铁路通信综合防雷系统及其建设要求

张永毅 上海铁路局电务处

雷电的危害一般分为两类，一是雷电直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。这两种危害产生的高电压、大电流可能会经通信系统中的电源、传输通道、接地系统、通信铁塔与建筑物直击雷防护系统，以传导、感应的方式损坏通信及网络设备，造成行车通信系统失效，严重时可能会直接威胁铁路安全。

为了有效的避免这种雷电造成的通信设备损坏，提高通信设备及网络的运行可靠度，就需要为整个通信系统建立起一套完备的雷电综合防护系统（以下简称通信综合防雷），该系统不仅要采取完善的直击雷防护措施，同时应对通信机房内的电源、传输、视频等系统进行可靠有效的感应雷防护，是一个多层次的综合防护体系。

1 通信综合防雷的系统构成及作用

通信综合防雷主要由通信机房外部防雷、内部防雷和共地系统几部分组成。外部防雷主要用于防直击雷，改善通信机房电磁环境条件，防护措施包括通信机房顶安装避雷网（带）、引下线、外部综合接地网等工程；内部防雷主要用于减小和防止雷电流在需防护空间内所产生的电磁效应，防护措施包括等电位连接系统、分区分级分设备安装浪涌保护器、合理布线等工程；共地系统主要是指外部防雷和内部防雷的共用同一个接地装置。通信综合防雷系统图如图1所示。

2 通信综合防雷采用的主要技术

通信综合防雷应采用综合防治的方式，常用的技术有传导、分流、接地、屏蔽、等电位连接等。

2.1 传导

传导是外部防护、防范直接雷击的主要措施。接闪器（避雷针、避雷带和避雷网）将闪电的巨大能量引导入大地，不使它对被保护的对象产生破坏作用。但是在引导闪电入地的导线上要通过巨大雷电电流，会产生感应电磁场，也可能损坏设备。传导技术必须与其他防雷措施综合使用，才能使被保护的设备处于安全状态。

2.2 分流

分流即暂态等电位连接，对于远处落雷产生的雷电电磁脉冲在电力线、电话线、信号线或者这类电缆的金属外套上的感应沿导线入侵的电压波，用浪涌保护器（SPD）分流入地。针对不同的信号电路结构，需要选用不同型号的浪涌保护器（SPD）。

2.3 接地

接地是将雷电流的能量泄放入地，要求接地电阻小，是防雷工作的重点、难点。在通信机房附近要有一个良好的接地系统，保证防雷设施通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保障通信设备和人身安全。另外，防干扰的屏蔽、防静电装置等都需要通过良好的接地系统来解决。

2.4 屏蔽

屏蔽是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，将闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道进行阻栏隔开。

2.5 等电位连接

等电位连接是内部防雷措施中很重要的一部分。将防雷空间内的防雷装置和建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等各种金属物用金属导体连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位，消除因地电位骤然升高而产生的“反击”。

图1 通信综合防雷系统示意图

3 通信综合防雷的实施

前面介绍了通信综合防雷的系统组成及主要技术，在建设通信综合防雷系统时，除了常见的通信机房内、外部防护，对于部分通信机房，还需综合考虑无线铁塔的防雷，只有综合权衡，并按照相关的技术要求才能建成一套行之可行的通信综合防雷系统。

3.1 通信机房外部防护

通信机房外部防护主要是根据"法拉第"均压原理，将通信机房设计成一个屏蔽笼式结构，并提供一个综合接地网以保证楼层内各点电位分布均匀，改善通信设备所处场地机房电磁环境条件，为电子设备提供耐冲击过电压和抗电磁干扰的运行环境。通信机房整体外部防护措施包括通信机房顶安装避雷网、带；引下线；综合地网；无线铁塔地线及与综合地网的连接等技术，整体防护示意图如图2所示。

图2 通信机房外部整体防护示意图

3.2 通信机房内部防护

内部防护主要用于减小和防止雷电流在需防护空间内所产生的电磁感应，内部防护措施包括接地及等电位连接、加装浪涌保护器(SPD)防护、线缆屏蔽以及电源防雷等防护项目。整体防护示意图如图3所示。

图3 接地汇集线及等电位连接的连接示意图

3.2.1 接地汇集线及等电位连接

接地汇集线主要是指设置于通信机房内的接地连接线（排），主要有通信设备接地汇集线、电源防雷箱接地汇集线、机房屏蔽接地汇集线。

等电位连接是指各接地汇集线采用2×25mm2多股绝缘阻燃铜导线单点冗余连接到综合接地网上。

3.2.2 加装浪涌保护器(SPD)防护

浪涌保护器是电子设备雷电防护中不可缺少的一种装置，过去常称为“避雷器”或“过电压保护器”。其作用是把窜入电力线、通信传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏。通信机房内各种通道SPD的安装主要以下几个原则：

（1）室内数据传输线长度在50 m-100 m时，可在通信机房设备接口处设置浪涌保护器；大于100 m时，宜在两端设备接口处设置浪涌保护器。

（2）根据通信机房实际雷害状况可选择在下列接口处安装SPD。例如室外引入的PCM电缆、2 Mbps信号线和远端机房引入的信号电缆，可在DDF架的相应端口安装SPD；综合通信楼内的网管系统中，可对楼外引入的网络线、控制线，两端加装SPD保护；环境监控和视频监控系统中，当楼外的监控点不在联合地网范围内或摄像机远离监控中心时，可分别在信号（控制、视频）线路及电源线路两端安装SPD。

3.2.3 线缆屏蔽

线缆屏蔽是对引入通信机房的电缆金属屏蔽层采用16 mm2的多芯铜导线与室外接地汇流排可靠连接，从而将沿电缆屏蔽层上感应的雷电流直接泄放入地。铠装电缆在接入设备时其电缆屏蔽层和设备防雷地可靠连接。对铁塔引入机房的馈线在进入机房时不管铁塔上的屏蔽层在铁塔上做了几次接地，在进入机房时，都必须在进入机房馈线处0.5 m-1 m处将馈线金属屏蔽外层用馈线夹接至室外接地汇集排上，并将馈线夹进行防水处理。

3.2.4 电源防雷

雷电电磁脉冲由工频电源馈线侵入是防护重点，电源系统应采用多级防护，最终将过电压降到设备能承受的水平。主要有以下防护要求：

（1）外电网引入通信机房一般有主、备用两路电源，应全部纳入防雷。

（2）采用多级防护原则。第1级防护设在户外交流电源馈线引入处（配电盘），在通信机房设立电源防雷箱属于第2级防护，在通信开关电源柜设立第三级防护。

（3）电源防雷箱应具有故障声光报警、雷电计数和状态显示（三相电源每一相线均有状态显示）等功能。

3.3 无线铁塔的防雷

无线铁塔的防雷主要包括基础地网、辅助地网、无线铁塔地网及与综合地网的连接、天馈线的室外防护、天馈线的室内防护等部分。

3.3.1 基础地网

当天线铁塔座落在机房旁边时，其地网面积应延伸到塔基四脚外1.5 m以远的范围，网格尺寸应不大于3 m×3 m，其周边为封闭式。同时，还应利用塔基地桩内2根以上主钢筋作垂直接地体，与地网焊接连通。

3.3.2 辅助地网

当地网的接地电阻值达不到要求时，可适当扩大地网的面积，即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔3 m-5 m相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置辐射式接地体，延伸接地体的长度宜限制在10 m-30 m以内。环形接地装置的周边可根据地形、地理状况决定其形状。

3.3.3 无线铁塔地网及与综合地网的连接

当无线铁塔距离通信机房小于20 m时，需要将铁塔的环形地网与通信机房综合接地网连成一体，连接线的中点加用设垂直接地体。

3.3.4 天馈线的室外防护

铁塔上架设的馈线及其他同轴电缆金属外护层应分别在天线处、离塔处以及机房入口处外侧就近接地（天线处、离塔处工艺做法为从馈线的地线卡子引出线就近接引至铁塔避雷针接地扁钢，应确保接地卡子与天馈线连接处防水、防渗漏良好）；当馈线及其他同轴电缆长度大于60 m时，在铁塔中部增加一个接地点，接地连接线应采用截面积不小于10 mm2的多股铜线。

3.3.5 天馈线的室内防护

天馈线在室内接入电台时，应加装天馈线浪涌保护器，并且将浪涌保护器的防雷地线接到综合接地汇流排。

4 结束语

通信综合防雷是一个复杂的系统问题，不可能依靠一、二种先进的防雷设备或防雷措施就能完全消除雷击造成的各种过电压、过电流问题，必须针对雷害入侵途径，对各种可能产生雷击的因素进行排除，并采用综合防治的手段，同时必须进行严格认真的日常维护及整修作业，使通信综合防雷系统处于较好的工作状态，才能将雷害减少到最低限度。