1 雷電對(duì)通信自動(dòng)化系統(tǒng)的危害

　　雷電具有雷電流幅值大(可達(dá)數(shù)十千安至數(shù)百千安)、雷電流陡度大(可達(dá)50 kA/μs)、沖擊性強(qiáng)、沖擊過電壓高(可達(dá)數(shù)百千安至數(shù)千千安)的特點(diǎn)。其特點(diǎn)與其破壞性有緊密的關(guān)系。雷電有電性質(zhì)、熱性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)等多方面的破壞作用，均可能帶來火災(zāi)和爆炸、觸電、毀壞設(shè)備和設(shè)施、大規(guī)模停電等極為嚴(yán)重的后果。雷電分為直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷 3 類。雷電對(duì)通信自動(dòng)化系統(tǒng)的危害如下:

　　1.1 直擊雷的危害。直擊雷是帶電積云接近地面至一定程度時(shí)，與地面目標(biāo)之間的強(qiáng)烈放電。直擊雷的每次放電含有先導(dǎo)放電、主放電、余光三個(gè)階段。大約50%的直擊雷有重復(fù)放電特征。每次雷擊有三、四個(gè)沖擊至數(shù)十個(gè)沖擊。直擊雷擊中建筑、通信自動(dòng)化設(shè)備、通信光(電)纜、信號(hào)線和操作人員,可能會(huì)造成建筑損毀、設(shè)備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災(zāi)等嚴(yán)重后果。

　　1.2 感應(yīng)雷的危害。感應(yīng)雷是由直擊雷引起的,感應(yīng)雷也稱作雷電感應(yīng)，分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。感應(yīng)雷產(chǎn)生于導(dǎo)體中并沿導(dǎo)體傳播,與導(dǎo)體相連的設(shè)備或設(shè)備中的某些器件都會(huì)遭遇損壞(這些設(shè)備或器件的耐沖擊水平較低)。通信自動(dòng)化設(shè)備中有大量的集成電路通過金屬導(dǎo)線相連,并且通信自動(dòng)化機(jī)房也通過電力電纜和各種通信傳輸電纜以及信號(hào)線與外界相連, 這就為感應(yīng)雷的侵入提供了良好的條件;加上設(shè)備中采用了大量高集成度的微電子電路,其耐沖擊水平較低,容易被感應(yīng)雷損壞,產(chǎn)生各種各樣的設(shè)備故障,如接口板損壞、內(nèi)部通信口的損壞、整流模塊的損壞等;有時(shí)感應(yīng)雷引起故障甚至讓我們很難與雷電聯(lián)系在一起,但卻是由雷電引起的。感應(yīng)雷形成的破壞雖然不及直擊雷大,但其損害的往往是通信自動(dòng)化設(shè)備的核心器件,給設(shè)備正常運(yùn)行帶來障礙。

　　1.3球雷的危害。球雷是雷電放電時(shí)形成的發(fā)紅光，橙光、白光或其他顏色光的火球。從電學(xué)角度考慮，球雷應(yīng)當(dāng)是一團(tuán)處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體。它只要遇到物體就會(huì)爆炸，同樣通信自動(dòng)化設(shè)備是要粘上球星雷，必定遭到嚴(yán)重的損壞。

　　2 通信自動(dòng)化設(shè)施的防雷

　　2.1 電源系統(tǒng)

　　通信自動(dòng)化電源系統(tǒng)一般包括一下幾個(gè)單元：交流配電、直流配電、整流模塊、監(jiān)控模塊等。雷擊設(shè)備的主要途徑如圖 1 所示。雷電主要入侵途徑包括:變壓器高壓側(cè)輸電線路遭直擊雷,雷電流經(jīng)“變壓器-380V 供電線”,最后竄入計(jì)算機(jī)、電能表以及綜合自動(dòng)化設(shè)備;220/380 V 供電線路遭直擊雷或感應(yīng)雷,雷電流竄入計(jì)算機(jī)、電能表以及綜合自動(dòng)化設(shè)備;雷電流通過其它交、直流負(fù)載或線路竄入計(jì)算機(jī)、電能表以及綜合自動(dòng)化設(shè)備。

　　圖 1 雷擊設(shè)備的主要途徑

　　根據(jù) IEC 提出的 DBSG 技術(shù)和雷電防護(hù)區(qū)域的劃分以及當(dāng)?shù)氐睦妆┤蘸屠妆?qiáng)度來看,通信自動(dòng)化電源系統(tǒng)感應(yīng)雷電過電壓的防護(hù)可以按四級(jí)進(jìn)行分流保護(hù)。一、二級(jí)防雷器一般采用具有較大通流量的防雷器,可以將較大的雷電流泄放入地,達(dá)到限流目的,同時(shí)將過電壓減小到一定程度;三、四級(jí)防雷器采用具有較低殘壓的防雷器,可以將線路中剩余的雷電量泄放入地,達(dá)到限壓效果,使過壓減小到設(shè)備能承受的水平。

　　根據(jù)通信局站的環(huán)境和運(yùn)行特點(diǎn),防雷器應(yīng)選用限壓型或組合型防雷器;開關(guān)型防雷器由于殘壓高、相應(yīng)時(shí)間慢等缺點(diǎn)不適合于變電站內(nèi)部調(diào)度通信系統(tǒng)防護(hù)。兩級(jí)防雷器的安裝位置分別在通信機(jī)房總配電屏和 UPS、直流開關(guān)電源配電屏的位置上。通流容量選擇根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB5034322004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行確定,同時(shí)也可以根據(jù)當(dāng)?shù)乩妆?qiáng)度和發(fā)生損壞歷史,適當(dāng)提高防雷器的通流容量。

　　2.2 通信自動(dòng)化機(jī)房建筑物防雷接地與接地網(wǎng)

　　2.2.1 接地網(wǎng)與接地電阻

　　1)通信自動(dòng)化系統(tǒng)地網(wǎng)的接地電阻值應(yīng)達(dá)到規(guī)程要求,否則應(yīng)擴(kuò)大地網(wǎng)面積。

　　2)在同一站內(nèi)地網(wǎng)(包括鐵塔,建筑物等)必須改造成聯(lián)合接地網(wǎng),站內(nèi)其它金屬設(shè)施均應(yīng)與地網(wǎng)就近連通,達(dá)到均壓等電位的目的,即工作地線、保護(hù)地線、防雷地線應(yīng)按均壓等電位的原理共用一個(gè)地網(wǎng)。

　　2.2.2 建筑物樓頂與雷電流引下線的要求

　　1)建筑物樓頂上的標(biāo)志燈、節(jié)日彩燈、空調(diào)附屬設(shè)備等設(shè)施,其金屬框架、電源線的金屬護(hù)層上、下端均應(yīng)與頂女兒墻上的避雷帶連接焊牢,且焊點(diǎn)做防腐處理。大樓的避雷帶設(shè)于女兒墻上,每隔 5～10m 與暗裝避雷網(wǎng)連接一次并焊牢,暴露在空氣中的焊點(diǎn)一律做防腐處理。樓頂設(shè)有微波天線,應(yīng)在其上設(shè)置避雷針,其引下線應(yīng)就近在兩個(gè)相對(duì)方向上與暗裝避雷網(wǎng)連接焊牢。有塔樓的應(yīng)在塔樓上裝置避雷針,利用塔樓柱內(nèi)的兩根主鋼筋作為引下線并與暗裝避雷網(wǎng)連接焊牢。

　　2)雷電流引下線由樓頂開始,引至大樓環(huán)形接地體上形成一個(gè)籠形結(jié)構(gòu),大樓底層均壓網(wǎng)宜與大樓周圍的環(huán)形地體每 5～10m 用鍍鋅扁鋼連接一次并焊牢,焊點(diǎn)應(yīng)作防腐處理。

　　3)鐵塔的雷電流引下線應(yīng)采用扁鋼或銅排焊接連通,直接引入聯(lián)合接地體。

　　4)避雷針。應(yīng)采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB5005721994《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的接閃器即常規(guī)型避雷針, 慎用其它非常規(guī)避雷針或消雷器。

　　5)接地體。垂直接地體長(zhǎng)度宜為 1.5～2.5m,垂直接地體間距為其自身長(zhǎng)度的 1.5～2 倍。接地體之間所有焊接點(diǎn),除澆鑄在混凝土中的以外,均應(yīng)進(jìn)行防腐處理。接地體的上端距地面不宜小于 0.7m。

　　6)接地線和接地引線。接地線宜短、直,截面積為 35～95mm2,材料為多股銅線。接地引入線長(zhǎng)度不宜超過 30m, 其材料為截面積不小于 40×4mm2的鍍鋅扁鋼或不小于 95mm2的多股銅線。接地引線由地網(wǎng)從兩個(gè)方向就近引出與機(jī)房接地匯集線接通,避免從雷電流引下線附近引出。

　　7)接地匯集線。接地匯集線一般設(shè)計(jì)成環(huán)形或排狀,材料為銅材,截面積應(yīng)不小于 120mm2,也可采用鍍鋅扁鋼。

　　2.2.3 設(shè)施的等電位連接與接地

　　1)機(jī)房?jī)?nèi)走線架,吊掛鐵架,機(jī)架過機(jī)殼,金屬通風(fēng)管道,金屬門窗等均應(yīng)做等電位連接和接地。

　　2)設(shè)備的接地引入線從接地匯流排上就近引入。

　　3)變壓器的中性點(diǎn),外殼和避雷器的接地端及纜線金屬護(hù)套應(yīng)就近

　　接地。

　　2.3 微波鐵塔及天饋線

　　2.3.1 微波天線:微波天線應(yīng)在避雷針保護(hù)范圍內(nèi)。

　　2.3.2 鐵塔避雷針的雷電流引下線:引入鐵塔避雷針的雷電流引下線一律采用扁鋼或銅排焊接連通,直接接地網(wǎng)。

　　2.3.3 天饋線:天饋線應(yīng)在鐵塔上部,下部或經(jīng)走線架進(jìn)機(jī)房入口處就近接地,在機(jī)房入口的接地應(yīng)就近與地網(wǎng)引出的接地線妥善連通。當(dāng)鐵塔高度大于 60m 時(shí),饋線的金屬外護(hù)層還應(yīng)在鐵塔中部增加一處接地。

　　2.3.4 鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng):鐵塔地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng),須兩點(diǎn)以上用扁鋼與機(jī)房地網(wǎng)連接。

　　2.3.5 鐵塔標(biāo)志燈:標(biāo)志燈電源線應(yīng)采用具有金屬外護(hù)層的電纜,電纜的金屬外護(hù)層應(yīng)在塔頂及機(jī)房入口處外側(cè)就近接地。塔燈控制線及電源線的每根相線均應(yīng)在機(jī)房入口處分別對(duì)地加裝避雷器,零線應(yīng)直接接地。

　　2.3.6 機(jī)房電纜引入線:由機(jī)房屋頂進(jìn)入機(jī)房的纜線,應(yīng)采用具有金屬護(hù)層的電纜,其金屬護(hù)層在進(jìn)入機(jī)房入口處,就近與屋頂女兒墻上的避雷帶焊接連通,電纜內(nèi)芯線應(yīng)一一就近對(duì)地加裝避雷器。

　　2.4 通信光(電)纜線路

　　2.4.1 工程勘測(cè)時(shí)注意地區(qū)氣候情況, 避開雷雨天氣多和經(jīng)常雷擊的地方,避開向陽(yáng)坡和臨江側(cè)的山坡。

　　2.4.2 使用具有一定防雷功能的光(電)纜。

　　2.4.3 做好直埋光纜的防強(qiáng)電、防雷電措施。有關(guān)方面曾研究提出兩種不同的防護(hù)措施:第一種防護(hù)措施,是在光纜接頭處將纜內(nèi)金屬構(gòu)件在接頭處前后斷開,不作電氣連接和接地處理,且在直埋光纜的上方設(shè)置屏蔽線;第二種防護(hù)措施,是在光纜接頭處將纜內(nèi)金屬構(gòu)件作電氣連通,并作接地處理,在直埋光纜的上方不設(shè)屏蔽線。對(duì)這兩種防護(hù)措施雖然有爭(zhēng)議,但資料表明這兩種防護(hù)措施都很有效。由于我國(guó)山地較多,埋設(shè)一組合格的地線十分困難,采用第一種防護(hù)措施,光纜接頭處不接地,可以減少很多接地裝置,從而大大減少工程費(fèi)用和維護(hù)工作量。

　　2.4.4 架空光(電)纜。需要對(duì)鋼絞線進(jìn)行接地處理,架空電纜金屬護(hù)套及其鋼絞線應(yīng)每隔 200m 左右接地一次,長(zhǎng)距離的(超過 1km)桿路應(yīng)該每公里做電氣隔斷,并作鋼絞線的接地。用金屬加強(qiáng)芯的最好每個(gè)接頭盒處將金屬加強(qiáng)芯斷開電氣連接,防止電力線斷后搭在光纜上,導(dǎo)致整個(gè)中繼段光纜全部被燒。

　　2.4.5 光纜終端在機(jī)房 ODF 配線架時(shí),金屬加強(qiáng)芯要求防雷接地。

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　通信自動(dòng)化在我國(guó)的電力建設(shè)事業(yè)中扮演著重要的角色，關(guān)系著我國(guó)的民生。如何科學(xué)建設(shè)和維護(hù)通信自動(dòng)化，是每一個(gè)電力工作者的職責(zé)。經(jīng)過電力通信自動(dòng)化工作者日常的精心維護(hù)，通信自動(dòng)化防雷系統(tǒng)得到了進(jìn)一步完善，通信設(shè)備抗雷擊和防過電壓水平有了明顯提高。總之，在日常工作中，只有認(rèn)真仔細(xì)全方位的考慮和分析各種雷擊因素，采取及時(shí)有效的防雷措施，才能有效的降低通信自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備被雷擊的可能，使雷電損害降到最低。