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    卫星通讯系统的雷电防护
    发布时间:2014-7-15

    王宏民 京爱劳高科技有限公司 100005

    摘要:文中对雷击电磁脉冲的干扰特点进行论述。阐述了雷电静电感应、电磁感应和反击对通信设备的损害机理及其防护。

    关键词:雷击电磁脉冲、高电位、卫星通讯

    随着我国微电子技术的高速发展和在通信系统中的广泛应用,雷害的对象不仅发生在通信网络系统本身,同时还包括通信局(站)内的电源设备、通信设备和监控系统等大量微电子设备,所以,必须引起足够的重视。

    1.雷电入侵的三种形式

    我们知道雷电的入侵途径有三种形式:直击雷、雷电波侵入和雷电感应。

    雷击电磁脉冲是一种干扰源,它是指闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。雷击电磁脉冲绝大多数是通过连接导体的干扰,如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。

    外部防雷系统不能有效地防止雷电感应、电磁脉冲、电路浪涌、静电等许多外界干扰对微电子设备的危害。这些设备由于灵敏度较高,耐压值很低容易受到感应雷电所形成电磁脉冲干扰。因此在国家防雷规范中,加装电涌保护器、等电位连接、屏蔽和合理布线这四个要素,将成为今后设计通信系统防雷的必然选择。

    2.雷击产生的高电位和大电流

    《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2000版)规定:当无法估算雷击避雷针的雷电流大小时,可按下述方法确定:全部雷电流i的50%流入建筑物防雷装置的接地装置,如图1所示,其另50%分配于引入建筑物的各种外来导电物、电力线、通信线等设施。我们暂且不考虑建筑物多根避雷针引下线对雷电流进行分流的影响,对雷击避雷针产生高电位进行描述。

    雷击接闪器(避雷针)后,雷电流流过引下线时各点的电位:

    U = IRg + L0h                                 图1 高电位反击和大电流导入

    按照通信行业的标准,卫星通信的防雷措施属于第二类建筑物防护,如果雷电击中普通的避雷针,这时产生的电压在几十至几百万伏,雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电压对其附近金属物或通信线路造成反击(二次放电现象)。为了将雷电流流散入大地而不会产生危险的高电位,一般来说,接地电阻越低,防雷得到的改善越多。但是不能由于要达到某一很低的接地电阻而花费过大的投资。

    出现反击(二次放电现象)的危险可以计算来评价,即使接地装置的接地电阻降低为零,雷电击中普通避雷针时也同样会产生很高的电位,所以不是单一降低了接地电阻值就能将减小雷击后产生的高电压。

    雷击普通避雷针后产生的高电压与雷电流的幅值和陡度成正比关系,因此设法将雷击避雷针时的雷电流幅值I和雷电流陡度减小,这样,可以降低引下线和接地装置上的电位U,出现反击的概率也会大大降低。在此基础上,接地电阻也可以适当放宽。

    应用农村广播电视接收的卫星通讯系统,第一,该系统的接地电阻值一般要小于5Ω,有的甚至要求小于2Ω。在农村如果土壤电阻率(如黄土、粘土地区)较低,接地电阻达到小于5Ω使较为容易的,但造价也在几万元。如果是偏远的山区,土壤电阻率(如岩石、沙石地区)较高,要达到小于5Ω的要求,则需要采用降阻剂等非常规措施,造价在几十万元。第二,该系统在不接地也可以正常工作,对工作接地要求不高,主要是对防雷接地的要求,因此,为了避免雷击卫星天线和雷击后产生的雷电过电压,可以采用限流式避雷针,限流避雷针的特点是①阻止高层建筑雷电上行先导的产生;②具有普通避雷针的引雷作用并将雷电流导入大地的特点;③限制急剧上升的雷击电流,有效的降低雷电流幅值和陡度,减少雷电感应引起的二次效应;④耐受雷电能力强,对接地电阻的要求可以放宽到30Ω;⑤具有自身恢复功能,免维护,寿命长。

    使用这种限流式避雷针后,可以降低接地电阻的造价,削弱雷电感应的影响,使农村卫星通讯系统的安装、施工更简便。

    3.卫星通讯的雷电防护

    根据卫星通讯的特点,在雷电防护中不仅采用直击雷的防护,也要对供电电源和信号线路进行防护。

     

    ①卫星天线采用AR限流避雷针防护,避免天线遭受直接雷击,同时,雷电击中AR限流避雷针后,雷电流的幅值和陡度可以降低到雷电原值的4‰,对卫星通讯设备的雷电感应或破坏也会降低,因雷电流引起的电位会有效地降低。

    由于AR限流避雷针能够有效地限制了雷电流幅值和陡度,降低了雷击后高电位,减少了对周围卫星通信设备的干扰和破坏。卫星通讯系统的接地电阻值可以适当放宽至30Ω,使卫星通讯的安装更加方便、投资降低。

    ②供电电源采用两级防护,电源入口端安装DSOP-Ⅰ型过电压保护器作为第一级防护,防止雷电波沿线路进入卫星通讯系统,将绝大部分雷电流的能量泄放。

    ③在接收机的电源入口端安装DSOP-Ⅲ型过电压保护器作为第二级的精细防护,防止雷电波沿线路进入卫星通讯系统,将残余雷电流的能量泄放,同时将雷电过电压限制到通讯设备能够耐受的水平。

    ④在与接收机相连的计算机或其它传输设备的入口端安装DLP型数据线保护器,防止雷电感应后产生的过电压,将雷电过电压限制到计算机或其它传输设备能够耐受的水平。

    4.结束语

    卫星通讯系统的防雷装置不单仅为外部防雷装置,还必须考虑卫星通讯系统的内部防雷装置。即根据卫星通讯系统的设备的不同功能作为分类保护;又要根据雷电产生过电压危害的可能侵入途径从电源线到数据传输线路都应做雷电保护。

     

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