淺談微波站防雷舉措

摘要：本文針對微波站的特點提出新的防雷措施。其中接閃系統串入感抗和低值電阻的限流、加強微波設備的電場屏蔽以及線路進入設備前先串入限流阻抗再接浪涌保護器的方法，見解獨特，理念新穎，簡單實用。

關鍵詞： 防雷 微波站 限流 屏蔽 浪涌

微波通訊以接力的方式實現遠距離信息傳遞。每個微波站是傳輸通道上的節點，其中一個節點發生故障，將使整個傳輸中斷。微波是直線傳播的，途中不能有大型物體遮擋，微波站往往建在山頭高地上，這就使遭遇雷擊的概率增加。微波站都安裝了接閃系統（避雷針）基本上可避免直擊雷的侵害。然而，強大的閃擊電流流過接閃系統時，還會有次生災害發生。此處雷電波通過線路的侵入，線路上的浪涌電壓等都會對微波站的人機安全帶來危害。因此，有必要對微波站的防雷措施加以研究，盡量減少雷電帶來的危害。

一．雷電閃擊接閃系統時帶來的次生災害

1．電磁感應造成的損害

強大的閃擊電流上升沿非常陡峭，在US的時間內就可升到上百KA的峰值，在引下線的周圍空間產生強大的電磁輻射，在微波機房的線路上或微波設備內部的電路里，感應出很高的電壓，造成線路或元器件的擊穿損壞。

雷電的電磁輻射是廣譜的干擾源，會對微波設備的信號處理系統造成干擾，導致波形失真、數據丟失，甚至可造成放大器過載損壞。

2．反擊電壓造成的損害

閃擊電流在接地電阻上會產生數十KV的電壓降，對人員和設備造成反擊，它的危害僅次于直擊雷。反擊電壓可以通過減小接地電阻的方法使之降低，但是，小于0.5Ω的接地電阻就很難實現，增加的制作成本將難以接受。因而，反擊電壓是很難靠減小接地電阻來大幅度降低的。

3．遠端接地線路帶來的危害

強大的閃擊電流通過接地體流入大地時，會在入地點周圍的大地上形成電壓梯度，近端大地和遠端大地之間有很高的電位差。進入微波機房的遠端接地線路（如交流電源線、信號傳輸線等），會發生對地閃絡，造成設備損壞和人身傷害。

二．防止接閃系統引發次生災害的新舉措

限制接閃系統流過的電流，是降低次生災害的有效方法，然而如何限流、限流到什么程度卻值得探討。

1．以往幾種流行的限流理念和方法

（1）中和雷電流的方法： 利用雷云靜電場的驅動力，在雷云對接閃器放電之前，由接閃器發射異電荷去中和雷云中的一部分電荷，使雷云電場降低，達到減弱閃擊電流的目的。基于這種理念，多年前就已有此類接閃器產品問世。但直到目前，對這種理念的爭議仍然很大，對它的真實效果表示懷疑，有待進一步做理論研究和實驗檢測。

（2）串入高值電阻的限流方法： 在接閃系統的前端串入高值電阻，對閃擊電流加以抑制。此種方法確實能大大減小流過接閃系統的電流，但是，高值電阻的串入堵塞了放電通道，接閃器引來了雷，卻不給雷電提供放電通道，迫使雷電流另辟蹊徑，在接閃器附近重新選擇放電點導致接閃系統失去保護能力。

因此，高值電阻兩端的電壓降相當大，很容易把限流電阻擊穿導致限流失敗。由此看來，高值電阻的限流方法是行不通的。

（3）加大接地電阻的限流方法： 加大接地電阻既能限制閃擊電流又能降低接地體的成本。但它的最大危害是導致接地電阻上的反擊電壓升高，這是十分危險的。它的危害不亞于直擊雷。只靠等電位連接不能完全消除其危害，特別是給遠端線路帶來的高壓沖擊和傳導，都不能依靠等電位聯接加以消除。

2．限流的新理念

（1）安全可靠的低阻限流： 過份追求限流比，往往事與愿違，不如退而求其次。低阻限流的效果雖然有限，但卻安全可靠。小于100Ω的限流電阻上產生的電壓降是當前技術可以控制的。比如，把電阻值分布在數米的長度上就可以避免兩端電壓的擊穿，如遇超強雷電流，可通過放電間隙開通第二、第三限流放電通道。

（2）串入電感線圈能有效抑制電流突變： 雷電流可以理解為直流成份和交流成份的疊加，電磁感應的破壞力完全由交流成份引發。已往的限流都忽略了交流成份。純電阻雖然對交流成份也具有一定阻抗，但對于代表電流突變的交流成份的抑制還是電感線圈最有效。

這種由低值電阻和電工感線圈串聯的限流方式可以抑制電流的突變，使閃擊流的波形變得較為平坦，起到了一定的電荷緩釋作用，降低了瞬間功率也降低了接地電阻上的反擊電壓和遠近端大地的電位差，從而降低了雷電閃擊的感應破壞力和電壓沖擊破壞力。

三．加強電場屏蔽的措施

近20年生產的微波設備大都附合電磁兼容（EMC）標準，但它們不一定能抵御強大的雷電感應，因此，外加的多重屏蔽是減少雷電感應破壞力的有效方法。以往的屏蔽都應用鐵磁材料，如建筑物的鋼筋網、籠、鐵皮機柜、機箱等。它們對電磁場中的磁場屏蔽作用較好，對電場的屏蔽作用較差。這是因為鐵磁材料的電阻率較高，而且建筑物內部的鋼筋結構件大都采用綁扎連接，接觸電阻較大，影響電場的屏蔽效果。在微波機房這樣的較大空間，如果采用低電阻率的材料（銅或鋁）實施電場屏蔽，會使屏蔽的成本太高，但在機箱或機柜外增加一層低電阻率的金屬板或網，增加的成本不高，屏蔽的效果卻很好。

四．浪涌保護器的新用法

浪涌保護器（SPD）按工作原理可分兩種類型：一種是短路開關型，也稱泄流型，一般安裝在進入機房的界面處。另一種是鉗壓型也中穩壓型，一般安裝在被保護設備附近。按照用途分也有兩種類型：一種是用在電源線路上的；另一種是用在信號線路上的。

浪涌保護器都是電壓動作型，線路上的電涌超過一定電壓值時快速導通，以對地短路的方式分流線路上的電流，防止線路上的電壓瞬間升高。

1．浪涌保護器的傳統用法

目前，浪涌保護器都是并聯在線路與地之間，既能保護附近的設備，又能對整個線路系統的泄流作出貢獻。誠然，眾多分支線路上安裝的浪涌保護器，對降低干線浪涌確實起到了不小的作用，這種全局觀念不容置疑。然而，像微波站這樣的重要用戶，浪涌保護器的職責是保護微波設備的安全，而不是降低干線上的浪涌。孰輕孰重，應當重新加以斟酌。

2．串入限流阻抗增強對設備的保護能力

以電源線路為例，電源進入設備之前串入一只限流阻抗元件，然后在設備與限流阻抗元件之間對地并聯鉗壓型浪涌保護器，這樣能使浪涌保護器的鉗壓效果更好，對設備的保護更有效。此種接法類似倒“L”型穩壓電路或濾波電路，這才是浪涌保護器的最佳用法。

限流阻抗的加入，減小了浪涌保護器的泄放電流，對供電系統的泄流貢獻減小了一點點，卻換得了對設備保護能力的大大提高。

對于小功率用電設備可采用電阻限流，阻值選擇的原則是對電壓調整率不能影響太大，也就是說電阻的串入要能保證設備的正常供電，不能降壓太多。

對于大功率設備或多臺設備共用電源，就應該采用電感限流的方式，電感線圈對電流突變有很好的抑制能力，對50HZ的工頻降壓很小，幾乎不影響電壓調整率。

信號線路的浪涌保護器同樣可以采用上述理念。由于信號傳輸功率很小限流電阻的體積也可以很小，可以直接加在浪涌保護器上，在此類浪涌保護器的設計、生產階段就應該考慮把限流電阻加上，給用戶的使用帶來方便。

微波站的防備是綜合治理工程，本文介紹的新舉措，與相關的防雷規范并無沖突或者違背，合理設計后可以實地應用。此外，其它的防雷措施也要認真地按著相關規范去做，方能保證通訊暢通和人機安全。

（作者單位：通遼市微波站）

責任編輯：邰山虎