淺談通信設施雷電過(guò)電壓防護措施

摘 要：大規模集成電路和智能化在通信設備中的廣泛，使得各種先進(jìn)通信設備對過(guò)電壓的要求也就越來(lái)越高。因此必須采取適當的保護措施以避免因過(guò)電壓及其所產(chǎn)生的過(guò)電流對傳輸線(xiàn)路、通信設備和人員造成的危害。本文重點(diǎn)介紹“整體防御、綜合治理、多重保護”的防范原則，力爭將其產(chǎn)生的危害降低到最低點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：通信設施 防雷措施 降低危害

　　隨著(zhù)的迅猛，大規模集成電路和智能化在通信設備中的廣泛應用，使得各種先進(jìn)通信設備對過(guò)電壓的要求也就越來(lái)越高。由于雷電在電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、天饋線(xiàn)等上感應的瞬間過(guò)電壓造成的危害時(shí)常發(fā)生，因此必須采取適當的保護措施以避免因過(guò)電壓及其所產(chǎn)生的過(guò)電流對傳輸線(xiàn)路、通信設備和人員造成的危害。

雷電是一種現象，它曾給人類(lèi)帶來(lái)了不少危害，國際電工委員會(huì )已將雷電災害稱(chēng)為“的一大公害”，雷擊、感應雷擊、電源尖波等瞬間過(guò)電壓已成為破壞電子設備的罪魁禍首。從大量的通信設備雷擊事例中，專(zhuān)家們認為：由雷電感應和雷電波侵入造成的雷電電磁脈沖（LEMP）是通信設備損壞的主要原因。因此只有了解了它的形成過(guò)程，尋求有效地防護措施才能減少雷電帶來(lái)的損失。根據氣象觀(guān)測，地球上每秒鐘要出現大約100次左右的閃電雷擊。按照電信專(zhuān)用房屋設計規范，通信大樓一般都安裝有避雷針、避雷網(wǎng)或避雷帶，并且均采取了聯(lián)合接地的方式。從形式上看，它已具備了良好的防雷和抗外界電磁干擾的性能，然而通信設備為什么有時(shí)還會(huì )遭受過(guò)壓過(guò)流而損壞呢？甚至還會(huì )對操作維護人員的人身構成威呢？這是由于當發(fā)生雷電時(shí)，帶電的云層會(huì )在通信設施的天線(xiàn)上產(chǎn)生感應電荷或雷電感應通過(guò)通信和電力線(xiàn)路侵入，如果天線(xiàn)和通信線(xiàn)纜與大地之間直流通路不暢，就會(huì )由于感應在天線(xiàn)和線(xiàn)纜與大地之間產(chǎn)生高電位而引起過(guò)電壓，致使通信設施無(wú)法承受強電流的侵入而損壞，甚至會(huì )危及操作人員的人身安全。

隨著(zhù)長(cháng)江通信建設速度的加快，先進(jìn)通信設備在長(cháng)江通信網(wǎng)的大規模應用，單一的防護體系已不能滿(mǎn)足通信安全的要求，我局也加大了對防雷接地系統的投入，防護體系也日趨完善。防護體系已從單一防護體系轉為多級防護，多級防護包括防直擊雷、防感應雷電、防地電位反擊引起的瞬間過(guò)電壓等多方面的防護，應根據數字程控、數字微波、VHF、光電傳輸、交直流電源等所有微電子設備的不同功能、不同受保護程度確定防護要點(diǎn)和保護等級。根據雷電引起瞬間過(guò)電壓的危害的可能侵入的通道，從電源線(xiàn)到數據通信線(xiàn)路都應該做到多級保護。為此我們應采取的防范原則是“整體防御、綜合治理、多重保護”，力爭將其產(chǎn)生的危害降低到最低點(diǎn)。

一、通信設施的防雷措施

通常來(lái)說(shuō)，避免建筑物及設備遭受雷擊的方式大致有四種：①疏導，即將雷云中的電荷通過(guò)引線(xiàn)疏導至大地，避免直接雷擊或感應雷擊電流流經(jīng)建筑物或通信設備，從而使建筑物或通信設備免受雷擊。②隔離，即將雷電所產(chǎn)生的過(guò)電壓和被保護物隔離開(kāi)來(lái)從而避免雷擊。③等位，即將鐵塔地、天饋線(xiàn)地、設備工作地、建筑物的公共地等置于等電位上。④中和，即釋放出異性電荷和雷云中的電荷進(jìn)行中和，從而阻止雷電的形成。根據以上的四種避雷，具體到一個(gè)通信工程的防雷電過(guò)電壓來(lái)說(shuō)，其主要的措施有以下幾種方法。

1．外部防護

外部防護主要采用避雷針（避雷網(wǎng)、避雷線(xiàn)和避雷帶）和接地裝置（接地線(xiàn)、地極）來(lái)加以防護。其保護原理是：當雷云放電接近地面時(shí)，它使地面的電場(chǎng)發(fā)生畸變，在避雷針（避雷線(xiàn)）頂部形成局部電場(chǎng)強度畸變，以影響雷電先導入電的發(fā)展方向，引導雷電向避雷針（避雷線(xiàn)）放電，再通過(guò)接地引下線(xiàn)、接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護物免受雷擊，這是人們長(cháng)期實(shí)踐證明的防直擊雷的有效方法。然而，被動(dòng)放電式避雷針存在反應速度差、保護的范圍小以及導通量小等不足。根據現代通信發(fā)展的要求，避雷針應選擇提前放電主動(dòng)式的防雷裝置，并且應該從30°、45°、60°等不同角度考慮，以做到對各種雷擊的防護，增大保護范圍，增加導通量。建筑物的所有外露金屬構件（管道）都應與防雷網(wǎng)（避雷線(xiàn)或避雷帶）連接良好。

（1）安裝避雷針或接地裝置的要求

①避雷針應當裝在高于天線(xiàn)尖端數米，避雷針與天線(xiàn)之間應有一定的間隔，以防止由于避雷針的存在而損壞天線(xiàn)的輻射圖形影響通信效果。一般的做法是避雷針成為天線(xiàn)塔體的主桿，通信天錢(qián)卻裝在避雷針外線(xiàn)大約1.5個(gè)波長(cháng)以外。

②避雷地線(xiàn)的直流通路的電阻要求足夠低，一般為10－50Ω，由于雷電浪涌電流較大，頻譜較寬且持續時(shí)間短，因此要求必須有盡量小的電感量。

③接地引入線(xiàn)長(cháng)度應不大于30米，其材料應采用熱鍍鋅扁鋼或銅排，截面積應不小于40mm×4mm。地線(xiàn)不能用扁平編織線(xiàn)和絞合線(xiàn)，因為這兩種線(xiàn)電感較大，不利于泄放雷擊電流，且容易被腐蝕。要盡可能使用3毫米以上的實(shí)心導線(xiàn)，且最好是相同的金屬材料。

④為了增大地表層的過(guò)電壓的泄放面積，可采用埋設有一定間隔的多根接地體，且相互焊接。如在建筑物的四周以1至2米的間隔埋上10根左右的銅管，并把它們焊接起來(lái)。

⑤對一些重要的通信工程來(lái)說(shuō)，可以考慮安裝放射性避雷裝置。放射性避雷裝置可以說(shuō)是世界最先進(jìn)的防雷保護裝置之一。放射性避雷裝置的關(guān)鍵部分是放射源，它能連續自行發(fā)射α粒子，使周?chē)�空氣電離產(chǎn)生大量電子。在雷電場(chǎng)的作用下這些電子不斷加速，對空氣產(chǎn)生連鎖的多極電離或雪崩電離，形成與電場(chǎng)強度成正比的電子流，這時(shí)產(chǎn)生的由放射源指向雷云的電離通導會(huì )永不間斷地中和及釋放空間電荷，把已有的低電場(chǎng)消除掉，把可能形成的高電場(chǎng)降為低電場(chǎng)，從而有效地防止發(fā)生雷擊，起到顯著(zhù)的消雷作用。這種放射性避雷裝置的防護面積較大，其半徑大約為260米左右，且安全可靠對人身無(wú)傷害。

（2）防感應雷擊的方法

除在通信鐵塔上安裝避雷針或避雷裝置的同時(shí)，還要注意消除感應雷擊，其常用的方法是在天饋系統中安裝電涌保護器（SPD）。在天饋系統中安裝SPD時(shí)應注意以下方面的：


一是SPD的接地端必須與地連接可靠，一般要求接地引線(xiàn)應從天饋線(xiàn)入口處外側的接地線(xiàn)、避雷帶或地網(wǎng)引接，且接地電阻不得大于5Ω，不然將會(huì )到防雷的效果。二是因存在一定的插入損耗，對天線(xiàn)輻射信號的強度會(huì )造成一定的影響，并且還要注意駐波比，一般要求天饋系統的駐波比不大于1.5。三是安裝通信天線(xiàn)時(shí)，天線(xiàn)的支撐桿要與鐵塔可靠連接，連接電阻等于零。對重要的通信工程而言，除在天饋系統中安裝SPD外，還要注意供電系統的防雷，常見(jiàn)做法是在變壓器和配電房安裝避雷裝置。

2．內部防護

首先是電源部分的防護，因為線(xiàn)路是雷電侵入的主要通道之一。對于高壓部分，供電部門(mén)有專(zhuān)用的高壓避雷裝置，而線(xiàn)對線(xiàn)的過(guò)壓則無(wú)法控制。因此，對380Ｖ低壓線(xiàn)路應進(jìn)行過(guò)電壓保護，按國家規范要求應分為3部分：建議在高壓變壓器后端到通信局（站）配電機房總配電盤(pán)的電纜內芯線(xiàn)兩端對地加裝避雷器，作為一級保護；在樓宇總配電盤(pán)至樓層配電箱間電纜內芯線(xiàn)兩端對地加裝避雷器，作為二級保護；在所有重要的、精密的設備以及UPS的前端對地加裝避雷器，作為三級保護。目的是用分流（限流）技術(shù)將雷電過(guò)電壓（脈沖）能量分流疏導至大地，從而達到保護的目的。分流（限流）技術(shù)中采用的防護器的質(zhì)量、性能的好壞將直接影響防護的效果，因此應選擇合格優(yōu)良的避雷裝置。

第二是信號部分的防護，這需要根據通信設備的對雷電的敏感度來(lái)確定。建議在所有信息系統進(jìn)入樓宇的電纜內芯線(xiàn)端時(shí)，應對地加裝避雷器，電纜中的空線(xiàn)應接地，并做好屏蔽接地。

最后是接地處理，接地系統把雷電流引入大地，從而達到保護設備和人身安全的目的。一般建筑物的接地系統有建筑物地網(wǎng)（與法拉第網(wǎng)相接）、電源地（要求地阻＜10Ω）、邏輯地（也稱(chēng)信號地）和防雷地等。通信設備要求交直流工作地、安全保護地、防雷地必須獨立時(shí)，如果相互之間距離達不到規范的要求，則容易出現地電位反擊事故。因此，各接地系統之間的距離達不到規范要求時(shí)，應盡可能使它們連接在一起，如實(shí)際情況不允許直接連接，可通過(guò)地電位連接，從而保證各類(lèi)接地點(diǎn)的基準電位是惟一值。為保證系統正常工作，每年在雷雨季節前后或春、秋檢修時(shí)應定期用精密地阻儀檢測地阻值，以確保地阻值始終保持在規定的范圍內。

二、結語(yǔ)

總之，防雷接地對通信設備來(lái)說(shuō)是一個(gè)永恒的話(huà)題，接地系統的正確與否直接關(guān)系到通信設備和人身的安全。根據國際、國內相關(guān)技術(shù)的以及國際、國家和信息產(chǎn)業(yè)部的有關(guān)設計規范，可以明確以下幾點(diǎn)。

1．通信局（站）必須按規范建立在聯(lián)合接地系統、均壓等電位分區保護的基礎上。

2．無(wú)論是通信大樓，還是通信設施，都必須采用層層防護的原則。

3．防雷裝置的接地電阻應符合《建筑物防雷接地規范》與通信行業(yè)防雷接地標準。根據各通信機房、基站等所處的環(huán)境，應從電纜引入開(kāi)始安裝多級保護器。

4．防雷裝置的接地線(xiàn)應盡可能短，因為在雷擊情況下，接地線(xiàn)的阻抗主要取決于接地線(xiàn)的電感，而電感主要取決于接地線(xiàn)的長(cháng)度。因此，接地線(xiàn)應盡量粗、短而直，禁止不必要的彎曲、打圈和迂回，才能達到更佳的防雷效果。

5．注意避雷元器件使用是否正常，應在每年雷雨季節到來(lái)之前和過(guò)后對其進(jìn)行檢查，重點(diǎn)測試它們的動(dòng)作電壓和額定電壓下的漏電流，如果測試數值跟原來(lái)產(chǎn)品參數存在一定范圍的變化，就應該立刻將其更換掉，以免發(fā)生不必要的損失。

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