通信論文試析解決雷電過電壓防護策略

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

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　　隨著科技的迅猛發展，大規模集成電路和智能化在通信設備中的廣泛應用，使得各種先進通信設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、天饋線等上感應的瞬間過電壓造成的危害時常發生，因此必須采取適當的保護措施以避免因過電壓及其所產生的過電流對傳輸線路、通信設備和人員造成的危害。

　　雷電是一種自然現象，它曾給人類社會帶來了不少危害，國際電工委員會已將雷電災害稱為“電子時代的一大公害”，雷擊、感應雷擊、電源尖波等瞬間過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分析，專家們認為：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程，尋求有效地防護措施才能減少雷電帶來的損失。根據氣象觀測，地球上每秒鐘要出現大約100次左右的閃電雷擊。按照電信專用房屋設計規范，通信大樓一般都安裝有避雷針、避雷網或避雷帶，并且均采取了聯合接地的方式。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還會遭受過壓過流而損壞呢?甚至還會對操作維護人員的人身構成威呢?這是由于當發生雷電時，帶電的云層會在通信設施的天線上產生感應電荷或雷電感應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，就會由于感應在天線和線纜與大地之間產生高電位而引起過電壓，致使通信設施無法承受強電流的侵入而損壞，甚至會危及操作人員的人身安全。

　　隨著長江通信建設速度的加快，先進通信設備在長江通信網的大規模應用，單一的防護體系已不能滿足現代通信網絡安全的要求，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電壓影響等多方面的防護，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和保護等級。根據雷電引起瞬間過電壓的危害的可能侵入的通道，從電源線到數據通信線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”，力爭將其產生的危害降低到最低點。

　　一、通信設施的防雷措施

　　通常來說，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引線疏導至大地，避免直接雷擊或感應雷擊電流流經建筑物或通信設備，從而使建筑物或通信設備免受雷擊。②隔離，即將雷電所產生的過電壓和被保護物隔離開來從而避免雷擊。③等位，即將鐵塔地、天饋線地、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行中和，從而阻止雷電的形成。根據以上的四種避雷方法，具體到一個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

　　外部防護主要采用避雷針(避雷網、避雷線和避雷帶)和接地裝置(接地線、地極)來加以防護。其保護原理是：當雷云放電接近地面時，它使地面的電場發生畸變，在避雷針(避雷線)頂部形成局部電場強度畸變，以影響雷電先導入電的發展方向，引導雷電向避雷針(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，從而使被保護物免受雷擊，這是人們長期實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。根據現代通信發展的要求，避雷針應選擇提前放電主動式的防雷裝置，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(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避雷針應當裝在高于天線尖端數米，避雷針與天線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個波長以外。

　　②　接地引入線長度應不大于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。地線不能用扁平編織線和絞合線，因為這兩種線電感較大，不利于泄放雷擊電流，且容易被腐蝕。要盡可能使用3毫米以上的實心導線，且最好是相同的金屬材料。

　　③為了增大地表層的過電壓的泄放面積，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。

　　④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目前世界最先進的防雷保護裝置之一。放射性避雷裝置的關鍵部分是放射源，它能連續自行發射α粒子，使周圍空氣電離產生大量電子。在雷電場的作用下這些電子不斷加速，對空氣產生連鎖的多極電離或雪崩電離，形成與電場強度成正比的電子流，這時產生的由放射源指向雷云的電離通導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，從而有效地防止發生雷擊，起到顯著的消雷作用。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，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時應注意以下方面的問題：

　　一是SPD的接地端必須與地連接可靠，一般要求接地引線應從天饋線入口處外側的接地線、避雷帶或地網引接，且接地電阻不得大于5Ω，不然將會影響到防雷的效果。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，一般要求天饋系統的駐波比不大于1.5。三是安裝通信天線時，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，除在天饋系統中安裝SPD外，還要注意供電系統的防雷，常見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低壓線路應進行過電壓保護，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)配電機房總配電盤的電纜內芯線兩端對地加裝避雷器，作為一級保護;在樓宇總配電盤至樓層配電箱間電纜內芯線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)技術將雷電過電壓(脈沖)能量分流疏導至大地，從而達到保護的目的。分流(限流)技術中采用的防護器的質量、性能的好壞將直接影響防護的效果，因此應選擇合格優良的避雷裝置。

　　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確定。建議在所有信息系統進入樓宇的電纜內芯線端時，應對地加裝避雷器，電纜中的空線應接地，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(與法拉第網相接)、電源地(要求地阻<10Ω)、邏輯地(也稱信號地)和防雷地等。通信設備要求交直流工作地、安全保護地、防雷地必須獨立時，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，應盡可能使它們連接在一起，如實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

　　總之，防雷接地對通信設備來說是一個永恒的話題，接地系統的正確與否直接關系到通信設備和人身的安全。根據國際、國內相關技術的發展以及國際、國家和信息產業部的有關設計規范，可以明確以下幾點。

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

　　2.無論是通信大樓，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》與通信行業防雷接地標準。根據各通信機房、基站等所處的環境，應從電纜引入開始安裝多級保護器。

　　4.防雷裝置的接地線應盡可能短，因為在雷擊情況下，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之前和過后對其進行檢查，重點測試它們的動作電壓和額定電壓下的漏電流，如果測試數值跟原來產品參數存在一定范圍的變化，就應該立刻將其更換掉，以免發生不必要的損失。