通信电源系统防雷知识

通信电源系统防雷知识

一、危害

今年，济南地区雷雨天气尤为频繁，频繁的雷击造成了人员伤亡，财产损失，同时也给我公司的通信设备造成了严重损害。雷击的产生轻则损坏设备电源板、用户板，重则烧毁重要通信设备，严重影响了我公司通信系统的正常运转，并将会造成巨大的损失，直接损失即为造成高昂的设备损坏，同时也会造成话费损失、客户追偿、客户流失等间接损失更是难以估测。

电路板及元器件损坏

设备损坏

二、雷电简介

一） 雷电产生

雷电是一种自然现象，其物理成因仍处于探索阶段，比较流行的是起电学说。

根据这种学说，雷电源于异性电荷群体间的起电机制。这里所说的异性电荷既可以是带大量正负极电荷的雷云，也可以是附有大量感应电荷的大地或物体表面。同时，异性电荷之间存在着电场，当电荷量增大或电荷间距缩小时，电场强度增大，若场强增大到超过空气的击穿场强，就会发生大气放电现象，伴随着强烈的光和声音，这便是人们常说的电闪雷鸣。

二） 种类

我国的雷种主要有直击雷、球雷、感应雷和雷电侵入波等四种。 危害通信电源的雷击，大部分是雷电侵入波或感应雷，若通信电源遭直击雷或球雷，安装在附近的其他电信设备一般也将被损坏。

雷电侵入波是雷电发生时，雷电流经架空电线或空中金属管道等金属体产生冲击电压，冲击电压又随金属体的走向而迅速扩散，以致造成危害。

感应雷是指感应过压。雷击于电线或电气设备附近时，由于静电或电磁感应将在电线或电气设备上形成过压。没听到雷声并不表示没有雷击。

三） 现状

由于城市规模扩大，城市热岛效应加剧，高层建筑造成大气静电场畸变，使雷击概率增大。同时，城市基础通信设施大幅增加，也大大提高了雷击概率。通信设备遭到雷击的严重威胁。

另外，导致雷击灾害频繁发生的一个重要原因是，人们防雷意识仍停留在传统避雷针阶段，对感应雷和雷电侵入波造成的危害没有深刻了解。

三、通信行业特殊性

一）概述

通信行业有其自身的特点，主要表现在如下方面：

1. 通信系统复杂程度

通信系统涵盖内容多样，设备种类繁多，诸如电源、信号、高频、低频、有线、无线等各个方面。设备、线路等极易引起雷击事故，防不胜防。

2. 通信系统环境

不同的地理环境及各类通信系统不同的用电制式用电环境也决定了通信防雷的特殊性。

二）雷击问题突出的原因

近年来，在通信系统中雷击问题日益严重，综合来讲，主要原因如下：

1. 设备数量增加

设备数量增加是个显而易见的问题，例如，80年代邮电部建设资金约2亿/年，现今已大于1000亿/年。

2. 集成化程度提高，增加了设备敏感性

美国通用电气研究表明，现有电子电气的抗浪涌等干扰能力较50年代下降106～108倍。

3. 大气污染造成气候环境恶劣，雷击频发

据不完全统计，我国城市状况总体来说相当于每周面对一次雷击的风险。

四、通信电源的防雷

一）雷击通信电源的主要途径

1、电力变压器高低压侧的电力线。

2、微波、移动基站用的铁塔避雷针及天馈线。

3、出入局（站）的通信电缆。

4、通信机房。

5、通信系统的接地线。

6、水管等金属物体。

二）供电线路和设备的防雷措施

（1）通过接地体泄放到大地，这是防雷最常用的方法。

（2）分流：实际上也是一种泄放到大地的一种，比如铁塔避雷针通过引下线接入到地网。

（3）屏蔽：是利用各种金属体来阻挡和衰减施加在电子设备上的电磁干扰和过电压能量，具体可分为建筑物的屏蔽、房间的屏蔽、设备的屏蔽和各种线缆的屏蔽。

（4）限幅：用避雷器件连接到电路中，当电压超过一定值时，就会短路泄放到大地。其目的是抑制从线路传导来的过电压和过电流。

（5）均压：平衡各处电位，焊接各处接地体使之共地共网，实际上就是我们常说的联合接地。

（6）高抗雷强度：即提高设备、电力线路、通信线路、建筑物等抗雷击的能力。

接地电阻的阻值要求愈小愈好，不能超过规定值，根据我国目前的规定，各种通信局站的接地电阻值不应超过规程规定的标准。

具体措施有：

1．变压器高、低压侧均应各装一组氧化锌避雷器，尽量靠近变压器装设。

2．严禁采用架空交、直流电力线进出通信局站。

3．埋地引入通信局站的电力电缆应选用金属铠装或穿钢管的护套电缆，护套两端就近接地。

4．自通信机房引出的电力线应采用有金属套管或将其穿钢管，在屋外埋入地中的长度应在10米以上。

5．通信局站内的交直流配电设备极电源自动倒换控制架，应选用机内有防雷措施的产品。

6．在市电油机转换屏输入端、交流配电屏输入端三相线及零线分别对地加装避雷器，在整流器输入端、不间断电源输入端、通信用空调输入端均应按上述要求加装避雷器。

三）常见问题综述

通信机房设备雷击防护常见问题如下：

1. 过度依赖外部防雷

2. 缺乏对直击雷的认识

3. 缺少分级防护

4. 接地

5. 安装规范

四）解决方案

1．过度依赖外部防雷

该问题的产生主要是因为忽视了感应雷的危害，仅在机房安装避雷针及地网等。

要做好防雷措施，首先要了解雷击保护的分流模式。一个完整的雷击电流通过如下途径泄放：

50％雷电流泄放入地

另外50％通过其他途径泄放：

大约10％从水管泄放（金属）

大约10％通过煤气管道泄放（金属）

大约10％通过输油管泄放（金属）

大约10％通过电力线缆泄放

最多大约5％或5KA的电流通过通信线缆泄放

由此，解决方案为：对核心设备提供必要的内部屏蔽；安装防雷器；采用等电位连接措施等。具体描述如图：

2．缺乏对直击雷的认识

该问题主要体现在防雷标准引用错误，仅采用8/20μs保护。 雷击冲击电流波形的定义为下图：

雷击放电的模拟波形为：

一个雷击放电的能量效应可以通过10/350μs脉冲电流波形来

进行模拟。

从而可见，感应雷定义为8/20μs，直击雷定义为10/350μs，直击雷能量为感应雷的20倍。如图所示：

因此，相对于该问题，最直接有效的解决放案为采用正确的防雷标准，即采用10/350μs等级的防雷器。

3．缺少分级保护

该问题体现在常规防护仅在开关电源内配备C级防雷器，而缺少分级保护，这样一来，防雷效果大大降低。

针对该问题可根据雷击能量测算及设备敏感度设置多级防护。设置方法描述为：

4．接地

主要表现为三地分开，未采用等电位连接，易引发地电位反击。采用等电位连接方案为：

5．安装不规范

防雷器的安装细则为：

a． 防雷器安装需要依据IEC61312的要求进行

b． 已保护线路不可与未保护线路进行并行布防，否则会在已

保护线路上重新产生感应现象

c． 防雷器的连接线长度应小于0.5m，否则过长的连接线会产

生额外的电压降，仍然使设备损坏

d． 防雷器需要与接地系统有良好的连接，如果防雷器安装在

配电箱内，配电箱的接地排要有一根16平方米以上的导线与接地系统连接。

对安装规范纠正如下：

a. 采用凯文接线方式