无线通信设备防雷措施研究

来源:用户上传      作者:马成军

　　摘   要：无线通信技术已经比较成熟，被广泛应用到多个行业中，对改善生活和提高工作效率起到了重要作用。为确保无线通信可靠运行，前期要保证相关设备运行状态的稳定性与安全性，减少各类故障的发生。尤其是雷电灾害等不可人为干预，并且对无线通信设备影响巨大，只能够提前采取科学、可靠的防雷措施作为支持，争取最大程度提高设备防雷性能，将雷击带来的影响控制到最低。文章基于无线通信设备运行原理，对相应的防雷措施进行了分析。
　　关键词：无线通信设备;防雷措施;防雷设计
　　无线通信设备的应用推动了通信技术的创新。为确保其运行的安全性与可靠性，需要在前期施工阶段做好防雷设计，基于设备运行方式和运行环境特征，对比选择适应性最强的方法来提高设备防雷性能，为设备的安全、稳定运行提供保障。在长时间的施工建设中，对于无线通信设备的防雷设计已经积累了较多经验，可根据实际情况来确定防雷方案，排除雷击对设备造成的不良影响。
　　1    无线通信设备防雷要求
　　基于高新技术的支持，无线通信设备功能更加完善，在实际应用中功效性越来越强，可以更大程度地满足不同情况下的无线通信要求。随着设备的不断更新，现在所应用的无线通信设备颞部电路构成以及电子配件精密度越来越高，对雷电的吸引力也更强，尤其是部分设备和天线需要在露天环境下运行，更容易受到雷击影响，如果设备自身防雷性能较差，轻则影响设备正常运行，重则直接造成设备损坏，影响正常的通信。雷电对无线通信设备的影响，主要是因为云层带电使得地面形成感应电荷，形成非常强的电场，当电场强度达到一定程度后，雷云就会向下放电，然后通过大雷电流进入到无线通信设备中，对内部金属元器件造成损坏，导致设备无法正常运行[1]。雷击灾害对设备的影响非常严重，即便是大部分无线通信设备均设置有避雷针，但是可以起到的效果并不明显，还需要另外采取可靠的防雷措施作为支持，对设备做可靠接地，并规划设计科学、可行的防雷方案，将雷击影响控制到最小。
　　2    无线通信设备防雷设计
　　2.1  站点防雷接地系统
　　站点防雷接地系统设计需要依据电磁理论原理开展，应用泄流、消峰、均压、屏蔽等综合防雷措施，减轻过大雷电流对通信站点设备造成的损坏。可以将大地看作一巨大的导电体，将接地电机与大地接触后，就会形成核心为接触点的电场，与接地点距离越远，电阻越小，然后电流会随着电极进入到大地内，避免对无线通信设备的内部元器件造成损坏[2]。正常情况下，设计的接地点距离超过20 m时，两点之间的压降会消失，形成强大的感应电流，进而会对无线通信设备带来严重影响。在实际设计中，需要精确计算防雷接地系统的接地电阻值，接地电阻阻值越小，电压降数值越低，雷击对无线电设备造成的影响也就越轻微。
　　2.2  感应雷系统设计
　　感应雷在进入到无线通信设备时，会产生静电感应与电磁感应。雷云内会积攒大量的电荷，并且会促使附近导体产生与其极性相反的感应电荷，在发生雷击后，大量的电荷迅速释放，并沿着导体流动形成脉冲。并且，在雷云放电的过程中，雷电流变化时会形成瞬变电磁场，产生高感生电动势。在进行感应雷系统设计时，就需要通过基站钢筋框架作为防护，对静电感应进行有效屏蔽，以免释放的雷电流会对无线通信设备造成破坏[3]。另外，还需要使用多根金属引下线，均匀设置在基站四周，促使雷电电磁场擦形相互抵消，对雷电电流进行有效分流，避免电磁感应对无线通信设备造成干扰甚至破坏。
　　2.3  BTS天馈线防雷设计
　　基站收发信站点（Base Transceiver Station，BTS）天馈线防雷主要是针对铁塔和天线的设计，在前期施工阶段需要对铁塔顶部、塔身中部以及塔基部位均预留接地孔，当铁塔是楼顶塔时，将防雷引下线焊接到建筑主钢筋附近位置，并对焊接点进行专业防护，确保连接点具有良好分散性和稳定性。如果铁塔为落地塔，就需要对铁塔设置安装地网，即以铁塔为中心，在其周围埋设5～10 cm宽的镀锌扁钢带，每隔1～3 m设置一个0.5～1 m的圆钢地桩，提高铁塔的防雷性能[4]。当发生雷击灾害时，产生的过大雷电流就会通过接地线流入到地下，确保所有雷电流可以有效释放，避免造成无线通信设备的损坏。
　　3    无线通信设备防雷措施
　　3.1  外部防雷措施
　　针对无线通信设备外部防雷的各项措施，关键就是预防直击雷对设备造成的损坏。通过设置避雷针、引下线以及接地网等避雷装置形成一个可靠的避雷系统，在发生直击雷时，可以通过防雷系统将过大雷电流有效地导入到地下，避免造成设备元器件的损坏。采取此种措施进行防雷，工艺简单且成本较低，现场操作方便，可以获得良好的防雷效果。根据以往经验来看，通信基地中天线系统与机房建筑最容易受到雷击影响，通过设置全方位的防雷系统，可以为其提供可靠保障。其中，需要将避雷针尖端控制到高于天线尖端几米，并与天线保持一定距离，避免雷电流影响到天线。另外，对于接地系统的设计安装，要尽量降低避雷地线直流通路的电阻，以10～50 Ω为宜，小于5 Ω最佳[5]。雷电浪涌会产生过大雷电流、频谱变宽且持续时间缩短，会出现非常小的电感量。此外，地线不得应用绞合线或扁平编织线，应选择电感较小的材料，达到最好的雷电流泄放效果。例如3 mm以上的金属材料实心导线，或者是采用多根接地体，以此来增大表层泄放面积，接地体相邻间距要合理控制，且要对其进行相互焊接处理。
　　3.2  内部防雷措施
　　3.2.1  屏蔽
　　除了外部防雷措施，對于部分无线通信设备还需要采取内部防雷处理，确保达到最佳防雷效果。金属屏蔽是应用效果良好的一种防雷方式，适用于任何一对双绞线与四对双绞线，并且一个金属屏蔽可以和放在一起的不同双绞线或四对双绞线共同使用。金属屏蔽趋肤效应会促使产生吸收和反射作用，对周围形成的电磁场可以有效割据，大大降低绞线间的串音。 　　3.2.2  防雷器
　　防雷器是一種高压保护电子器件组合，低压时会进入高阻开路状态，高压时则会进入低阻短路状态，并且支持数百安倍电流的通过。选择防雷器来提高无线通信设备的防雷性能，主要是将其并联到供电线路或者信号传输线路上。当设备受到雷击后产生过大雷电流，防雷器会立即进入到短路状态，确保地网瞬间将高电压与大电流泄入到地下，为设备的安全运行提供支持。在雷电发生时，沿着线路进入室内的感应雷或直击雷会在瞬间导致设备的进线电压增大，可达到几百甚至几千伏，造成设备损坏。但是如果提前对线路并联设置气态放电管，可以为进线端提供第一级保护，通过内部惰性气体的电离作用，将瞬变能量有效地转移，避免设备受到损坏。无分布电感电容以及通流容量非常大，可有效吸收直击雷，对比集成电路设计，保护后依然会残留较大电压。设置的气态放电管保护动作反应时间较长，会造成上冲电压逼近电压峰值，还需要额外增加一级保护，并在两极间应用电感耦合，达到延迟效果，为第二级保护争取更多时间，并降低第二级保护压力。固态放电管需要应用到第二级保护，当受到冲击电压作用时，其前沿上冲电压非常低，呈现出超强抑制特性，同时，还具备了纳秒级的响应速度。同时，其残压以及分布电容小，对电流有巨大的吸收能力，可以为电子部件以及网络通信工程提供可靠的防雷保护。
　　4    结语
　　本文面对日益广泛应用的无线通信设备，针对雷电灾害对其造成的影响，以提高其运行可靠性与安全性为目的，分析雷电影响的原理，然后从专业角度出发，结合实践工作经验，确定防雷设计方向与要点，综合比对，选择适应性最强的方法来提高无线通信设备的防雷性能。随着防雷技术的不断更新，目前可以选择的防雷措施众多，一般可从外部防雷与内部防雷两个方面进行，通过多种方法的科学搭配，来达到最佳防雷效果。
　　[参考文献]
　　[1]吴鑫斌.无线通信设备防雷措施探究[J].中国新通信，2018（19）：31.
　　[2]王浩宇.无线通信设备防雷措施[J].中国新通信，2018（1）：27.
　　[3]李春杨，李泽平.无线通信设备防雷措施与防雷设计方式探索[J].中国新通信，2016（21）：10.
　　[4]王蜀虎.无线通信设备防雷措施探究[J].通讯世界，2016（9）：11-12.
　　[5]张晓军，魏亦菲.论无线通信设备的防雷技术措施[J].山东工业技术，2015（15）：117.
　　Study of lightning protection measures for wireless communication equipment
　　Ma Chengjun
　　（Shenzhen Telecom Engineering Co.， Ltd.， Shenzhen 518020， China）
　　Abstract：Wireless communication technology has matured and is widely used in many industries， which plays an important role in improving the quality of life work. In order to ensure the reliable operation of wireless communication， the stability and security of the running state of related equipment should be ensured in the early stage to reduce the occurrence of various types of faults. In particular， lightning disasters can not be artificially interfered， and have a great impact on wireless communication equipment. Only scientific and reliable lightning protection measures can be taken in advance to support， to maximize the lightning protection performance of equipment， and to minimize the impact of lightning strikes. Based on the operating principle of wireless communication equipment， this paper analyzes the corresponding lightning protection measures.
　　Key words：wireless communication device; lightning protection measures; lightning protection design
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