微波站(局)的綜合防雷接地保護

【摘 要】雷電對漳衛南局微波通訊網造成五次危害，通過分析雷電成因、災害分析、防護要點，提出了微波通訊的防雷綜合應用措施。

【關鍵詞】微波站；防雷；接地保護

1. 引言

我漳衛南局通信網已建設通信站點46處，隨著通信網規模的擴大，雷擊危害也大幅提高，僅2009年海河流域的主汛期，就發生雷擊事故五次，造成直接經濟損失30余萬元。

2. 雷電成因

雷擊的直接起因是雷雨云中大量電荷的迅速瀉放。當雷雨云中電荷積累到一定程度，會在下方形成很強的電場，電場使局部空氣電離成為導電體，雷云電荷沿著電離形成的導電通道下移，使附近的空氣繼續電離，于是導電通道不斷向下延伸，形成梯式雷電先導，當先導接近地面時，地面感應電荷產生迎擊先導并不斷向上發展，先導會合后雷云電荷通過先導導電通道對地放電，形成雷擊。

3. 雷電災害分析

雷擊可以產生不同的破壞形式（見表1），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。

4. 防護要點

電子設備的雷擊防護主要有以下幾個要點：等電位連接、分流、阻流、屏蔽、接地、躲避。

4.1 等電位連接。等電位連接就是把所有的設備地以及金屬物用粗銅導線連接起來，使之處于同電位，這樣在地電位升高時就會“水漲船高”，各地以及金屬物之間不會產生壓差而損壞設備。

4.2 分流。分流是將進入系統的過電壓波能量引導進入大地或其它無害回路，從而保護設備不受損壞。這相當于治理洪水中“疏導”的辦法。

4.3 阻流。阻流是根據過電壓波的能量特點，在電源或信號通道上設置障礙點來進一步阻止有害能量進入設備，達到保護設備的目的。

4.4 屏蔽。屏蔽是在被保護設備或電路上加屏蔽層，從而達到保護的效果。屏蔽層是接地的，所以屏蔽有兩個效果，一是小范圍內起到比單點接地更好的等電位連接效果，從而更有效地分流；二是可以將電磁脈沖能量擋在屏蔽層外。

4.5 接地。接地是防雷中最不可缺少的一環，前面介紹的方法中都要依靠接地的配合，沒有合理的接地，以上方法也就失去了其應有的作用。

4.6 躲避。躲避是一種相對主動的避雷措施，它能實施的基礎是雷電預報與探測技術。當預知到雷擊要發生時，提前采取關閉設備、中斷連接、停止操作等手段，以躲避雷擊的災害。通信系統中采取中斷外電源連接，改用發電機或蓄電池供電就是一種躲避的方法。

5. 通信站綜合防雷應用

近幾年我們依據通信站防雷的一般原理和常用防護措施，采取綜合性防雷，對通信站防雷設施進行了改造和完善。

5.1 防雷總的原則。（1）采用外部保護將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄放。（2）采用過電壓保護器阻塞沿電源線或數據線、信號線引入的過電壓波（內部保護）。（3）采用過電壓保護器限制被保護設備上的浪涌電壓幅值。（4）用光電隔離器隔離通信與RTU之間的RS232接口，避免接口設備電氣連接。

5.2 防雷一般方法和技巧。（1）設置一套良好的建筑物避雷帶、避雷網，并與主鋼筋一起接地；（2）外置設備（天線等）應盡量置于建筑物避雷網的保護角度范圍內：（3）采用共地的接地措施；（4）在電源、信號或數據線各進出口安裝性能可靠的專用防雷器；（5）室內的設備應盡量遠離避雷導電體；（6）室內布線，包括各類傳輸線應盡量減小洄圈，最好能加有屏蔽線并兩端接地。

5.3 防雷接地系統建設。

5.3.1 通信系統中接地形式主要有以下幾種：交流工作地、防雷地、保護地、信號地、其它地(靜電保護地等)。現在我國已使用TN-S標準，采用三相五線制，即保護地與中性線在接入用電系統之前共地一次，進入系統后分開，使保護地不會帶電。保護地主要是保護人員的安全，以機殼接地為主。信號地即直流地，它為系統內的設備提供一個基準電位。信號地是電流返回信號源的最短途徑，一般采取一點接地，而且接地線長度應在二十分之一波長以內，因此，當工作頻率超過10MHz時往往采取多點接地。所有直流設備的直流地都接正極，目的是為了防腐。其它地如靜電保護地等，有的直接接地，有的通過高電阻接地。

5.3.2 鑒于各種地不同的功能，以前要求各種地都要分開，但從防雷角度來看，雷電流入地時防雷地的地電位升高會對其它接地體造成反擊，因此現代防雷一般采取聯合接地。國家防雷標準《建筑物防雷設計規范（GB50057-94）》（以下簡稱《GB50057-94》）也指出：“防直接雷接地宜和防雷電感應、電器設備、信息系統等接地共用同一接地裝置”。采取聯合接地后，地電位升高會使整個系統電位一起升高，從而避免反擊發生。當信號地要求必須與防雷地分開時，可以利用一條導線和一個低壓通道避雷器將兩個地連接起來，設備正常工作時兩地是獨立的，而雷擊發生時，在瞬態過電壓時間內兩個地通過低壓通道避雷器實現暫態等位，從而實現聯合接地的目的。《GB50343-2004》中也提出“共用接地系統”的概念：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構件、低壓配電保護線(PE)、等電位連接帶、設備保護地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置等連接在一起的接地系統。這里“共用接地系統”與“聯合接地”的概念是一致的。接地體、接地線的制作請具體參考建筑物電子信息系統防雷技術規范《GB50343-2004》。

5.4 電源系統的防雷保護。

（1）引入通信機房的電力線采用地下電力電纜，電纜金屬護套兩端均良好接地。

（2）配電變壓器高壓側接高壓氧化鋅避雷器，低壓側接電源防雷器。變壓器機殼、避雷器地統一接到地網上，并接地良好。

（3）通信機房內電源采用多級浪涌保護措施。交流母線上并接一級380V過電壓保護器；高頻開關電源交流入并接一級380V過電壓保護器；－48V電源入口處接一級壓敏電阻。通信設備電源正極在電源側和設備側分別接到接地母線上。

（4）在通信站內的通信設備電源，由于通信設備少，與其它變電所設備一起安裝于主控室。直流電源取自變電所220V直流操作電源，經DC/DC模塊變換成-48V電源供通信設備。因此，在通信站用電柜交流母線上安裝一級380V/100G交流過電壓保護裝置，做為一級防雷；在高頻開關電源入線處裝一級交流防過電壓保護器，在DC/DC模塊48V輸出側裝一級48V直流浪涌保護；最后，在通信設備48V入口裝48V壓敏電阻一只。

（5）機房內所有交、直流配電柜機殼均做接地保護，交流保護接地線從接地母線上直接引出，嚴禁采用中性線作為交流保護接地線。

5.5 各種信號線的防雷保護。

根據各通信站實際情況，采用加裝浪涌保護，光電隔離等措施，對進出通信機房及通信設備與其它設備接口的所有信號線進行保護。以防止雷擊感應電壓或過電壓侵入損壞通信設備。

（1）對個別通信站通信電纜線路直接架空進入機房的進行改造，在線路終端桿將鋼線接地，將通信電纜水平直埋l0m以上，進入機房。進入機房的通信電纜金屬外皮均良好接地。

（2）普通架空光纜、管道光纜、自承式光纜，均采用非金屬光纜。對于有金屬加強芯或金屬護套的光纜，進入機房前，在終端桿或終端電纜井改成非金屬光纜過渡進入機房。

（3）所有音頻電纜、電話線、信號線進入機房要首先接入音頻保安器，來抑制電纜線對橫向、縱向過電壓。各配線架保安單元接地端均要良好接地，確保保安器發揮正常作用。

（4）認真落實進入機房電纜外皮及空線對接地保護措施。應及時做好電纜空線對在配線架上接地工作，以防止引入雷電感應電壓在開路導線末端產生反擊，損壞設備。有條件的配線架可采用短路接地塞，直接插在配線架空線對上，方便、靈活。平時檢修線對變更后，應及時檢查空對接地情況。

（5）對于遠動等其它專業的信號進入通信設備前應采取隔離措施：經調制解調器輸出的音頻模擬信號，采用音頻變壓器進行電氣隔離；用RS232接口的數據信號，采用光電隔離器進行隔離，消除地電位差可能通過該接口中的共用接地線串入，造成反擊損壞接口電路現象。

另外，從各個通信站設備接口損壞情況看，RS232接口損壞情況比較多，RS422接口從未損壞過。可見，RS232接口芯片抗干擾能力不如RS422接口芯片。因此，我們將具備條件地方，均已改為RS422通道傳，而不用RS232接口。建議以后新上設備也盡量不用RS232而改為64K、RS422、或2M接口。

（6）采用RJ45接口的網絡信號，先經過網絡浪涌保護器后再接入通信設備接口。對于信號采集、繼電保護、綜合自動化等專業采用2Mbit/s接口的信號，必須先經過2Mbit/s同軸信號浪涌保護器，再接入通信傳輸設備，以防浪涌電壓侵入。有的地方MIS、負控等機房與通信機房不在一起，距離較遠，可采用光纖收發器進行光電隔離，一來傳輸距離遠，二來進行信號隔離，三是光纖傳輸抗干擾、防雷電效果更好。

（7）對于微波饋線進入機房后，在饋線入端加裝同軸高頻信號避雷保護器，保護器外殼要良好接地。保護器選用要考慮合適的帶寬。

6. 結束語

經過近幾年對我局通信網防雷設施的改造，通信防雷系統得到進一步完善，通信設備抗雷擊和防過電壓水平有了明顯提高。近兩年，通信電源、通信設備遭雷擊損壞事故明顯減少，綜合性防雷措施取得了顯著效果。

事實證明，只有全方位認真細致地考慮雷擊及過電壓因素，嚴格執行通信防雷有關規定，認真落實通信防雷技術措施，因地制宜地運用好接地——分流——均壓——屏蔽——限幅——隔離等綜合防雷技術，不斷改進防雷工作，加強已有防雷設施的維護，才能更有效地防備雷電的侵害，使雷電損害降低到最小程度。