隨著部隊信息化的發(fā)展，通信網(wǎng)絡規(guī)模不斷擴大，通信臺站的數(shù)量也日趨增多，而且多數(shù)通信臺站的電源線路和傳輸線路大都采用長距離架空線路，進入機房，增加雷擊風險，導致雷擊概率增多，通信設備損壞、通信中斷，耗費了大量人力財力。盡管近年來我們采取了多種多樣的防雷措施，耗費了大量人力財力，每年雷害造成的損失仍然很大。怎樣才能有效地預防雷害，確保通信臺站設備和工作人員的安全呢?多年來的工程經(jīng)驗告訴我們：必須根據(jù)通信臺站的實際情況，在現(xiàn)場勘查的基礎上設計有針對性的綜合防雷系統(tǒng)，嚴格按照設計方案及標準規(guī)范施工。
1 雷電形式
雷電對通信設備具有很強的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊等四種形式。直擊雷和感應雷是雷電入侵建筑物內電氣設備的主要形式。
直擊雷是指直接擊在建筑物或其他物體上的雷電。由于受直接雷擊，被擊的建筑物、電氣設備或其他物體會產(chǎn)生很高的電位，而引起過電壓，這時流過的雷電流很大，可達幾十千安甚至幾百千安，這就極易使電氣設備或建筑物損壞，甚至引起火災或爆炸事故。當雷擊于架空輸電線時，也會產(chǎn)生很高的電壓可達幾千千伏，不僅會常常引起線路的閃絡放電，造成線路發(fā)生短路事故，而且這種過電壓還會以波動的形式迅速向變電所、發(fā)電廠或其他建筑物內傳播，使沿線安裝的電氣設備絕緣受到嚴重威脅，往往引起絕緣擊穿起火等嚴重后果。
感應雷是指當雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導體，由于靜電感應，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或對另一雷云閃擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓(感應電壓)，其過電壓幅值可達到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內的導線、接地不良的金屬物導體和大型的金屬設備放電而引起電火花，從而引起火災、爆炸、危及人身安全或對供電系統(tǒng)造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強的感應電磁場，對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞，或者使周圍的金屬構件產(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災。另外，當架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應雷，高電位便會沿著導線、電源線以及信號線侵入變電站或建筑物內，這種雷電波侵入也會對電氣設備造成危害或使建筑物內的金屬設備放電，引起破壞作用。
直擊雷是雷電直接擊中線路并經(jīng)過電氣設備入地的雷擊過電流；感應雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場變化與導體感應出的過電壓、過電流形成的雷擊，感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產(chǎn)生的，形成感應雷電壓的幾率很高，對建筑物內的電氣設備，尤其是低壓電子設備威脅巨大，所以說對通信臺站內設備的防雷保護的重點是防止感應雷入侵。
雷電波入侵是指雷擊發(fā)生時，雷電直接擊中架空或埋地較淺的金屬管道、線纜，強大的雷電流沿著這些管線侵入室內。
由圖l可以看出，雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內；第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應，
他們在各種電線中感應出幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導線傳播而引入室內的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這個高電位通過電力線的PEN線、防雷接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內，并沿著導線傳播到遠處，殃及更大范圍。
2 雷電波入侵的特點及危害
對于通信臺站來說，大多數(shù)線路都是長距離引入機房，本文由于篇幅限制，主要對線路上的雷電波入侵進行闡述。
對于通信臺站，直擊雷是指雷電直接擊中了架空電線(信號線)或埋地線纜，雷電流以l／20～1／2的光速以波的形式向線路兩端，對設備及構成危害。雷擊時電流高達幾十千安，最高達200～300kA，一般在20～40kA，其時間甚短，一般僅為10～100μs。
雷擊架空線路導線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：
Us≈100I
式中：
Us一雷擊點過電壓最大值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
實踐證明，在埋有線纜的地方，沿線纜埋設的線路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤電阻率高的地方尤其明顯，這是由于在土壤中埋下一條線纜就相當于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶，在土壤電阻率突變的地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊線纜的原因。
閃電落地點會形成半球形(如果土壤電阻率均壓)。導電區(qū)域出項陡峭的電位降。當土壤電阻率為100Ωm、雷電流為100kA時，導電半球的半徑的典型值為2～3m；當電阻率為10000Ωm時，半徑將增大10倍。在地下若埋有電纜，則雷擊點會對電纜放電，在土壤電阻率為100Ωm時，放電距離為6m；在土壤電阻率為1000Ωm(一般高山站點的土壤電阻率都比較高)時，放電距離為12m以上；聚乙烯電纜護套的擊穿電壓約為lOOkV數(shù)量級。對于50kA峰值的雷電流，當土壤電阻率為1000Ωm時，距離雷擊點80m處即可達到上述的擊穿電壓值，足以破壞絕緣護套，雷電的高電壓就進入芯線，而沿電纜芯傳播，造成電纜的損壞。如果雷擊點離機房近的話，還會造成機房內設備的損壞。
雷云在起電和先導放電的過程中，對架空線會產(chǎn)生靜電感應，使之產(chǎn)生異性靜電位，一旦雷云對地放電，導線中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對地向線路兩端，電荷所形成的電流(I)乘以導線的波阻(Z)，即為雷電感應電壓。
架空線(無屏蔽)雷電感應過電壓如圖2所示。
感應過電壓幅值可用下式表示：
式中：
Ug一感應過電壓幅值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
hd一導線距地高度(m)
S一雷擊點與導線垂直距離(m)
從圖2(b)可知即使雷云沒有放電，僅在雷云起電和過程中，也能在絕緣良好的短電話線路上產(chǎn)生10～20kV的感應過電壓。相距大約為25～3000m的對地雷擊，一般將在架空電話線路中感應出高于1000V的過電壓，這必將產(chǎn)生相當大的危害。
除了靜電感應的電荷直接向線纜流入雷電流以外，由于云間放電，通過電磁感應，也能在線纜上誘發(fā)感應電壓和電流。如果放電通道與線纜線路相平行，由于電磁感應，將使線纜的導體產(chǎn)生一定的縱向電動勢，并隨之流過一定的電流。實際上線纜上的過電壓沖擊，絕大多數(shù)是感應產(chǎn)生的。但因其能量一般較小，電壓低，電流弱，通常很少對線纜本身造成危害。只能對線纜相連接的設備構成危害。圖2中可以看出(a)屬于磁場感應，(b)屬于電場感應。
綜上所述，雷電可以通過雷電感應、雷電波侵入、雷電地電位升高對通信臺站的各類設備系統(tǒng)造成嚴重危害。
3 通信臺站目前線路雷電波侵入防護存在的問題
根據(jù)雷擊事故統(tǒng)計表明通信臺站的電源設備因雷擊損壞所占比例為68％，而市電引入部分因雷擊損壞所占比例更高達75．75％。大部分通信臺站遭遇雷擊后，配電箱、低壓供電電纜及通信線路等都受到雷擊破壞，導致設備毀損、屏蔽層擊穿、系統(tǒng)終止等事故發(fā)生。
目前，經(jīng)實際運行經(jīng)驗驗證，由電源系統(tǒng)耦合進入的感應雷擊造成設備的損壞占雷災損失70％以上。因此，對電源系統(tǒng)的雷電保護措施是整個防雷工程中必不可少的而且是非常重要的一個環(huán)節(jié)。
1)電源線路保護不完善。除在開關電源內只帶有C級通流容量20kA的交流電源防雷模塊外，其他未采取任何防護措施。容易因直擊雷或感應雷造成線路過壓，損壞電源線路與之相聯(lián)的設備；
2)部分通信臺站，在電源線路的終端杠開始改為鎧裝電纜埋地進入配電房。電源鎧裝電纜在入室前鎧裝層未作接地處理。由于雷電流的高頻趨膚效應，電纜感應的雷電流絕大部分均在鎧裝層尋找途徑上泄放，由于鎧裝層沒有接地，極易導致對地(或其他線路、設備等)放電打火，輕則導致電纜接頭擊穿短路，重則引起設備損壞，甚至導致火災事故；
3)光纜長距離架空，部分在進機房前埋地距離很短，大部分沒有埋地就直接接入室內綜合柜內，光纜有鎧裝層但未采取任何接地措施，懸空。多數(shù)光纜中的加強筋在設備端也沒有作好接地處理，同低壓電纜一樣，長距離架空容易遭受直擊雷和感應雷，由于雷電流的高頻趨膚效應，感應的雷電流絕大部分均在鎧裝層尋找途徑上泄放，由于鎧裝層沒有接地，極易導致對地(或其他線路、設備等)放電打火，輕則導致光纜接頭擊穿短路，重則引起設備損壞，甚至導致火災事故燒毀光纜；
4)室內接地不完善。多數(shù)通信臺站接地網(wǎng)做的比較規(guī)范，但是在接地引入線到接地匯集排接地處理不規(guī)范，接地線長度和粗細均不符合規(guī)范要求。直擊雷引下線與機房接地引上線之間的距離沒有達到規(guī)范要求最少相隔5一10米的要求。設備保護接地線較長且細，并與強電并行走線，容易造成雷電的二次感應
4 通信臺站線路雷電波侵入防護方法
雷電感應高電壓以及雷電電磁脈沖的防護是在入侵通道上將雷電過電壓、過電流泄放入地，從而達到保護電子設備的目的。其主要方法是采用隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓與過流保護、接地等方法將雷電過電壓、過電流以及雷電電磁脈沖消除在設備外圍，從而達到保護各類設備的目的。只要設計合理、安裝合格、各類浪涌保護器就能對雷電進行有效的防護。我們既要防止直擊雷，也要防止雷電感應高電壓及雷電電磁脈沖，二者有機結合，相互補充，構成一套完整的現(xiàn)代綜合防雷體系，才能有效地防止雷擊事故，減少雷擊災害，保護建筑物、設備和人身安全。
根據(jù)現(xiàn)場的情況，我們針對每個通信臺站的不同情況采取針對性的解決措施。主要將采取等電位聯(lián)接、區(qū)分雷電流引下線和保護接地引上線、正確設計和安裝多級電源避雷器、建設合格地網(wǎng)等方法，對通信臺站進行綜合雷電防護。
1)電源系統(tǒng)防護的完善，根據(jù)通信臺站的實際情況采取2～4級的保護。由于電源線是雷電通過電場感應而引雷入室的主要途徑，即使是電源線入地進室，也不能完全解決雷電波入侵的問題，因此安裝多級電源避雷器以抑制雷電波入侵是首要選擇；
2)通信臺站的交流供電系統(tǒng)應采用絕緣護套電纜穿鋼管埋地、或采用金屬鎧裝電纜埋地引入的方式，其埋地長度宜不小于50m。當變壓器或電力線路終端桿與機房較近，電纜線地下埋設長度達不到50m時，可將電纜環(huán)繞機房迂回埋設。埋地的鋼管或電力電纜的外護金屬層兩端應就近妥善接地，一端接變壓器地網(wǎng)，另一端在進機房前可靠接地。另外，電纜外導體對內導體有靜電屏蔽作用，電纜的外導體同內導體形成電容很容易將芯線上高頻性質的感應電荷泄放入地，可一定程度限制感應雷電波侵入；
3)在電源低壓架空線的終桿處(電力電纜與架空電力線連接處)，做一組合格的地網(wǎng)，接地體宜采用輻射形或環(huán)形。將轉地埋的鎧裝電纜的鎧裝層就近接入該地網(wǎng)中，同時在終桿處增加一組(3個)戶外跌落式低壓避雷器，以增強對來自低壓架空輸電部分的雷電泄放能力，提高低壓線路側的防雷保護。避雷針在接閃直擊雷電流時，接地網(wǎng)會出現(xiàn)接地極上雷電流經(jīng)電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在線路進戶處必須裝設一組(3個)戶外跌落式低壓避雷器，將高電位鉗制在安全值。按照DL／T499—2001《農(nóng)村低壓電力技術規(guī)程》零線在進戶前作重復接地處理，將零線、避雷器的接地、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具連在一起接地，保證在故障時保護中性線的電位盡可能保持接近大地電位；
4)電源線的進線在入室前，將電纜的鎧裝層做可靠接地，就近直接接入聯(lián)合地網(wǎng)中，增強對感應雷的屏蔽和泄放；
5)通信光纜對機房設備造成的雷害通常是由光纜的金屬鎧裝層或金屬加強筋引起的。針對不同情況分別采取如下措施：
①無金屬屏蔽層(無金屬鎧裝層)光纜：可將光纜敷設在金屬管內埋地進入機房，埋地長度宜不小于30m，一般可從線路終端桿開始埋設，埋地的金屬管兩端應就近可靠接地，終端桿處直接與終端桿的接地網(wǎng)相連，入戶處直接與機房聯(lián)合地網(wǎng)相連，將光纜鎧裝層上的感應雷電流直接泄放到地，將雷害的威脅直接阻止在室外不進室內，從而保證室內設備的安全；
②有金屬屏蔽層(有金屬鎧裝層)光纜：將光纜鎧裝層在終端桿和進機房前兩端就近接地，終端桿處直接與終端桿的接地網(wǎng)相連，入戶處直接與機房聯(lián)合地網(wǎng)相連，將光纜鎧裝層上的感應雷電流直接泄放到地，將雷害的威脅直接阻止在室外不進室內，從而保證室內設備的安全；
③盡量將光數(shù)混合架或光纖終端盒設置在光纜進口處。對光纜金屬加強芯的接地安裝應作妥善處理。光纜安裝時，應將光纜加強芯和光纜終端盒內專用的加強芯接地母排妥善連接，同時將加強芯接地母排直接與室外饋線接地排相連，布放的接地線宜不小于35mm2，且宜短、直。若與饋線接地排距離較長(大于2m)，也可與室內接地匯集線就近連接。此外，加強芯專用接地母排應與光纜終端盒體和機架內金屬體進行電氣隔離。
(6)接地匯集線(匯流排)應布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地連接線最短。各樓層的分匯集線應直接與樓底的總匯集線相連。建議采用環(huán)形等電位連接，在機房內沿走線架和墻壁沒置環(huán)形接地匯集線。環(huán)形接地匯集線應多點就近與地網(wǎng)連通，站內設備由環(huán)形匯集線就近接地。
(7)對于通信臺站信號部分，有雷擊損壞紀錄的臺站，在信號的接口部分還需要安裝相應的信號類防雷器。
5 結論
雷電可導致的危害多種多樣，目前可以說沒有任何一種產(chǎn)品和單一手段可以全面防止雷電的危害。我們必須提高對防雷工作的認識，積極研究現(xiàn)代防雷新技術。每年在雷雨季節(jié)前，對系統(tǒng)進行檢查維護，對運行中的防雷元器件進行檢測。雷雨季節(jié)中要加強對防雷元器件外觀的巡視，發(fā)現(xiàn)異常應及時處理。如果設備遭受雷擊，應對損壞情況和原因進行調查分析，并根據(jù)分析結果，對防雷措施加以改進。同時應做好雷害的統(tǒng)計，為防雷系統(tǒng)的設計、改進和完善，積累必要的資料。
目前全國部隊通信臺站已數(shù)不勝數(shù)，通信臺站正常工作關系到國防通信事業(yè)發(fā)展。通信臺站防雷接地系統(tǒng)是保證通信網(wǎng)絡暢通、人員和設備安全的重要環(huán)節(jié)，涉及通信臺站信號線、土建、供電、設備安裝以及周圍建筑等許多方面，需要我們樹立長遠的戰(zhàn)略目標，不斷總結經(jīng)驗，從實際情況入手，不斷提高防雷技術水平和通信臺站的防雷能力。相信隨著科學技術的進步，人類最終一定能找到有效利用雷電蘊藏著的巨大能量的途徑，徹底戰(zhàn)勝雷害。
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