防汛通信防雷技术探讨

□吴 星（河南省防汛通信总站）

1.雷电的成因及危害方式

雷电是因强对流气候而形成的雷雨云层间和云层与大地间强烈瞬间放电现象。当雷云放电时，所产生的电压可高达几万伏至几十万伏，以及幅值为几十至几百KA的强大雷击电流，猛烈的冲击波、高达2万摄氏度的高温、瞬变的电磁场和强烈的电磁辐射等综合物理效应。所以，雷电是一种严重的气象自然灾害。

自然界的雷击主要有直击雷和雷电电磁脉冲（LEMP）两大类。直击雷声光并发，电闪雷鸣，主要产生热效应、机械效应、冲击波效应、火花效应等直接损伤。而雷电感应及雷电电磁脉冲是由于雷雨云的静电感应或放电时的电磁感应以及雷电波辐射作用在建筑物上的金属部件上如管道、钢筋、电源线、信号传输线、天馈线等感应出雷电高电压，通过电源线、信号线、天馈线、电缆等引入室内，造成放电破坏电子设备。雷电感应及雷电电磁脉冲主要通过静电感应、电磁感应、电磁脉冲、雷电反击等方式危害设备和人员。

因此，我们既要防止直击雷，也要防感应雷及雷电电磁脉冲，二者有机结合，才能构成一套完整的综合防雷体系。

2.雷电对河南省防汛通信造成的危害及雷击事故原因分析

2.1 雷电对河南省防汛通信的危害和影响概况

从河南省防汛通信专网建设以来，曾多次发生通信设备遭雷击事件，近些年尤为严重。如2005年7月，河南省防汛通信系统就连续发生多起雷击事故，导致桂李、逍遥、官寨、石漫滩等4个微波站通信设备大量损毁，损失严重，造成驻马店、周口、南阳等多条支线至省通信中断数10h；2000年6月，信阳市、石山口、泼河、鲇鱼山、宿鸭湖通信站等台站的交换机、数字电台、无线报汛设备、遥测设备遭雷击损坏严重，石山口、泼河、宿鸭湖遭雷击的同时，附近的公网交换机及个别移动基站设备也遭雷击而通信中断；1998年沙颍河工程管理局通信站、驻马店、宿鸭湖水库通信站遭强雷电袭击，程控交换机严重损坏，驻马店对宿鸭湖和板桥水库的无线电台，驻马店通信站传真机、彩电和部分电话机也严重损坏，并导致通信一度中断。

以上事例都是短期雷击造成大面积通信设备损坏的严重事故，其他单个通信台站遭受雷击的事例全省范围内几乎年年都有发生。这些雷击无不导致相关的大型水库及重要防洪工程通信中断（包括公共有线网和移动网），使重要汛情信息报不出去，防汛主管部门的指令传不进来，情况不明，指挥不灵，严重危及防汛工作的正常进行，如遇大的险情后果将不堪设想。

2.2 河南省防汛通信设备、设施雷击事故原因分析

这首先与微电子技术的迅猛发展密切相关。随着社会的不断进步，电子技术的发展也是日新月异，这些电子设备越来越小巧、精密，其中使用了大量的半导体集成模块，但因其较电子管及分立元器件的耐过压性能差，使得其更容易受到雷击引入瞬时过电压的破坏。

其次是与通信台站的环境有关。根据统计资料，独立突出的建筑物和水面附近最容易招致雷击。防汛通信系统中广泛使用的无线频段为400MHz、600MHz超短波和1.5GHz-5GHz的微波，从空间传输上讲均属视距通信范畴。因此，为把天线置于一定高度，各通信台站均要有通信铁塔，其高度需超过周围建筑物。同时，大中型水库等水管单位的通信台站往往都在大的水面附近，地势相对平缓。这样，两种利于雷电孽生的条件同时具备，雷闪放电极易在其附近发生。

三是防雷设施不完善，工程措施不到位。据调查，近年雷击损坏设备部位主要是程控交换机和无线电台的终端机部分，无线电台的信道机极少受损。

从河南省防汛通信遭受雷击的情况看，雷电侵入的途径主要是电源线，信号线次之。这与各有关台站的防护措施现状是完全一致的。各站铁塔天馈防雷系统大都比较完善，满足一般防护技术要求，因此，虽然天馈系统位置高而突出，极易遭受雷击，但是因为采取的防护措施比较得力，受到的损害却极少。而对电源线和信号线则大不相同，很少甚至没有采取防护措施。通过对多次事故调查分析，可明显看出这些通信设备被雷击事故都是没有在电源通道上采取防护措施所致。从信号线侵入虽然为数不是很多，其原理与电源线侵入大致相同。

四是缺乏防雷常识，没有采取有效的应急措施。如在工程措施不到位的情况下，及时断开外电源，切断雷电从电源线进入的途径等。

3.防雷原则及措施、经验探讨

3.1 雷电防护的原则

首先，由于雷电发生的范围广，时间和空间存在不确定性等特征，所以雷电防护必须坚持预防为主，以人为本，安全第一的指导方针。

其次，防雷应考虑各种环境因素，宜根据设备所在地区雷电活动规律、雷暴等级、设备的重要性、系统对雷电电磁脉冲的抗扰度等因素分别采用相应的防护措施，进行综合性防治。

第三，防汛通信系统的防雷设计应坚持全面规划、综合治理、优化设计、多重保护、技术先进、经济合理、定期检测、随机维护的原则进行综合设计及维护。系统的防雷与接地，应以机房关键设备为主要保护对象，实施综合防雷措施。

3.2 防雷技术措施探讨

同整个信息行业一样，河南省防汛通信系统发生雷害越来越频繁，造成的损失越来越大，对防汛工作的危害越来越严重。因此，为确保防汛通信畅通，迫使我们不得不采取相应的对策，以有效防止灾害的发生。现代防雷工程强调全方位防护，提倡系统防雷理论，包括完善合理的共用接地系统、直击雷防护措施、等电位连接措施、屏蔽措施、过电压、过电流（SPD）、规范的综合布线措施等。只有采取综合防治措施，才能将雷击损害降低到最低限度。