通信機房和設備的防雷技術與實踐研究

慕立新

（吉林吉大通信設計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

在大多數地區，夏季頻繁的雷暴對通信機房和相關設備構成了極大威脅。如何有效防止和避免雷擊，最大限度地保護人身和通信機房設備的安全，是當前通信行業普遍關心和研究實施的問題[1]。本文主要探討通信機房及相關設備的防雷技術與實踐。

1 雷電對通信機房和設備的主要危害

1.1 雷電的形成

雷電的產生原由很復雜，主要是由于一些云層漸變引發的。當空氣濕度較高時，這些水滴逐漸匯聚形成水蒸氣，隨后水蒸氣內的電流產生摩擦并持續分裂形成電荷電子。當這些電荷足夠多時就能夠發生質變，在云層中產生放電現象，并伴隨強光與熱能出現。雷擊事故對大自然、建筑物以及通信設備等都有很大影響，會破壞一系列人工建造的公共設施，影響公共財產的安全。有時它會引起火災，甚至危及人類安全。雷電的表現形式主要包括直擊雷、感應雷和球形雷3類。

1.2 直擊雷對通信機房和設備的危害

直擊雷指的是雷電直接作用在建筑物或者是電氣設備上。在夏季雷雨天氣，一旦閃電直接擊中通信機房和設備或相關建筑物和施工操作人員，將造成極其嚴重的后果，如損壞設備、造成電路短路引發火災等。

1.3 感應雷對通信機房和設備的危害

由直擊雷觸發的感應雷電將在導體中傳播，損壞通信機房相關設備中與導體連接的抗沖擊性低的部件。由于通信機房及相關設備中的金屬線連接到集成電路，計算機室也通過電纜或信號線連接到外部，在客觀上易被感應閃電損壞。通信自動化設備中的微電子電路具有集成度高、抗沖擊性能低的特點。感應雷電對它們有很大的危害，導致了各種故障，如內部通信端口損壞、整流器模塊損壞等。

1.4 球形雷對通信機房和設備的危害

球形雷也叫做球狀閃電，是一種極強破壞力的雷電。一般是從高空直接下降，臨近地面后開始水平移動。它的發生幾率較小，但對通信機房和設備危害力較大，可能直接作用于機房內通信設備，也可能由于極強破壞力產生的爆炸導致機房火災、爆炸等。

2 通信機房和設備的防雷技術措施及實踐

根據通信機房的當地環境，合理使用不同容量的避雷器，將完整的防直擊雷系統、防雷電波入侵和防雷擊感應集為一體。只有合理應用分流、泄流、電壓均衡和等電位聯結、屏蔽、接地、過電壓保護和綜合布線，才能取得明顯效果。

2.1 防雷接地與接地網技術

高阻電阻器。正常情況下，通信機房及相關設備遭受雷擊故障，是因為通信機房攜帶的電壓和電流過大。在防雷地線器件上增加高阻電阻可以有效阻斷過電壓電流對系統的破壞，并將破壞范圍固定在機房的一定范圍內，從而在降低機房故障損失的同時提高修復效率。

接地網是一種內陸網絡（包括鐵塔、通信機房建筑物等），主要建在通信機房的建筑物上，并在建筑上形成一個完整的聯合接地網絡。當通信機房及相關設備遭受雷擊的情況下，接地網能夠通過網中布設的線路將雷電能量進行疏導與轉換，確保網內的通信機房安全[2]。

設置防雷地線和接地網的要求。第一，通信機房必須將帶金屬框架的電源線連接到接地線上；接地線要盡量短、直，截面積不小于95 mm2，材料選擇多股銅線。引入線的長度盡量不要大于30 m，選擇鍍鋅扁鋼，截面積不能小于40 mm×4 mm。引入線應做好防腐和絕緣處理。匯集線截面積不能小于120 mm2，可安裝在地槽、走線架等處。第二，通信機房的雷電防護區應位于聯合接地電網控制的分區內，每隔5 m與隱蔽防雷網連接并焊接牢固。第三，對于外露的連接焊點應進行系統防腐處理，以保證其使用壽命，提高整體接地網的穩定性。

2.2 通信機房建筑防雷接地技術

在接地網和接地電阻方面，地網的接地電阻值應按照規定要求得到保證。如果達不到標準，地網將予以擴展。通信機房中每個地面網絡應為聯合接地，所有金屬設備應連接到附近的接地網絡。根據等電壓等電位原理，實現工作地線、保護地線和防雷地線之間的共用接地網。對于屋頂和避雷針，通信機房建筑屋頂金屬設施的上下兩端應焊接避雷針。女兒墻上的避雷針應每隔10 m焊接一次隱蔽避雷網，焊接點應進行防腐處理。

避雷針應符合Ⅸ建筑物防雷設計規范的規定。雷電電流引下線應從屋頂引至建筑物的環形接地體。底部平衡網和環形地形應每隔10 m用鍍鋅扁鋼焊接，并進行防腐處理。接地體的上端應與地面保持0.7 m以上的距離。

當通信機房內鋪設防靜電地板時，需要圍繞機房在地板下方鋪一圈接地線。接地收集線通常是環形的，由銅材料制成。配電室、電力室以及發電機室等內部主設備的接地線，截面積一般不小于16 mm2。在等電位連接和接地方面，機房內的金屬設施應視為等電位連接和接地。接地引入線應從附近的接地帶引入，同時應確保變壓器中性點、外殼和避雷器接地端以及電纜金屬護套附近接地[3]。

2.3 通信機房微波鐵塔和天饋線防雷接地技術

引入鐵塔避雷針的雷電流應采用4 mm×40 mm的鍍鋅扁鋼和銅棒焊接，并與地網連接。天饋線通過通信機房內的電纜架連接到最近的地線，并連接到最近的接地網地線。當塔超過60 m時，在塔的中間增加一個接地連接點。鐵塔和機房接地網應在兩點以上用扁鋼連接。塔標志燈在接通電源、選擇電線時，應使用帶金屬外保護層的產品，并在塔頂附近和通信機房入口外接地。避雷裝置應安裝在控制線和電源線上，確保零線接地。通信機房電纜引入線應使用金屬護套產品。金屬護套應連接至機房入口處附近的雷電防護區女兒墻，而避雷器應成對安裝在芯線上。同軸天饋線進入通信機房后和設備連接的位置還應安裝饋線避雷器，避免由于天饋線引入的感應雷。此外，饋線避雷器的接地端子需要就近引入室外的入口接地線上，并綜合考量阻抗、衰耗等參數，以和通信設備匹配。

2.4 通信光（電）纜線路防雷接地技術

在工程探測過程中，應注意避開雷暴和易遭雷擊的地區，以及向陽坡和河岸斜坡。光纜和電纜產品的選擇應選擇具有防雷功能的優質產品。為了對直埋電纜實施防雷措施，電纜中的金屬部件可以在光纜接頭處處理，在接頭處斷開，無需電氣連接和接地，并在電纜上方安裝屏蔽線。接地時，可以在接頭處將電纜中的金屬部件進行電氣連接，而無需在電纜上方安裝屏蔽線。在多個地區的實際運行證明，上述兩種方法具有有效性，尤其是第一種方法，可以減少接地裝置，降低工程費用，減少后期維護。

架空光（電）纜也應安裝防雷設施，不但需要滿足防雷技術需要，還應確保傳輸指標能滿足需求。鋼絞線應接地。對于年雷暴日超過20 d、大地電阻率大于100 Ω·m的新建信號電纜，還需要在電纜的上空布設拍流線，或者使用有金屬外殼的電纜或光纜。此外，每公里電桿線還應設電絕緣，鋼絞線應同時接地。如果是金屬加強芯型，在接頭處將其斷開，以防止電源線斷開后光纜燃燒。光纜終端還應確保金屬加強芯在通信機房的ODF配線架部分進行防雷和接地處理。

此外，通信機房可以在傳統的電源防雷器四模塊接線方式基礎上，選擇3+1的防雷接線方案，避免L-PE間的漏電流導致的設備外殼帶電問題，如圖1所示。

圖1 防雷器四模塊接線與3+1模塊接線方法

以上通信機房和設備的防雷接地技術可以明顯降低雷擊頻率，但不能完全避免它們的發生。通過防雷技術措施的改進，能起到很好的保護作用。因此，只要通信機房和設備的防雷工作真正做到位，一定會減少雷擊的發生，提高通信系統的綜合效益。

3 結 論

需要定期檢查整個通信機房和設備的安全，確保整個通信機房系統中操作機器的相關人員具有絕對的專業素質。一旦通信機房和設備發生故障，應及時處理。此外，要通過現場調查和考慮現實中發生的各種安全事故或問題，制定新的防雷措施，不斷填補防雷系統的漏洞，更好地保障通信機房和設備的安全[4]。