國家部隊通信設(shè)備防雷措施與案例

一、部隊通信設(shè)備防雷概況

信息時代，為全面提升通信系統(tǒng)綜合服務(wù)能力，發(fā)揮其高效信息傳輸、跨時空共享、數(shù)字化管理、實時監(jiān)控等現(xiàn)代化服務(wù)職能，許多部隊均依托三級網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)對各類分散、小規(guī)模、距離較遠的單位實施遠程的實時查勤管理，然而由于一些區(qū)域處理雷電多發(fā)地域，領(lǐng)整體通信系統(tǒng)面臨嚴重的雷電災(zāi)害威脅。

為有效防止各類終端通信設(shè)備遭受雷擊災(zāi)害的大面積不良損害，一些基層中隊僅能在雷電暴雨天氣將通信設(shè)備關(guān)閉從而令其得到暫時保護，然而這樣機械式的處理方法令整體專網(wǎng)專線系統(tǒng)無法實施持續(xù)的通信服務(wù)，給目標(biāo)執(zhí)勤造成了不良安全隱患。為了有效解決該類不合理狀況，廣州銀訊公司針對部隊通信設(shè)備深入探討，制定有效的防雷措施。

二、部隊通信設(shè)備防雷必要性

常見的雷電災(zāi)害形式主要有直擊雷、感應(yīng)雷與雷電波入侵三類。

直擊雷產(chǎn)生的雷電流可直接進入導(dǎo)線或金屬導(dǎo)管中，并沿路傳送至較遠距離的地方，產(chǎn)生一種較為強大的沖擊波并附帶反射力量，其破壞程度大大超越了集成電路或半導(dǎo)體等電子器件符合能力，可與沖擊波形成疊加并產(chǎn)生駐波，進而構(gòu)成一種大強度級別的破壞力。

感應(yīng)雷屬于一種二次破壞，其雷電流會產(chǎn)生較大的變化梯度，形成強大交變磁場，令周圍金屬構(gòu)件形成感應(yīng)電流，并向外放電，從而引起可燃物的燃燒、爆炸等災(zāi)害，作用在聯(lián)機導(dǎo)線則可對系統(tǒng)電子設(shè)備產(chǎn)生較大范圍的破壞影響。

基于雷電具有的針對金屬管道或架空線路的作用，產(chǎn)生的雷電波會沿著該類導(dǎo)線入侵至建筑內(nèi)部，令人身安全或重要設(shè)備受到不良威脅，這種現(xiàn)象便稱為雷電波入侵。

當(dāng)前各類現(xiàn)代化的通信系統(tǒng)中包含的天饋線、供電系統(tǒng)、信號線路均有可能引發(fā)雷電波入侵，對各類通信設(shè)備造成不良損害。由此可見雷電災(zāi)害成為信息化時代通信系統(tǒng)的一大公害，感應(yīng)雷擊、雷電波、電源尖波均會瞬間產(chǎn)生過電壓并嚴重破壞部隊通信電子設(shè)備，因此我們只有采取行之有效的應(yīng)對策略才能將該類損害降到最低。

三、部隊通信設(shè)備有效防雷措施

1） 科學(xué)安裝避雷裝置，切實提升通信設(shè)備防雷性能。為部隊通信設(shè)備科學(xué)安裝避雷裝置，是行之有效的提升設(shè)備防雷性能措施，主要的操作方式為安裝避雷針、放射性避雷設(shè)備與天饋避雷器等。

避雷針方式是最為簡單與經(jīng)濟的防雷措施，只要我們嚴格遵循安裝相關(guān)要求，便可有效發(fā)揮其良好的防雷性能。

首先避雷針的安裝位置應(yīng)高于天線尖端一定距離，一般通信天線應(yīng)安裝于避雷針外緣1.5倍波長之外。

同時避雷地線直流通路電阻應(yīng)保持足夠低水平，適宜在十至五十歐姆范圍內(nèi)。地線不應(yīng)采用絞合線或扁平編織線，這是由于該類線具有較大的電感，不適宜對雷擊電流進行泄放，并且較易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。因此我們應(yīng)科學(xué)采用三毫米之上的實心、且相同類別金屬材料的導(dǎo)線。

對于一些重要通信服務(wù)工程，雖然在通信塔中安裝避雷針裝置操作簡便且經(jīng)濟性較高，然而卻無法實現(xiàn)萬無一失的防雷保護。

因此我們可針對系統(tǒng)不同服務(wù)功能需求合理安裝放射性防護、避雷裝置，該系統(tǒng)包含的特制同軸雙屏蔽電纜，可有效避免雷電流在引下線通過時產(chǎn)生的二次雷擊效應(yīng)應(yīng)及其引發(fā)的不良損害，發(fā)揮主動的引雷與消雷雙重保護作用。同時其具有使用服務(wù)壽命長效的優(yōu)勢，避雷防護范圍較廣且效率較高，當(dāng)然該類裝置的投入建設(shè)費用相比避雷針方式會有所提升。

因此我們應(yīng)依據(jù)部隊各類通信設(shè)備的不同防雷需求、服務(wù)重要性進行防雷裝置的科學(xué)選擇。

2） 合理采用供電三級防護措施，消除地電位反擊。對于部隊通信設(shè)備交流供電系統(tǒng)，我們應(yīng)科學(xué)采用五線三相供電方式，同時在防護電源中應(yīng)用三級防護措施。

第一級：總電源裝設(shè)避雷器于市電引入端；第二級：分電源裝設(shè)避雷器于配電柜；第三級：單臺通信設(shè)備裝設(shè)電源避雷器于開關(guān)電源中。

倘若部隊位于多發(fā)雷電災(zāi)害區(qū)，我們可加裝直流電源避雷裝置以提升防護避雷效果。為了合理消除地電位反擊，我們可在部隊通信系統(tǒng)工程中遵循等電位、均壓原理，將保護地、工作地與防雷地合理構(gòu)建為聯(lián)合統(tǒng)一的接地網(wǎng)，并有效避免近距離內(nèi)出現(xiàn)兩個地網(wǎng)系統(tǒng)的不良狀況。

3） 有效安裝信號接口避雷器、實施對部隊其他通信設(shè)備的接地防雷保護。為提升防雷性能，我們應(yīng)在部隊各類通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口、信號接口位置安裝信號避雷裝置。

對于部隊機房設(shè)備間內(nèi)長度較大的各類信號線，也應(yīng)在其接口處合理安裝必要的信號避雷器。采用的設(shè)備型號、應(yīng)依據(jù)其阻抗性能、傳輸速度、接口特征進行合理選擇。系統(tǒng)信號線應(yīng)在地下實現(xiàn)無線通信基站的進出，并作必要的空線、避雷器保護地處理。對于部隊通信基站建筑我們應(yīng)采用完善的直擊雷防護措施，有效抑制不良二次感應(yīng)雷。對于機房頂部裝設(shè)的各類金屬設(shè)備也應(yīng)分別就近連通于屋頂避雷裝置中，達到有效的防雷保護目標(biāo)。

同時對機房內(nèi)部的吊線鐵架、內(nèi)走線架、機殼、機架、金屬材質(zhì)門窗、通風(fēng)管道等我們均應(yīng)作合理的保護接地處理。

四、某通信工程部隊防雷案例

通信工程部隊通常由于所處位置偏遠，且裝設(shè)有大型的信息系統(tǒng)設(shè)備，其產(chǎn)生雷擊事故的概率就相應(yīng)增大，需要應(yīng)用電磁兼容等原理，根據(jù)雷電防護區(qū)劃分，對建筑物進行綜合、多級、有效的雷電過電壓保護。同時在雷災(zāi)害調(diào)查過程中還不能忽視電氣等方面的原因?qū)τ谑鹿实挠绊憽?/p>

1) 某通信工程部隊辦公樓基本情況概述

1.1) 周邊環(huán)境及該辦公樓概況

該部隊駐地位于山東半島東部，靠近海灘，周邊空曠多山丘，易遭受雷擊，處于國內(nèi)累點區(qū)域劃分的1區(qū)。根據(jù)青島地區(qū)年平均雷暴日統(tǒng)計為24.21天，屬于多雷區(qū)。所屬的辦公大樓為框架結(jié)構(gòu)，高五層，樓內(nèi)計算機、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等大量精密儀器較多，其耐過電壓，過電流水平低，樓外開闊處是由若干天線組成的天線陣，電磁場環(huán)境較為復(fù)雜，大量電子設(shè)備在雷電電磁脈沖的破壞下極易遭損壞。

1.2） 辦公大樓供電系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

該辦公大樓供電制式采用TN-C-S方式，高壓進線部分為10kv，電源線經(jīng)由變電所引入，供電線路為V22電纜直埋，埋地長度約為50m，進戶前端穿金屬管。本樓一層配電室進戶低壓配電柜及后級各層主配電箱采用放射式系統(tǒng)配電。通信系統(tǒng)的防雷主要對象有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通信設(shè)備，自動化設(shè)備，相關(guān)的電源等附屬設(shè)備及其相互傳輸各類信號的線纜。

1.3） 該建筑物防雷措施現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場勘察和圖紙審查，該建筑屋面敷設(shè)有20mm的鋼管作為避雷帶，各屋角增設(shè)了16mm的金屬小針作為接閃器，利用混凝土柱內(nèi)鋼筋作為引下線，鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為自然接地體，突出屋面的金屬物體（空調(diào)機外殼，通風(fēng)口等）均已做等電位聯(lián)結(jié)，經(jīng)實測，接地電阻為0.6Ω。樓內(nèi)總配電柜裝設(shè)Uc=320V，Iimp=15kA的浪涌保護器一臺，各樓層照明配電箱及各末級電源配電箱均裝設(shè)Uc=320V，標(biāo)稱放電電流適配的浪涌保護器。

2） 雷擊災(zāi)害分析和綜合結(jié)論

2.1） 雷擊災(zāi)害淺析

2006年8月該地區(qū)出現(xiàn)強雷暴天氣過程，該部隊供電的10KV配電線路遭受雷擊，致使變電所接戶桿上中間相氧化鋅避雷器爆炸，零克跌落，變壓器缺項運行。辦公樓一、三層兩個主配電箱內(nèi)的電氣開關(guān)元件和浪涌保護器都已完全燒毀，其他樓內(nèi)的浪涌保護器也有不同程度的損壞。

分析配電線路設(shè)備遭受雷擊的途徑和可能方式有：

（1）雷電直接擊中高壓電力線路，之后經(jīng)變壓器耦合到低壓側(cè)，入侵到電流配電箱線路。

（2）架空低壓線路被直擊雷擊中或感應(yīng)產(chǎn)生雷電過電壓、過電流。據(jù)統(tǒng)計，在220/380V電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達1萬伏，會對用電系統(tǒng)造成毀滅性打擊。

（3）由信息系統(tǒng)傳輸線路入侵。強大的雷電電磁脈沖能在信號線上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓，過電壓波將沿線路傳輸，侵入線路所接的電子儀器和設(shè)備。

（4）建筑物引下線在傳導(dǎo)強大雷電流入地時，在接地體附近形成高電位，在空間中產(chǎn)生強大的電磁場變化，進而在相鄰的電源線或信號線上感應(yīng)出雷電過電壓。

（5）因天線鐵塔接閃，在引下線及接地裝置上會形成很高的電壓，對建筑物產(chǎn)生反擊，部分雷電線沿線路入侵樓內(nèi)機房。

2.2） 雷擊事故綜合結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場勘察情況分析，造成該事故的主要原因應(yīng)為：在強雷暴天氣過程中，雷電擊中送往營院的高壓10KV電力線路，變壓器缺相運行，供電線路電壓異常，雷電過電壓耦合到低壓側(cè)，繼而入侵到電流配電線路，配電箱內(nèi)質(zhì)量較差的電氣開關(guān)元件和防浪涌保護器等，在強大的瞬態(tài)過電壓的破壞下燃燒損壞。初步認定此次事故是由雷擊和電氣設(shè)備可靠性等方面原因共同造成的。

此外，雷電流能量較大，雷電流熱效應(yīng)的破壞作用也較強，對其嚴重程度估計不足。

在勘察過程中還發(fā)現(xiàn)，電源配電箱中浪涌保護器等一些原件，與相線或接地線之間的鏈接導(dǎo)線的截面積不夠，布線太密集，沒有做到規(guī)范化、合理化，進入建筑物的電力電纜屏蔽層的接地等一些隱蔽工程亦不完善，這些也是導(dǎo)致此次雷擊事故的不可忽視的原因之一。

3） 綜合防雷設(shè)計思路

現(xiàn)代意義的防雷工程應(yīng)看作一個系統(tǒng)的工程，包括從實現(xiàn)外部防雷，即接閃器、引下線和接地裝置，到共用接地體、等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、安裝浪涌保護器等內(nèi)部措施，根據(jù)雷電電磁脈沖防護標(biāo)準(zhǔn)（IEC61312-1），一個被保護的有電子信息系統(tǒng)的空間，應(yīng)根據(jù)受雷電電磁脈沖危害的嚴重程度進行分區(qū)保護。通信設(shè)備的工作地、保護地及建筑物的防雷接地共用一個地網(wǎng)。

4） 具體防雷措施

4.1） 10KV線路的保護

按照《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》YD5068-98中要求，當(dāng)電力變壓器設(shè)在站外時，對于年雷暴日大于20天的地區(qū)，“高壓10KV的電力線路，宜在上方架設(shè)良導(dǎo)體避雷線，其長度不宜小于500m，電力線應(yīng)在避雷線的25°保護范圍內(nèi)，避雷錢（除終端桿外）應(yīng)每桿做一次接地。宜在避雷線終端桿的前一桿上增裝一組避雷器”，盡可能防止10KV電力線路遭受直接雷擊。

4.2） 低壓供電線路的保護

低壓供電線路采用電纜埋地敷設(shè)的方式，不得將架空線路直接引入大樓，當(dāng)難以全線路采用電纜時，允許架空線路由站內(nèi)終端桿引下后，加接一段有金屬鎧裝的屏蔽電纜或護套電纜穿鋼管埋地引入，在入戶端的金屬外皮鋼管等必須良好接地。若采用地埋電力線纜進入通信局（站），“高壓鎧裝電纜應(yīng)從地下入局，且鎧裝電纜長度應(yīng)大于200m，鎧裝層兩端應(yīng)就近接地；低壓地埋電力線纜其長度不宜小于50m?！?/p>

4.3） 通信大樓的接地系統(tǒng)

通信基站的接地系統(tǒng)應(yīng)按照均壓、等電位的原則，將建筑物基礎(chǔ)接地網(wǎng)、鐵塔接地網(wǎng)、變壓器地網(wǎng)等組成聯(lián)合共用接地系統(tǒng)。大樓可利用建筑物主體鋼筋，將主筋自身上下連接點焊接，其上端與屋頂避雷裝置、下端與接地網(wǎng)、中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)行接地母線，電氣焊接成連通的法拉第籠式接地系統(tǒng)。樓內(nèi)電纜的金屬外皮、設(shè)備金屬外殼、水管等不帶電金屬部分、門窗等建筑物金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)以最短距離與環(huán)行接地母線連接。鐵塔的基礎(chǔ)鋼筋可作為其接地裝置，塔上同軸饋線金屬外皮的上端與下端分別就近與鐵塔連接，在大樓入口處再次連接。大樓地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)間至少用兩根規(guī)格不小于40mm*4mm的鍍鋅扁鋼連接，各地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3~5m相互焊接連通一次。

4.4） 浪涌保護器

一層配電室的總配電柜及分配電箱內(nèi)安裝適配的電源浪涌保護器，由于外部防雷裝置的接閃和雷電電磁脈沖的衰減作用，首次雷擊約有50%的雷電能量入地。IEC61312規(guī)定了處于LPZ0A和LPZ0B區(qū)之間的第一級浪涌保護器的放電電流應(yīng)達到1000KA（10/350uS），低壓配電柜中SPD導(dǎo)線應(yīng)平直，其截面積按照規(guī)范要求不應(yīng)過小，各級導(dǎo)線長度不應(yīng)超過0.5m，拐角處應(yīng)成大于90°的圓弧狀。另外，通訊電纜進入機房還宜接入裝有抑制電纜線對橫向、縱向過電壓的SPD限幅裝置，如壓敏電阻器、氣體放電管、熔絲、熱線圈等。對于電子設(shè)備較多的場所，應(yīng)優(yōu)先采用壓敏電阻器，其反應(yīng)時間快（≤25ns）、痛流容量低，因此主要能夠抑制線路中暫態(tài)過電壓的影響。

4.5） 規(guī)范化配線

大樓供電設(shè)備的正常不帶電金屬部分、浪涌保護器的接地端均應(yīng)做保護接地，同軸電纜饋線避雷器接地端子應(yīng)就近引接到室外饋線入口處接地。所有接地線、接地引線、接地匯集線的規(guī)格和截面積均應(yīng)符合規(guī)范的相關(guān)要求，同時盡量減小浪涌保護器引線的長度，合理、整齊排布。

雷擊造成建筑物和電子設(shè)備等損害的原因是多樣的，全面分析雷擊災(zāi)害的產(chǎn)生因素，同時考慮到雷擊事故和電氣事故等多方面成因，全面地、更精細化地和根據(jù)需求及時地進行防護和補充防護，不斷進步完善，是防止和減小雷電災(zāi)害，做好現(xiàn)代防雷工程的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代意義的防雷是一門立體、綜合的學(xué)科，除了依照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對建筑物進行科學(xué)、全面的防護設(shè)計之外，還應(yīng)結(jié)合實際情況，真正實施到每一項具體措施上，把雷擊災(zāi)害的程度降低到最小。