關于空管通信機房防雷措施的技術探討

高建國 張衛凌

【摘要】本文通過對雷電侵入空管通信機房的各種途徑進行分析，提出了通信機房的綜合防雷措施。這些防雷措施能有效地防止雷擊對電子設備、通信系統的侵害，對通信設備穩定高效的運行提供了可靠的保證，對于工程實踐具有實際的指導意義。

【關鍵詞】通信機房;防雷;措施

引言

近幾年隨著民航空管系統的不斷發展，特別是通信導航監視設備等系統的建設，精密電子設備被廣泛應用到空管工作中。由于精密電子設備存在抗過電流、過電壓、電磁脈沖的能力低、絕緣強度低以及抗干擾能力弱等問題，一旦受到雷擊等類型的過電壓沖擊，則會出現系統運行中斷，設備永久性損壞。作為保障對空通信以及雷達自動化監視等系統運行的空管通信機房，如何規避雷擊的影響，為設備的正常運行提供一個可靠的內外部環境，避免設備的損壞，確保在雷電環境下管制部門對空通信以及飛行動態監視的正常，已經成為空管運行保障工作中的一項重要內容。

一、雷電對通信機房的危害

雷電主要是由于云和空氣間或不同云團之間以及云和大地之間的電位差達到一定程度時，發生的強烈的放電現象。通常雷擊對通信機房容易造成的危害主要有兩個方面：直擊雷和感應雷。

（一）直擊雷

當雷云對地面的某個地方發生強烈放電，它有可能會直接擊中建筑物、設備等。當雷電擊中電線、信號線等，雷電流便沿著線纜進入機房內的設備，從而造成設備的損壞。

（二）感應雷

由于直擊雷放電而引起周圍的金屬導體發生電磁感應，從而生成電磁浪涌。它分為靜電感應雷和電磁感應雷。由于雷電流變化的幅度較大，會生成強烈的交變磁場，使周圍的金屬物體產生感應電流，該電流可能會向四周的物體放電。電流感應到傳輸的線路上，會對設備產生強烈的破壞性，附近如果有可燃物就會引發火災或爆炸。

1.靜電感應雷：雷云中的大量負電荷積聚時，在金屬導線上將會感應出被電場束縛的正電荷。當雷云放電時，感應出的這些被束縛的正電荷在電勢能的作用下，這些正電荷將沿著線路對機房內的設備產生大電流沖擊。

2.電磁感應雷：當雷云放電或擊中避雷針時，迅速變化的雷電流會產生強大的交變電磁場，該電磁場的能量以電磁波的方式傳播，并感應于線路，最終將作用到電子設備上。

據相關統計表明：直擊雷對設備所造成的損壞僅占15%，而感應雷造成的損壞則占到了85%。一般建筑物上的避雷針只能預防直擊雷，而強大的電磁場產生的感應雷和脈沖電壓卻能進入通信機房內危及重要的通信、監視等電子設備。由于通信機房中的電子設備對雷電電磁脈沖的耐受能力很弱，因此極易因感應雷電過電壓而損壞。

（三）雷電侵入空管通信機房的主要途徑

1.通信機房中對空通信的甚高頻設備中所使用的天線、饋線的引接。

2.出入機房的各種電源線、接地線。

3.各種信號線路的引接。

（1）從外部引接至通信機房的信號：例如從雷達站引接至通信機房內空管自動化系統的雷達信號;從遙控臺引接至內話語音系統的地空通信信號、程控電話信號等。

（2）在建筑物內長距離的信號線路，例如從通信機房引接至塔臺的各種終端設備的信號線。

二、通信機房的防雷措施

通信機房的防雷體系應按綜合防雷概念，將外部防雷措施與內部防雷措施整體統一考慮。

（一）外部防雷措施

外部防雷主要是對直擊雷的防護，采用的防護方案是以接閃器接閃，引下線和接地體泄流構成完整的電流通路來加以防護。外部防雷系統的構建應在建筑物設計與施工階段就予以考慮，以便利用建筑物自身的金屬部件達到經濟實用的防雷目的。

1.接閃器，是用于接受雷擊的金屬導體，分為主動式避雷針和被動式避雷針。被動式避雷針目前使用比較普遍，主要是避雷針、避雷帶、避雷網等。但它保護范圍小、容易側向跳火，存在導通量小、可靠性低等缺點。主動式避雷針能控制雷擊點，保護范圍大。由于傳統避雷針、避雷網等價格便宜，制作簡單，因此在機房的安裝過程中是首先考慮的對象。對防雷要求較高的通信機房，必須采用主動式避雷針。

2.引下線是接地裝置與接閃器連接的金屬導體，使雷電流構成通路，是釋放雷電電流的主要通道。對于空管部門這種有大量重要的電子設備通信機房，應單獨設置相對獨立的接閃器和引下線，以避免強大雷電流對機房內部設備的危害。

3.接地體是防雷保護的關鍵部件，其作用是向大地均勻泄放雷電流，使防雷裝置對地電壓不至于過高，因此接地體的接地電阻要小（一般不超過10Ω）。接地體分為自然接地體和人工接地體。自然接地體是利用建筑物基礎中的鋼筋導體做為接地體，它們具備數量多、入地深、與地接觸好等特性，是良好的泄流途徑。人工接地體是指人工另行開挖、圍繞建筑物周圍人工鋪設接地裝置。但是存在維護成本、引下線、鋪設面積等問題，因此，人工接地體最好能與自然接地體連接，組成一個完整的接地系統。

（二）內部防雷措施

內部防雷主要指對感應雷侵入的防護，避免電子設備遭受雷電電磁脈沖的影響而損壞以至于無法工作。

1.電源線路防雷

電源防雷措施主要為了防止雷電流通過電源線路對通信設備造成危害。為避免因更大的雷電流在擊毀避雷器后繼續損壞后端的設備，以及防止線纜遭受二次感應，電源線路的防雷保護應采取三級保護：第一級在總配電箱處，安裝60-100KA放電電流較大的三相電源避雷器;第二級在重要樓層或重要設備電源的進線處安裝20-40KA單相電源避雷器;第三級在機房內重要設備前端加裝避雷器。

2.信號線路防雷

在鋪設通信機房的內部線纜時，應該特別注意信號線纜與機房內的電源線、其他金屬管線等的距離，避免因距離太近，由于金屬導體耦合而產生過電壓對電子設備造成損害。同時要確保設備的信號線與電源線所構成的回路面積必須盡可能小，以避免感應雷產生回路感應電勢而損壞設備。

其次，感應雷會在信號傳輸線路中產生感應電壓從而損壞電子設備，因此必須對信號線纜進行有效的屏蔽以降低感應雷對電子設備的損壞。目前通信機房內的大部分線路采用穿管布線或者使用上橋架鋪設信號線纜，因此在對信號線路進行屏蔽時，應做好屏蔽管線或者上橋架的接地，套管或橋架的兩端都必須要有效接地，同時應與均壓等電位帶連接，盡可能地減少感應雷擊的途徑。此外，還應重點做好入戶的電纜線路、金屬管網等屏蔽。

3.SPD防護

當雷電擊中通信機房所在的建筑物時，最大可能會有50%左右的雷電流通過與建筑物相連的各金屬管網進入建筑物內。如果通信機房內的電子設備能夠被良好的屏蔽，那么約有70%左右的電流會在屏蔽層被分流。通過加裝電浪涌保護器（SPD），能更有效的阻擋剩余的雷電流，保護機房內的電子設備。SPD的保護原理為，當雷電流浪涌值超過SPD的啟動值時，SPD對地導通，釋放浪涌電流;當雷電流小于SPD的啟動值時，SPD斷開對地的連接恢復至高阻抗狀態。SPD包括信號類和電源類，分別對信號和電源提供過電壓保護，避免設備遭受雷電閃擊引起浪涌過電壓而造成損壞。正確選用各類SPD對侵人機房內的電子設備、信號線、傳輸設備及甚高頻無線系統天饋線的雷電過電壓進行抑制，可有效減少雷電對設備的損害。

三、減少雷擊損失的人為因素

（一）要做好防雷裝置的常規檢測和防雷工程的施工監督和竣工驗收。定期檢測是防雷系統后期維護的必要措施，每年至少應該在雷雨季節到來之前，委托當地有資質的防雷公司對防雷系統進行一次安全檢測，雷雨季節期間，應該加強巡視，經常檢查防雷設備的性能參數。

（二）維護人員必須要熟悉、掌握好相關的技術規范、熟悉避雷器的相關性能參數以及相關防雷專業知識，熟練掌握雷雨氣候應急保障工作流程。

（三）建立高素質的防雷隊伍，加強在崗培訓工作。采取舉辦防雷技術培訓班，邀請專家講課等措施，組織對防雷技術規范、技術規定進行專題學習，擴大維護人員的知識面，提高防雷技術水平。

四、結語

防雷工程是保證通信網絡暢通和設備安全的重要環節，涉及土建、供電、信號線路布線、設備安裝、周圍建筑環境等各個方面，必須根據通信機房建設的具體情況采用相應的防雷技術方案，并結合機房和設備的具體情況，從各個方面進行整體的、綜合的雷電防護，才能有效減少災害損失。本文通過對雷電侵入空管通信機房的各種途徑進行分析，提出了通信機房的綜合防雷措施。這些防雷措施能有效地防止雷擊對電子設備、通信系統的侵害，對通信設備穩定高效的運行提供了可靠的保證。

參考文獻

[1]潘家利.建筑物防雷設計方法探討[J].廣西氣象，2003.