通信機房綜合防雷接地措施及防雷設施監測技術研究

中國人民解放軍91001部隊 盧 山

各類通信機房數量眾多，分布于全國各地，地理地形、環境氣象等條件復雜多樣，且通信機房內電子設備及各類線纜眾多，這些都是易受雷電災害影響的特點。因此，做好通信機房防雷接地措施及防雷設施本身的故障監測預警等，保護各類設備免受雷災損壞，保障通信聯絡通暢，顯得尤為必要。

通信機房防雷接地措施主要分為三類：一是外部防護，將直擊雷電流引入地下泄流；二是內部防護，即阻斷雷電流沿數據線、信號線等線纜入侵毀壞電子設備；三是過電壓保護，即限制被保護電子設備上雷電電壓峰值。目前多數通信機房防雷設施監測和檢測主要依靠人工，這就導致經常是故障發生后才能靠人工發現，但這時的電子設備可能已經損毀。防雷設施故障一般屬于隱形故障，不易直接觀察發現，當防雷設施規模比較大時，需要消耗大量的人工和時間尋找故障點。因此，研制一種依托網絡的實時防雷設施監測系統，不但可以保護電子設備、工作人員及建筑物的安全，還可以最大限度地預防和降低雷電對電子設備的干擾。

1 常見雷擊類型

1.1 直擊雷

直擊雷是雷云與大地之間發生的一種猛烈放電現象。直擊雷只在帶電雷云對地發生閃擊時才會對地面附著物造成損害，換句話說就是直擊雷發生比例較低，且直擊雷一般只會擊中地面小范圍的物體，但是因為直擊雷的閃擊放電過程十分猛烈，其產生的峰值電壓可達幾萬甚至幾百萬伏，峰值電流可達幾十KA甚至幾百KA，因此被直接雷擊中的目標往往會造成嚴重損壞，甚至危及人員生命安全。

1.2 感應雷

感應雷是指雷電在帶電云層間或雷云對地放電時，附近的室外信號線、地埋電力線、設備連接線等線纜上產生電磁感應波并入侵損壞電子設備，使串聯在線路中的電子設備遭到損壞的放電現象。感應雷雖然強度不及直擊雷，但發生的幾率比直擊雷高得多。不論是帶電云層對地放電還是雷云對雷云之間放電，都有可能引發感應雷電波災害。而且一次雷電閃擊可能引發附近比較大范圍內多個電子設備上的感應雷電過電壓現象，而且感應電流能通過各類室外金屬線纜侵入機房內，通過線纜傳輸使得雷電災害范圍擴大。

1.3 球形雷

球形雷是一種特殊的雷電現象，俗稱滾地雷，一般是紅色或橙色的圓形發光球體，直徑10-40cm不等，通常維持數秒鐘，遇到電氣設備等障礙物時會產生爆炸。球形雷主要是沿建筑物的孔洞或門窗進入室內，也有的球形雷會沿煙囪或管道進入室內，球形雷可以在線纜上，有時駐停，有時自動消失。球形雷現象比較少見，主要是在一些特殊地形環境的通信機房產生。防范球形雷可以通過機房避雷系統、鐵塔避雷系統、外圍避雷系統等構成多層次的防護措施加以防范。

2 外部防雷設施

防范直擊雷的措施主要是設計有效的避雷系統。避雷針、下引線線和接地裝置構成完整通路后，將雷電流引入大地進行泄放。但避雷針、下引線和接地裝置只能保護安裝了這些避雷系統的建筑物本身不會受到直擊雷襲擊，雷電還是可能會通過雷電感應等其它形式損壞電子通信設備。通過科學設計避雷針保護指標、設置接地性能良好的接地系統可以較好地保護通信機房的天饋線系統和機房本身免遭直擊雷襲擊，但前提是避雷針、下引線、接地裝置組成的接地系統必須有良好可靠的接地性能，足以將雷電流順暢泄放至大地，否則非但起不到避雷作用，反而會成為引雷裝置，又無法順暢泄放雷電流，導致雷擊損害程度更加嚴重。

連接避雷針和接地裝置間的金屬導線稱為下引線，下引線將通過避雷針接收的直擊雷電流引流至接地網進行泄放。接地網是由埋在地下一定深度的多個金屬接地極和由導體將這些接地極連接起來組成網狀接地裝置，有一個具有良好接地性能的接地網對于接地系統至關重要，避雷系統接收的雷電流最終都要通過接地網泄放進入大地。如果接地網接地性能不佳，雷電流無法順暢泄放入大地，這時不但會損壞電子設備，還會損壞建筑物甚至危及到人員安全。另外，解決防靜電、電磁干擾等問題都需要性能良好的接地系統，通信機房的接地系統有建筑地、鐵塔地、電源地、邏輯地、防雷地等。如果各地網互不連接而各地網的間距又達不到規范標準時，就可能出現地電位反擊現象，這種情況下，應盡可能將各地網連接在一起，如果確實無法直接連接的，可通過設置地電位均衡器實現等電位連接。

3 內部防雷系統

在發生雷擊的瞬間，避雷針、下引線會有強大的瞬時電流通過，此時周圍會產生很大的雷電磁脈沖波，可能會波及到機房內部的電子設備，因此就需要采取內部防雷系統。內部防雷系統主要由屏蔽裝置、防雷器和等電位連接裝置三部分組成。內部防雷的主要對象是高電壓引入和電磁脈沖波，其中尤以高電壓引入的危害大。高電壓引入是指由雷電高壓通過室外金屬線引入室內造成電子設備破壞的現象，雷擊高壓往往非常大，因此對電子設備的損害十分嚴重，甚至會造成電子設備大面積報廢。高電壓引入的途徑有兩種：一是直擊雷直接擊中室外金屬導線，讓雷電高壓以波的形式沿導線引入室內；二是感應雷的高電壓脈沖，由于雷雨云對大地放電或雷雨云之間放電形成的靜電感應和電磁感應，感應出幾千伏至幾百千伏的地電位反擊，這種感應高壓可以沿電力系統的零線、保護接地線及其它接地線傳入室內，造成大面積危害。

4 過電壓保護

過電壓保護是指限制被保護設備上的雷電過電壓幅值。主要措施是在電源設備上安裝電源類浪涌保護器（SPD），在信號設備上安裝通信網絡類浪涌保護器進行保護，這是保護電子設備在受雷電閃擊時免受浪涌過電壓危害的最有效手段之一。浪涌保護器會在低壓系統出現浪涌等非正常情況時起效，通過限制瞬時過電壓和分走浪涌電流等功能，將過電壓降到安全值以下。

如果浪涌電壓超過浪涌保護器的最高承受指標時，浪涌保護器可能會損壞失效。浪涌保護器的失效模式分為短路和開路兩種。處于短路模式時，短路電流由配電系統流向失效的浪涌保護器，失效的浪涌保護器往往沒有完全短路而有一定的阻抗，在開路前將發熱引起燃燒，因此對處于短路失效模式的浪涌保護器應當安裝斷路器，使被保護系統與失效的浪涌保護器脫離。處于開路模式時，浪涌保護器對被保護系統不會產生影響，因此很難發現浪涌保護器已失效，為了能夠及時發現失效的浪涌保護器，浪涌保護器本身應當具有失效指示功能。

5 防雷設施監測

防雷設施的日常維護大多采用定期巡檢，但是有些防雷設施的老化問題往往無法通過巡檢發現的，即使在巡檢時防雷設施是合格的，但它可能已經處于性能劣化的邊緣，后續極有可能因為性能下降而被雷電擊穿。因此，為了切實保障防雷設施的運行安全，采取有效的實時監測措施尤為必要。

對防雷設施的監測過程中，通常采用漏電流和動作計數器，但漏電流和動作計數器往往無法實現分類報警和數據傳輸，時效性較差，往往無法及時發現安全隱患。如果要實時掌握防雷設施的運行狀況，使運行維護人員能夠有效監測防雷設施的運行狀態，則應采用實時在線遠程傳輸的監測方式。

防雷設施監測系統主要用于實時監測記錄避雷系統的泄漏電流、接地電阻值、雷擊時間和雷擊次數。電流檢測采用穿芯電流傳感器實現取樣，并采用微處理器技術和瞬態參數測試技術進行線性化處理，通過計算機網絡進行實時數字傳輸。該系統具備高可靠性和安全性，且造價成本較低，可以安裝到每組避雷器中完成實時監測，無需人工現場抄錄避雷器的運行狀況。通過監測中心后臺管理系統修改報警閾值，可以實現自動報警，自動彈出報警避雷器的信息進入預警狀態，使運行維護人員能夠及時掌握避雷器狀態，提前處理故障隱患。

防雷設施監測系統主要由數據采集系統、數據處理系統和監控服務系統組成。采用成熟傳感器產品作為數據采集設備，數據處理系統負責將采集到的數據按照處理邏輯進行處理加工，處理后的數據接入監控服務系統以供監控服務器查詢使用，通過計算機網絡實現數據實時傳輸。數據采集系統主要包括避雷系統的泄漏電流記錄器、雷擊計數器、浪涌保護器探測器和地阻測試儀；數據處理系統包括數據采集處理模塊和數據傳輸模塊；監控服務系統包括監控服務器和數據查詢軟件等。

結束語：在信息化時代，通信對于生產生活的正常開展顯得尤為重要，通信機房防雷接地好壞事關通信聯絡通暢大局，需要通信機房建設和維護部門不斷進行優化完善。技術人員對于通信機房防雷接地措施的探究從未停止，各類防雷接地設備也在不斷升級換代、優化性能指標，以求將防雷接地效果做得更好。本文通過對雷電類型的研究，從外部措施、內部措施和過電壓保護三個方面探析了通信機房防雷接地的有效解決措施。防雷設施監測系統可以有效監測避雷系統的泄漏電流、地阻值、放電現象時間和放電次數，可以協助維護人員掌握防雷設施的運行狀況，及時發現問題隱患，有效避免或降低雷擊造成的損失。當然，通信機房防雷接地措施和防雷設施監測技術是系統性綜合性工程，只有不斷探索創新防雷接地和防雷設施監測手段，優化防雷接地設備性能，才能將防雷接地及對設施本身的監測效果做得更好更完善。