通信设备防雷与接地保护技术研究

摘要：文章介绍了电力通信设备遭受雷击的途径，提出了电力通信系统的一般防雷、接地保护的设计和优选建议。

关键词：电力设备；通信系统；防雷保护；接地检测

1通信设备受雷害的途径

1.1直击雷直击雷是指雷电直接击在建筑物、其它物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力。通信机房线缆遭受到直接雷击会产生高温、高压和强大的机械冲击力，造成受雷物体的爆炸、燃烧，而且雷电产生的高压还会沿相关线路侵入机房，对通信设备和人身安全构成严重威胁。雷电流可达100KA以上。1.2感应雷感应雷是指雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应。静电感应是由于雷云放电时，导通道中的电荷迅速中和，在导体上感应电荷得到释放，产生很高的电位。电磁感应是由于雷电流迅速变化，其周围空间产生瞬变的强电磁场，使附近导体或进出机房的各种线缆上产生出很高的感应电动势，雷电波沿线侵入通信机房，损坏设备。1.3地电位反击通信系统的工作接地与建筑物防雷接地引下线分开各自独立接地，其间的绝缘距离未达到安全要求时，由于雷电流幅值大，变化率高，会造成引下线间放电，出现通信系统接地引下线引入反击电流，致使通信设备遭受雷击危害。这一类往往被人们忽视，因此它的隐蔽性和欺骗性，是我们要特别警惕的。

2现代防雷技术的基本特点

2.1传导利用避雷针引雷。避雷针的原意是“闪电棒”，更确切的说法是“闪电传导器”，它的功能是把闪电传导入地。对直击雷的危害，必须采用这一措施。2.2搭接物理上称搭接为“均衡连接”或“等电位连接”。因为雷电流被传导过程中，沿引下线传导的电流，会形成非常高的瞬间电压，它会对周围的建筑物、设备和人产生旁路侧闪，造成雷灾。为此，用足够粗的导体把闪电引下线的某些部位与周围的建筑物及设备的某些部位连接起来，保证处处等电位，闪电就不会发生旁侧闪路放电。等电位的连接应对所有通过两个防雷区界面的金属物进行，对通过界面的各种导线，如：电力电源线、电话线、信号线等，由于不能直接进行电性连接，则需通过避雷装置将其与等电位连接网相连。等电位连接还包括同一物体外壳的不同部分之间，电缆金属外皮之间的电性连接等。对于通信综合高楼而言，避雷针的引下线是闪电入地的通道，需要每隔一定距离，在大楼设置一个均压环与引下线作等电位连接，一直到接地极为止。2.3接地接地是与传导、搭接相互配合，防止雷害发生的又一雷电防护措施。各建筑物、构筑物、及设备只有良好接地，才能有效的泄放闪电的能量，降低引下线的电压。2.4分流分流是现代防雷技术的重点，是防护各种电气、电子设备免受雷电危害的关键措施。对信息通信系统雷电防护而言，只在系统入户处装置避雷设备是远远不够的，仍有部分闪电电流进入室内设备，系统中的微电子设备因电压过高而损坏。所以对于微电子设备还需在导线入机壳处，采取避雷措施，进行多级分流。2.5屏蔽屏蔽就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象保护起来。从物理上来看，就是把闪电的电磁脉冲波从空中的入侵通道全部阻断，使得闪电无隙可钻。某些微电子设备对闪电的电磁脉冲波非常灵敏，为此要放入铜网建成的屏蔽室内，各种线缆在入室也应作屏蔽处理。所有屏蔽壳、套等均应妥善接地。2.6躲躲，顾名思义，就是在防雷工作中，找不到防护措施，就应设法避开雷电。它是独立于传道、搭接、接地、分流、屏蔽五者之外的一项即经济又有效的防雷技术措施。

3雷电防护设备的性能

3.1避雷器简介避雷器亦可以称之为电涌保护器或过电压保护器，英文字头缩写为SPD，是现代防雷技术中应用的最主要设备。用于限制瞬态过电压和分走电涌电流。按其元件的响应特性一般可分为以下两种。3.1.1硬响应特性SPD硬响应特性SPD又称为电压开关型SPD，在无电涌出现时为高阻抗，当出现电压电涌时突变为低阻抗。通常采用放电间隙、充气放电管、闸流管和三端双向可控硅元件做这类SPD组件。亦称为“短路开关型”或“克罗巴型”SPD。3.1.2软响应特性SPD软响应特性SPD又称限压型SPD，在无电涌出现时为高阻抗，随着电涌电流和电压的增加，阻抗跟着连续变小。通常采用压敏电阻、抑制二极管做这类SPD元件。有时亦称为“箝压型”SPD。3.2避雷器元件的种类及性能3.2.1火花隙火花隙也称保护间隙，是最早发明的、最原始的一种避雷器。其基本形式就是两支金属针，一支接地，另一支接在雷电过电压波将通过的导线上，两针尖的距离根据被保护对象所承受的额定电压来确定。3.2.2气体放电管气体放电管也是一种火花隙，是将火花隙放在体积很小的充气密封玻璃管内，不受外界影响。多用与低电压设备防雷，由于通过的电流很小，所以体积作的也很小，甚至可以放在电子线路上。近几年，改用陶瓷管作气体放电管的外壳，有二极管、三极管、五极管等几种。适用于高频多路通信设备的第一级防雷。其突出特点是耐电流能力强，可达20KA，冲击击穿电压常在1KV/us左右。3.2.3压敏电阻（MOV）压敏电阻是用ZnO作原料的一种电阻元件，可以作为电子设备的一种避雷器。其特点是工作电压低、寿命长、防雷性能稳定、响应时间短（可达毫微秒级）、冲击容量可达10KV数量级。特别适用电源线路的防雷。它利用电阻与电压有关特性而被广泛应用于各种电路中。3.2.4半导体二极管半导体二极管包括齐纳二极管、开关二极管、瞬态二极管，它们的性能大致相同，只是在限幅电压等级和耐冲击力上稍有差别。这类器件的最大优点是响应时间短，可达到毫微秒数量级。由于其限幅电压低，耐流能力差，只适用于末级防雷保护。新型瞬态二极管可适用于第二级甚至第一级防雷保护。

4接地系统

4.1接地系统的作用为了保护人身和设备的安全，接地系统是最简单、最有效的可靠措施。应该严格按照国家标准，对各种设施、设备的不同接地要求，认真作好接地系统。4.2接地系统的种类机房接地装置应满足人身安全和设备正常运转要求，接地种类基本有以下几种方式：①交流工作接地：电阻不应大于4欧姆；②安全保护接地：电阻不应大于4欧姆；③直流工作接地：电阻不应大于1欧姆；④防雷接地：电阻不应大于10欧姆；⑤综合接地（联合接地）:将交流工作接地，安全保护接地，直流工作接地，防雷接地四种接地方式综合连接叫综合接地。接地的电阻值应按其四种中的最小值确定。4.3接地系统的组成4.3.1大地大地即一般的土地，它具有导电特性，有无限的电容量，可以用来作良好的参考电位。4.3.2接地体接地体又称作接地电极或地网。它与土壤形成电气连通，可将各种地线的电流泻入大地。采用联合接地方式时，采用建筑物混凝土内的钢筋和建筑物四周敷设的环行接地极组成。4.3.3接地引下线接地体与接地总汇集线之间的连线，称为接地引下线。为了提高使用寿命，接地引入线应作防腐处理。4.3.4接地汇集线接地汇集线是指与各通信机房接地线相连通的接地干线。为了减少地线上杂散电流回窜，接地汇集线分为垂直接地总汇集线和水平接地分汇集线两部分。垂直接地总汇集线是垂直贯穿于通信楼各层的接地主干线。它的一端与接地引入线相连，另一端与各楼层的钢筋和水平接地分汇集线相连，形成辐射状结构。水平接地分集线应分楼层设置，各通信设备的接地线就近接入水平接地分汇总线。4.3.5接地配线各通信设备的接地端与水平分汇线之间的连线，称为设备的接地连线。接地线的截面积应根据设备接地要求确定，并且不准使用裸线。4.4接地体和接地导线的选择4.4.1接地体接地体一般采用镀锌金属材料，有以下几种：角钢50*50*5mm，长2.5m；钢管直径50mm，长2.5m；扁钢40*4mm。导线截面积应大于50mm2。4.4.2接地线接地装置与室内总等电位连接带的接地导体截面积，铜质接地线不应小于50mm2，钢质接地线不应小于80mm2。设备与等电位带连接导线截面积不应小于16mm2。

参考文献：

[1]卢山.通信台站防雷设施实时状态监测系统研究[J].科技与创新,2016(7).

[2]裴海燕.探究无线电技术应用的重要性[J].电子技术与软件工程,2015(24).

作者：王忠 单位：天津市公安局信息通信处