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        無線綜合通信車的防雷設(shè)計探討

        2011-04-14 01:48:08呂建榮
        科技傳播 2011年13期
        關(guān)鍵詞:電涌避雷針保護(hù)器

        呂建榮

        衡陽泰豪通信車輛有限公司,湖南 衡陽 421001

        0 引言

        通信車的使用地點(diǎn)大多在野外,容易成為雷擊的主要目標(biāo)。為適應(yīng)各種地理?xiàng)l件,不同氣候條件和不同季節(jié)的作戰(zhàn)使用,保障人身安全和設(shè)備完好,通信車的雷電防護(hù)越來越重要了。本文就有關(guān)無線綜合通信車的防雷設(shè)計技術(shù)問題進(jìn)行探討。

        1 無線綜合通信車的組成

        1.1 無線綜合通信車的設(shè)備組成

        無線通信設(shè)備:短波電臺一部、超短波電臺3部、微波通信設(shè)備1部;

        有線信息設(shè)備:交換機(jī)1臺、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)2臺、計算機(jī)2臺;

        電源設(shè)備:柴油發(fā)電機(jī)組1臺、綜合電源1臺。

        1.2 無線綜合通信車的結(jié)構(gòu)形式

        無線綜合通信車由一臺陜汽載車和一個方艙(4400mm×2438mm×1700mm,長×寬×高)組成,方艙后部安裝微波電動升降桿,短波電臺及超短波電臺天線裝在方艙頂部,有線信息設(shè)備和電源設(shè)備裝于電子方艙中。

        2 防雷方案設(shè)計

        結(jié)合無線綜合通信車“移動”的特點(diǎn)和內(nèi)部通信結(jié)構(gòu),以國家防雷標(biāo)準(zhǔn)和通信行業(yè)防雷標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),提出無線綜合通信車的整體防雷建議。整體防雷建議分外部防護(hù)、內(nèi)部防護(hù)和等電位連接措施三部分。

        2.1 外部防護(hù)

        2.1.1 避雷針

        為防止無線綜合通信車野外空曠地帶作業(yè)時遭受直接雷的襲擊,工程設(shè)計中采用避雷針主動式防雷,避雷針的高度采用“滾球法”計算出,可按下列計算式確定:

        式中rx為避雷針在hx高度平面上的保護(hù)半徑(m);

        ro為避雷針在地面上的保護(hù)半徑(m);

        h為避雷針高度(必須是h≤hr)(m);

        hx為被保護(hù)物的高度(m);

        hr為滾球半徑(m)。

        實(shí)踐證明,提供有效保護(hù)并不需要架設(shè)極高的避雷針,避雷針一般只需高出受保護(hù)體25mm~90mm。避雷針在車頂固定安裝時其安裝支架應(yīng)與車體絕緣,如與其他天線處于同一平面時,應(yīng)加大避雷針與其他天線的隔離度。避雷針設(shè)計時可根據(jù)布局空間制造成可折疊式或可拆卸式,方便運(yùn)輸和安裝。

        2.1.2 接地

        避雷針底部通過引下線接到泄流地網(wǎng),引下線采用截面積50mm2外皮包裹高絕緣材料的多股銅芯電纜,引下線與車體絕緣。通過引下線將雷電流引下,消除側(cè)向調(diào)火和環(huán)流電位差,減少電磁感應(yīng)的影響程度和影響距離,避免對天線桿、微波饋線和車廂內(nèi)電子設(shè)備的嚴(yán)重影響和損壞。

        泄流地網(wǎng)采用多個金屬接地棒和離子接地棒低電阻接地模塊兩種配置形式。多個接地棒與屏蔽地線連成地網(wǎng),引下線與接地棒的連接方式為壓接。接地棒采用表面銅、鎳鍍層的冷拔鋼管,直徑70mm、長度1200mm,導(dǎo)電性好,機(jī)械強(qiáng)度高。低電阻接地模塊是一種導(dǎo)電性、穩(wěn)定性好的非金屬為主的接地體,通過增大接地體的泄流面積,減少接地體與土壤之間的接觸電阻。

        2.2 內(nèi)部防護(hù)

        2.2.1 電源防護(hù)

        在車壁電源進(jìn)線盒處安裝交流電源電涌保護(hù)器,通流量不小于30kA(8/20μs),防止由外部引入的雷擊過電壓使車內(nèi)通信設(shè)備損壞,電涌保護(hù)器地線就近與電源進(jìn)線盒接地系統(tǒng)相連;綜合電源輸出的直流電源經(jīng)直流電源轉(zhuǎn)接盒分供各用電設(shè)備,直流分線盒內(nèi)加安裝直流電源電涌保護(hù)器,其通流量不小于3kA(8/20μs),防止雷電時地電位反擊時使直流電源轉(zhuǎn)接盒側(cè)通信設(shè)備損壞,又同時對感應(yīng)雷擊過電壓也能起到抑制作用。直流電源電涌保護(hù)器的地線就近與設(shè)備安裝機(jī)柜的紫銅匯流排相連。

        2.2.2 天饋線防護(hù)

        無線綜合通信車天饋線在饋線壁盒處安裝有天饋線電涌保護(hù)器,通流量不小于50kA(8/20μs),加裝天饋線電涌保護(hù)器的目的是為了防止由外部引入的雷擊過電壓使車體內(nèi)設(shè)備損壞。天饋線防護(hù)主要有“放電管”同軸保護(hù)技術(shù)和1/4波長(1/4λ)同軸保護(hù)技術(shù)。

        1)“放電管”同軸保護(hù)技術(shù)

        放電管在常態(tài)下是一種絕緣體,與被保護(hù)的設(shè)備并聯(lián)。當(dāng)發(fā)生過電壓,放電管達(dá)到了脈沖放電電壓時,線路會在短時間內(nèi)發(fā)生短路,從而將電涌或過電壓引導(dǎo)至接地網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)電涌或過電壓消失后,放電管恢復(fù)到絕緣狀態(tài),等待下一次電壓的來臨。脈沖放電電壓取決于過電壓上升率,過電壓上升速度(dv/dt)越高,電涌保護(hù)器(浪涌保護(hù)器或防雷器)的脈沖放電電壓也隨之升高。一般特征:駐波比<1.3,插入損耗<0.2dB,帶寬0到4GHZ,最大放電電流Imax=20kA(8/20μs),接頭:N、F、BNC等。

        2)1/4波長(1/4λ)同軸保護(hù)技術(shù)

        采用一種四分之一波長的短路桿,所以被稱為“1/4λ”同軸保護(hù)器(同軸防雷器)。此短路桿連接電纜芯線和外部接地,起帶通濾波器的作用,通過調(diào)整機(jī)械尺寸,濾波器可做成窄帶或?qū)拵?。由于雷電頻譜較低(從幾百kHZ到幾MHZ),濾波器將把它從正常的頻率信號中過濾掉。

        2.2.3 信號線防護(hù)

        信號防雷器一般串聯(lián)于線路上,應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的工作電壓(電平)、傳輸速率、傳輸頻率、頻帶寬度、特性阻抗、接口類型、插入損耗等參數(shù)選用插入損耗小、限制電壓(箝位電壓)不超過被保護(hù)設(shè)備耐受電壓水平的信號線保護(hù)器。

        1)工作電壓(工作電平)的選擇

        信號防雷器的工作電壓是根據(jù)信號傳輸線的工作電壓來確定,且必須大于信號線的工作電壓。

        2)傳輸速(bit/s)的選擇

        信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率各不相同,串聯(lián)在信號線上的信號線保護(hù)器支持的傳輸速率應(yīng)不小于信息系統(tǒng)本身的傳輸速率,否則將導(dǎo)致信號中斷或誤碼率增加(數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率一般低于10-5),影響信息系統(tǒng)的正常工作。

        3)接口類型的選擇

        為了匹配特性阻抗并最大限度的降低接觸電阻,必須選擇于信號線上相同類型的接口。同軸電纜的接口要注意公(M或J)母(F或K)配合。

        2.2.4 車內(nèi)設(shè)備保護(hù)接地

        車內(nèi)接地根據(jù)不同的功能分為大信號地、小信號地、電源地、保護(hù)地、避雷地等。本車的大信號地主要指電臺類設(shè)備的接地線,采用紫銅帶鋪設(shè),相互隔離,以最短的距離匯至接地點(diǎn)后接入大地。小信號地是指除電臺外所有通信設(shè)備的信號接地線,采用紫銅帶作為公共母線,各設(shè)備的信號接地點(diǎn)通過接地導(dǎo)線分別就近接入,整車信號輸入口的信號濾波器地也可接入小信號地。電源地也采用紫銅帶作為公用母線,所有用電設(shè)備的電源地、電源濾波器地、電源插座地和綜合電源自身的地均就近接入。車廂內(nèi)外蒙皮、設(shè)備殼體均通過保護(hù)地接入大地,以起到屏蔽的作用。所有的線纜的屏蔽層也通過保護(hù)地接入大地。

        車廂內(nèi)地板下環(huán)形布置鋪設(shè)的接地匯流銅排,銅排規(guī)格為40mm×2mm,用于連接的導(dǎo)線使用多股銅芯線,其截面積不小于35mm2。接地匯集導(dǎo)線其截面積不小于95mm2。

        2.3 等電位連接

        機(jī)動式的防雷接地難度大于固定防雷接地的設(shè)計,特點(diǎn)是要求架設(shè)快速、接地效果好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng),無線綜合通信車采用等電位連接設(shè)計法。將車內(nèi)設(shè)備安裝的機(jī)柜、車廂內(nèi)外蒙皮等所有金屬連接起來,并由電源進(jìn)線盒處的接地點(diǎn)一點(diǎn)接入大地,減小雷擊時車內(nèi)導(dǎo)體之間的電位差,防止發(fā)生反擊。

        3 結(jié)論

        無線綜合通信車防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,由于雷電對各種設(shè)備設(shè)施的破壞和人身安全威脅,越來越受到關(guān)注,本文提供的防雷系統(tǒng)設(shè)計效果如何,必須通過實(shí)際應(yīng)用和驗(yàn)證。

        [1]陳窮等.電磁兼容工程設(shè)計手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,1993.

        [2]GJB 1210-91 接地、搭接和屏蔽設(shè)計的實(shí)施.

        [3]GJB 5080-2004 軍用通信設(shè)施雷電防護(hù)設(shè)計使用要求.

        [4]潘忠林.現(xiàn)代防雷技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1997.

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