淺談通信設施雷電過電壓防護措施

1、淺談通信設施雷電過電壓防護措施 摘要：大規(guī)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?shù)谋Ｗo措施以防止因過電壓及其所產(chǎn)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 的防范原那么， 力爭將其產(chǎn)生的危害降低到最低點。 關(guān)鍵詞： 通信設施防雷措施降低危害隨著 科技的迅猛開展， 大規(guī)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(fā)生， 因此必須采取適當?shù)谋Ｗo措施以防

2、止因過電壓及其所產(chǎn)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(xiàn)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(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計標準， 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

3、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(gòu)成威呢？這是由于當發(fā)生雷電時，帶電的云層會在通信設施的天線上產(chǎn)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(chǎn)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平安。 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(wǎng)的大規(guī)模應用， 單一的防護體系 已不能滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)絡平安的要求， 我局也加大了對防雷接地系統(tǒng)的投

4、入， 防護體系也日 趨完善。防護體系已從單一防護體系轉(zhuǎn)為多級防護，多級防護包括防直擊雷、防感應雷電、 防地電位還擊引起的瞬間過電壓影響等多方面的防護，應根據(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(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)通信線路都應該 做到多級保護。為此我們應采取的防范原那么是 “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。 一、通信設施的防雷措施通常來說， 防止建筑物及設備遭受雷擊 的方式大致有四種： 疏導，即將雷云中的電荷通過引線疏導至大地，防止直接雷

5、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。 隔離，即將雷電所產(chǎn)生的過電壓和被保護物隔離開來從而防止雷擊。 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。 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(jù)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(wǎng)、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(fā)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開展方向

6、，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響速度差、 保護的范圍小以及導通量小等 缺乏。根據(jù)現(xiàn)代通信開展的要求，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(gòu)件管道都應與防雷網(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 避雷針應當裝在高于天線尖端數(shù)米，避雷針與天線之間應有一 定的間隔， 以防止由于避雷針

7、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。 避雷地線 的直流通路的電阻要求足夠低，一般為10-50Q,由于雷電浪涌電流較大， 頻譜較寬且持續(xù)時間短，因此要求必須有盡量小的電感量。 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40m啄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。 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

8、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。 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(guān)鍵局部是放射源，它能連續(xù)自行發(fā)射a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，形成與電場強度成正比的電子流， 這時產(chǎn)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(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面積較大， 其半

9、徑大約為 260 米左右， 且平安可 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(tǒng)中安裝電涌保護器SPD。在天饋系統(tǒng)中安裝SPD時應注意以下方面的問題： 淺談通信設施雷電過電壓防護措施：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(cè)的接地線、避雷帶或地網(wǎng)引接，且接地電阻不得大于5Q,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(tǒng)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

10、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)部防護首先是電源局部的防護， 因為線路是雷電侵入的主要通道之一。 對于高壓局部， 供電 部門有專用的高壓避雷裝置，而線對線的過壓那么無法控制。因此，對380 V低壓線路應進行過電壓保護，按國家標準要求應分為 3局部：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(nèi)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(nèi)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

11、的是用分流限流技術(shù)將雷電過電壓脈沖 能量分流疏導至大地，從而到達保護的目的。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。 第二是信號局部的防護， 這需要根據(jù)通信設備的對雷電的敏感度來確定。 建議在所有信息系統(tǒng)進入樓宇的電纜內(nèi)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(tǒng)把雷電流引入大地， 從而到達保護設備和人身平安的目的。 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V 10Q、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、平安保護地、防雷地必須獨立時，如果相互之

12、間距離達不 到標準的要求， 那么容易出現(xiàn)地電位還擊事故。 因此， 各接地系統(tǒng)之間的距離達不到標準要求 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(tǒng)正常工作， 每年在雷雨季節(jié)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(guī)定的范圍內(nèi)。 二、 結(jié)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(tǒng)的正確與否直接關(guān)系到通信設備 和人身的平安。 根據(jù)國際、 國內(nèi)相關(guān)技術(shù)的開展以及國際、 國家和信息產(chǎn)業(yè)部的有關(guān)設計規(guī) 范，可以明確以下幾點。 1.通信局站必須按標準建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)、均壓等電位分 區(qū)保護的根底上。 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那么。3.防 雷裝置的接地電阻應符合 ?建筑物防雷接地標準? 與通信行業(yè)防雷接地標準。 根據(jù)各通信機 房、基站等所處的環(huán)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