隨著部隊(duì)信息化的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，通信臺站的數(shù)量也日趨增多，而且多數(shù)通信臺站的電源線路和傳輸線路大都采用長距離架空線路，進(jìn)入機(jī)房，增加雷擊風(fēng)險，導(dǎo)致雷擊概率增多，通信設(shè)備損壞、通信中斷，耗費(fèi)了大量人力財(cái)力。盡管近年來我們采取了多種多樣的防雷措施，耗費(fèi)了大量人力財(cái)力，每年雷害造成的損失仍然很大。怎樣才能有效地預(yù)防雷害，確保通信臺站設(shè)備和工作人員的安全呢?多年來的工程經(jīng)驗(yàn)告訴我們：必須根據(jù)通信臺站的實(shí)際情況，在現(xiàn)場勘查的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)有針對性的綜合防雷系統(tǒng)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工。
1 雷電形式
雷電對通信設(shè)備具有很強(qiáng)的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和地電壓反擊等四種形式。直擊雷和感應(yīng)雷是雷電入侵建筑物內(nèi)電氣設(shè)備的主要形式。
直擊雷是指直接擊在建筑物或其他物體上的雷電。由于受直接雷擊，被擊的建筑物、電氣設(shè)備或其他物體會產(chǎn)生很高的電位，而引起過電壓，這時流過的雷電流很大，可達(dá)幾十千安甚至幾百千安，這就極易使電氣設(shè)備或建筑物損壞，甚至引起火災(zāi)或爆炸事故。當(dāng)雷擊于架空輸電線時，也會產(chǎn)生很高的電壓可達(dá)幾千千伏，不僅會常常引起線路的閃絡(luò)放電，造成線路發(fā)生短路事故，而且這種過電壓還會以波動的形式迅速向變電所、發(fā)電廠或其他建筑物內(nèi)傳播，使沿線安裝的電氣設(shè)備絕緣受到嚴(yán)重威脅，往往引起絕緣擊穿起火等嚴(yán)重后果。
感應(yīng)雷是指當(dāng)雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓(感應(yīng)電壓)，其過電壓幅值可達(dá)到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線、接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個很強(qiáng)的感應(yīng)電磁場，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。另外，當(dāng)架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應(yīng)雷，高電位便會沿著導(dǎo)線、電源線以及信號線侵入變電站或建筑物內(nèi)，這種雷電波侵入也會對電氣設(shè)備造成危害或使建筑物內(nèi)的金屬設(shè)備放電，引起破壞作用。
直擊雷是雷電直接擊中線路并經(jīng)過電氣設(shè)備入地的雷擊過電流；感應(yīng)雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流形成的雷擊，感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的，形成感應(yīng)雷電壓的幾率很高，對建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備，尤其是低壓電子設(shè)備威脅巨大，所以說對通信臺站內(nèi)設(shè)備的防雷保護(hù)的重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。
雷電波入侵是指雷擊發(fā)生時，雷電直接擊中架空或埋地較淺的金屬管道、線纜，強(qiáng)大的雷電流沿著這些管線侵入室內(nèi)。
由圖l可以看出，雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，
他們在各種電線中感應(yīng)出幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這個高電位通過電力線的PEN線、防雷接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到遠(yuǎn)處，殃及更大范圍。
2 雷電波入侵的特點(diǎn)及危害
對于通信臺站來說，大多數(shù)線路都是長距離引入機(jī)房，本文由于篇幅限制，主要對線路上的雷電波入侵進(jìn)行闡述。
對于通信臺站，直擊雷是指雷電直接擊中了架空電線(信號線)或埋地線纜，雷電流以l／20～1／2的光速以波的形式向線路兩端，對設(shè)備及構(gòu)成危害。雷擊時電流高達(dá)幾十千安，最高達(dá)200～300kA，一般在20～40kA，其時間甚短，一般僅為10～100μs。
雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：
Us≈100I
式中：
Us一雷擊點(diǎn)過電壓最大值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
實(shí)踐證明，在埋有線纜的地方，沿線纜埋設(shè)的線路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤電阻率高的地方尤其明顯，這是由于在土壤中埋下一條線纜就相當(dāng)于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶，在土壤電阻率突變的地區(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊線纜的原因。
閃電落地點(diǎn)會形成半球形(如果土壤電阻率均壓)。導(dǎo)電區(qū)域出項(xiàng)陡峭的電位降。當(dāng)土壤電阻率為100Ωm、雷電流為100kA時，導(dǎo)電半球的半徑的典型值為2～3m；當(dāng)電阻率為10000Ωm時，半徑將增大10倍。在地下若埋有電纜，則雷擊點(diǎn)會對電纜放電，在土壤電阻率為100Ωm時，放電距離為6m；在土壤電阻率為1000Ωm(一般高山站點(diǎn)的土壤電阻率都比較高)時，放電距離為12m以上；聚乙烯電纜護(hù)套的擊穿電壓約為lOOkV數(shù)量級。對于50kA峰值的雷電流，當(dāng)土壤電阻率為1000Ωm時，距離雷擊點(diǎn)80m處即可達(dá)到上述的擊穿電壓值，足以破壞絕緣護(hù)套，雷電的高電壓就進(jìn)入芯線，而沿電纜芯傳播，造成電纜的損壞。如果雷擊點(diǎn)離機(jī)房近的話，還會造成機(jī)房內(nèi)設(shè)備的損壞。
雷云在起電和先導(dǎo)放電的過程中，對架空線會產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使之產(chǎn)生異性靜電位，一旦雷云對地放電，導(dǎo)線中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對地向線路兩端，電荷所形成的電流(I)乘以導(dǎo)線的波阻(Z)，即為雷電感應(yīng)電壓。
架空線(無屏蔽)雷電感應(yīng)過電壓如圖2所示。
感應(yīng)過電壓幅值可用下式表示：
式中：
Ug一感應(yīng)過電壓幅值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
hd一導(dǎo)線距地高度(m)
S一雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線垂直距離(m)
從圖2(b)可知即使雷云沒有放電，僅在雷云起電和過程中，也能在絕緣良好的短電話線路上產(chǎn)生10～20kV的感應(yīng)過電壓。相距大約為25～3000m的對地雷擊，一般將在架空電話線路中感應(yīng)出高于1000V的過電壓，這必將產(chǎn)生相當(dāng)大的危害。
除了靜電感應(yīng)的電荷直接向線纜流入雷電流以外，由于云間放電，通過電磁感應(yīng)，也能在線纜上誘發(fā)感應(yīng)電壓和電流。如果放電通道與線纜線路相平行，由于電磁感應(yīng)，將使線纜的導(dǎo)體產(chǎn)生一定的縱向電動勢，并隨之流過一定的電流。實(shí)際上線纜上的過電壓沖擊，絕大多數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的。但因其能量一般較小，電壓低，電流弱，通常很少對線纜本身造成危害。只能對線纜相連接的設(shè)備構(gòu)成危害。圖2中可以看出(a)屬于磁場感應(yīng)，(b)屬于電場感應(yīng)。
綜上所述，雷電可以通過雷電感應(yīng)、雷電波侵入、雷電地電位升高對通信臺站的各類設(shè)備系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害。
3 通信臺站目前線路雷電波侵入防護(hù)存在的問題
根據(jù)雷擊事故統(tǒng)計(jì)表明通信臺站的電源設(shè)備因雷擊損壞所占比例為68％，而市電引入部分因雷擊損壞所占比例更高達(dá)75．75％。大部分通信臺站遭遇雷擊后，配電箱、低壓供電電纜及通信線路等都受到雷擊破壞，導(dǎo)致設(shè)備毀損、屏蔽層擊穿、系統(tǒng)終止等事故發(fā)生。
目前，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證，由電源系統(tǒng)耦合進(jìn)入的感應(yīng)雷擊造成設(shè)備的損壞占雷災(zāi)損失70％以上。因此，對電源系統(tǒng)的雷電保護(hù)措施是整個防雷工程中必不可少的而且是非常重要的一個環(huán)節(jié)。
1)電源線路保護(hù)不完善。除在開關(guān)電源內(nèi)只帶有C級通流容量20kA的交流電源防雷模塊外，其他未采取任何防護(hù)措施。容易因直擊雷或感應(yīng)雷造成線路過壓，損壞電源線路與之相聯(lián)的設(shè)備；
2)部分通信臺站，在電源線路的終端杠開始改為鎧裝電纜埋地進(jìn)入配電房。電源鎧裝電纜在入室前鎧裝層未作接地處理。由于雷電流的高頻趨膚效應(yīng)，電纜感應(yīng)的雷電流絕大部分均在鎧裝層尋找途徑上泄放，由于鎧裝層沒有接地，極易導(dǎo)致對地(或其他線路、設(shè)備等)放電打火，輕則導(dǎo)致電纜接頭擊穿短路，重則引起設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致火災(zāi)事故；
3)光纜長距離架空，部分在進(jìn)機(jī)房前埋地距離很短，大部分沒有埋地就直接接入室內(nèi)綜合柜內(nèi)，光纜有鎧裝層但未采取任何接地措施，懸空。多數(shù)光纜中的加強(qiáng)筋在設(shè)備端也沒有作好接地處理，同低壓電纜一樣，長距離架空容易遭受直擊雷和感應(yīng)雷，由于雷電流的高頻趨膚效應(yīng)，感應(yīng)的雷電流絕大部分均在鎧裝層尋找途徑上泄放，由于鎧裝層沒有接地，極易導(dǎo)致對地(或其他線路、設(shè)備等)放電打火，輕則導(dǎo)致光纜接頭擊穿短路，重則引起設(shè)備損壞，甚至導(dǎo)致火災(zāi)事故燒毀光纜；
4)室內(nèi)接地不完善。多數(shù)通信臺站接地網(wǎng)做的比較規(guī)范，但是在接地引入線到接地匯集排接地處理不規(guī)范，接地線長度和粗細(xì)均不符合規(guī)范要求。直擊雷引下線與機(jī)房接地引上線之間的距離沒有達(dá)到規(guī)范要求最少相隔5一10米的要求。設(shè)備保護(hù)接地線較長且細(xì)，并與強(qiáng)電并行走線，容易造成雷電的二次感應(yīng)
4 通信臺站線路雷電波侵入防護(hù)方法
雷電感應(yīng)高電壓以及雷電電磁脈沖的防護(hù)是在入侵通道上將雷電過電壓、過電流泄放入地，從而達(dá)到保護(hù)電子設(shè)備的目的。其主要方法是采用隔離、鉗位、均壓、濾波、屏蔽、過壓與過流保護(hù)、接地等方法將雷電過電壓、過電流以及雷電電磁脈沖消除在設(shè)備外圍，從而達(dá)到保護(hù)各類設(shè)備的目的。只要設(shè)計(jì)合理、安裝合格、各類浪涌保護(hù)器就能對雷電進(jìn)行有效的防護(hù)。我們既要防止直擊雷，也要防止雷電感應(yīng)高電壓及雷電電磁脈沖，二者有機(jī)結(jié)合，相互補(bǔ)充，構(gòu)成一套完整的現(xiàn)代綜合防雷體系，才能有效地防止雷擊事故，減少雷擊災(zāi)害，保護(hù)建筑物、設(shè)備和人身安全。
根據(jù)現(xiàn)場的情況，我們針對每個通信臺站的不同情況采取針對性的解決措施。主要將采取等電位聯(lián)接、區(qū)分雷電流引下線和保護(hù)接地引上線、正確設(shè)計(jì)和安裝多級電源避雷器、建設(shè)合格地網(wǎng)等方法，對通信臺站進(jìn)行綜合雷電防護(hù)。
1)電源系統(tǒng)防護(hù)的完善，根據(jù)通信臺站的實(shí)際情況采取2～4級的保護(hù)。由于電源線是雷電通過電場感應(yīng)而引雷入室的主要途徑，即使是電源線入地進(jìn)室，也不能完全解決雷電波入侵的問題，因此安裝多級電源避雷器以抑制雷電波入侵是首要選擇；
2)通信臺站的交流供電系統(tǒng)應(yīng)采用絕緣護(hù)套電纜穿鋼管埋地、或采用金屬鎧裝電纜埋地引入的方式，其埋地長度宜不小于50m。當(dāng)變壓器或電力線路終端桿與機(jī)房較近，電纜線地下埋設(shè)長度達(dá)不到50m時，可將電纜環(huán)繞機(jī)房迂回埋設(shè)。埋地的鋼管或電力電纜的外護(hù)金屬層兩端應(yīng)就近妥善接地，一端接變壓器地網(wǎng)，另一端在進(jìn)機(jī)房前可靠接地。另外，電纜外導(dǎo)體對內(nèi)導(dǎo)體有靜電屏蔽作用，電纜的外導(dǎo)體同內(nèi)導(dǎo)體形成電容很容易將芯線上高頻性質(zhì)的感應(yīng)電荷泄放入地，可一定程度限制感應(yīng)雷電波侵入；
3)在電源低壓架空線的終桿處(電力電纜與架空電力線連接處)，做一組合格的地網(wǎng)，接地體宜采用輻射形或環(huán)形。將轉(zhuǎn)地埋的鎧裝電纜的鎧裝層就近接入該地網(wǎng)中，同時在終桿處增加一組(3個)戶外跌落式低壓避雷器，以增強(qiáng)對來自低壓架空輸電部分的雷電泄放能力，提高低壓線路側(cè)的防雷保護(hù)。避雷針在接閃直擊雷電流時，接地網(wǎng)會出現(xiàn)接地極上雷電流經(jīng)電阻耦合的高電位引入情況，這就需要在線路進(jìn)戶處必須裝設(shè)一組(3個)戶外跌落式低壓避雷器，將高電位鉗制在安全值。按照DL／T499—2001《農(nóng)村低壓電力技術(shù)規(guī)程》零線在進(jìn)戶前作重復(fù)接地處理，將零線、避雷器的接地、電纜金屬外皮、絕緣子鐵腳、金具連在一起接地，保證在故障時保護(hù)中性線的電位盡可能保持接近大地電位；
4)電源線的進(jìn)線在入室前，將電纜的鎧裝層做可靠接地，就近直接接入聯(lián)合地網(wǎng)中，增強(qiáng)對感應(yīng)雷的屏蔽和泄放；
5)通信光纜對機(jī)房設(shè)備造成的雷害通常是由光纜的金屬鎧裝層或金屬加強(qiáng)筋引起的。針對不同情況分別采取如下措施：
①無金屬屏蔽層(無金屬鎧裝層)光纜：可將光纜敷設(shè)在金屬管內(nèi)埋地進(jìn)入機(jī)房，埋地長度宜不小于30m，一般可從線路終端桿開始埋設(shè)，埋地的金屬管兩端應(yīng)就近可靠接地，終端桿處直接與終端桿的接地網(wǎng)相連，入戶處直接與機(jī)房聯(lián)合地網(wǎng)相連，將光纜鎧裝層上的感應(yīng)雷電流直接泄放到地，將雷害的威脅直接阻止在室外不進(jìn)室內(nèi)，從而保證室內(nèi)設(shè)備的安全；
②有金屬屏蔽層(有金屬鎧裝層)光纜：將光纜鎧裝層在終端桿和進(jìn)機(jī)房前兩端就近接地，終端桿處直接與終端桿的接地網(wǎng)相連，入戶處直接與機(jī)房聯(lián)合地網(wǎng)相連，將光纜鎧裝層上的感應(yīng)雷電流直接泄放到地，將雷害的威脅直接阻止在室外不進(jìn)室內(nèi)，從而保證室內(nèi)設(shè)備的安全；
③盡量將光數(shù)混合架或光纖終端盒設(shè)置在光纜進(jìn)口處。對光纜金屬加強(qiáng)芯的接地安裝應(yīng)作妥善處理。光纜安裝時，應(yīng)將光纜加強(qiáng)芯和光纜終端盒內(nèi)專用的加強(qiáng)芯接地母排妥善連接，同時將加強(qiáng)芯接地母排直接與室外饋線接地排相連，布放的接地線宜不小于35mm2，且宜短、直。若與饋線接地排距離較長(大于2m)，也可與室內(nèi)接地匯集線就近連接。此外，加強(qiáng)芯專用接地母排應(yīng)與光纜終端盒體和機(jī)架內(nèi)金屬體進(jìn)行電氣隔離。
(6)接地匯集線(匯流排)應(yīng)布置在靠近避雷器的地方，以使避雷器的接地連接線最短。各樓層的分匯集線應(yīng)直接與樓底的總匯集線相連。建議采用環(huán)形等電位連接，在機(jī)房內(nèi)沿走線架和墻壁沒置環(huán)形接地匯集線。環(huán)形接地匯集線應(yīng)多點(diǎn)就近與地網(wǎng)連通，站內(nèi)設(shè)備由環(huán)形匯集線就近接地。
(7)對于通信臺站信號部分，有雷擊損壞紀(jì)錄的臺站，在信號的接口部分還需要安裝相應(yīng)的信號類防雷器。
5 結(jié)論
雷電可導(dǎo)致的危害多種多樣，目前可以說沒有任何一種產(chǎn)品和單一手段可以全面防止雷電的危害。我們必須提高對防雷工作的認(rèn)識，積極研究現(xiàn)代防雷新技術(shù)。每年在雷雨季節(jié)前，對系統(tǒng)進(jìn)行檢查維護(hù)，對運(yùn)行中的防雷元器件進(jìn)行檢測。雷雨季節(jié)中要加強(qiáng)對防雷元器件外觀的巡視，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時處理。如果設(shè)備遭受雷擊，應(yīng)對損壞情況和原因進(jìn)行調(diào)查分析，并根據(jù)分析結(jié)果，對防雷措施加以改進(jìn)。同時應(yīng)做好雷害的統(tǒng)計(jì)，為防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)和完善，積累必要的資料。
目前全國部隊(duì)通信臺站已數(shù)不勝數(shù)，通信臺站正常工作關(guān)系到國防通信事業(yè)發(fā)展。通信臺站防雷接地系統(tǒng)是保證通信網(wǎng)絡(luò)暢通、人員和設(shè)備安全的重要環(huán)節(jié)，涉及通信臺站信號線、土建、供電、設(shè)備安裝以及周圍建筑等許多方面，需要我們樹立長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)際情況入手，不斷提高防雷技術(shù)水平和通信臺站的防雷能力。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類最終一定能找到有效利用雷電蘊(yùn)藏著的巨大能量的途徑，徹底戰(zhàn)勝雷害。
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