通信设备防雷及过电压保护

【摘 要】大规模集成电路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越来越高。因此应采取必要的保护措施来避免因过电压而产生的过电流对线路、设备及人员造成的危害，使产生的危害降低到最低点。

【关键词】通信；设备；防雷；措施

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，使得通信设备对过电压的要求越来越高。由于雷电在信号线、电源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来避免因过电压所产生的过电流对线路、设备及人员造成危害。

雷电是一种自然现象，它曾给人类社会带来了不少危害，国际电工委员会已将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”，雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的罪魁祸首。由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲（LEMP）是通信设备损坏的主要原因。按照电信专用房屋设计规范，通信大楼一般都安装有避雷针、避雷网或避雷带，并且均采取了联合接地的方式。发生雷电时，雷电感应通过通信和电力线路侵入，若天线和通信线缆与大地之间直流通路不畅，天线和线缆与大地之间产生高电位而引起过电压，致使通信设施损坏，甚至危及操作人员的人身安全。

随着信建设速度的加快，新的防护体系已从单一防护体系转为多级防护，多级防护包括防直击雷、防感应雷电、防地电位反击引起的瞬间过电压影响等多方面的防护，因此应采取的防范原则是“整体防御、综合治理、多重保护”，力争将其产生的危害降低到最低点，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。

1.1安装避雷针或接地装置的要求

（1）避雷针应当装在高于天线尖端数米，并有一定的间隔，以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆，通信天钱却装在避雷针外线大约1.5个波长以外。

（2）避雷地线的直流通路的电阻要求足够低，一般为10-50Ω，以满足有尽量小的电感量。

（3）接地引入线长度应不大于30米，其材料应采用热镀锌扁钢或铜排，截面积应不小于40mm×4mm。地线不能用扁平编织线和绞合线。要尽可能使用3毫米以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。

（4）为了增大地表层的过电压的泄放面积，可采用埋设有一定间隔的多根接地体，且相互焊接。如在建筑物的四周以1至2米的间隔埋上10根左右的铜管，并把它们焊接起来。

（5）对一些重要的通信工程来说，可以考虑安装放射性避雷装置。放射性避雷装置的关键部分是放射源，它能连续自行发射α粒子，使周围空气电离产生大量电子。在雷电场的作用下这些电子不断加速，对空气产生连锁的多极电离或雪崩电离，形成与电场强度成正比的电子流，把已有的低电场消除掉，把可能形成的高电场降为低电场，从而有效地防止发生雷击，起到显著的消雷作用。这种放射性避雷装置的防护面积半径大约为260米左右，且安全可靠对人身无伤害。

1.2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，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。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，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。

2.内部防护

首先是电源部分的防护，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。

第二是信号部分的防护，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。

最后是接地处理，接地系统把雷电流引入大地。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。

3.结语

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，可以明确以下几点。

（1）通信局必须按规范建立在联合接地系统、均压等电位分区保护的基础上。

（2）无论是通信大楼，还是通信设施，都必须采用层层防护的原则。

（3）防雷装置的接地电阻应符合《建筑物防雷接地规范》与通信行业防雷接地标准。

（4）防雷装置的接地线应尽量粗、短而直，禁止不必要的弯曲、打圈和迂回，才能达到更佳的防雷效果。

（5）注意避雷元器件使用是否正常，应在每年雷雨季节到来之前和过后对其进行检查，重点测试它们的动作电压和额定电压下的漏电流。

【参考文献】

[1]赖世能，慕家骁.通信系统防雷接地技术[M].人民邮电出版社，2008.

[2]苏邦礼.雷电与避雷工程[M].广州中山大学出版社，1997.

[3]云季扬.计算机通信网络防雷技术[J].工科物理副刊现代防雷专辑，1998，（1）.

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