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      衛星通訊系統的雷電防護
      發布時間:2014-7-15

      王宏民 京愛勞高科技有限公司 100005

      摘要:文中對雷擊電磁脈沖的干擾特點進行論述。闡述了雷電靜電感應、電磁感應和反擊對通信設備的損害機理及其防護。

      關鍵詞:雷擊電磁脈沖、高電位、衛星通訊

      隨著我國微電子技術的高速發展和在通信系統中的廣泛應用,雷害的對象不僅發生在通信網絡系統本身,同時還包括通信局(站)內的電源設備、通信設備和監控系統等大量微電子設備,所以,必須引起足夠的重視。

      1.雷電入侵的三種形式

      我們知道雷電的入侵途徑有三種形式:直擊雷、雷電波侵入和雷電感應。

      雷擊電磁脈沖是一種干擾源,它是指閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近所引起的效應。雷擊電磁脈沖絕大多數是通過連接導體的干擾,如雷電流或部分雷電流、被雷電擊中的裝置的電位升高以及電磁輻射干擾。

      外部防雷系統不能有效地防止雷電感應、電磁脈沖、電路浪涌、靜電等許多外界干擾對微電子設備的危害。這些設備由于靈敏度較高,耐壓值很低容易受到感應雷電所形成電磁脈沖干擾。因此在國家防雷規范中,加裝電涌保護器、等電位連接、屏蔽和合理布線這四個要素,將成為今后設計通信系統防雷的必然選擇。

      2.雷擊產生的高電位和大電流

      《建筑物防雷設計規范》GB50057-94(2000版)規定:當無法估算雷擊避雷針的雷電流大小時,可按下述方法確定:全部雷電流i的50%流入建筑物防雷裝置的接地裝置,如圖1所示,其另50%分配于引入建筑物的各種外來導電物、電力線、通信線等設施。我們暫且不考慮建筑物多根避雷針引下線對雷電流進行分流的影響,對雷擊避雷針產生高電位進行描述。

      雷擊接閃器(避雷針)后,雷電流流過引下線時各點的電位:

      U = IRg + L0h                                 圖1 高電位反擊和大電流導入

      按照通信行業的標準,衛星通信的防雷措施屬于第二類建筑物防護,如果雷電擊中普通的避雷針,這時產生的電壓在幾十至幾百萬伏,雷電流流經引下線和接地裝置時產生的高電壓對其附近金屬物或通信線路造成反擊(二次放電現象)。為了將雷電流流散入大地而不會產生危險的高電位,一般來說,接地電阻越低,防雷得到的改善越多。但是不能由于要達到某一很低的接地電阻而花費過大的投資。

      出現反擊(二次放電現象)的危險可以計算來評價,即使接地裝置的接地電阻降低為零,雷電擊中普通避雷針時也同樣會產生很高的電位,所以不是單一降低了接地電阻值就能將減小雷擊后產生的高電壓。

      雷擊普通避雷針后產生的高電壓與雷電流的幅值和陡度成正比關系,因此設法將雷擊避雷針時的雷電流幅值I和雷電流陡度減小,這樣,可以降低引下線和接地裝置上的電位U,出現反擊的概率也會大大降低。在此基礎上,接地電阻也可以適當放寬。

      應用農村廣播電視接收的衛星通訊系統,第一,該系統的接地電阻值一般要小于5Ω,有的甚至要求小于2Ω。在農村如果土壤電阻率(如黃土、粘土地區)較低,接地電阻達到小于5Ω使較為容易的,但造價也在幾萬元。如果是偏遠的山區,土壤電阻率(如巖石、沙石地區)較高,要達到小于5Ω的要求,則需要采用降阻劑等非常規措施,造價在幾十萬元。第二,該系統在不接地也可以正常工作,對工作接地要求不高,主要是對防雷接地的要求,因此,為了避免雷擊衛星天線和雷擊后產生的雷電過電壓,可以采用限流式避雷針,限流避雷針的特點是①阻止高層建筑雷電上行先導的產生;②具有普通避雷針的引雷作用并將雷電流導入大地的特點;③限制急劇上升的雷擊電流,有效的降低雷電流幅值和陡度,減少雷電感應引起的二次效應;④耐受雷電能力強,對接地電阻的要求可以放寬到30Ω;⑤具有自身恢復功能,免維護,壽命長。

      使用這種限流式避雷針后,可以降低接地電阻的造價,削弱雷電感應的影響,使農村衛星通訊系統的安裝、施工更簡便。

      3.衛星通訊的雷電防護

      根據衛星通訊的特點,在雷電防護中不僅采用直擊雷的防護,也要對供電電源和信號線路進行防護。

       

      ①衛星天線采用AR限流避雷針防護,避免天線遭受直接雷擊,同時,雷電擊中AR限流避雷針后,雷電流的幅值和陡度可以降低到雷電原值的4‰,對衛星通訊設備的雷電感應或破壞也會降低,因雷電流引起的電位會有效地降低。

      由于AR限流避雷針能夠有效地限制了雷電流幅值和陡度,降低了雷擊后高電位,減少了對周圍衛星通信設備的干擾和破壞。衛星通訊系統的接地電阻值可以適當放寬至30Ω,使衛星通訊的安裝更加方便、投資降低。

      ②供電電源采用兩級防護,電源入口端安裝DSOP-Ⅰ型過電壓保護器作為第一級防護,防止雷電波沿線路進入衛星通訊系統,將絕大部分雷電流的能量泄放。

      ③在接收機的電源入口端安裝DSOP-Ⅲ型過電壓保護器作為第二級的精細防護,防止雷電波沿線路進入衛星通訊系統,將殘余雷電流的能量泄放,同時將雷電過電壓限制到通訊設備能夠耐受的水平。

      ④在與接收機相連的計算機或其它傳輸設備的入口端安裝DLP型數據線保護器,防止雷電感應后產生的過電壓,將雷電過電壓限制到計算機或其它傳輸設備能夠耐受的水平。

      4.結束語

      衛星通訊系統的防雷裝置不單僅為外部防雷裝置,還必須考慮衛星通訊系統的內部防雷裝置。即根據衛星通訊系統的設備的不同功能作為分類保護;又要根據雷電產生過電壓危害的可能侵入途徑從電源線到數據傳輸線路都應做雷電保護。

       

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