通信電源及其電子設備的防雷技術研究

陳若男，李 智，王福安，馮妍妍

（國家電網鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在科學技術飛速發展的背景下，多個行業開始對電子信息技術和電子設備加以利用，有效提升了工作效率，然而電子設備和計算機網絡系統具有特殊性，受到弱電設備的干擾情況較多，加之耐電壓水平偏低，因此容易受到雷電感應的影響，甚至導致電子設備受到破壞。如今諸多電氣設備的利用及室外電線常年暴露等問題容易加大雷擊發生概率，嚴重威脅人們生命和財產安全，所以顯示器需要積極探索防雷技術的利用，以下對相關內容進行分析。

1 雷電對通信電源和電子設備的影響

雷電產生大量電能與物體直接接觸后會導致物體產生強大的瞬間電流并轉化為機械能，進而對物體造成嚴重破壞。由于電源通常采取交流電網供電方法，因此更容易受到破壞。通常來講，通信電源具有良好的耐過壓能力，當瞬間電壓超出3 000 V必須安裝避雷器，如果未超過該范圍，那么電源自身可以承受電流，確保設備處于安全使用狀態[1]。

雷電發生后會影響電磁脈沖雷場附近線路，可能出現瞬態浪涌高電壓，然后通過電子設備中的電力傳輸線、天線饋線以及信號線等連接電路到達電子設備內部，進而破壞電子設備，通過接閃器雷電能量會傳輸到大地。由于雷電產生的電流較大，會導致接閃器引下線及地面產生大量電壓，并在電流周邊形成變化磁場，之后磁場內部的導體感應產生大量電動勢，一旦防雷裝置與電子設備絕緣距離不足或者接地不良將會導致反擊發電，進而破壞電子設備。

2 雷電防護的基本原則

2.1 系統防護原則

對于通信設備的防雷來說是一個系統工程，涵蓋外部防雷系統及內部防雷系統，二者為有機統一整體。其中，外部防雷的主要作用是防直擊雷，組成部分包括引下線、接閃器以及接地裝置。對于內部防雷來說，主要組成部分包括防反擊、防雷電感應、防雷電波侵入，其主要價值在于外部防雷系統之外的附加措施。通過以上方法可以降低雷電流，在防雷空間內產生的電磁效應起到避免雷電破壞機房電氣設備或者電子設備的作用，而外部房地系統無法保證該效果。整體雷電防護原則如下，需要將多數雷電流經過避雷針傳輸到地下，達到泄流效果，之后阻塞沿著電源線或者數據線信號線傳入電壓波，最后導致被保護設備上的浪涌過壓幅值受到限制[2,3]。

2.2 概率防護原則

一方面，雷電放電具有隨機性特點。雷電參數自身具有統計性質，所以在具有統計特征的雷電參數基礎上采取的防護措施不能達到100%保護的效果，如直擊雷的繞擊特性、雷電流幅值、波形。另一方面，防雷器件不能有效消除全部干擾電壓或者電流，采取保護措施的主要是由于干擾導致的大部分能量不會擴散到裝置易損部位，不會對工作人員造成威脅。此外，防雷裝置不能對雷閃的形成產生阻止作用。

2.3 多級防護原則

根據防雷器的劃分原則制定多級防護原則，主要用于電力系統防雷，效果較好。具體說來，從0級保護區到較內層保護區需要采取分級保護方法，電源系統可分為I～IV級保護，可以將過電壓降至設備能承受的水平。信息系統主要分為粗保護和精細保護，其中精細保護選擇要根據電子設備的敏感度，而粗保護量級主要根據所屬保護區的級別而定[4]。

3 通信電源防雷技術的保護

3.1 一級防雷技術保護

采用一級防雷保護措施主要是避免雷電擊中架空線路或者電流隨著架空線路繼續破壞室內裝備，一般為了降低雷電電流需要利用25 kA標秤電線，以此吸收從架空線路前端進入的雷電高壓脈沖，進而避免通信設備產生瞬間高壓脈沖破壞整個配電系統。一級保護是防雷系統中的總保護，可以確保通信配電系統的安全運行，最大程度降低受到雷電攻擊的可能[5]。

3.2 二級防雷技術保護

針對配電系統內部采取二級防雷措施，主要是利用一臺三相電源防雷器，將其安裝到配電系統電源柜內部，然后使用20 kA標成電線吸收配電箱的出現的高壓脈沖，雷電脈沖感應內部過高電壓，以此確保配電系統設備安全運行。

3.3 三級防雷技術保護

該技術主要針對直流電源系統，可以將直流電源防雷器安裝到直流電源柜中，之后利用10 kA標秤電線吸收雷電電壓脈沖，產生瞬間高壓脈沖能夠降低分配電前端電流經過時的電壓強度，使分配系統不超過安全電壓[6]。

4 如何在通信系統中利用防雷技術

4.1 電源系統的防雷

有研究發現，電子設備受到的雷擊中80%在于雷電波入侵電源，由此凸顯出電源線路的防雷作用。一般以電源防雷器作為電源線路的防雷裝置，不同性質的電源防雷器的作用不同，主要性能指標包括通流容量、鉗位電壓以及響應時間。電源防雷器工作原理就是在電子設備遭雷擊的過程中將瞬間雷電波鉗放置到安全電壓表上，之后采取分級防護的方法，在配電線路上設置二級至三級電源防雷器，使得電流不超過10 kA，由此避免通信電源被破壞，達到保護電子設備的作用。

4.2 光纖的防雷

進入機房的光纜將光纜金屬加強筋，在機房內部可靠連接到機房保護接地排上，光纖在外部暴露空間架空走線，所以光線內部的基礎加強筋能夠感應高強度雷擊過電壓。如果未能對加強筋進行接地處理，那么可能會在雷擊過程中絕緣擊穿接地物體，并瞬間產生高溫，甚至會融化光纖[7]。

4.3 天饋和信號的防雷

為了達到信號或者信息傳遞目標，通信系統必須和外界的線路連接，其中包括電話線及天饋線。這些從外部接收的信號或者發射信號接口都有受到雷電浪涌沖擊的可能，需要安裝防雷器進而泄放感應雷電流設計等電位，其中包括通信信號電路、天饋電路以及控制信號電路，并且信號的兩側都需要安裝天饋防雷器和信號防雷器。

4.4 接地電阻

設備接地的路徑如下，從設備接地線觸發依次連接接地、排接地總線，之后與引入線接地體連接，最終實現設備連接大地。從防雷角度講，不管是機房接地還是設備內部接地，在設計環節都需要保證等電位連接效果[8]。

5 電子設備防雷措施

5.1 精密儀器分級保護

一方面是根據國家規定的電信電源防雷保護采取三級保護制度，另一方面是設備分級保護，也就是保護通信電源系統。通過最初布置防雷設備達到這一目標，并且形成更加精細的保護監控系統。由于監控系統承擔防雷設備安全和電源設備安全，需要采取更加細致的保護措施，根據電子設備敏感情況合理確定保護等級，對精密儀器的工作和質量有著更高要求。通信系統為最終保護對象，在整個系統中必須關注設備的安全性，使其發揮出良好的防雷功能，避免精密儀器受雷擊后失去保護作用，造成經濟損失[9]。

5.2 合理選擇電源防雷設備

通信電源防雷設備在不同環境及功能強度需求不同時存在差異。通信設備中所用的防雷設備可在短時間內釋放雷電感應，產生沖擊能量傳輸到地面，進而減少不同設備結構的電位差，保護電路設備。電源系統防雷裝置如圖1所示，進行防雷設備的安裝主要考慮如何保護設備，避免對通信造成影響。受雷電影響，電氣設備和高壓設備之間放電，要求根據當地氣候條件及通信電源和電子設備精度合理選擇不同標準的防雷設備，通常通信電源為普通電源避雷器，為了節約成本，在滿足使用要求的前提下要選擇高一等級的產品。

圖1 電源系統防雷裝置

5.3 定期檢測防雷器

在日常工作中需要檢查防雷設施及動力避雷器的工作狀態。由于雷擊引起的高壓電流傳輸到地面，通過引導的形式可以避免雷擊風險，然而防雷設備受多次雷擊后會出現老化情況，所以一般防雷設施的使用壽命較短。在測試過程中，技術人員需要密切關注避雷器指示燈的工作狀態，在雷雨天氣下工作人員如果發現指示燈不正常閃爍說明避雷器存在故障，該情況下要及時采取緊急措施，有效采取通信電源保護的多級技術做好防備工作[10]。非雷雨天氣下同樣要定期檢查避雷設備運行情況，在晴好天氣下完成設備的檢修或者更換工作。電力避雷器能夠保護通信電源，降低高強度電流。為了提升避雷器的監測效果，技術人員通常利用中位數50作為避雷顯示器的目標值，如果數值超過中間值則說明電流偏大，需要采取相關措施解決。防雷器檢測如圖2所示。

圖2 防雷器檢測

6 結 論

防雷工程在建筑行業、通信工程中受到高度關注，防雷技術的研究也在不斷深入。通信電源和電子設備的合理技術具有綜合性特點和專業性特征，而通信電源和電子設備防雷技術作為一門全新技術，需要投入大量人力物力和財力才能有效避免通信電源和電子設備不受到雷擊，有效保障群眾的生命財產安全，促進社會和諧發展。當前我國防雷技術的研究逐漸深入，在實際應用中不斷完善，今后需要繼續加強相關技術研發，以此促進社會的健康發展。