浅谈微波站防雷举措

摘要：本文针对微波站的特点提出新的防雷措施。其中接闪系统串入感抗和低值电阻的限流、加强微波设备的电场屏蔽以及线路进入设备前先串入限流阻抗再接浪涌保护器的方法，见解独特，理念新颖，简单实用。

关键词： 防雷 微波站 限流 屏蔽 浪涌

微波通讯以接力的方式实现远距离信息传递。每个微波站是传输通道上的节点，其中一个节点发生故障，将使整个传输中断。微波是直线传播的，途中不能有大型物体遮挡，微波站往往建在山头高地上，这就使遭遇雷击的概率增加。微波站都安装了接闪系统（避雷针）基本上可避免直击雷的侵害。然而，强大的闪击电流流过接闪系统时，还会有次生灾害发生。此处雷电波通过线路的侵入，线路上的浪涌电压等都会对微波站的人机安全带来危害。因此，有必要对微波站的防雷措施加以研究，尽量减少雷电带来的危害。

一．雷电闪击接闪系统时带来的次生灾害

1．电磁感应造成的损害

强大的闪击电流上升沿非常陡峭，在US的时间内就可升到上百KA的峰值，在引下线的周围空间产生强大的电磁辐射，在微波机房的线路上或微波设备内部的电路里，感应出很高的电压，造成线路或元器件的击穿损坏。

雷电的电磁辐射是广谱的干扰源，会对微波设备的信号处理系统造成干扰，导致波形失真、数据丢失，甚至可造成放大器过载损坏。

2．反击电压造成的损害

闪击电流在接地电阻上会产生数十KV的电压降，对人员和设备造成反击，它的危害仅次于直击雷。反击电压可以通过减小接地电阻的方法使之降低，但是，小于0.5Ω的接地电阻就很难实现，增加的制作成本将难以接受。因而，反击电压是很难靠减小接地电阻来大幅度降低的。

3．远端接地线路带来的危害

强大的闪击电流通过接地体流入大地时，会在入地点周围的大地上形成电压梯度，近端大地和远端大地之间有很高的电位差。进入微波机房的远端接地线路（如交流电源线、信号传输线等），会发生对地闪络，造成设备损坏和人身伤害。

二．防止接闪系统引发次生灾害的新举措

限制接闪系统流过的电流，是降低次生灾害的有效方法，然而如何限流、限流到什么程度却值得探讨。

1．以往几种流行的限流理念和方法

（1）中和雷电流的方法： 利用雷云静电场的驱动力，在雷云对接闪器放电之前，由接闪器发射异电荷去中和雷云中的一部分电荷，使雷云电场降低，达到减弱闪击电流的目的。基于这种理念，多年前就已有此类接闪器产品问世。但直到目前，对这种理念的争议仍然很大，对它的真实效果表示怀疑，有待进一步做理论研究和实验检测。

（2）串入高值电阻的限流方法： 在接闪系统的前端串入高值电阻，对闪击电流加以抑制。此种方法确实能大大减小流过接闪系统的电流，但是，高值电阻的串入堵塞了放电通道，接闪器引来了雷，却不给雷电提供放电通道，迫使雷电流另辟蹊径，在接闪器附近重新选择放电点导致接闪系统失去保护能力。

因此，高值电阻两端的电压降相当大，很容易把限流电阻击穿导致限流失败。由此看来，高值电阻的限流方法是行不通的。

（3）加大接地电阻的限流方法： 加大接地电阻既能限制闪击电流又能降低接地体的成本。但它的最大危害是导致接地电阻上的反击电压升高，这是十分危险的。它的危害不亚于直击雷。只靠等电位连接不能完全消除其危害，特别是给远端线路带来的高压冲击和传导，都不能依靠等电位联接加以消除。

2．限流的新理念

（1）安全可靠的低阻限流： 过份追求限流比，往往事与愿违，不如退而求其次。低阻限流的效果虽然有限，但却安全可靠。小于100Ω的限流电阻上产生的电压降是当前技术可以控制的。比如，把电阻值分布在数米的长度上就可以避免两端电压的击穿，如遇超强雷电流，可通过放电间隙开通第二、第三限流放电通道。

（2）串入电感线圈能有效抑制电流突变： 雷电流可以理解为直流成份和交流成份的叠加，电磁感应的破坏力完全由交流成份引发。已往的限流都忽略了交流成份。纯电阻虽然对交流成份也具有一定阻抗，但对于代表电流突变的交流成份的抑制还是电感线圈最有效。

这种由低值电阻和电工感线圈串联的限流方式可以抑制电流的突变，使闪击流的波形变得较为平坦，起到了一定的电荷缓释作用，降低了瞬间功率也降低了接地电阻上的反击电压和远近端大地的电位差，从而降低了雷电闪击的感应破坏力和电压冲击破坏力。

三．加强电场屏蔽的措施

近20年生产的微波设备大都附合电磁兼容（EMC）标准，但它们不一定能抵御强大的雷电感应，因此，外加的多重屏蔽是减少雷电感应破坏力的有效方法。以往的屏蔽都应用铁磁材料，如建筑物的钢筋网、笼、铁皮机柜、机箱等。它们对电磁场中的磁场屏蔽作用较好，对电场的屏蔽作用较差。这是因为铁磁材料的电阻率较高，而且建筑物内部的钢筋结构件大都采用绑扎连接，接触电阻较大，影响电场的屏蔽效果。在微波机房这样的较大空间，如果采用低电阻率的材料（铜或铝）实施电场屏蔽，会使屏蔽的成本太高，但在机箱或机柜外增加一层低电阻率的金属板或网，增加的成本不高，屏蔽的效果却很好。

四．浪涌保护器的新用法

浪涌保护器（SPD）按工作原理可分两种类型：一种是短路开关型，也称泄流型，一般安装在进入机房的界面处。另一种是钳压型也中稳压型，一般安装在被保护设备附近。按照用途分也有两种类型：一种是用在电源线路上的；另一种是用在信号线路上的。

浪涌保护器都是电压动作型，线路上的电涌超过一定电压值时快速导通，以对地短路的方式分流线路上的电流，防止线路上的电压瞬间升高。

1．浪涌保护器的传统用法

目前，浪涌保护器都是并联在线路与地之间，既能保护附近的设备，又能对整个线路系统的泄流作出贡献。诚然，众多分支线路上安装的浪涌保护器，对降低干线浪涌确实起到了不小的作用，这种全局观念不容置疑。然而，像微波站这样的重要用户，浪涌保护器的职责是保护微波设备的安全，而不是降低干线上的浪涌。孰轻孰重，应当重新加以斟酌。

2．串入限流阻抗增强对设备的保护能力

以电源线路为例，电源进入设备之前串入一只限流阻抗元件，然后在设备与限流阻抗元件之间对地并联钳压型浪涌保护器，这样能使浪涌保护器的钳压效果更好，对设备的保护更有效。此种接法类似倒“L”型稳压电路或滤波电路，这才是浪涌保护器的最佳用法。

限流阻抗的加入，减小了浪涌保护器的泄放电流，对供电系统的泄流贡献减小了一点点，却换得了对设备保护能力的大大提高。

对于小功率用电设备可采用电阻限流，阻值选择的原则是对电压调整率不能影响太大，也就是说电阻的串入要能保证设备的正常供电，不能降压太多。

对于大功率设备或多台设备共用电源，就应该采用电感限流的方式，电感线圈对电流突变有很好的抑制能力，对50HZ的工频降压很小，几乎不影响电压调整率。

信号线路的浪涌保护器同样可以采用上述理念。由于信号传输功率很小限流电阻的体积也可以很小，可以直接加在浪涌保护器上，在此类浪涌保护器的设计、生产阶段就应该考虑把限流电阻加上，给用户的使用带来方便。

微波站的防备是综合治理工程，本文介绍的新举措，与相关的防雷规范并无冲突或者违背，合理设计后可以实地应用。此外，其它的防雷措施也要认真地按着相关规范去做，方能保证通讯畅通和人机安全。

（作者单位：通辽市微波站）