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通信設(shè)備防雷分析和探討

文檔作者：彭啟侯文檔來源：廣州蓄能水電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月04日
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2OO3年第6期 電 力 囊謹． c量 僧 ·43 ·
通信設(shè)備防雷分析和探討
彭啟侯
(廣州蓄能水電廠，廣東從化510950)
摘要：分析了電子通信設(shè)備防雷保護的特點和方法，探討多雷區(qū)特殊環(huán)境下防雷保護的措施，提出了一
種新的避雷組合裝置。
關(guān)鍵詞：雷電；保護單元；浪涌；放電管放電電壓；抑制二極管
中圈分類號：TN876．7 文獻標識碼：B 文章編號：1005—7641(2003)06一OO4O一02
0 引言
隨著信息技術(shù)rr產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，各種先進電子
通信設(shè)備和遙控、遙測設(shè)備開始廣泛應(yīng)用，而這些電子
設(shè)備普遍存在著絕緣強度低，過電壓和過電流耐受能
力差，對電流、電磁干擾敏感等弱點。一旦建筑物或電
纜受到直接雷擊或其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過電壓、
過電流和脈沖磁場會通過供電線、通信線、接收天線、
金屬管道和空間輻射等途徑侵入到室內(nèi)，從而危及室
內(nèi)通信設(shè)備和遙控、遙測設(shè)備的正常工作和安全運行。
如果防護不當，這些危害輕則會使通信設(shè)備運行失靈，
重則使設(shè)備永久損壞，甚至嚴重時還會造成人員傷亡。
通信設(shè)備防雷不是新問題，人類對通信防雷做了長久
研究工作，并付于實踐，解決了許多問題，但仍有不少
問題要進一步分析、研究、改進和完善。
1 常用的防雷保護措施
1．1 電源系統(tǒng)的防雷保護
通信電源通常是從附近的變電站(或其他交流盤
柜)由室外供電線路或電纜引入室內(nèi)的。把交流電源
整流為通信設(shè)備所需直流電源，有的通信設(shè)備直接用
交流電源，這樣室外的雷電有時可能會通過交流電源
系統(tǒng)侵犯通信設(shè)備，危害設(shè)備，因此，對通信電源系統(tǒng)
必須進行防雷保護。
通信電源系統(tǒng)防雷保護，通常在通信電源設(shè)備前
端加裝專用的電源防雷器，可根據(jù)不同的電壓等級選
擇不同防雷器，安裝時一定要注意接地接觸良好。
1．2 傳輸通道的防雷保護
通信傳輸通信是通信系統(tǒng)中的一個非常重要的組
成部分，通信傳輸有多種手段，主要以有線通信傳輸為
主。
收稿日期：2003—02—11
作者簡介：彭啟侯(1963一)男，廣東興寧人，工程師，從事電
力通信工作。
在通信網(wǎng)絡(luò)中，通信電纜縱橫交錯，架空電纜、直
埋電纜、套管敷設(shè)電纜都隨處可見，由戶內(nèi)延伸到戶外
或由戶外引入室內(nèi)，雷電磁脈沖能夠在傳輸線路及其
回路中感應(yīng)暫態(tài)電壓，而與傳輸線路相連的通信設(shè)備
中的電子電路絕緣低，電子元件耐壓低，容易受到損害
或擊壞。因此，應(yīng)對通信電纜做好防雷保護措施。
由于雷擊過程中伴有強大的浪涌電流，其峰值可
達幾十kA，甚至幾百kA。根據(jù)e=一M di／dt( 為電
纜線間互感量，線路越長互感越大)，當雷擊時沖擊電
流在瞬間迅速增大，即di／dt非常大，產(chǎn)生的浪涌電壓
迅速增大，所以我們一方面要讓通信線路盡可能短，減
少互感量 ，另一方面必須在通信線路中靠近通信設(shè)
備的兩端加裝浪涌吸收電路，使設(shè)備免遭浪涌電流沖
擊。
常用的浪涌吸收器主要有以下幾種：
(1)氣體放電管：氣體放電管受到瞬態(tài)高能雷電
沖擊時，能以10 S量級的速度，將其兩極間的高阻抗
變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)kW 的浪涌功率。
(2)壓敏電阻：受到瞬態(tài)高能量雷電沖擊時，壓
敏電阻可以10一s量級的速度，將其兩極間的高阻抗
變?yōu)榈妥杩?，吸收高達數(shù)kW 的浪涌功率。
(3)抑制二極管：有更高的電流導通能力，受到
瞬態(tài)高能量雷電沖擊時，它能以10～s量級的速度，將
其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_數(shù)kW 的浪
涌功率。
(4)RC電路：RC浪涌吸收電路的吸收速度和所
選擇元件的參數(shù)有關(guān)，它的主要特點是頻率特性好，即
具有濾波特性。
(5)光電隔離技術(shù)：即用光纖傳輸來防雷電，由
于光信號不受電磁干擾的影響，因此，對通信傳輸防雷
也可利用光纖。
(6)隔離變壓器：有的傳輸通道可在不影響通信
功能下，在兩端加裝隔離變壓器，以隔離浪涌電流對通
信設(shè)備的危害。
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· 44 · 電 力 孽 銹 c薹 謹 2003年第6期
(7)選用帶有屏蔽層的電纜或?qū)㈦娎|穿放在金屬
套管里面，將屏蔽層和金屬套管良好接地，使感應(yīng)電流
不再經(jīng)過信號線，而是經(jīng)過屏蔽層或金屬套管落地，盡
可能減少浪涌電流對通信設(shè)備的影響。
應(yīng)根據(jù)不同的要求和不同的情況選用相應(yīng)的浪涌
吸收器，這對通信系統(tǒng)防雷保護能起到更好的效果。
1．3 通信設(shè)備的綜合保護
浪涌電流對電子通信設(shè)備的危害，除了通過上述
幾種主要途徑侵入電子設(shè)備外，還會通過其他復雜途
徑危及通信設(shè)備的安全運行。因此，為了確保通信設(shè)
備的安全，把危害降到最少，要對通信設(shè)備進行全面的
綜合保護。通信設(shè)備綜合保護的措施有：泄流、均壓、
接地屏蔽和隔離等。
2 多雷區(qū)的通信防雷
在通信系統(tǒng)中，有線傳輸網(wǎng)最為廣泛。在電力系
統(tǒng)中，特別是水電廠，地處偏僻山區(qū)，山高、潮濕、雷雨
多且通信網(wǎng)點多而廣，戶外電纜范圍廣、線路長，通信
電纜常遭雷擊，每年都有不少通信設(shè)備被雷電損壞。
對此，我們也采取了不少措施，如檢查地網(wǎng)、改造地網(wǎng)，
使地網(wǎng)參數(shù)滿足相關(guān)規(guī)程要求，同時采用上面講的各
種防雷保護的手段，如在配線架上加裝保安器、氣體放
電管、壓敏電阻、固體放電管等。這對一般的雷電可以
起到保護作用，但對我廠高山上的上水庫廠區(qū)使用這
些單一的防雷方法很難達到良好的效果。因為我廠地
處南方，屬多雷區(qū)，加上山高、氣候多變、空氣潮濕、打
雷次數(shù)多而且猛，經(jīng)常把通信設(shè)備、電話機擊壞、燒壞，
每年雷雨季節(jié)，通信設(shè)備、傳輸接口、電話機的故障明
顯比非雷雨季節(jié)增加幾倍。
為了減少雷電危害，不影響通信設(shè)備安全運行，我
們搜集了大量的資料，針對國內(nèi)外多種防雷產(chǎn)品的特
性及適用范圍，作了調(diào)查研究，認識到單靠某一種防雷
器件，在我廠這樣氣候惡劣的多雷區(qū)是很難滿足要求
的。于是在具體防雷工程中綜合集成和組合，找到了
一種較適合我廠這樣多雷區(qū)的通信設(shè)備避雷裝置。具
體電氣原理如圖1所示。
線路側(cè)
1 18 0 2
制一
r
I 4
。
V3 }Vz
-
18 0
圖1 具體電氣原理
SI
設(shè)備側(cè)
S2
只要我們對原理圖中各元件參數(shù)選擇適當，就能
起到以下一些有效作用：
(1)縱向電壓和橫向電壓保護
電話線Ll與 之間的過電壓稱為縱向過電壓，
電話線L或 對地間的過電壓稱為橫向過電壓。
按有關(guān)規(guī)定，通信音頻電纜過電壓放電電壓為
230±(30～40) 。
在圖1中，三個抑制二極管(V。、V：、V，)可以選用
參數(shù)相同的元件，放電電壓為115 V，其縱向放電電壓
v2—6=V1+v2=115+115=230 V，其橫向放電電壓
v2—3=v6—3=V1+I，3=v2+I，3：115+115=230 V；可
見此電路對縱向和橫向過電壓都起到保護作用。如果
此電路沒有抑制二極管、，3，對縱向和橫向過電壓保護
就不能達到相同的效果，因為如果沒有抑制二極管
V3，電路如圖2所示，V。和V：抑制二極管的放電電壓
按有關(guān)規(guī)定要選擇230 V，橫向放電壓為V2一 =V，=
v2=230 V，此時縱向放電電壓為v2—6=V。+v2=
460 V，顯然縱向放電電壓460 V太高，不能起到保護
作用。
(!) - j ’ I 3 l 4‘
IVz
-
圖2 沒有 的電氣接線
(2)雙重抑制保護
由圖1可見，線路側(cè)有放電管，靠設(shè)備端又有二極
管，這正是利用二者不同優(yōu)缺點，起到互補的作用?？?
大大提高抑制過電壓的效果和放電保護的可靠性。
(3)避免因熔絲熔斷而導致的通信中斷故障
用18 5 w 電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熔絲，可抑制強大的
放電電流，既可達到傳統(tǒng)熔絲的保護效果，又可減少因
雷擊放電時熔斷熔絲而引起的通信中斷故障，很適合
類似我廠無人值班或少人值班的通信機房使用。
3 結(jié)束語
使用放電管、電阻、抑制二極管組合而成的避雷裝
置后，雷擊引起的通信故障率明顯下降，用戶接口、電
話機，被雷擊壞、燒壞的數(shù)量比未使用時明顯減少。有
幾次用戶申告電話故障無信號，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是遭強
烈雷擊后因抑制二極管故障而引起的。更換好的抑制
二極管后通信即恢復正常。可見此避雷裝置真正起到
了避雷保護作用，能使通信設(shè)備電子模塊免遭雷電襲
擊，防雷效果很好。 (下轉(zhuǎn)第47頁)
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2003年第6期 電 力 謄 銹 強 謹 ·47 ·
雷擊，都會產(chǎn)生雷電磁脈沖，侵入建筑物中。因此，對
有大量重要微電子設(shè)備的機房要采取屏蔽措施。
雖然現(xiàn)代建筑物采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但其屏蔽
效能很低。增加建筑物墻體和樓板的鋼筋的交叉點，
以及對鋼筋搭接處可靠綁扎后進行焊接，可提高建筑
物的屏蔽效能，但還遠遠不能滿足防護微電子設(shè)備的
要求。要實現(xiàn)有效的屏蔽，必需采用金屬板或網(wǎng)孔為
3×3 cm以下的金屬網(wǎng)。
顯然，整個建筑物都采用金屬板或金屬網(wǎng)屏蔽是不
經(jīng)濟的，也是不必要的，可以只對有重要設(shè)備的機房采
用專門的屏蔽措施。為了提高金屬網(wǎng)的屏蔽效能，可以
進一步采用雙層屏蔽，雙層間距離以10 cm最為合適。
2．5 供電線路的防雷
通常，微波站的電源是由架空線或先由架空線再
經(jīng)進線電纜送到微波站，經(jīng)配電變壓器供電。由于遠
距離供電，沿線路襲來的直擊雷或感應(yīng)雷過電壓均可
侵入配電變壓器危及其絕緣。同時，也會耦合到低壓
回路，危及機房內(nèi)的計算機等微電子設(shè)備。
對于防止這類過電壓危害的辦法，是沿電源線采
取層層設(shè)防的措施，達到逐級降低過電壓的目的。
具體說來有以下幾項措施：
(1)在多雷地區(qū)，10 kv供電線路應(yīng)盡可能全部用
電纜進線，若有困難，架空線應(yīng)在進配電變壓器前50 nl
以外換成電纜，電纜端頭的芯線與外皮間加裝避雷器。
并且電纜外皮和避雷器均應(yīng)接地。
(2)將微波站專用變壓器增容，使站內(nèi)所有負載
均能由該專用變壓器供電。若部分負載仍必須由生產(chǎn)
用變壓器供電時，生產(chǎn)用變壓器低壓側(cè)應(yīng)加裝避雷器。
(3)由配電房引至各機房的48 v、24 v直流電源
線應(yīng)采用金屬外皮電纜或?qū)Ь€穿入金屬管道中，金
屬外皮或金屬管道兩端接地。
(4)為進一步限制由電源線路來的過電壓，建議
在380／220 V電源線配電盤前加裝電涌保護器。
參考文獻：
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Lightning protection way of micro-electronics equipment in the microwave station
￡ R
(Guangdong Electric Power Corporation，Shenzhen Power Supply Branch Co．，Shenzhen 518001，China)
Abstract：Based On the analysis of thunder invading microwave station and the afection on micro-electronics equipment，it is recommended to combine
the systems of efective direct thun der-proof with “shun t-uniform voltage-shield-groun ded-interface relay’’to protect the electronics equipment in
the mi crowave station．
Key words：mi crowave station；mi cro-electronics equipment；thun der-proof way
(上接第44頁)
防雷是一項非常復雜的綜合性工程，因為雷電本
身很復雜，每次雷擊的雷電流峰值都不同，感應(yīng)高壓與
雷擊強弱、高壓引入路徑、感應(yīng)體本身都有很大的關(guān)
系，只有全方位地考慮雷擊因素，作出嚴密的設(shè)計方
案、規(guī)范的施工，才能防備雷電的侵害，使雷電的損害
降低到最小。
參考文獻：
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[M]．北京：中國電力出版社。1997．
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業(yè)出版社，2001．
Discussion about the lightning protection of telecommunication equipment
PENG Qi-hou
(Guongzhou Storage Power Station，Conghua 510950，China)
Abstract：This pager is intended to introduce the principle of ligIItniIlg protection occurring in com unication stem，and to discuss the appficafion
of a new protecting unit in electric com unication equipment．
Key words：aghb~hg；protection unit；surge；marked voltage of discharge tube；twin zener dioder

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