防汛通信防雷技術探討

□吳 星（河南省防汛通信總站）

1.雷電的成因及危害方式

雷電是因強對流氣候而形成的雷雨云層間和云層與大地間強烈瞬間放電現象。當雷云放電時，所產生的電壓可高達幾萬伏至幾十萬伏，以及幅值為幾十至幾百KA的強大雷擊電流，猛烈的沖擊波、高達2萬攝氏度的高溫、瞬變的電磁場和強烈的電磁輻射等綜合物理效應。所以，雷電是一種嚴重的氣象自然災害。

自然界的雷擊主要有直擊雷和雷電電磁脈沖（LEMP）兩大類。直擊雷聲光并發，電閃雷鳴，主要產生熱效應、機械效應、沖擊波效應、火花效應等直接損傷。而雷電感應及雷電電磁脈沖是由于雷雨云的靜電感應或放電時的電磁感應以及雷電波輻射作用在建筑物上的金屬部件上如管道、鋼筋、電源線、信號傳輸線、天饋線等感應出雷電高電壓，通過電源線、信號線、天饋線、電纜等引入室內，造成放電破壞電子設備。雷電感應及雷電電磁脈沖主要通過靜電感應、電磁感應、電磁脈沖、雷電反擊等方式危害設備和人員。

因此，我們既要防止直擊雷，也要防感應雷及雷電電磁脈沖，二者有機結合，才能構成一套完整的綜合防雷體系。

2.雷電對河南省防汛通信造成的危害及雷擊事故原因分析

2.1 雷電對河南省防汛通信的危害和影響概況

從河南省防汛通信專網建設以來，曾多次發生通信設備遭雷擊事件，近些年尤為嚴重。如2005年7月，河南省防汛通信系統就連續發生多起雷擊事故，導致桂李、逍遙、官寨、石漫灘等4個微波站通信設備大量損毀，損失嚴重，造成駐馬店、周口、南陽等多條支線至省通信中斷數10h；2000年6月，信陽市、石山口、潑河、鲇魚山、宿鴨湖通信站等臺站的交換機、數字電臺、無線報汛設備、遙測設備遭雷擊損壞嚴重，石山口、潑河、宿鴨湖遭雷擊的同時，附近的公網交換機及個別移動基站設備也遭雷擊而通信中斷；1998年沙潁河工程管理局通信站、駐馬店、宿鴨湖水庫通信站遭強雷電襲擊，程控交換機嚴重損壞，駐馬店對宿鴨湖和板橋水庫的無線電臺，駐馬店通信站傳真機、彩電和部分電話機也嚴重損壞，并導致通信一度中斷。

以上事例都是短期雷擊造成大面積通信設備損壞的嚴重事故，其他單個通信臺站遭受雷擊的事例全省范圍內幾乎年年都有發生。這些雷擊無不導致相關的大型水庫及重要防洪工程通信中斷（包括公共有線網和移動網），使重要汛情信息報不出去，防汛主管部門的指令傳不進來，情況不明，指揮不靈，嚴重危及防汛工作的正常進行，如遇大的險情后果將不堪設想。

2.2 河南省防汛通信設備、設施雷擊事故原因分析

這首先與微電子技術的迅猛發展密切相關。隨著社會的不斷進步，電子技術的發展也是日新月異，這些電子設備越來越小巧、精密，其中使用了大量的半導體集成模塊，但因其較電子管及分立元器件的耐過壓性能差，使得其更容易受到雷擊引入瞬時過電壓的破壞。

其次是與通信臺站的環境有關。根據統計資料，獨立突出的建筑物和水面附近最容易招致雷擊。防汛通信系統中廣泛使用的無線頻段為400MHz、600MHz超短波和1.5GHz-5GHz的微波，從空間傳輸上講均屬視距通信范疇。因此，為把天線置于一定高度，各通信臺站均要有通信鐵塔，其高度需超過周圍建筑物。同時，大中型水庫等水管單位的通信臺站往往都在大的水面附近，地勢相對平緩。這樣，兩種利于雷電孽生的條件同時具備，雷閃放電極易在其附近發生。

三是防雷設施不完善，工程措施不到位。據調查，近年雷擊損壞設備部位主要是程控交換機和無線電臺的終端機部分，無線電臺的信道機極少受損。

從河南省防汛通信遭受雷擊的情況看，雷電侵入的途徑主要是電源線，信號線次之。這與各有關臺站的防護措施現狀是完全一致的。各站鐵塔天饋防雷系統大都比較完善，滿足一般防護技術要求，因此，雖然天饋系統位置高而突出，極易遭受雷擊，但是因為采取的防護措施比較得力，受到的損害卻極少。而對電源線和信號線則大不相同，很少甚至沒有采取防護措施。通過對多次事故調查分析，可明顯看出這些通信設備被雷擊事故都是沒有在電源通道上采取防護措施所致。從信號線侵入雖然為數不是很多，其原理與電源線侵入大致相同。

四是缺乏防雷常識，沒有采取有效的應急措施。如在工程措施不到位的情況下，及時斷開外電源，切斷雷電從電源線進入的途徑等。

3.防雷原則及措施、經驗探討

3.1 雷電防護的原則

首先，由于雷電發生的范圍廣，時間和空間存在不確定性等特征，所以雷電防護必須堅持預防為主，以人為本，安全第一的指導方針。

其次，防雷應考慮各種環境因素，宜根據設備所在地區雷電活動規律、雷暴等級、設備的重要性、系統對雷電電磁脈沖的抗擾度等因素分別采用相應的防護措施，進行綜合性防治。

第三，防汛通信系統的防雷設計應堅持全面規劃、綜合治理、優化設計、多重保護、技術先進、經濟合理、定期檢測、隨機維護的原則進行綜合設計及維護。系統的防雷與接地，應以機房關鍵設備為主要保護對象，實施綜合防雷措施。

3.2 防雷技術措施探討

同整個信息行業一樣，河南省防汛通信系統發生雷害越來越頻繁，造成的損失越來越大，對防汛工作的危害越來越嚴重。因此，為確保防汛通信暢通，迫使我們不得不采取相應的對策，以有效防止災害的發生。現代防雷工程強調全方位防護，提倡系統防雷理論，包括完善合理的共用接地系統、直擊雷防護措施、等電位連接措施、屏蔽措施、過電壓、過電流（SPD）、規范的綜合布線措施等。只有采取綜合防治措施，才能將雷擊損害降低到最低限度。