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移动通信车辆防雷设计模版一、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、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、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、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2.5μs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、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、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、外部防护1.1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。1.2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。1.3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10Ω。2、内部防护2.1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（8/20μs），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（8/20μs），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MVS50B/3+NPE开关型电源防雷模块或者MBUP/3L-120B电源防雷箱。2.2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（8/20μs），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MAFG50系列天馈线电涌保护器。2.3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10Ω。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汇集线与建筑物总接地端相连，接地汇集线应不小于95mm2多股铜芯线。3、等电位连接措施等电位连接就是将机房内所有金属采用直接连接或间接连接的方式将它们连接起来，并由一点入地，减小雷击时诸金属导体之间的电位差，防止反击的发生。将防雷接地和设备保护接地采用等电位连接器连接，等电位连接器通流量不小于100kA（10/350μs），防止雷击由于两接地系统距离太近形成地电位反击现象。使用等电位连接器。