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无线SCADA系统防雷探讨

--北京华讯通信电子技术公司 栗志新

供稿:北京华讯威达通信电子技术有限公司 2002/12/30 13:54:00

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摘要:本文分析、讨论了SCADA系统的防雷问题,着重阐述了SCADA控制系统的综合防雷措施。
关键词:现场自动化、SCADA、集肤效应、避雷器、防雷、瞬间过电压、LP-2B、北京华讯、数传电台
参考文献:《移动通信功臣设计》 周月臣编著 人民邮电出版社1995年2月出版
随着科学技术的日益发展,越来越多的行业和技术人员开始把目光投向工业现场自动化这一专业领域,SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)——就是近些年来人们比较多的接触到的一个概念。
通常,在架设SCADA无线通信系统的基站时,基站天线要求架设得比较高,因而带电的云层会很容易在天线上产生感应电荷。如果我们在天线与大地之间做了直流通路,则电荷会通过大地泄放而不至积累起来,从而不会因感应电荷在天线与大地之间产生高电位差而引起放电。在比较干燥的气候条件下,砂土、雪等自然界物质与天线的摩擦也会产生静电,同样需要及时泄放。然而,不论是由于电位差而引起放电还是由于摩擦而产生静电,泄放引起的浪涌电流都会比较大,且持续期很短,频谱很宽,天线对地的直流通路不但要求电阻要足够低,还要求电感量尽可能小。否则雷电保护的效果差。实际上,为了保护天、馈线,常利用铜圆(也可以采用钢圆或角钢)通过电鍍处理,使尖端剖面成30℃角后变成为避雷针装在铁塔最高处,下端通过专门的引下线连接到接地体接地。
接地电阻一般要求小于5~10Ω。如果天线安装在铁塔上,铁塔同样必须有良好接地,天线的同轴电缆必须安装在铁塔体内,以防止大电流贯穿同轴线。接地需用大截面导体,才能达到电阻低、热容量大、引线电感小,集肤效应也小的要求。扁平编织线或绞合线不能作引下线,因为它们容易被腐蚀氧化,并有较大的自身电感和互感,对泄放流涌电流不利,故最好采用镀锌扁铁或¢16~¢18的螺纹钢。它与避雷针和接地体的连接必须采用烧焊,其烧焊接触缝长度应大于20cm,以防止大电流通过时因接触面小发热而引起严重脱焊。避雷针、引下线、接地体等整个防雷接地系统最好采用相同的金属材料,以防长期的化学反应使接地线遭受腐蚀而接地不良。尤其要避免铜与镀锌铁制件直接接触,因为铜锌会在接触面上形成铜锌电池而很快被腐蚀。当天线塔架于楼顶,引下线从楼顶引下时,应防止靠近其它导体或与其作平等布置,即使其它导体接地也应相隔2米以上。当引线必须穿 过金属导管时,则必须使引下线在被穿过导管的两端都与导管相接,使金属导管本身也作为地线的连接线。
接地导体可采用2m以上的镀锌钢管或镀锌角钢3~5根直接垂直打入地下,然后再用导体将它连焊起来,这比破士埋填方式要好,因为重填的泥土紧密性差,电阻大。接地导体要尽量靠近铁塔底部。由于土壤成分和湿度对接地电阻的影响也比较在,必要时可在接地导体及其附近浇上一些盐水,有利于降低接地电阻。
在我们实际建设无线SCADA系统时,为保证通信质量,无线数传电台的接收和发射天线都架设在尽可能高的地方(如山顶上)或高大建筑的屋顶上,由于它们的位置明显的超过周围地面和建筑物的高度,为保证设备和人员的安全,天线的抗雷电保护措施就显得十分重要。
众所周知,安全避雷针是抗雷击的最好保护措施,从工程上讲,选择在已装有避雷设备的高大建筑物顶部安装收、发天线是“最廉价”的抗雷电保护措施,此时,天线不能紧靠避雷针等金建筑属物体,避免天线的辐射性能受到影响。但在不具备安全避雷针的场合,为防止雷击,天线的金属部件又要妥善接地,则可以选择在天线的的馈缆上加装避雷器,并将避雷器的接地端寻找最近的接地点,用直径3毫米以上的实心线或带线联接牢靠,接地连线的长度不应较长,以1至1.5米为宜。需要注意得的是,接地连线不要用扁平编织线或绞合线,究其原因,一是随着岁月流失,它们易被氧化或腐蚀,造成接地不良或断裂,二是有较大的电感,不利于浪涌电流通过。如果天线安装在铁塔上,铁塔塔基必须良好接地,且天线的馈缆要安装在铁塔的体内。



LP-2B型避雷器是一种气体放电式同轴串接型避雷装置,用来吸收架设在建筑物、塔杆或地面的天线设施上的雷电,强电感应或气候变化引起的脉冲放电的冲击,能够可靠的保护通讯发射机、接收机、电台等设备不因雷电冲击损坏,是一种广泛用于天馈系统、计算机系统、工业控制系统及其它通信系统的新型避雷器。其具有如下特点:
1.气体放电式设计,与传统避雷器相比,具有放电电压低,时间响应快(即当雷电或感应电压超过避雷器额定放电电压值时,瞬间接地放电,并迅速由短路状态恢复到开路状态)使通讯设施安全可靠的工作。
2.同轴结构设计。具有良好的频率特性,工作带宽,低损耗和低驻波比,并有体积小,装配简单和产品系列化等优点。
3.采用国际最新成果Isolated Ground接地保护,可达到最佳避雷效果。
4.LP-2B型避雷器还细分为LP-2B/FM、LP-2B/FF、LP-2B/MM等型号。


栗志新
北京华讯通信电子技术公司
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