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小灵通通信基站系统过电压及雷击(浪涌电压)防护方案

概 述
随着小灵通技术的发展愈来愈成熟,加上单向收费、话费低廉的优势,小灵通在内地的西安、昆明、兰州等六十多座城市陆续开通,一度炙手可热。作为固定电话网的一种延伸,是移动网的补充。并且对移动网形成巨大的竞争。由于小灵通的服务都是在城镇范围以内,因此,面临的雷击风险较处于野外山区的移动基站为小。如果完全按照邮电部关于移动基站的防雷标准实施防雷工程,其费用巨大,且对于小灵通网络而言,不具备性价比优势。为了提供小灵通基站的正常服务时间以及延长设备的正常服役时间,在福建省小灵通的协助下,我们开发了小灵通专用防雷箱,并顺利通过了测试。现就将小灵通基站的防雷方案简述如下。
自古雷电灾害就给人类带来了许多惨痛的教训。现代科学技术的发展给社会带来了巨大的效益,同时超大规模集成电路广泛应用于通讯系统,通讯系统设备越来越先进,其超大规模集成电路却越来越“娇嫩”。雷电及过电压很易通过各种途径损坏设备、线路,或导致系统软故障!小灵通通信基站系统的雷电及过电压保护,不仅仅是对设备、人员的保护,同时也保护了经营者的经济利益和经营形象,并提高竞争能力。
时代在变迁,科技在进步,我们也需要用新的技术来防范雷电和过电压带来的巨大危害。

一、浪涌电压产生的原因及可能入侵途径

手,多层次防护以确保基站正常工作,并阻止持续、低流过电压对设备元器件的损害,延长设备寿命。
二、 雷电和过电压防护对于小灵通基站的意义:
雷电和过电压防护对于网吧的意义可以分为以下几点:
1.保护设备财产
直接的雷击会直接击毁设备,甚至带来人身伤害。这已经是众所周知的了。当然雷击不是每天发生的,也不一定会击中某一个特定的网吧,那么防雷是否是可有可无的呢?当然不是!一个中型闪电的直接影响范围可以达到500-1000米,也就是说,在闪电发生1000米范围内的所有线路均会受到LEMP(雷击电磁脉冲辐射)的影响,LEMP可以直接击毁设备,击坏板卡元件,损伤CPU等,或者造成设备软故障、死机、掉线等。当基站离闪电发生点的距离很远时,比如5公里或更远,这时并不能代表基站不会受到影响!因为提供给基站的电源供电线路或者通信线路可能会经过雷击影响区,进入基站的电源和通信网络线路上带有雷击的巨大能量,仍然可以对基站设施造成损害。再者,由于小灵通基站的排列非常紧密,因此城市发生的每一次雷击,均可能位于其中一个基站附近。即使每次雷击不一定会当场击坏设备或引起设备停机等现象,但是每一次雷击对于基站设备均是一次老化和考验,直至设备损坏。
2.减少维修费用、降低维护成本
除了能量巨大的雷击过电压以外,生活中还有很多过电压和干扰源存在,比如我们都知道的,日光灯启动会产生一个上千伏的高压,同样空调机、电冰箱、洗衣机等电器的马达或压缩机启动和停止时也会产生一个过电压(包括距离很远的LEMP),这些过电压不会一次性破坏设备,但是相当于做老化实验一样,它们不断的冲击设备,会造成设备的寿命缩短,或故障率增加,造成设备难以查清原因的软故障。因此过电压的保护对于减少维修费用、降低维护成本有重大作用。
3.改善服务质量、提高品牌优势。
用户申请电话的一个重要的因素是线路服务质量!没有经过浪涌电压保护的小灵通通信系统比经过浪涌电压防护的小灵通通信系统更容易发生服务中断等情况。减少通信系统发生服务中断等故障,提高通信网工作的稳定性,提高服务质量,在用户群中树立口碑。
三、浪涌防护原理和措施
由于小灵通基站一般处于IEC防雷分区的0A区,弱电防雷和过电压保护系统主要是为保护设备的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装适合的避雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体,将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。
(一) 电源系统浪涌电压保护原理和小灵通电源防雷箱的原理
按照国家信息产业部的要求,电源防雷应按照分级防雷设计。其效果如右图所示:经过二级防雷以后,雷击电压降低到对标准通信设备没有损害的的水平,从而达到保护设备的作用。

根据小灵通的特点,我们设计的小灵通专用防雷箱PPS-II/1MV按照下述原则工作:
1 当雷击电流小于10KA时,小灵通专用防雷箱PPS-II/1MV一般防雷箱工作方式工作,将雷电流泄放到大地,并将电压限制在1800V以内。
2 当雷击电流超过10KA时,PPS-II/1MV的防雷熔断系统启动,中断基站的供电电路,采用断开式保护法保护基站设备。
如果雷击过大,单纯一级防雷将会导致残压升高,因此虽然我们采用的是20KA的防雷器材,但不允许雷击电压超过10KA。
3 两种工作方式互相补充,达到最佳的性能价格比和保护效果。
(二)有线与无线通信的保护
有线通讯线路一般采用通信专线或光纤。遭受雷击的主要原因除直接遭受雷击外还有建筑物外通过传输线路引入和1公里范围内发生雷击时的感应雷击。因此对于通信系统的保护的典型设备选择要根据实际情况采用针对性的防雷器
帧中继或PCM线路:RJ45-V11EI/4S – 对于其他有线通信线路采用相应的防雷器
光缆回路:无需额外的SPD保护
对通信防雷器的要求:
反应速度快 10-12秒级( 如采用SIDACtor等)
通流容量 > 3KA
(三)接地系统
接地系统是雷击保护、过电压保护、静电保护等的基础,而且良好的接地系统可以使设备的工作和数据的传输更为可靠。应当根据现场情况采取有效的接地措施,最好采用综合接地网连接。对于地线不良的地方,应该予以整改,无条件整改的应做接零保护。
四、 小灵通的防雷方案:
最佳的保护方式是选择一体化小灵通专用防雷箱 + 天馈保护
当然也可以选择分立选配防雷方案

项目
 
用量
备注
小灵通专用防雷箱PPS-II/1-20MV
PPS-II/1-20MV
1
可以选用 A6-422NS或A6-423NS(数量30)
通信线路防雷
ISDN专线
ISDN/4
ISDN/8
2
1
针对不同线路做不同选型
天馈线防雷器
COAXN-900/1800
1
 


五、 选用产品性能简介
设计依据
1、部标YD
2、国标GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》
3、国标GB 64-83《电力设备过电压保护设计技术规程》
4、国标GB 50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》
5、《Protection of Structures against Lighting》IEC1024-1:1993
6、《Protection against lighting electromagnetic impulse》雷电电磁脉冲的防护 IEC 61312-1-2-3 :1995-02
7、《Insulation coordination for equipment within low-voltage systems》 IEC664-1:1992-02
8、《Electrical installations of buildings》IEC 364-4:1993-02


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