微波站(局)的綜合防雷接地保護

【摘要】雷電對漳衛(wèi)南局微波通訊網(wǎng)造成五次危害，通過分析雷電成因、災(zāi)害分析、防護要點，提出了微波通訊的防雷綜合應(yīng)用措施。

【關(guān)鍵詞】微波站；防雷；接地保護

Microwave Station (Bureau) of the integrated lightning protection and grounding protection

Huang Qi-fang1，Hao Wei-guo2

(1.Handan He Wuju Zhangweinan CanalHandanHebei056001；

2.Canal linzhang He Wuju ZhangweinanLinzhangHebei056600)

【Abstract】Lightning Bureau of microwave communications network Zhangweinan harm caused five times by analyzing the causes of lightning， disaster analysis， protection points， made a comprehensive application of microwave communication measures lightning.

【Key words】Microwave stations;Lightning;Ground protection

1. 引言

我漳衛(wèi)南局通信網(wǎng)已建設(shè)通信站點46處，隨著通信網(wǎng)規(guī)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(fā)生雷擊事故五次，造成直接經(jīng)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(dāng)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(dǎo)電體，雷云電荷沿著電離形成的導(dǎo)電通道下移，使附近的空氣繼續(xù)電離，于是導(dǎo)電通道不斷向下延伸，形成梯式雷電先導(dǎo)，當(dāng)先導(dǎo)接近地面時，地面感應(yīng)電荷產(chǎn)生迎擊先導(dǎo)并不斷向上發(fā)展，先導(dǎo)會合后雷云電荷通過先導(dǎo)導(dǎo)電通道對地放電，形成雷擊。

3. 雷電災(zāi)害分析

雷擊可以產(chǎn)生不同的破壞形式（見表1），國際電工委員會已將雷電災(zāi)害稱為“電子時代的一大公害”，雷擊、感應(yīng)雷擊、電源尖波等瞬間過電壓已成為破壞電子設(shè)備的罪魁禍?zhǔn)住拇罅康耐ㄐ旁O(shè)備雷擊事例中分析，專家們認(rèn)為：由雷電感應(yīng)和雷電波侵入造成的雷電電磁脈沖（LEMP）是通信設(shè)備損壞的主要原因。

表1雷擊可以產(chǎn)生不同的破壞形式

4. 防護要點

電子設(shè)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(shè)備地以及金屬物用粗銅導(dǎo)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(chǎn)生壓差而損壞設(shè)備。

4.2分流。

分流是將進入系統(tǒng)的過電壓波能量引導(dǎo)進入大地或其它無害回路，從而保護設(shè)備不受損壞。這相當(dāng)于治理洪水中“疏導(dǎo)”的辦法。

4.3阻流。

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

4.4屏蔽。

屏蔽是在被保護設(shè)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(nèi)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(huán)，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(yīng)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(chǔ)是雷電預(yù)報與探測技術(shù)。當(dāng)預(yù)知到雷擊要發(fā)生時，提前采取關(guān)閉設(shè)備、中斷連接、停止操作等手段，以躲避雷擊的災(zāi)害。通信系統(tǒng)中采取中斷外電源連接，改用發(fā)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(yīng)用

近幾年我們依據(jù)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(shè)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(shù)據(jù)線、信號線引入的過電壓波（內(nèi)部保護）。

（3）采用過電壓保護器限制被保護設(shè)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(shè)備電氣連接。

5.2防雷一般方法和技巧。

（1）設(shè)置一套良好的建筑物避雷帶、避雷網(wǎng)，并與主鋼筋一起接地；

（2）外置設(shè)備（天線等）應(yīng)盡量置于建筑物避雷網(wǎng)的保護角度范圍內(nèi)：

（3）采用共地的接地措施；

（4）在電源、信號或數(shù)據(jù)線各進出口安裝性能可靠的專用防雷器；

（5）室內(nèi)的設(shè)備應(yīng)盡量遠離避雷導(dǎo)電體；

（6）室內(nèi)布線，包括各類傳輸線應(yīng)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(tǒng)建設(shè)。

5.3.1通信系統(tǒng)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(xiàn)在我國已使用TN-S標(biāo)準(zhǔn)，采用三相五線制，即保護地與中性線在接入用電系統(tǒng)之前共地一次，進入系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)的設(shè)備提供一個基準(zhǔn)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(yīng)在二十分之一波長以內(nèi)，因此，當(dāng)工作頻率超過10MHz時往往采取多點接地。所有直流設(shè)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(xiàn)代防雷一般采取聯(lián)合接地。國家防雷標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)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(yīng)、電器設(shè)備、信息系統(tǒng)等接地共用同一接地裝置”。采取聯(lián)合接地后，地電位升高會使整個系統(tǒng)電位一起升高，從而避免反擊發(fā)生。當(dāng)信號地要求必須與防雷地分開時，可以利用一條導(dǎo)線和一個低壓通道避雷器將兩個地連接起來，設(shè)備正常工作時兩地是獨立的，而雷擊發(fā)生時，在瞬態(tài)過電壓時間內(nèi)兩個地通過低壓通道避雷器實現(xiàn)暫態(tài)等位，從而實現(xiàn)聯(lián)合接地的目的。《GB50343-2004》中也提出“共用接地系統(tǒng)”的概念：將各部分防雷裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護線(PE)、等電位連接帶、設(shè)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(tǒng)。這里“共用接地系統(tǒng)”與“聯(lián)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(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范《GB50343-2004》。 

5.4電源系統(tǒng)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(cè)接高壓氧化鋅避雷器，低壓側(cè)接電源防雷器。變壓器機殼、避雷器地統(tǒng)一接到地網(wǎng)上，并接地良好。

（3）通信機房內(nèi)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(guān)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(shè)備電源正極在電源側(cè)和設(shè)備側(cè)分別接到接地母線上。

（4）在通信站內(nèi)的通信設(shè)備電源，由于通信設(shè)備少，與其它變電所設(shè)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(jīng)DC/DC模塊變換成-48V電源供通信設(shè)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(guān)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(cè)裝一級48V直流浪涌保護；最后，在通信設(shè)備48V入口裝48V壓敏電阻一只。

（5）機房內(nèi)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(yán)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(jù)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(shè)備與其它設(shè)備接口的所有信號線進行保護。以防止雷擊感應(yīng)電壓或過電壓侵入損壞通信設(shè)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(fā)揮正常作用。

（4）認(rèn)真落實進入機房電纜外皮及空線對接地保護措施。應(yīng)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(yīng)電壓在開路導(dǎo)線末端產(chǎn)生反擊，損壞設(shè)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(yīng)及時檢查空對接地情況。

（5）對于遠動等其它專業(yè)的信號進入通信設(shè)備前應(yīng)采取隔離措施：經(jīng)調(diào)制解調(diào)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(shù)據(jù)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(xiàn)象。

另外，從各個通信站設(shè)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(shè)備也盡量不用RS232而改為64K、RS422、或2M接口。

（6）采用RJ45接口的網(wǎng)絡(luò)信號，先經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)浪涌保護器后再接入通信設(shè)備接口。對于信號采集、繼電保護、綜合自動化等專業(yè)采用2Mbit/s接口的信號，必須先經(jīng)過2Mbit/s同軸信號浪涌保護器，再接入通信傳輸設(shè)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(fā)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(jié)束語

經(jīng)過近幾年對我局通信網(wǎng)防雷設(shè)施的改造，通信防雷系統(tǒng)得到進一步完善，通信設(shè)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(shè)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(rèn)真細致地考慮雷擊及過電壓因素，嚴(yán)格執(zhí)行通信防雷有關(guān)規(guī)定，認(rèn)真落實通信防雷技術(shù)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(shù)，不斷改進防雷工作，加強已有防雷設(shè)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。

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［文章編號］1619-2737（2012）08-29-670

［作者簡介］ 黃啟芳(1975.4-)，女，職稱：工程師，工作單位：漳衛(wèi)南運河邯鄲河務(wù)局，從事工程管理、防汛工作。

郝衛(wèi)國（1975-），男，籍貫：河北省臨漳縣人，工作單位：水利部海委漳衛(wèi)南運河臨漳河務(wù)局，主要從事水利工程建設(shè)施工管理工作和防汛工作。