通信設備防雷及過電壓保護

李道圣　張寧　顏祥云

【摘 要】大規(guī)模集成電路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越來越高。因此應采取必要的保護措施來避免因過電壓而產(chǎn)生的過電流對線路、設備及人員造成的危害，使產(chǎn)生的危害降低到最低點。

【關鍵詞】通信；設備；防雷；措施

隨著科技的迅猛發(fā)展，大規(guī)模集成電路和智能化在通信設備中的廣泛應用，使得通信設備對過電壓的要求越來越高。由于雷電在信號線、電源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來避免因過電壓所產(chǎn)生的過電流對線路、設備及人員造成危害。

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。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。按照電信專用房屋設計規(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。發(fā)生雷電時，雷電感應通過通信和電力線路侵入，若天線和通信線纜與大地之間直流通路不暢，天線和線纜與大地之間產(chǎn)生高電位而引起過電壓，致使通信設施損壞，甚至危及操作人員的人身安全。

隨著信建設速度的加快，新的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，因此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，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發(fā)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。

1.1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(shù)米，并有一定的間隔，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）避雷地線的直流通路的電阻要求足夠低，一般為10-50Ω，以滿足有盡量小的電感量。

（3）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。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。

（4）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。

（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。放射性避雷裝置的關鍵部分是放射源，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，形成與電場強度成正比的電子流，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半徑大約為260米左右，且安全可靠對人身無傷害。

1.2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：

一是SPD的接地端必須與地連接可靠，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(wǎng)引接，且接地電阻不得大于5Ω。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，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

首先是電源部分的防護，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(guī)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(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。

第二是信號部分的防護，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。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(guī)范的要求，則容易出現(xiàn)地電位反擊事故。

3.結語

接地系統(tǒng)的正確與否直接關系到通信設備和人身的安全。根據(jù)國際、國內(nèi)相關技術的發(fā)展以及國際、國家和信息產(chǎn)業(yè)部的有關設計規(guī)范，可以明確以下幾點。

（1）通信局必須按規(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(guī)范》與通信行業(yè)防雷接地標準。

（4）防雷裝置的接地線應盡量粗、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(jié)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。

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