淺談通信設(shè)施雷電過電壓防護(hù)措施

摘 要：大規(guī)模集成電路和智能化在通信設(shè)備中的廣泛，使得各種先進(jìn)通信設(shè)備對過電壓的要求也就越來越高。因此必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施以避免因過電壓及其所產(chǎn)生的過電流對傳輸線路、通信設(shè)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(hù)”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(shè)施 防雷措施 降低危害

　　隨著的迅猛，大規(guī)模集成電路和智能化在通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，使得各種先進(jìn)通信設(shè)備對過電壓的要求也就越來越高。由于雷電在電源線、信號線、天饋線等上感應(yīng)的瞬間過電壓造成的危害時(shí)常發(fā)生，因此必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施以避免因過電壓及其所產(chǎn)生的過電流對傳輸線路、通信設(shè)備和人員造成的危害。

雷電是一種現(xiàn)象，它曾給人類帶來了不少危害，國際電工委員會已將雷電災(zāi)害稱為“的一大公害”，雷擊、感應(yīng)雷擊、電源尖波等瞬間過電壓已成為破壞電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)�。從大量的通信設(shè)備雷擊事例中，專家們認(rèn)為：由雷電感應(yīng)和雷電波侵入造成的雷電電磁脈沖（LEMP）是通信設(shè)備損壞的主要原因。因此只有了解了它的形成過程，尋求有效地防護(hù)措施才能減少雷電帶來的損失。根據(jù)氣象觀測，地球上每秒鐘要出現(xiàn)大約100次左右的閃電雷擊。按照電信專用房屋設(shè)計(jì)規(guī)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(shè)備為什么有時(shí)還會遭受過壓過流而損壞呢？甚至還會對操作維護(hù)人員的人身構(gòu)成威呢？這是由于當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，帶電的云層會在通信設(shè)施的天線上產(chǎn)生感應(yīng)電荷或雷電感應(yīng)通過通信和電力線路侵入，如果天線和通信線纜與大地之間直流通路不暢，就會由于感應(yīng)在天線和線纜與大地之間產(chǎn)生高電位而引起過電壓，致使通信設(shè)施無法承受強(qiáng)電流的侵入而損壞，甚至?xí)�危及操作人員的人身安全。

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

一、通信設(shè)施的防雷措施

通常來說，避免建筑物及設(shè)備遭受雷擊的方式大致有四種：①疏導(dǎo)，即將雷云中的電荷通過引線疏導(dǎo)至大地，避免直接雷擊或感應(yīng)雷擊電流流經(jīng)建筑物或通信設(shè)備，從而使建筑物或通信設(shè)備免受雷擊。②隔離，即將雷電所產(chǎn)生的過電壓和被保護(hù)物隔離開來從而避免雷擊。③等位，即將鐵塔地、天饋線地、設(shè)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(jù)以上的四種避雷，具體到一個(gè)通信工程的防雷電過電壓來說，其主要的措施有以下幾種方法。

1．外部防護(hù)

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

（1）安裝避雷針或接地裝置的要求

①避雷針應(yīng)當(dāng)裝在高于天線尖端數(shù)米，避雷針與天線之間應(yīng)有一定的間隔，以防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形影響通信效果。一般的做法是避雷針成為天線塔體的主桿，通信天錢卻裝在避雷針外線大約1.5個(gè)波長以外。

②避雷地線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(xù)時(shí)間短，因此要求必須有盡量小的電感量。

③接地引入線長度應(yīng)不大于30米，其材料應(yīng)采用熱鍍鋅扁鋼或銅排，截面積應(yīng)不小于40mm×4mm。地線不能用扁平編織線和絞合線，因?yàn)檫@兩種線電感較大，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(dǎo)線，且最好是相同的金屬材料。

④為了增大地表層的過電壓的泄放面積，可采用埋設(shè)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。

⑤對一些重要的通信工程來說，可以考慮安裝放射性避雷裝置。放射性避雷裝置可以說是世界最先進(jìn)的防雷保護(hù)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(xù)自行發(fā)射α粒子，使周圍空氣電離產(chǎn)生大量電子。在雷電場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，形成與電場強(qiáng)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(dǎo)會永不間斷地中和及釋放空間電荷，把已有的低電場消除掉，把可能形成的高電場降為低電場，從而有效地防止發(fā)生雷擊，起到顯著的消雷作用。這種放射性避雷裝置的防護(hù)面積較大，其半徑大約為260米左右，且安全可靠對人身無傷害。

（2）防感應(yīng)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(yīng)雷擊，其常用的方法是在天饋系統(tǒng)中安裝電涌保護(hù)器（SPD）。在天饋系統(tǒng)中安裝SPD時(shí)應(yīng)注意以下方面的：


一是SPD的接地端必須與地連接可靠，一般要求接地引線應(yīng)從天饋線入口處外側(cè)的接地線、避雷帶或地網(wǎng)引接，且接地電阻不得大于5Ω，不然將會到防雷的效果。二是因存在一定的插入損耗，對天線輻射信號的強(qiáng)度會造成一定的影響，并且還要注意駐波比，一般要求天饋系統(tǒng)的駐波比不大于1.5。三是安裝通信天線時(shí)，天線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(tǒng)中安裝SPD外，還要注意供電系統(tǒng)的防雷，常見做法是在變壓器和配電房安裝避雷裝置。

2．內(nèi)部防護(hù)

首先是電源部分的防護(hù)，因?yàn)榫�路是雷電侵入的主要通道之一。對于高壓部分，供電部門有專用的高壓避雷裝置，而線對線的過壓則無法控制。因此，對380Ｖ低壓線路應(yīng)進(jìn)行過電壓保護(hù)，按國家規(guī)范要求應(yīng)分為3部分：建議在高壓變壓器后端到通信局（站）配電機(jī)房總配電盤的電纜內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器，作為一級保護(hù)；在樓宇總配電盤至樓層配電箱間電纜內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器，作為二級保護(hù)；在所有重要的、精密的設(shè)備以及UPS的前端對地加裝避雷器，作為三級保護(hù)。目的是用分流（限流）技術(shù)將雷電過電壓（脈沖）能量分流疏導(dǎo)至大地，從而達(dá)到保護(hù)的目的。分流（限流）技術(shù)中采用的防護(hù)器的質(zhì)量、性能的好壞將直接影響防護(hù)的效果，因此應(yīng)選擇合格優(yōu)良的避雷裝置。

第二是信號部分的防護(hù)，這需要根據(jù)通信設(shè)備的對雷電的敏感度來確定。建議在所有信息系統(tǒng)進(jìn)入樓宇的電纜內(nèi)芯線端時(shí)，應(yīng)對地加裝避雷器，電纜中的空線應(yīng)接地，并做好屏蔽接地。

最后是接地處理，接地系統(tǒng)把雷電流引入大地，從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人身安全的目的。一般建筑物的接地系統(tǒng)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（也稱信號地）和防雷地等。通信設(shè)備要求交直流工作地、安全保護(hù)地、防雷地必須獨(dú)立時(shí)，如果相互之間距離達(dá)不到規(guī)范的要求，則容易出現(xiàn)地電位反擊事故。因此，各接地系統(tǒng)之間的距離達(dá)不到規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)盡可能使它們連接在一起，如實(shí)際情況不允許直接連接，可通過地電位連接，從而保證各類接地點(diǎn)的基準(zhǔn)電位是惟一值。為保證系統(tǒng)正常工作，每年在雷雨季節(jié)前后或春、秋檢修時(shí)應(yīng)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(guī)定的范圍內(nèi)。

二、結(jié)語

總之，防雷接地對通信設(shè)備來說是一個(gè)永恒的話題，接地系統(tǒng)的正確與否直接關(guān)系到通信設(shè)備和人身的安全。根據(jù)國際、國內(nèi)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(shè)計(jì)規(guī)范，可以明確以下幾點(diǎn)。

1．通信局（站）必須按規(guī)范建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)、均壓等電位分區(qū)保護(hù)的基礎(chǔ)上。

2．無論是通信大樓，還是通信設(shè)施，都必須采用層層防護(hù)的原則。

3．防雷裝置的接地電阻應(yīng)符合《建筑物防雷接地規(guī)范》與通信行業(yè)防雷接地標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)各通信機(jī)房、基站等所處的環(huán)境，應(yīng)從電纜引入開始安裝多級保護(hù)器。

4．防雷裝置的接地線應(yīng)盡可能短，因?yàn)樵诶讚羟闆r下，接地線的阻抗主要取決于接地線的電感，而電感主要取決于接地線的長度。因此，接地線應(yīng)盡量粗、短而直，禁止不必要的彎曲、打圈和迂回，才能達(dá)到更佳的防雷效果。

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

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