摘 要:近年来,随着微电子技术、光纤技术和计算机技术在通信设备中的广泛应用,使得各种先进通信设备对过电压的要求也就越来越高。因雷电造成电子设备或系统的损害呈增长趋势,因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压及其所产生的过电流对传输线路、通信设备和人员造成的危害。文中主要分析了雷电的成因、危害及防范措施,力争将其产生的危害降低到最低点。本文重点介绍“整体防御、综合治理、多重保护”的防范原则,力争将其产生的危害降低到最低点。
关键词:通信设施 防雷措施降低危害
中图分类号:TM862文献标识码:A文章编号:1007-9416(2011)01-0025-01
随着科技的迅猛发展,大规模集成电路和智能化在通信设备中的广泛应用,使得各种先进通信设备对过电压的要求也就越来越高。由于雷电在电源线、信号线、天馈线等上感应的瞬间过电压造成的危害时常发生,因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压及其所产生的过电流对传输线路、通信设备和人员造成的危害。
1、雷电的成因和危害
(1)雷电的成因。雷电由大气环流和当地气象因素所决定,是积雨云中云与云之间或云与地之间产生的放电现象,强大电流通过时,又使空气迅速膨胀产生巨大的响声,即雷电。雷电根据形状的不同,可分为枝状、片状、线状等形式,其中枝状最为常见。暖湿气流上升到大约15,000m的高空,在云中产生出正、负电荷,强烈的上升气流造成了云内电荷的分离,正电荷位于云的上部,负电荷在云的下部,云与大地间就形成电场,其下端的负电荷使大地被感应出正电荷,此时雷云与大地之间就成为一个大的已充电的电容器。可触发雷电的电场强度与空气的绝缘度相关,当电场强度在0.5～10(kv/cm)之间,雷云与地间的电势差高到一定程度(约103v/cm～104v/cm)时,大气会被击穿。
(2)雷电对通信系统的危害。雷电是一种极具破坏力的自然现象,其电压可高达数百万伏,瞬间电流更可高达数十万安培。由于通信设备硬件结构集中化程度较高,使板件耐受过电压、过电流的能力下降,更易遭受雷电破坏。轻者造成设备的接口损坏,大量数据丢失或无法传输;重者使主机损坏,导致通信中断,因此对关键的系统和设备进行防雷害是非常必要的。从危害角度雷电可分为直击雷和感应雷。
2、通信设施的防雷措施
通常来说,避免建筑物及设备遭受雷击的方式大致有四种:①疏导,即将雷云中的电荷通过引线疏导至大地,避免直接雷击或感应雷击电流流经建筑物或通信设备,从而使建筑物或通信设备免受雷击。②隔离,即将雷电所产生的过电压和被保护物隔离开来从而避免雷击。③等位,即将铁塔地、天馈线地、设备工作地、建筑物的公共地等置于等电位上。④中和,即释放出异性电荷和雷云中的电荷进行中和,从而阻止雷电的形成。根据以上的四种避雷方法,具体到一个通信工程的防雷电过电压来说,其主要的措施有以下几种方法。
(1)外部防护。外部防护主要采用避雷针(避雷网、避雷线和避雷带)和接地装置(接地线、地极)来加以防护。其保护原理是:当雷云放电接近地面时,它使地面的电场发生畸变,在避雷针(避雷线)顶部形成局部电场强度畸变,以影响雷电先导入电的发展方向,引导雷电向避雷针(避雷线)放电,再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地,从而使被保护物免受雷击,这是人们长期实践证明的防直击雷的有效方法。然而,被动放电式避雷针存在反应速度差、保护的范围小以及导通量小等不足。
(2)防感应雷击的方法。除在通信铁塔上?安装避雷针或避雷装置的同时,还要注意消除感应雷击,其常用的方法是在天馈系统中安装电涌保护器(SPD)。在天馈系统中安装SPD时应注意以下方面的问题:一是SPD的接地端必须与地连接可靠,一般要求接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接,且接地电阻不得大于5Ω,不然将会影响到防雷的效果。二是因存在一定的插入损耗,对天线辐射信号的强度会造成一定的影响,并且还要注意驻波比,一般要求天馈系统的驻波比不大于1.5。三是安装通信天线时,天线的支撑杆要与铁塔可靠连接,连接电阻等于零。对重要的通信工程而言,除在天馈系统中安装SPD外,还要注意供电系统的防雷,常见做法是在变压器和配电房安装避雷装置。
(3)内部防护。首先是电源部分的防护,因为线路是雷电侵入的主要通道之一。对于高压部分,供电部门有专用的高压避雷装置,而线对线的过压则无法控制。因此,对380Ｖ低压线路应进行过电压保护,按国家规范要求应分为3部分:建议在高压变压器后端到通信局(站)配电机房总配电盘的电缆内芯线两端对地加装避雷器,作为一级保护;在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端对地加装避雷器,作为二级保护;在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加装避雷器,作为三级保护。目的是用分流(限流)技术将雷电过电压(脉冲)能量分流疏导至大地,从而达到保护的目的。分流(限流)技术中采用的防护器的质量、性能的好坏将直接影响防护的效果,因此应选择合格优良的避雷装置。其次是信号部分的防护,这需要根据通信设备的对雷电的敏感度来确定。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端时,应对地加装避雷器,电缆中的空线应接地,并做好屏蔽接地。通信局站内的E1线、网线不应架空走线,特别是移动基站到传输设备的E1线,以及数据通信设备的网线。E1线、网线是室内信号互连线,正常情况下不应架空出户走线。如果由于实际条件出现E1线、网线出户走线的情况,此时应按进局电缆的要求进行E1线、网线的防雷保护。最后是接地处理,接地系统把雷电流引入大地,从而达到保护设备和人身安全的目的。一般建筑物的接地系统有建筑物地网(与法拉第网相接)、电源地(要求地阻＜10Ω＝、逻辑地(也称信号地)和防雷地等。通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时,如果相互之间距离达不到规范的要求,则容易出现地电位反击事故。因此,各接地系统之间的距离达不到规范要求时,应尽可能使它们连接在一起,如实际情况不允许直接连接,可通过地电位连接,从而保证各类接地点的基准电位是惟一值。为保证系统正常工作,每年在雷雨季节前后或春、秋检修时应定期用精密地阻仪检测地阻值,以确保地阻值始终保持在规定的范围内。
3、结语
总之,防雷接地对通信设备来说是一个永恒的话题,接地系统的正确与否直接关系到通信设备和人身的安全。根据国际、国内相关技术的发展以及国际、国家和信息产业部的有关设计规范。随着科学技术的进步,人类最终一定能找到有效利用雷电蕴藏着的巨大能量的途径,彻底战胜雷害。
参考文献
[1]侯振义,夏峥.通信电源站原理及设计[M].北京:人民邮电出版社,2002.
[2]杨金夕.防雷、接地及电气安全技术[M].北京:机械工业出版社,2004.
