通信工程师职称论文发表期刊推荐《中国新通信》《中国新通信》杂志是由工业和信息化部主管，电子工业出版社主办，《中国新通信》杂志社编辑出版的信息通信技术专业期刊，原《中国数据通信》（月刊）。
摘要:通信系统的防雷设计和电磁干扰防护是保护通信线路、设备及人身安全的重要手段,也是通信网正常运行不可缺少的技术环节。文章首先说明了雷击对通信设备产生的危害,强调了防雷的重要性,并从通信设备和环境防雷入手,重点阐述了防雷的主要技术措施。
关键词:通信设备,防雷,接地,措施
1引言
雷击可以产生不同的破坏形式,国际电工委员会将雷电灾害称为“电子时代的一大公害”。直接雷击、感应雷击、雷电波侵入、电源尖波等瞬间过电压,已成为破坏电子设备的罪魁祸首。分析大量的通信设备遭受雷击案例可知,由雷电感应和雷电波侵入造成的雷电电磁脉冲(LEMP)是通信设备损坏的主要原因。
2机房环境的防雷措施
机房环境防雷的技术措施可分为接地设计、合理布线、雷电分流限压、等电位连接和屏蔽等几个方面。
2.1接地与布线
接地是避雷技术最重要的部分,无论是直击雷还是感应雷,最终都是把雷电流送入大地,因此,没有合理、良好的接地装置,是不能可靠地进行避雷的。接地电阻越小,散流就越快,被雷击物体高电位保持时间就越短,危害性就越小。按照YD5003-1994《电信专用房屋设计规范》规定,电信建筑防雷接地的冲击接地电阻不应>10Ω；按照YDJ20-1988《程控电话交换设备安装设计暂行技术规定》,重要的电信建筑物接地电阻应在1Ω以下。
接地装置检测是运行维护的重要内容,每年雷雨季节前,应对接地系统进行维护检查,并进行接地电阻的测量,必要时可以使用含银环氧树脂等降阻剂涂抹在接地点上,来提高接地的可靠性。按照接地作用的不同,可以将“地”分成工作地、保护地和防雷地等形式。
对重要的通信设备系统,一定要具备工作地,为整个系统提供标准参考电位,有了这个参考电位,系统才能正常工作；如果系统由强电电源供电,还需将设备外壳接保护地,以保护人身安全；如果系统还有室外架空金属设备或电缆与之相连,系统还需要在合理位置接防雷地,以防止雷击高压串入系统中。
如果通信系统的工作地、保护地和防雷地是分别安装、互不连接、自成系统,即被称之为分设接地系统。如果三者合并在一起,形成一个统一接地系统,则称之为合设接地系统,即三地合一。合设接地系统可以消除不同接地点可能存在的电位差,在发生雷击时,可以较好地抑制不同接地点之间发生的放电现象。
在实际布线过程中,可以采用类似分散接地的布线方式,即工作地线和保护地线都从地线排上引出,2种地线不直接就近相连,如图1所示。其优点是当雷电流流过接地网时,雷电流只纵向流动,即使存在接触不良的接点,也不会造成横向干扰。
图1分散接地示意
总配线架的接地可以采用双线或多线接地的方法,单独从母线排上引入2根或多根铜芯导线,其中一根接到配线架底座上,另一根接到配线架上端的接地排上。双线/多线分别接地的优点是:一方面可以提高保安设备和告警信号电路的可靠性；另一方面,当通信线路受到雷击和高压电流时,可通过配线架保安器入地,迅速降低配线架上的电位。
通信系统的传输网络在室外一般采用架空和埋地2种方法。其中,对架空线缆应把电话线或电缆在入房前埋地,埋地长度应>2ρ(ρ为接地电阻的电阻率,单位为Ωm),实际长度>50m。而埋地一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来看,在有条件的情况下,入室电缆应选择埋地方式。传输网络在室内应沿专用的信号电缆槽布线,避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设。强弱电电缆不宜同槽敷设,以减小干扰。
2.2雷电分流限压
通过雷电分流、限压可以避免雷击造成的破坏。进入室内的程控电话和专用数据线路应安装线路避雷器,要求在选用避雷器件时,启动电压应为保护线路信号电压峰值的1.5倍,雷电流通量≥0.2kA,特性阻抗为600Ω,工作频率为0～5MHz。对室外有接收装置并有信号线与室内设备相连接的,应在天线接收装置引入线路与设备之间串入相应型号的避雷器。设备上安装的信号避雷器应就近做好接地,接地电阻应<4Ω(个别对接地有特殊要求的要<1Ω)。而且,其接地线不能接在避雷针、避雷带上,应接在专用避雷器接地线上,并与地网直接连接。在电源线、信号线上加装保安器,在雷电电磁脉冲侵袭时,及时把雷电流分流入地,从而起到保护作用。选用防雷器件时,要注意其响应时间大小。有些保安器在雷电流侵入时,被保护器件被击坏,保安器仍完好无损,这是因为其响应时间太慢。现在市场上较多的是以氧化锌电阻(又称压敏电阻)为核心器件组成的线路避雷器,反应速度比较快,使用效果较好。
2.3等电位连接
等电位连接也是防雷中的重要技术措施。等电位是指需要防雷的空间内遭受雷击时,让所有相关部分不存在电位差。当然,在遭受雷击时,各相关部分要做到绝对“等电位”是不可能的,但是可以使各部分之间的电位差相对很小。具体做法是将所有进出机房的金属装置(如水管、外来导电物、建筑物内钢筋、电力线路、通信线路及其他电缆)与总汇流排做好等电位金属连接。机房应敷设等电位均压网,并应和大楼的接地系统相连接。等电位网宜采用M形网络,各设备的直流地以最短的距离与等电位网相连接。
3通信设备防雷方法
电源和信号线防雷是通信设备防雷的重要组成部分。
3.1电源的防雷
通信设备都是以直流-48V供电的。通信设备的电源采用二次电源模块供电,-48V直流供电与设备的工作电源是隔离的,可以有效地将从电源供电系统感应的雷击电流隔离。电源模块内部有过压和过流保护,可以在瞬时截止,保护电源模块不受雷击的损坏。电源模块输出串接压敏电阻保护器,可以在电源电压输出升高时增大阻值,以减少雷击电流对系统的影响。通信站的供电系统由于雷击而使供电系统某部分过电压,严重时会损坏通信电源。通信电源的防雷可以选用电源防雷器。
3.2信号线的防雷
虽然信号线大部分在室内传输,但在雷击发生时产生巨大的瞬变电磁场,在1km范围内的金属环路,如信号线内金属连线等,都会感应到极强的感应雷击；另外,当电源线或通信线路传输雷击电压时,或者感、容性负载(如空调机)正常启动关机时,也会产生大小不等的感应过电压；还有建筑物的地线系统在泻放雷
击时,所产生强大的瞬变电流,对于信号线传输线路来说,所感应的过电压足可以一次性破坏信号线。即使是不高的过电压,虽不能够一次性破坏设备,但是每一次的过压冲击都加速了设备的老化,影响数据的传输和存储,甚至造成宕机。
在信号线路的防雷方面,主要针对用户线/中继线接口(如FXS、FXO、E&M)、数据线接口(如V.24、V.35、10BaseT、G.703接口等)。信号线防雷可针对不同的信号线采用不同的防雷方法,如用户线串接RJ11防雷器、网络接口串接RJ45防雷器、音频配线架使用过流过压保安器等,都可以起到一定的防雷作用。音频
配线架上通常会有几十甚至几百对用户线,雷击时,雷电通过主干线缆进入机房,音频配线架地线的总雷电流很大。用户板承受瞬间的几百V压降基本没有问题,但对上千甚至几千V压降则无法承受,这也是用户板经常被雷击损坏的原因之一。
目前普遍使用气体防电管做过压保护,击穿电压一般在600～700V,采用半导体管击穿电压可以降低到300～400V。地线的走线也可能导致地线的电感增大,地线的压降也随之增大,雷击电压不能有效地通过地线回流大地,用户板受雷击损坏的几率也会上升。因此,对布局比较大的机房,地线较长的问题不可避免。但应建立1条直接、便捷的雷电流下地通道。为音频配线架连接1条短而直的接地线,直接接入地网或基础桩。沿电缆进入音频配线架的雷电电流将主要通过该地线直接下地网,而音频配线架到总接地排之间的地线电缆主要起均压等电位的作用。
4结束语
通信防雷是一个系统工程,做好防雷要根据不同的机房外部和内部的条件,按照防雷设计原则设计防雷所采用的措施。严格按照YDJ26-1989《通信局(站)接地设计暂行技术规范》,在施工、安装、维护过程中应遵循有关技术规定,并不断总结完善,只有这样才能有效地降低雷电带来的损失,保护通信设备。
参考文献:
[1]李良福,杨俐敏.计算机网络防雷技术[M]:北京:气象出版社,2009
[2]张小青.建筑物内电子设备的防雷保护[M].北京:电子工业出版社,2010
