鐵路通信綜合防雷系統及其建設要求

張永毅 上海鐵路局電務處

雷電的危害一般分為兩類，一是雷電直接擊在建筑物上發生熱效應作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流產生的靜電感應和電磁感應。這兩種危害產生的高電壓、大電流可能會經通信系統中的電源、傳輸通道、接地系統、通信鐵塔與建筑物直擊雷防護系統，以傳導、感應的方式損壞通信及網絡設備，造成行車通信系統失效，嚴重時可能會直接威脅鐵路安全。

為了有效的避免這種雷電造成的通信設備損壞，提高通信設備及網絡的運行可靠度，就需要為整個通信系統建立起一套完備的雷電綜合防護系統（以下簡稱通信綜合防雷），該系統不僅要采取完善的直擊雷防護措施，同時應對通信機房內的電源、傳輸、視頻等系統進行可靠有效的感應雷防護，是一個多層次的綜合防護體系。

1 通信綜合防雷的系統構成及作用

通信綜合防雷主要由通信機房外部防雷、內部防雷和共地系統幾部分組成。外部防雷主要用于防直擊雷，改善通信機房電磁環境條件，防護措施包括通信機房頂安裝避雷網（帶）、引下線、外部綜合接地網等工程；內部防雷主要用于減小和防止雷電流在需防護空間內所產生的電磁效應，防護措施包括等電位連接系統、分區分級分設備安裝浪涌保護器、合理布線等工程；共地系統主要是指外部防雷和內部防雷的共用同一個接地裝置。通信綜合防雷系統圖如圖1所示。

2 通信綜合防雷采用的主要技術

通信綜合防雷應采用綜合防治的方式，常用的技術有傳導、分流、接地、屏蔽、等電位連接等。

2.1 傳導

傳導是外部防護、防范直接雷擊的主要措施。接閃器（避雷針、避雷帶和避雷網）將閃電的巨大能量引導入大地，不使它對被保護的對象產生破壞作用。但是在引導閃電入地的導線上要通過巨大雷電電流，會產生感應電磁場，也可能損壞設備。傳導技術必須與其他防雷措施綜合使用，才能使被保護的設備處于安全狀態。

2.2 分流

分流即暫態等電位連接，對于遠處落雷產生的雷電電磁脈沖在電力線、電話線、信號線或者這類電纜的金屬外套上的感應沿導線入侵的電壓波，用浪涌保護器（SPD）分流入地。針對不同的信號電路結構，需要選用不同型號的浪涌保護器（SPD）。

2.3 接地

接地是將雷電流的能量泄放入地，要求接地電阻小，是防雷工作的重點、難點。在通信機房附近要有一個良好的接地系統，保證防雷設施通過接地系統把雷電流泄入大地，從而保障通信設備和人身安全。另外，防干擾的屏蔽、防靜電裝置等都需要通過良好的接地系統來解決。

2.4 屏蔽

屏蔽是用金屬網、箔、殼、管等導體把需要保護的對象包圍起來，將閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道進行阻欄隔開。

2.5 等電位連接

等電位連接是內部防雷措施中很重要的一部分。將防雷空間內的防雷裝置和建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來導線、電氣裝置、電信裝置等各種金屬物用金屬導體連接起來，形成一個等電位連接網絡，以實現均壓等電位，消除因地電位驟然升高而產生的“反擊”。

圖1 通信綜合防雷系統示意圖

3 通信綜合防雷的實施

前面介紹了通信綜合防雷的系統組成及主要技術，在建設通信綜合防雷系統時，除了常見的通信機房內、外部防護，對于部分通信機房，還需綜合考慮無線鐵塔的防雷，只有綜合權衡，并按照相關的技術要求才能建成一套行之可行的通信綜合防雷系統。

3.1 通信機房外部防護

通信機房外部防護主要是根據"法拉第"均壓原理，將通信機房設計成一個屏蔽籠式結構，并提供一個綜合接地網以保證樓層內各點電位分布均勻，改善通信設備所處場地機房電磁環境條件，為電子設備提供耐沖擊過電壓和抗電磁干擾的運行環境。通信機房整體外部防護措施包括通信機房頂安裝避雷網、帶；引下線；綜合地網；無線鐵塔地線及與綜合地網的連接等技術，整體防護示意圖如圖2所示。

圖2 通信機房外部整體防護示意圖

3.2 通信機房內部防護

內部防護主要用于減小和防止雷電流在需防護空間內所產生的電磁感應，內部防護措施包括接地及等電位連接、加裝浪涌保護器(SPD)防護、線纜屏蔽以及電源防雷等防護項目。整體防護示意圖如圖3所示。

圖3 接地匯集線及等電位連接的連接示意圖

3.2.1 接地匯集線及等電位連接

接地匯集線主要是指設置于通信機房內的接地連接線（排），主要有通信設備接地匯集線、電源防雷箱接地匯集線、機房屏蔽接地匯集線。

等電位連接是指各接地匯集線采用2×25mm2多股絕緣阻燃銅導線單點冗余連接到綜合接地網上。

3.2.2 加裝浪涌保護器(SPD)防護

浪涌保護器是電子設備雷電防護中不可缺少的一種裝置，過去常稱為“避雷器”或“過電壓保護器”。其作用是把竄入電力線、通信傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞。通信機房內各種通道SPD的安裝主要以下幾個原則：

（1）室內數據傳輸線長度在50 m-100 m時，可在通信機房設備接口處設置浪涌保護器；大于100 m時，宜在兩端設備接口處設置浪涌保護器。

（2）根據通信機房實際雷害狀況可選擇在下列接口處安裝SPD。例如室外引入的PCM電纜、2 Mbps信號線和遠端機房引入的信號電纜，可在DDF架的相應端口安裝SPD；綜合通信樓內的網管系統中，可對樓外引入的網絡線、控制線，兩端加裝SPD保護；環境監控和視頻監控系統中，當樓外的監控點不在聯合地網范圍內或攝像機遠離監控中心時，可分別在信號（控制、視頻）線路及電源線路兩端安裝SPD。

3.2.3 線纜屏蔽

線纜屏蔽是對引入通信機房的電纜金屬屏蔽層采用16 mm2的多芯銅導線與室外接地匯流排可靠連接，從而將沿電纜屏蔽層上感應的雷電流直接泄放入地。鎧裝電纜在接入設備時其電纜屏蔽層和設備防雷地可靠連接。對鐵塔引入機房的饋線在進入機房時不管鐵塔上的屏蔽層在鐵塔上做了幾次接地，在進入機房時，都必須在進入機房饋線處0.5 m-1 m處將饋線金屬屏蔽外層用饋線夾接至室外接地匯集排上，并將饋線夾進行防水處理。

3.2.4 電源防雷

雷電電磁脈沖由工頻電源饋線侵入是防護重點，電源系統應采用多級防護，最終將過電壓降到設備能承受的水平。主要有以下防護要求：

（1）外電網引入通信機房一般有主、備用兩路電源，應全部納入防雷。

（2）采用多級防護原則。第1級防護設在戶外交流電源饋線引入處（配電盤），在通信機房設立電源防雷箱屬于第2級防護，在通信開關電源柜設立第三級防護。

（3）電源防雷箱應具有故障聲光報警、雷電計數和狀態顯示（三相電源每一相線均有狀態顯示）等功能。

3.3 無線鐵塔的防雷

無線鐵塔的防雷主要包括基礎地網、輔助地網、無線鐵塔地網及與綜合地網的連接、天饋線的室外防護、天饋線的室內防護等部分。

3.3.1 基礎地網

當天線鐵塔座落在機房旁邊時，其地網面積應延伸到塔基四腳外1.5 m以遠的范圍，網格尺寸應不大于3 m×3 m，其周邊為封閉式。同時，還應利用塔基地樁內2根以上主鋼筋作垂直接地體，與地網焊接連通。

3.3.2 輔助地網

當地網的接地電阻值達不到要求時，可適當擴大地網的面積，即在地網外圍增設1圈或2圈環形接地裝置。環形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式，水平接地體與地網宜在同一平面上，環形接地裝置與地網之間以及環形接地裝置之間應每隔3 m-5 m相互焊接連通一次；也可在鐵塔四角設置輻射式接地體，延伸接地體的長度宜限制在10 m-30 m以內。環形接地裝置的周邊可根據地形、地理狀況決定其形狀。

3.3.3 無線鐵塔地網及與綜合地網的連接

當無線鐵塔距離通信機房小于20 m時，需要將鐵塔的環形地網與通信機房綜合接地網連成一體，連接線的中點加用設垂直接地體。

3.3.4 天饋線的室外防護

鐵塔上架設的饋線及其他同軸電纜金屬外護層應分別在天線處、離塔處以及機房入口處外側就近接地（天線處、離塔處工藝做法為從饋線的地線卡子引出線就近接引至鐵塔避雷針接地扁鋼，應確保接地卡子與天饋線連接處防水、防滲漏良好）；當饋線及其他同軸電纜長度大于60 m時，在鐵塔中部增加一個接地點，接地連接線應采用截面積不小于10 mm2的多股銅線。

3.3.5 天饋線的室內防護

天饋線在室內接入電臺時，應加裝天饋線浪涌保護器，并且將浪涌保護器的防雷地線接到綜合接地匯流排。

4 結束語

通信綜合防雷是一個復雜的系統問題，不可能依靠一、二種先進的防雷設備或防雷措施就能完全消除雷擊造成的各種過電壓、過電流問題，必須針對雷害入侵途徑，對各種可能產生雷擊的因素進行排除，并采用綜合防治的手段，同時必須進行嚴格認真的日常維護及整修作業，使通信綜合防雷系統處于較好的工作狀態，才能將雷害減少到最低限度。