上方架设良导体避雷线,其长度不宜小于500m,电力线应在避雷线的25°保护范围内,避雷钱(除终端杆外)应每杆做一次接地。宜在避雷线终端杆的前一杆上增装一组避雷器”,尽可能防止10KV电力线路遭受直接雷击。

4.2) 低压供电线路的保护

低压供电线路采用电缆埋地敷设的方式,不得将架空线路直接引入大楼,当难以全线路采用电缆时,允许架空线路由站内终端杆引下后,加接一段有金属铠装的屏蔽电缆或护套电缆穿钢管埋地引入,在入户端的金属外皮钢管等必须良好接地。若采用地埋电力线缆进入通信局(站),“高压铠装电缆应从地下入局,且铠装电缆长度应大于200m,铠装层两端应就近接地;低压地埋电力线缆其长度不宜小于50m。”

4.3) 通信大楼的接地系统

通信基站的接地系统应按照均压、等电位的原则,将建筑物基础接地网、铁塔接地网、变压器地网等组成联合共用接地系统。大楼可利用建筑物主体钢筋,将主筋自身上下连接点焊接,其上端与屋顶避雷装置、下端与接地网、中间与各层均压网或环行接地母线,电气焊接成连通的法拉第笼式接地系统。楼内电缆的金属外皮、设备金属外壳、水管等不带电金属部分、门窗等建筑物金属结构应以最短距离与环行接地母线连接。铁塔的基础钢筋可作为其接地装置,塔上同轴馈线金属外皮的上端与下端分别就近与铁塔连接,在大楼入口处再次连接。大楼地网、铁塔地网和变压器地网间至少用两根规格不小于40mm*4mm的镀锌扁钢连接,各地网之间应每隔3~5m相互焊接连通一次。

4.4) 浪涌保护器

一层配电室的总配电柜及分配电箱内安装适配的电源浪涌保护器,由于外部防雷装置的接闪和雷电电磁脉冲的衰减作用,首次雷击约有50%的雷电能量入地。IEC61312规定了处于LPZ0A和LPZ0B区之间的第一级浪涌保护器的放电电流应达到1000KA(10/350uS),低压配电柜中SPD导线应平直,其截面积按照规范要求不应过小,各级导线长度不应超过0.5m,拐角处应成大于90°的圆弧状。另外,通讯电缆进入机房还宜接入装有抑制电缆线对横向、纵向过电压的SPD限幅装置,如压敏电阻器、气体放电管、熔丝、热线圈等。对于电子设备较多的场所,应优先采用压敏电阻器,其反应时间快(≤25ns)、痛流容量低,因此主要能够抑制线路中暂态过电压的影响。

4.5) 规范化配线

大楼供电设备的正常不带电金属部分、浪涌保护器的接地端均应做保护接地,同轴电缆馈线避雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地。所有接地线、接地引线、接地汇集线的规格和截面积均应符合规范的相关要求,同时尽量减小浪涌保护器引线的长度,合理、整齐排布。

雷击造成建筑物和电子设备等损害的原因是多样的,全面分析雷击灾害的产生因素,同时考虑到雷击事故和电气事故等多方面成因,全面地、更精细化地和根据需求及时地进行防护和补充防护,不断进步完善,是防止和减小雷电灾害,做好现代防雷工程的重要基础。现代意义的防雷是一门立体、综合的学科,除了依照规范和标准对建筑物进行科学、全面的防护设计之外,还应结合实际情况,真正实施到每一项具体措施上,把雷击灾害的程度降低到最小。

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