通信電源設備的雷電過電壓防護和接地措施

施秀文

（中國鐵塔溫州市分公司,浙江 溫州 325000）

0 引 言

目前，我國經濟發展迅速，從而導致對電力需求不斷增加，而通信電源設備是保持電力正常運行的關鍵設備之一，同時相關部門也對通信電源設備雷電過電壓防護和接地措施頒布了相關的法律法規，明確指出電源設備中防雷地線等保護設備的安裝需要符合國家標準，按照相關規定進行規范施工，從而提高防雷效果[1,2]。由于電力設備周圍環境相對復雜，容易受到雷電災害的影響，從而給人們和通信電力設備造成損害。其中，危害最高造成破壞最為嚴重的就是直擊雷和感應雷，根據相關的調查顯示，這些雷電影響的范圍十分廣闊，也容易給國家造成大量的財產損失，因此相關工作人員要重視防雷工作，防止雷電給電力系統造成的損失[3]。

1 雷電對通信電源設備破壞的途徑

目前，我國大多數通信站都會選擇在海拔較高的山上，從而能夠有效增強信號覆蓋的程度，提升信號覆蓋率，更好地滿足人們的通信需求。而通信站建設的地方人煙相對稀少，環境相對空曠，并且相關的施工人員會利用架空的方式進行電線安裝，這些都會引起雷電給通信設備造成破壞。通常情況下，通信塔都會安裝避雷裝置，從而提升通信電源設備的引雷效果[4]。自然界中常見的雷電破壞類型主要有直擊雷破壞和感應雷破壞兩種，根據雷擊類型的不同所造成的后果也不同，從而需分別建立有效的防雷措施。

2 雷電對通信電源設備的危害評價

2.1 雷電對通信電源的損壞

雷電對通信電源的損害主要表現在以下兩個方面。一方面，雷電自身具有較強的電流，電源與其接觸時會瞬間造成損壞，從而導致電能設備出現損壞。而當雷電擊中建筑物的避雷設備或者接閃器的時候，在這種巨大的電流影響下內部電壓會急劇上升，產生巨大的沖擊，促使電流出現出擴散的現象。另一方面，根據雷電電流產生強度分為一類、二類、三類，強度分別為200 kA，10/360S、150 kA，10/350S、100 kA，10/350S[5]。當最強的第一類電流出現時，電源會承擔一半的電流，剩余電流則由其他部分線路承擔，每條線路大約承擔1/4的電流，大約為25 kA，這其中的一半電流最后通信網絡和地線進行承擔，由此可見通信電源需要加強防雷保護措施。

2.2 雷電對相關電子設備的危害

當出現雷擊現象時，雷電能夠提高電子設備的電流強度，從而產生巨大的破壞力，而電子設備接觸到這樣的電流時會對電子設備中元件產生破壞，同時這些電流進入地面時會產生磁場，對相關的電氣元件產生影響[6]。

3 通信電源設備防雷設計的思路

通信電源設備防雷設計的思路是根據電源設備用電原理進行的，通信電源設備系統輸出電源為交流電，一般會采用交流輸入端口對電流進行輸出，端口電流都能夠達到20 kA，從而達到國家規定的標準[7]。同時，國家對于電氣接口的防雷技術提出較高的要求，如當通信電源設備進行防雷檢測時需要防雷裝置在不通電的情況進行雷擊模擬，從而達到防雷的效果，但是這種方法難以在雷電對電氣設備沖擊時進行防雷檢測，從而導致其不夠完善。

4 通信電源設備防雷和接地的具體措施

4.1 對于直擊雷的保護措施

目前，我國常見直擊雷的保護方式是利用接閃器、引下線以及接地設施組成保護系統。其中引下線的作用是將接閃器中雷電電流安全引入地下，需要注意的是引下線需要安裝兩根以上，并且沿著建筑的周圍進行均勻布置，同時引下線的之間距離不得小于18 m。但重要的通信建筑和高度在100層以上的通信大樓設置引下線時，引下線之間的距離不能大于12 m[8]。引下線進行連接時需要采用焊接的方式，與各層均勻的進行壓環焊接，通常選用10 mm的圓鋼或者相同面積的扁鋼作為材料。利用多根引下線的方式不僅能夠提高防雷設備的穩定性，而且同時能夠分流，從而降低不同引下線的電流壓力，降低雷擊的風險性[9]。此外，多根引下線的方式也能夠讓雷電電流均勻地引入地下，促使電流雷擊產生磁場在其引導下相互抵抗，從而達到電位平衡的目的。引雷裝置結構如圖1所示。

圖1 引雷裝置結構圖

接地設施是指在土壤層中安裝防雷設備，起到疏散電流的作用。接地設備需要材料有鋼管、角管以及扁鋼等，而鋼管的尺寸直徑一般不會＞50 mm，厚度不會＞3.5 mm，角鋼的尺寸一般為50 mm×50 mm×5 mm，扁鋼的尺寸一般為50 mm×4 mm。在整個接地設備使用過程中，需要將不同的接地設備連接成為地接網，形成環形的接地網，而引下線需要連接到接地設備周圍，這種連接方式能夠有效對雷電電流進行分流，保持內部電位平衡。垂直的接地裝置一般長度在1.5～2.5 m，深度在0.8 m左右，電極之間的間隔一般在5 m左右，水平接地裝置埋藏的深度在1 m左右，而建筑物向外引申的長度一般不會超過50 m。對于框架結構的通信站會利用鋼筋作為接地裝置，接地網需要采用閉合環狀進行連接，當接地網出現無法閉合的情況時接地線的長度出現偏差，粗細也會不均勻，同時電感的分布和導線電阻的情況也會不一樣，當出現雷電襲擊時不同接地點到電源設備的電位也會不同，從而形成電位差。電壓值與地線高度的關系如圖2所示。

圖2 電壓值與地線高度的關系圖

接地電阻是指電氣設備對地電壓和接地電流比例，當接地電阻的數值變得越小時說明防雷電的效果越好，但是不超過國家的規定。

4.2 對于感應雷的防護措施

感應雷電與直擊雷電關系十分緊密，但兩者之間又會存在不同之處。感應雷電會通過感應方式進入電源設備中，對于電源設備的導體產生重要的影響，從而造成危害，使得通信電源設備無法正常使用。目前為止，感應雷電造成危害的方式有靜電感應和電磁感應兩種。靜電感應是指雷電云層中儲藏大量的電荷，通過導體會對自身感應系統產生相反的電荷，當雷電云感應產生的電荷超出電源設備的承受能力時會產生明顯的雷擊現象，而雷電云層中電荷也會進行釋放[10]。在這個過程中，導體會感應出相反的電荷情況并進行釋放，從而導致電流在導體產生巨大脈沖，而脈沖也會對設備的元件產生損害。通常靜電感應會比電磁感應產生的危害更為嚴重，破壞力也會更為巨大，因此相關部門進行雷電防護工作時要充分重視感應雷的防范措施，根據不同要求進行嚴控控制和調整，在實際工作中提高電源設備的抗雷電能力，促使設備能夠穩定運行。

4.3 電源避雷裝置的安裝方法

第一，在電源避雷裝置施工時，相關的施工人員要按照國家規定進行安裝，確保接地線和接地設備之間能夠有效進行連接。同時也要對接地網中直流電阻值進行測量，確保測量的數值能夠達到規定的數值，防雷系統中的接地裝置也需要分開安裝，防止出現回流情況。防雷接地電源線不需要過長，盡量保持接地線較短和截面較大的情況，防止出現防雷系統電壓過高，導致防雷系統失去保護措施。第二，接地導線裝置要避免出現回路情況，當接地線的直徑較大，傳輸距離會變的較短，能夠降低回路的直流電阻，有效釋放感應電流。第三，在安裝電源防雷設備連接端子時要保持導線達到20 mm2以上，安裝避雷器時引線需要采取10 mm2以上的多股銅導線。第四，在電源避雷裝置安裝接地回路的接地引線時需要采用10 mm2以上的銅導線，在安裝電源避雷裝置接地回路時需要使用25 mm2以上的銅導線。第五，在安裝接地引線時，當地引線實際長度超過每超過標準1 m都需要增加地引線橫截面積，并且保持接地線平直、整齊。

5 在施工、維護工作中需要注意的問題

在雷電防護裝置安裝、維護工作中需要注意以下幾個問題。第一，需要相關人員重視通信機房電路并設立相關的屏蔽保護的措施，確保能夠安全進入通信機房。第二，加強對直流防雷器控制，從而提升通信設備電壓承載能力。第三，由于導線裝置產生的殘余電壓會對電源的防雷能力和效果產生影響，因此需要控制殘留電壓，按照嚴格規定進行安裝。第四，利用多級分布方式減少殘余電流的產生，并且電源線長度不得小于15 m，但過長會影響裝置的控制能力[11]。第五，利用梯層分布的方式進行導線連接，其連接線長度不得小15 m。第六，安裝具有遠程監控的防雷裝置，從而達到監測、控制的目的，能夠確保通信電源設備在無人看守的情況下掌握防雷情況，同時也能夠提高防雷裝置的保護效果，實現全天防雷監測，確保通信電源設備正常運行。第七，增加交流電和直流電的避雷裝置，降低雷擊情況出現時給通信電源設備造成的損失。

6 結 論

隨著我國電力通信規模不斷擴大，人們對電力通信需求也在不斷增加，因此需要在日常運行需要注意防雷問題，提高電力通信設備的防雷電能力，并且合理對防雷裝置進行施工，結合當地的雷電情況進行設計和安裝，從而確保通信電源能夠平穩運行。