通信電源設(shè)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(jīng)濟發(fā)展迅速，從而導(dǎo)致對電力需求不斷增加，而通信電源設(shè)備是保持電力正常運行的關(guān)鍵設(shè)備之一，同時相關(guān)部門也對通信電源設(shè)備雷電過電壓防護和接地措施頒布了相關(guān)的法律法規(guī)，明確指出電源設(shè)備中防雷地線等保護設(shè)備的安裝需要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，按照相關(guān)規(guī)定進行規(guī)范施工，從而提高防雷效果[1,2]。由于電力設(shè)備周圍環(huán)境相對復(fù)雜，容易受到雷電災(zāi)害的影響，從而給人們和通信電力設(shè)備造成損害。其中，危害最高造成破壞最為嚴(yán)重的就是直擊雷和感應(yīng)雷，根據(jù)相關(guān)的調(diào)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(chǎn)損失，因此相關(guān)工作人員要重視防雷工作，防止雷電給電力系統(tǒng)造成的損失[3]。

1 雷電對通信電源設(shè)備破壞的途徑

目前，我國大多數(shù)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(shè)的地方人煙相對稀少，環(huán)境相對空曠，并且相關(guān)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(shè)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(shè)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(yīng)雷破壞兩種，根據(jù)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(shè)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(xiàn)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(dǎo)致電能設(shè)備出現(xiàn)損壞。而當(dāng)雷電擊中建筑物的避雷設(shè)備或者接閃器的時候，在這種巨大的電流影響下內(nèi)部電壓會急劇上升，產(chǎn)生巨大的沖擊，促使電流出現(xiàn)出擴散的現(xiàn)象。另一方面，根據(jù)雷電電流產(chǎn)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(dāng)最強的第一類電流出現(xiàn)時，電源會承擔(dān)一半的電流，剩余電流則由其他部分線路承擔(dān)，每條線路大約承擔(dān)1/4的電流，大約為25 kA，這其中的一半電流最后通信網(wǎng)絡(luò)和地線進行承擔(dān)，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(guān)電子設(shè)備的危害

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

3 通信電源設(shè)備防雷設(shè)計的思路

通信電源設(shè)備防雷設(shè)計的思路是根據(jù)電源設(shè)備用電原理進行的，通信電源設(shè)備系統(tǒng)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(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[7]。同時，國家對于電氣接口的防雷技術(shù)提出較高的要求，如當(dāng)通信電源設(shè)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(shè)備沖擊時進行防雷檢測，從而導(dǎo)致其不夠完善。

4 通信電源設(shè)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(shè)施組成保護系統(tǒng)。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(shè)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(huán)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(shè)備的穩(wěn)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(fēng)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(chǎn)生磁場在其引導(dǎo)下相互抵抗，從而達到電位平衡的目的。引雷裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 引雷裝置結(jié)構(gòu)圖

接地設(shè)施是指在土壤層中安裝防雷設(shè)備，起到疏散電流的作用。接地設(shè)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(shè)備使用過程中，需要將不同的接地設(shè)備連接成為地接網(wǎng)，形成環(huán)形的接地網(wǎng)，而引下線需要連接到接地設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)的通信站會利用鋼筋作為接地裝置，接地網(wǎng)需要采用閉合環(huán)狀進行連接，當(dāng)接地網(wǎng)出現(xiàn)無法閉合的情況時接地線的長度出現(xiàn)偏差，粗細也會不均勻，同時電感的分布和導(dǎo)線電阻的情況也會不一樣，當(dāng)出現(xiàn)雷電襲擊時不同接地點到電源設(shè)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(guān)系如圖2所示。

圖2 電壓值與地線高度的關(guān)系圖

接地電阻是指電氣設(shè)備對地電壓和接地電流比例，當(dāng)接地電阻的數(shù)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(guī)定。

4.2 對于感應(yīng)雷的防護措施

感應(yīng)雷電與直擊雷電關(guān)系十分緊密，但兩者之間又會存在不同之處。感應(yīng)雷電會通過感應(yīng)方式進入電源設(shè)備中，對于電源設(shè)備的導(dǎo)體產(chǎn)生重要的影響，從而造成危害，使得通信電源設(shè)備無法正常使用。目前為止，感應(yīng)雷電造成危害的方式有靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。靜電感應(yīng)是指雷電云層中儲藏大量的電荷，通過導(dǎo)體會對自身感應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生相反的電荷，當(dāng)雷電云感應(yīng)產(chǎn)生的電荷超出電源設(shè)備的承受能力時會產(chǎn)生明顯的雷擊現(xiàn)象，而雷電云層中電荷也會進行釋放[10]。在這個過程中，導(dǎo)體會感應(yīng)出相反的電荷情況并進行釋放，從而導(dǎo)致電流在導(dǎo)體產(chǎn)生巨大脈沖，而脈沖也會對設(shè)備的元件產(chǎn)生損害。通常靜電感應(yīng)會比電磁感應(yīng)產(chǎn)生的危害更為嚴(yán)重，破壞力也會更為巨大，因此相關(guān)部門進行雷電防護工作時要充分重視感應(yīng)雷的防范措施，根據(jù)不同要求進行嚴(yán)控控制和調(diào)整，在實際工作中提高電源設(shè)備的抗雷電能力，促使設(shè)備能夠穩(wěn)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(guān)的施工人員要按照國家規(guī)定進行安裝，確保接地線和接地設(shè)備之間能夠有效進行連接。同時也要對接地網(wǎng)中直流電阻值進行測量，確保測量的數(shù)值能夠達到規(guī)定的數(shù)值，防雷系統(tǒng)中的接地裝置也需要分開安裝，防止出現(xiàn)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(xiàn)防雷系統(tǒng)電壓過高，導(dǎo)致防雷系統(tǒng)失去保護措施。第二，接地導(dǎo)線裝置要避免出現(xiàn)回路情況，當(dāng)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(yīng)電流。第三，在安裝電源防雷設(shè)備連接端子時要保持導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)線。第五，在安裝接地引線時，當(dāng)?shù)匾€實際長度超過每超過標(biāo)準(zhǔn)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(guān)人員重視通信機房電路并設(shè)立相關(guān)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(shè)備電壓承載能力。第三，由于導(dǎo)線裝置產(chǎn)生的殘余電壓會對電源的防雷能力和效果產(chǎn)生影響，因此需要控制殘留電壓，按照嚴(yán)格規(guī)定進行安裝。第四，利用多級分布方式減少殘余電流的產(chǎn)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(dǎo)線連接，其連接線長度不得小15 m。第六，安裝具有遠程監(jiān)控的防雷裝置，從而達到監(jiān)測、控制的目的，能夠確保通信電源設(shè)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(xiàn)全天防雷監(jiān)測，確保通信電源設(shè)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(xiàn)時給通信電源設(shè)備造成的損失。

6 結(jié) 論

隨著我國電力通信規(guī)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(shè)備的防雷電能力，并且合理對防雷裝置進行施工，結(jié)合當(dāng)?shù)氐睦纂娗闆r進行設(shè)計和安裝，從而確保通信電源能夠平穩(wěn)運行。