微波通信站的防雷,是一個比較棘手的問題,它主要是微波通信站鐵塔的高度要高出周圍其它建筑物的高度,極易遭到雷擊;再一個是微波站內(nèi)通信設(shè)備電子器件多,抗過電壓沖擊能力差,一旦遭受雷擊就會造成設(shè)備損壞,通信中斷。
1.小二樓型微波站
這種類型的微波站通常都是有人值守型微波站。在土建施工時機房內(nèi)都未做環(huán)型接地母線,僅留有一、二點接地點。對于這種類型的微波站,在做環(huán)型接地母線時我們采用了室內(nèi)室外二種方式。
。1)室內(nèi)敷設(shè)環(huán)型接地母線的方式。在室內(nèi)房間間隔較少,便于室內(nèi)施工的微波站,我們盡量采用室內(nèi)敷設(shè)環(huán)形接地母線的方式。通常是在室內(nèi)一、二層距地20~30cm高的位置敷設(shè)環(huán)形接地母線,然后將一、二樓的環(huán)形接地母線四角與地下(埋在地下)的接地帶相連接,接地點處采用焊接或搭接(采用防腐措施)。環(huán)形接地母線做好后,將室內(nèi)所有用電設(shè)備及金屬門窗、暖氣、自來水管道等與環(huán)形接地母線相連接。
。2)室外敷設(shè)環(huán)型接地母線的方式。對于室內(nèi)房間間隔較多,敷設(shè)室內(nèi)環(huán)型接地母線比較困難的小二樓型微波站,我們采用了在室外一、二層位置敷設(shè)環(huán)型接地母線的方式。在小二樓型微波站的室外墻壁上,距室內(nèi)地面20~30cm的位置,分別敷設(shè)固定環(huán)型接地母線,環(huán)型接地母線采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼(抗銹蝕),然后根據(jù)室內(nèi)房間間隔大小,分別從室外環(huán)型接地母線引進1~2根接地線,同室內(nèi)的用電設(shè)備及金屬構(gòu)件相連接。室外環(huán)型接地母線在四角處與室外屋頂上的均壓帶、鐵塔棧橋等相連接,然后在對稱四點與微波站地下接地帶相連接。
。3)對于孤立的小二樓型微波站的接地網(wǎng),在做好鐵塔同微波樓之間兩點以上的接地就可以了。而對于處在變電所內(nèi)或附近的微波站,由于微波站的自來水管道、暖氣管道、電源線、音頻電纜等都與變電所有聯(lián)系,一但變電所遭受雷擊或單相接地等過電壓發(fā)生時(若兩個接地網(wǎng)之間沒有做好連接),就會在兩個地網(wǎng)之間發(fā)生電位差,對微波站的人員和設(shè)備構(gòu)成威脅。因此,一定要接好微波站與變電所之間的等電位連接,通常采用的方法是用一根40mm×4 mm的鍍鋅扁鋼分別把兩個地網(wǎng)連接起來,以保證2個地網(wǎng)處于等電位狀態(tài)。
2.高山無人值守型微波站
高山無人值守型微波站,都處在當?shù)刈罡唿c的位置,相對于平原地區(qū)的微波站更容易遭受雷擊,而雷電流侵入的兩條主要途徑就是微波鐵塔和交流輸電線路。
在鐵塔上對高頻饋線外導體采用2~3點接地,高頻饋線進機房后,就近與室內(nèi)接地環(huán)母線相連,在交流輸電線路上,采用了輸電線路上增設(shè)避雷線的方式。通常是在離微波站附近的輸電線路的電線桿上加裝防雷保護線,每一空桿的避雷線都要接地。在山上微波站的電源變壓器,高低壓側(cè)都要加裝避雷器。在交流電源線穿鐵管地埋(深度1m,長度要大于10m)進入機房后,再串接1:1的電源隔離變壓器,以提高雷電流入侵機房的隔離度。然后在交直流配電屏通信設(shè)備電源入口端,分配加裝防雷組件及壓敏電阻等。由于電源系統(tǒng)采用了多級防雷保護措施,所以該方案在改進和完善工作中實施后,從未發(fā)生一起因電源系統(tǒng)遭雷擊而損壞通信設(shè)備的事故。
3.塔樓式微波站
這種類型的微波站通常是同辦公室及其它專業(yè)機房設(shè)在一個樓內(nèi),而微波鐵塔都在樓的頂部,對于這類微波站主要是做好高頻饋線的防雷接地、塔燈電源的接地。由于塔樓型微波站的鐵塔相對比較矮,通常在塔上饋線做兩點接地就可以了。饋線進入機房后,一定要就近與環(huán)型接地母線連接,以保證感應(yīng)雷電過電壓進入高頻饋線后迅速通過接地點泄放掉。塔燈的電源線采用鉛皮或鎧裝電纜,電纜要直接敷設(shè)固定在鐵塔上,保證電纜外皮與鐵塔多點連接。塔燈電源的室內(nèi)部分,加裝防雷組件以防止雷電流通過塔燈電源線串入室內(nèi)電源盤。
微波機房室內(nèi)部分,可以機房內(nèi)四周敷設(shè)環(huán)型接地母線,或?qū)⒔拥啬妇鋪設(shè)在環(huán)型的地溝中,然后將設(shè)備就近接地,金屬門窗等也就近與環(huán)型接地母線相連。由于塔樓型微波站通常是有人值守型微波主站、中心站或總站,對于數(shù)字微波的監(jiān)控系統(tǒng)的防雷顯得更為重要。在不影響傳輸監(jiān)控信號的同時,可在數(shù)據(jù)監(jiān)控通道加裝防雷器件,這樣防雷效果會更好。
需要指出的是對于塔樓型微波站(微波站在辦公大樓里),由于樓內(nèi)有計算機機房、遠動機房、交換機機房等其它專業(yè)機房,所以要求微波機房防雷接地與辦公樓的建筑鋼筋、原土建時的預留接地點等,多點相連保證其等電位形成一個完整的“法拉第籠”。同時也要做好微波機房的接地系統(tǒng)與計算機、遠動、交換機等機房的等電位,因為微波機房與這些機房聯(lián)系較多,各種音頻電纜、同軸電纜,相互之間的連接復雜,一旦某個機房的電位升高都會對其它的機房造成威脅,因而與其它專業(yè)機房的連接擬采用專門敷設(shè)2條接地線為好。而對于專業(yè)機房要求接地系統(tǒng)必須獨立成網(wǎng)的情況時,微波機房與這樣的專業(yè)機房(如計算機機房)地網(wǎng)之間宜采取相應(yīng)的措施,如在微波機房的接地網(wǎng)與專業(yè)的接地網(wǎng)之間采用二極管隔離措施,防雷元件隔離措施等。做到正常時,兩個地網(wǎng)之間相互隔離,互不干擾。一旦某個地網(wǎng)地電位升高,將會擊穿兩個地網(wǎng)之間的隔離二極管或防雷組件,使兩個地網(wǎng)的地電位又達到等電位的目的。
4.無源轉(zhuǎn)接微波站
由于我省山區(qū)較多,地理結(jié)構(gòu)復雜,對于無源轉(zhuǎn)接微波站的防雷接地如何做,一直未得到比較明確的答復,對地理結(jié)構(gòu)比較正常的無源轉(zhuǎn)接站,接地電阻可做到10Ω以下時,通常是按照其它有源微波站的防雷接地措施做就行了。對于周圍都是巖石的山頂,接地引下線要引出上百米再做接地體的無源轉(zhuǎn)接站來說,這樣的接地效果并不好而且費用高,我們認為它既然是無源轉(zhuǎn)接微波站,根本就沒有用電設(shè)備,所以也就不存在雷電擊壞設(shè)備的可能。即便雷電真的擊中鐵塔上的避雷針,也不會對天線構(gòu)成威脅。因此在對微波站的防雷系統(tǒng)改進和完善過程中,對于高山上的無源轉(zhuǎn)接站防雷接地問題根本沒有考慮,而且經(jīng)過幾年的實際運行證明,無源轉(zhuǎn)接站未發(fā)生雷擊事故。
5.綜合實例分析
我省電力系統(tǒng)微波電路,從單一的哈爾濱-齊齊哈爾的國產(chǎn)模擬微波電路,發(fā)展到哈爾濱-牡丹江、哈爾濱-長春-沈陽、哈爾濱-佳木斯-雙鴨山、哈爾濱-大慶-齊齊哈爾-伊敏等進口數(shù)字微波電路。由于微波電路具有容量大、通信質(zhì)量好、可靠性高、抗自然災(zāi)害能力強等優(yōu)點,所以微波通信已經(jīng)成為我省電力系統(tǒng)業(yè)務(wù)及行政聯(lián)系的主要通信手段。正是由于數(shù)字電路的發(fā)展,大規(guī)模集成電路的采用,相應(yīng)地也帶來了通信設(shè)備電子元件抗雷電沖擊能力下降,很容易造成通信設(shè)備及電源系統(tǒng)的損壞。我省各地區(qū)的雷電日通常在26~33日/年,與全國其它省份相比屬偏少地區(qū),但在防雷設(shè)施改進和完善工作實施之前,每年都有微波站遭受雷擊,造成微波站通信設(shè)備損壞或電路中斷的事故。在哈爾濱-牡丹江微波電路中,尚志微波站由于遭受雷擊造成用戶板、接口板等復接器設(shè)備損壞。該站屬于典型的小二樓型微波站,處在尚志變電所外,該地區(qū)屬半山區(qū)平坦地帶,塔高84m,接地電阻1.5Ω。遭雷擊損壞設(shè)備后,經(jīng)現(xiàn)場測試分析認為,遭受雷擊引起復接器設(shè)備損壞的主要原因是,微波站與變電所之間的地電位不平衡,雷電通過微波站與變電所之間的音頻電纜串入通信設(shè)備,是造成復接器損壞的直接原因。因而我們在防雷設(shè)施改進和完善工作中,對于這種處于變電所內(nèi)或附近的微波站(小二樓型),在保證微波塔接地電阻盡量小的同時,主要是做好微波站與變電所之間的電氣回路、音頻回路、自來水管道、暖氣管道等的兩端接地,保證至少2條鍍鋅扁鋼做為變電所和微波站兩個地網(wǎng)之間的可靠連接(焊接)。
在哈爾濱-牡丹江微波電路中,九江微波站也曾遭受雷電沖擊,造成電源盤、整流器等設(shè)備損壞。該站位于山區(qū)屬當?shù)刈罡唿c,塔高30m鐵塔接地電阻10Ω以下為無人值守型微波站。從該站遭受雷擊損壞電源系統(tǒng)的情況分析,雷電流主要是從輸電線路引入的。該站的電源變壓器是安裝在山下,距山上微波站1km處的位置。由于低壓輸電線路較長,直擊雷落到輸電線路上或落地雷在輸電線產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓,經(jīng)過輸電線路直接串入微波站,擊壞微小站的電源系統(tǒng)。因而在微波站防雷接地系統(tǒng)的改造過程中,對于這一類的高山無人值守型微波站在降低鐵塔接地電阻的同時,主要是采取一些相應(yīng)的措施堵住雷電流通過辦電線路進入微波站。主要采取的措施是,在輸電線路進入微波站之前,在輸電線路的上方增設(shè)避雷線,避雷線要多點接地。