CN109149513A - 一种防雷系统 - Google Patents

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Abstract

一种防雷系统，包括主动防雷和被动防雷两部分。主动防雷：由大气电场监测电路送来的雷电信号，经电阻R1送到场效应管MOS1的输入端，然后经电阻R4送到场效应管MOS2的输入端；在没有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为高电位，MOS2导通，光电耦合器IC1的输出端变为低电阻，计数电路判断为无雷电信号；在有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为低电平，场效应管MOS1和场效应管MOS2立即截止，微型继电器J1和微型继电器J2断电，触头断开，设备的天线断开，网线连接断开、POE电源断电，传输设备停止工作，达到保护传输设备的目的；被动防雷由电源防雷、天线防雷和信号传输三部分组成。

Description

一种防雷系统
技术领域
本发明属于防雷技术领域，具体涉及一种防雷系统。
背景技术
目前的无线传输设备，如广播设备、电视转播设备、移动蜂窝网设备等，有很多都是安装在比较高的屋顶、塔上、山顶等上面，比其它低矮的地方更容易遭到雷击。在这些设备的外围，一般都安装有避雷针、避雷带等进行防雷。在设备内部或外围，运用的防雷击装置主要是由放电管、齐纳二极管、压敏电阻等无源被动型的元器件构成。气体放电管通常运用在设备电路的前端，具备不错的防雷效果，但还是经常出现昂贵的信号传输设备、接受发射设备被雷电击坏的情况。究其原因，跟气体放电管的击穿放电电压高(目前击穿放电电压最低的放电管型号，放电电压是75V)、气体放电管的响应时间较慢(可以达到数百ns以至数ms)有关，而按标准传输的数字信号电压幅度在几V以内。导致了在放电管防雷实际放电时，接收发射设备的天线放大电路、传输设备的传输端口感应的电压已经大大超过了传输电路和元件能够承受的电压，因此设备被雷电击坏。
由齐纳二极管和压敏电阻构成的防雷击电路，反应速度快，防雷电压可以自由设计，从几V到几千V都可满足，但也有缺陷。有时感应到的雷电太强，防雷电路的元件吸收不完雷电能量，同样会造成设备的雷击损坏和防雷元件自身的损坏。
另外一个方面，由于在地面机房的设备距离发射的传输设较远，一般在几十米以上，一般都采用高品质的网线传输信号和供给电源(POE供电方式)，但由于传输信号电压低，仅有1-3V，信号衰减大，抗干扰能力差，还是会出现很频繁的数据丢包现象和网速不够现象(例如千兆传输突降为百兆传输)，如果传输距离超过100米，用网线传输已经基本无能为力了。
在POE供电的方式下，信号传输的防雷电压(几V)和电源供给的防雷电压(75V)产生了矛盾，现在市面上的POE网线避雷器一般都是按照75V的防雷电压设计，对信号线上几V-75V之间的雷电感应电压无法做出预防，这也是造成设备被雷电击坏的一个原因。
发明内容
本发明是通过如下技术方案来实现的。
一种防雷系统，包括主动防雷和被动防雷两部分：
1)主动防雷
由大气电场监测电路送来的雷电信号，经电阻R1送到场效应管MOS1的输入端，然后经电阻R4送到场效应管MOS2的输入端；在没有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为高电位，MOS2导通，光电耦合器IC1的输出端变为低电阻，计数电路判断为无雷电信号；同时，电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路，控制MOS1的输入端；初次供电时和雷电消失后，场效应管MOS1延时导通(实际应用为1分钟左右，可调，该延时设计避免了传输设备的频繁通断电)，驱动微型继电器J1和微型继电器J2导通；电源电压、网线信号、POE供电电路接通，传输设备正常工作；在有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为低电平，场效应管MOS1和场效应管MOS2立即截止，微型继电器J1和微型继电器J2断电，触头断开，设备的天线断开，网线连接断开、POE电源断电，传输设备停止工作，达到保护传输设备的目的；同时光电耦合器IC1的输入端断电，计数电路得到一个信号，完成一次雷电次数计数，方便查看、统计雷击次数和检修、维护、管理；
为了让场效应管MOS1输入端的放电不受电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路的影响，在电阻R1上并联设有一个二极管D1；
2)被动防雷
所述被动防雷由电源防雷、天线防雷和信号传输三部分组成；
在电源防雷部分安装有气隙放电防雷管和压敏电阻，在任何时候，不论是通电状态或断电状态，只要电源线感应到超过电压部分允许的高电压，压敏电阻和防雷放电管即自动放电泄放感应到的雷电，保护设备不被高压损坏；
天线防雷部分装有安装有气隙放电防雷管和齐纳二极管，当天线感应到超过接收发射设备允许的电压，齐纳二极管和防雷放电管即自动击穿放电，限制电压的升高，保护设备不被高压损坏；
信号传输的被动防雷包括网线传输单元防雷和光纤传输单元防雷；
A网线传输单元防雷
在网线传输单元防雷中，采用两种不同原理的防雷方式：在供电部分采用POE供电，放电电压限制为高于POE电压，在信号传输部分的放电电压限制为6V至12V；当网线上感应到超过POE供电电压和6V至12V信号传输部分的电压时，相应的元件立即击穿放电，限制了感应电压的进一步上升，起到保护设备的作用；
B光纤传输单元防雷
在防雷系统里集成了光纤传输部分，从传输设备里出来的千兆网信号，进入光纤收发器，通过光纤将信号送到机房，避免了由于网线过长引起的信号衰减导致的传输率下降现象，将原来网线传输信号的距离，由几十米提高到了几十千米。
本发明将网线传输单元、光纤传输单元、POE供电、电源供给、被动防雷和计数电路集成为一个整体。根据实际不同的需求，选用不同的模块组合，以达到性能和成本之间的优化组合。这样设计，减小了体积，同时提高了可靠性和设备防雷能力、信号传输能力。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的系统原理图；
图3为大气电场监测电路图。
具体实施方式
见图1，一种防雷系统，包括主动防雷和被动防雷两部分：
1)主动防雷
由大气电场监测电路送来的雷电信号，经电阻R1送到场效应管MOS1的输入端，然后经电阻R4送到场效应管MOS2的输入端；在没有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为高电位，MOS2导通，光电耦合器IC1的输出端变为低电阻，计数电路判断为无雷电信号；同时，电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路，控制MOS1的输入端；初次供电时和雷电消失后，场效应管MOS1延时导通(实际应用为1分钟左右，可调，该延时设计避免了传输设备的频繁通断电)，驱动微型继电器J1和微型继电器J2导通；电源电压、网线信号、POE供电电路接通，传输设备正常工作；在有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为低电平，场效应管MOS1和场效应管MOS2立即截止，微型继电器J1和微型继电器J2断电，触头断开，设备的天线断开，网线连接断开、POE电源断电，传输设备停止工作，达到保护传输设备的目的；同时光电耦合器IC1的输入端断电，计数电路得到一个信号，完成一次雷电次数计数，方便查看、统计雷击次数和检修、维护、管理；
为了让场效应管MOS1输入端的放电不受电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路的影响，在电阻R1上并联设有一个二极管D1；
2)被动防雷
所述被动防雷由电源防雷、天线防雷和信号传输三部分组成；
在电源防雷部分安装有气隙放电防雷管和压敏电阻，在任何时候，不论是通电状态或断电状态，只要电源线感应到超过电压部分允许的高电压，压敏电阻和防雷放电管即自动放电泄放感应到的雷电，保护设备不被高压损坏；
天线防雷部分装有安装有气隙放电防雷管和齐纳二极管，当天线感应到超过接收发射设备允许的电压，齐纳二极管和防雷放电管即自动击穿放电，限制电压的升高，保护设备不被高压损坏；
信号传输的被动防雷包括网线传输单元防雷和光纤传输单元防雷；
A网线传输单元防雷
在网线传输单元防雷中，采用两种不同原理的防雷方式：在供电部分采用POE供电，放电电压限制为略高于POE电压，在信号传输部分的放电电压限制为6V至12V；当网线上感应到超过POE供电电压和6V至12V信号传输部分的电压时，相应的元件立即击穿放电，限制了感应电压的进一步上升，起到保护设备的作用；
B光纤传输单元防雷
在防雷系统里集成了光纤传输部分，从传输设备里出来的千兆网信号，进入光纤收发器，通过光纤将信号送到机房，避免了由于网线过长引起的信号衰减导致的传输率下降现象，将原来网线传输信号的距离，由几十米提高到了几十千米。
本发明将网线传输单元、光纤传输单元、POE供电、电源供给、被动防雷和计数电路集成为一个整体。根据实际不同的需求，选用不同的模块组合，以达到性能和成本之间的优化组合。

Claims (2)

1.一种防雷系统，其特征在于，所述系统包括主动防雷和被动防雷两部分：
1)主动防雷
由大气电场监测电路送来的雷电信号，经电阻R1送到场效应管MOS1的输入端，然后经电阻R4送到场效应管MOS2的输入端；在没有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为高电位，MOS2导通，光电耦合器IC1的输出端变为低电阻，计数电路判断为无雷电信号；同时，电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路，控制MOS1的输入端；初次供电时和雷电消失后，场效应管MOS1延时导通，驱动微型继电器J1和微型继电器J2导通；电源电压、网线信号、POE供电电路接通，传输设备正常工作；在有雷电信号时，场效应管MOS1和场效应管MOS2的输入端为低电平，场效应管MOS1和场效应管MOS2立即截止，微型继电器J1和微型继电器J2断电，触头断开，设备的天线断开，网线连接断开、POE电源断电，传输设备停止工作，达到保护传输设备的目的；同时光电耦合器IC1的输入端断电，计数电路得到一个信号，完成一次雷电次数计数，方便查看、统计雷击次数和检修、维护、管理；
为了让场效应管MOS1输入端的放电不受电阻R2、电阻R3和电容C1组成延时电路的影响，在电阻R1上并联设有一个二极管D1；
2)被动防雷
所述被动防雷由电源防雷、天线防雷和信号传输三部分组成；
在电源防雷部分安装有气隙放电防雷管和压敏电阻，在任何时候，不论是通电状态或断电状态，只要电源线感应到超过电压部分允许的高电压，压敏电阻和防雷放电管即自动放电泄放感应到的雷电，保护设备不被高压损坏；
天线防雷部分装有安装有气隙放电防雷管和齐纳二极管，当天线感应到超过接收发射设备允许的电压，齐纳二极管和防雷放电管即自动击穿放电，限制电压的升高，保护设备不被高压损坏；
信号传输的被动防雷包括网线传输单元防雷和光纤传输单元防雷；
A网线传输单元防雷
在网线传输单元防雷中，采用两种不同原理的防雷方式：在供电部分采用POE供电，放电电压限制为高于POE电压，在信号传输部分的放电电压限制为6V至12V；当网线上感应到超过POE供电电压和6V至12V信号传输部分的电压时，相应的元件立即击穿放电，限制了感应电压的进一步上升，起到保护设备的作用；
B光纤传输单元防雷
在防雷系统里集成了光纤传输部分，从传输设备里出来的千兆网信号，进入光纤收发器，通过光纤将信号送到机房，避免由于网线过长引起的信号衰减导致的传输率下降现象。
2.根据权利要求1所述的防雷系统，其特征在于，所述系统将网线传输单元、光纤传输单元、POE供电、电源供给、被动防雷和计数电路集成为一个整体。
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