5G基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统与流程

5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统
技术领域
1.本发明涉及高压防雷技术领域，特别是涉及一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统。


背景技术：

2.电力与通信共享铁塔(一般简称“共享铁塔”)是指在电力铁塔上加装通信设备，将光缆、移动天线等通信设施附属在输电铁塔本体上，从而实现电力和通信基础设施资源共享。共享铁塔推广价值巨大、应用前景广阔，因此保障共享铁塔安全可靠运行的相关技术研究是十分必要的。
3.电力线路存在架设交流输电线路和直流输电线路两种情况，其中直流输电线路由于高压电晕现象会在空间产生正负离子，正负离子在天线金属板累积，同时沿天馈电缆传递到基站设备端口，当电荷累积较多后，在设备端口泄放，呈现静电放电形式的干扰脉冲，造成对基站设备的潜在危害。
4.ydt2583.18-2019《蜂窝式移动通信设备电磁兼容性能要求和测量方法第18部分：5g用户设备和辅助设备》虽然规定了静电放电抗扰度的试验方法和试验等级，但是对于存在空间电荷情况下对静电放电抗扰度需要的试验等级没有相应的评估方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统，实现静电放电电压的评估。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法，包括：
8.构建直流输电线路的静电放电模型；所述静电放电模型为由电源和电容器连接后形成的电路；所述电源的电荷为5g天线金属板汇聚的空间电荷和天馈电缆汇聚的电荷之和，所述电容器的电容为天馈电缆电容与5g基站设备端口电容并联后的电容；
9.建立5g天线金属板汇聚的空间电荷计算函数；
10.根据所述静电放电模型，建立静电放电电压计算函数；所述静电放电电压计算函数中的静电放电电压等于所述电源的电荷与所述电容器的电容的比值；
11.根据待测5g天线金属板的参数，利用所述空间电荷计算函数计算待测5g天线金属板汇聚的空间电荷；
12.根据待测天馈电缆的参数，计算待测天馈电缆汇聚的电荷；
13.根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用所述静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
14.可选的，所述建立5g天线金属板汇聚的空间电荷计算函数，具体包括：
15.将5g天线金属板的电容按照平板电容器电容计算，确定离子流电荷密度的计算公式为ρ＝εr×i×
r/d；其中，ρ表示离子流电荷密度，εr表示真空中介电常数，i表示离子流电
流，r表示放电电阻，d表示5g天线金属板距地面高度；
16.根据离子流电荷密度的计算公式，确定5g天线金属板的空间电荷计算函数为q1＝ρ
×
s1；其中，q1表示5g天线金属板汇聚的空间电荷，s1表示5g天线金属板的面积。
17.可选的，计算待测天馈电缆汇聚的电荷的公式为：q2＝ρ
×
s2；其中，q2表示天馈电缆汇聚的电荷，s2表示天馈电缆的表面积。
18.可选的，所述根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用所述静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压，具体包括：
19.忽略5g基站设备端口电容，将所述静电放电电压计算函数简化为u＝(q1 q2)/c1；其中，u表示静电放电电压，c1表示天馈电缆电容；
20.根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用简化后的静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
21.一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定系统，包括：
22.静电放电模型构建模块，用于构建直流输电线路的静电放电模型；所述静电放电模型为由电源和电容器连接后形成的电路；所述电源的电荷为5g天线金属板汇聚的空间电荷和天馈电缆汇聚的电荷之和，所述电容器的电容为天馈电缆电容与5g基站设备端口电容并联后的电容；
23.空间电荷计算函数建立模块，用于建立5g天线金属板汇聚的空间电荷计算函数；
24.静电放电电压计算函数建立模块，用于根据所述静电放电模型，建立静电放电电压计算函数；所述静电放电电压计算函数中的静电放电电压等于所述电源的电荷与所述电容的比值；
25.空间电荷计算模块，用于根据待测5g天线金属板的参数，利用所述空间电荷计算函数计算待测5g天线金属板汇聚的空间电荷；
26.天馈电缆电荷计算模块，用于根据待测天馈电缆的参数，计算待测天馈电缆汇聚的电荷；
27.静电放电电压计算模块，用于根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用所述静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
28.可选的，所述空间电荷计算函数建立模块，具体包括：
29.离子流电荷密度公式确定子模块，用于将5g天线金属板的电容按照平板电容器电容计算，确定离子流电荷密度的计算公式为ρ＝εr×i×
r/d；其中，ρ表示离子流电荷密度，εr表示真空中介电常数，i表示离子流电流，r表示放电电阻，d表示5g天线金属板距地面高度；
30.空间电荷计算函数确定子模块，用于根据离子流电荷密度的计算公式，确定5g天线金属板的空间电荷计算函数为q1＝ρ
×
s1；其中，q1表示5g天线金属板汇聚的空间电荷，s1表示5g天线金属板的面积。
31.可选的，计算待测天馈电缆汇聚的电荷的公式为：q2＝ρ
×
s2；其中，q2表示天馈电缆汇聚的电荷，s2表示天馈电缆的表面积。
32.可选的，所述静电放电电压计算模块，具体包括：
33.简化子模块，用于忽略5g基站设备端口电容，将所述静电放电电压计算函数简化
为u＝(q1 q2)/c1；其中，u表示静电放电电压，c1表示天馈电缆电容；
34.静电放电电压获得子模块，用于根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用简化后的静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
35.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
36.本发明公开一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统，构建直流输电线路的静电放电模型，根据静电放电模型确定静电放电电压等于电源的电荷与电容器的电容的比值，电源的电荷为5g天线金属板汇聚的空间电荷和天馈电缆汇聚的电荷之和，电容器的电容为天馈电缆电容与5g基站设备端口电容并联后的电容，进而通过计算5g天线金属板汇聚的空间电荷、天馈电缆汇聚的电荷，获得待测直流输电线路的静电放电电压。本发明在考虑输电线路电压等级、天线面积、电缆长度等因素情况下，结合现有标准，实现了静电放电电压的评估。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例提供的5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法的流程图；
39.图2为本发明实施例提供的静电放电模型的示意图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明的目的是提供一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法及系统，实现静电放电电压的评估。
42.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
43.为了解决现有技术中对于存在空间电荷情况下需要的试验等级没有相应的评估方法的问题，本发明实施例在考虑输电线路电压等级、天线面积、电缆长度等因素情况下，结合现有标准，提供了一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定方法，如图1所示，包括：
44.步骤s1，构建直流输电线路的静电放电模型。
45.静电放电模型如图2所示，静电放电模型为由电源和电容器连接后形成的电路。图2中左边的器件表示电源，电源的电荷为5g天线金属板汇聚的空间电荷和天馈电缆汇聚的电荷之和。右边的器件表示电容器，电容器的电容为天馈电缆电容与5g基站设备端口电容
并联后的电容。
46.步骤s2，建立5g天线金属板汇聚的空间电荷计算函数。
47.在一个示例中，由于空间离子流密度与输电线路电压等级、起晕场强、导线半径、环境湿度、风速、灰霾等因素密切相关，对于具体实际线路需要进行复杂计算才可以获得空间离子密度，本发明实施例直接参考现有标准中给出的地面离子流电流i的限值，考虑测试条件为距地面高度d＝0.1m的面积为s1＝1
㎡
的5g天线金属板收集的电荷通过放电电阻阻值r＝1mω电阻泄放情况下得到的电流，因此估算离子流电荷密度ρ的计算式为：
48.电荷密度＝电荷量/5g天线金属板面积＝5g天线金属板电容
×
5g天线金属板电压/5g天线金属板面积
49.其中：5g天线金属板电容按照平板电容器电容计算，平板电容器电容的计算公式为k表示静电力常量。
50.5g天线金属板电压为离子流电流乘以放电电阻阻值。
51.整理后离子流电荷密度ρ＝真空中介电常数
×
离子流电流
×
放电电阻阻值/5g天线金属板距地面高度，即，ρ＝εr×i×
r/d；其中，ρ表示离子流电荷密度，εr表示真空中介电常数，i表示离子流电流，r表示放电电阻，d表示5g天线金属板距地面高度。
52.计算得到的离子流电荷密度ρ作为基站天线位置处的离子流密度。
53.将离子流电荷密度ρ乘以5g天线金属板的面积s1，可以得到5g天线金属板汇聚的空间电荷q1。
54.步骤s3，根据静电放电模型，建立静电放电电压计算函数；静电放电电压计算函数中的静电放电电压等于电源的电荷与电容的比值。
55.静电放电电压计算公式为u＝(q1 q2)/(c1 c2)。u表示静电放电电压，c1表示天馈电缆电容，c2表示5g基站设备端口电容，q2表示天馈电缆汇聚的电荷。
56.步骤s4，根据待测5g天线金属板的参数，利用空间电荷计算函数计算待测5g天线金属板汇聚的空间电荷。
57.空间电荷计算函数为ρ＝εr×i×
r/d，此处待测5g天线金属板的参数是指放电电阻r和5g天线金属板距地面高度d。
58.步骤s5，根据待测天馈电缆的参数，计算待测天馈电缆汇聚的电荷。
59.由于电荷来自于直流线路起晕后产生的空间电荷在电缆上的附着聚集，电缆长度增加，会导致可以储存的电荷增加，导致放电电压进一步增大。
60.计算待测天馈电缆汇聚的电荷的公式为：q2＝ρ
×
s2；其中，s2表示天馈电缆的表面积。
61.步骤s6，根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用所述静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
62.电容c计算：对于连接到基站的设备电容c为天馈电缆电容c1与5g基站设备端口电容c2并联后的总电容。但是考虑到实际评估时，基站设备的多样性，c2难以准确确定，因此考虑通用的终端开路，即不考虑c2，只考虑天馈电缆自身电容c1。
63.忽略5g基站设备端口电容，将所述静电放电电压计算函数简化为u＝(q1 q2)/c1。
64.根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用简化后的静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
65.下面以
±
800kv直流输电线路铁塔悬挂5g天线为例，详细说明本发明实施例的静电放电电压计算过程。
66.(1)计算q167.参考dlt1088-2020《
±
800kv特高压直流线路电磁环境参数限值》线路下方的离子流电流限值为100na/
㎡
。按照估算方法，可以得出离子流电荷密度ρ约为8.85uc/
㎡
68.5g天线尺寸大约是795mm
×
395mm
×
220mm，收纳累积空间离子的面积s约为0.32
㎡
。
69.空间电荷q1＝2.83uc。
70.(2)计算q271.以rg-58cu同轴电缆为例，其半径约为10mm，长度为10m的电缆，其表面积约为0.63
㎡
。
72.空间电荷q2＝5.56uc。
73.天馈电缆的电容与电缆型号密切相关，以rg-58cu同轴电缆为例，其标准电容约为53pf/m。
74.考虑电缆长度为10m情况下，得到静电放电电压约为
75.u＝(q1 q2)/c＝15kv。
76.本发明在考虑输电线路电压等级、天线面积、电缆长度等因素情况下，结合现有标准，给出了静电放电电压的确定方法。
77.本发明实施例还提供了一种5g基站天馈电缆连接端口静电放电电压确定系统，包括：
78.静电放电模型构建模块，用于构建直流输电线路的静电放电模型；静电放电模型为由电源和电容器连接后形成的电路；电源的电荷为5g天线金属板汇聚的空间电荷和天馈电缆汇聚的电荷之和，电容器的电容为天馈电缆电容与5g基站设备端口电容并联后的电容；
79.空间电荷计算函数建立模块，用于建立5g天线金属板汇聚的空间电荷计算函数；
80.静电放电电压计算函数建立模块，用于根据静电放电模型，建立静电放电电压计算函数；静电放电电压计算函数中的静电放电电压等于电源的电荷与电容的比值；
81.空间电荷计算模块，用于根据待测5g天线金属板的参数，利用空间电荷计算函数计算待测5g天线金属板汇聚的空间电荷；
82.天馈电缆电荷计算模块，用于根据待测天馈电缆的参数，计算待测天馈电缆汇聚的电荷；
83.静电放电电压计算模块，用于根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
84.空间电荷计算函数建立模块，具体包括：
85.离子流电荷密度公式确定子模块，用于将5g天线金属板的电容按照平板电容器电容计算，确定离子流电荷密度的计算公式为ρ＝εr×i×
r/d；其中，ρ表示离子流电荷密度，εr表示真空中介电常数，i表示离子流电流，r表示放电电阻，d表示5g天线金属板距地面高度；
86.空间电荷计算函数确定子模块，用于根据离子流电荷密度的计算公式，确定5g天线金属板的空间电荷计算函数为q1＝ρ
×
s1；其中，q1表示5g天线金属板汇聚的空间电荷，s1表示5g天线金属板的面积。
87.计算待测天馈电缆汇聚的电荷的公式为：q2＝ρ
×
s2；其中，q2表示天馈电缆汇聚的电荷，s2表示天馈电缆的表面积。
88.静电放电电压计算模块，具体包括：
89.简化子模块，用于忽略5g基站设备端口电容，将静电放电电压计算函数简化为u＝(q1 q2)/c1；其中，u表示静电放电电压，c1表示天馈电缆电容；静电放电电压获得子模块，用于根据待测5g天线金属板汇聚的空间电荷、待测天馈电缆汇聚的电荷和待测天馈电缆的电容，利用简化后的静电放电电压计算函数，获得待测直流输电线路的静电放电电压。
90.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
91.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。