台站机房防雷保护策略

姜斌

摘 要：为提高机房防雷保护能力，确保设备稳定运行，通过分析雷击原因，总结防雷策略及措施，得出了台站机房雷电防护的工作要点。民航通信、导航台站大多设置在较为空旷的地带或山顶地带，容易遭遇雷击。通过对台站机房防雷保护进行介绍，总结出机房防雷的方法，以期为台站机房雷电防护提供参考。

关键词：通信导航系统；台站机房；防雷保护；雷电电磁脉冲

中图分类号：TM865 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.16.155

随着国内民用航空业务的飞速发展，飞行量连续、快速增长，设备运行风险也不断增加，安全风险的防控需要不断加强。而雷电危害是通信行业普遍存在的问题，对于处于高山的通信站，雷击的问题更为突出。据统计，雷击，尤其是感应雷击是破坏用电设备的主要因素。雷电是自然界的天气现象，目前尚没有办法消除和阻止雷击放电，危害最大的是对大地的放电。通信、导航、雷达和网络普遍受到雷击损害。雷电流和雷电电磁脉冲（LEMP）是伴随存在的，在一定条件下可以互相转换。雷电流和LEMP是雷击产生危害的根本原因。正确选择通信导航系统设备的放置、屏蔽及可靠接地等方式，将对提高通信导航系统的抗雷能力，优化系统的防雷水平将起到良好的作用。

1 雷电危害原因分析

通信导航设备遭遇的雷击通常是多方面的，雷电通过设备室外单元接闪后，巨大的雷电流直接或通过进入台站机房的馈线、供电线路和信号线等感应到设备上。雷电流对通信导航设备造成损坏的主要途径有以下几个：①直击雷危害。强雷电流通过台站建筑物金属体与机房内设备金属体的电气连接（接触）直接流入设备内部，造成设备损坏。②雷电击中进入台站机房的供电线路和信号线。雷电流的电动力产生机械损害，雷电流在导体上的电阻热、局部雷电流通过电阻耦合或电感耦合产生过电压都可能会产生火灾，雷击电磁脉冲产生过电压，使电子系统损坏或失效。③雷电击中机房和入户线路的邻近区域。主要是因为LEMP的雷电流或感应电流对设备造成危害。④天线馈线引入雷电危害。雷电击中设备天线或铁塔时，雷电流将直接损坏设备。

2 机房防直击雷处理方法及存在的问题

机房防直击雷的具体做法有2种：①采用传统富兰克林避雷针固定在建筑高处。避雷针金属基座与建筑物钢结构连接在一起，利用整个建筑物钢结构做雷电流引下线，将从避雷针接闪的雷电流引入地面。专门引下线导体电阻、电感与整个建筑物的钢结构相比要大得多，无论是计算，还是实际验证，都证明这种专门引下线对雷电流的分流效果甚微，几乎所有的雷电流仍从建筑物钢结构下地网。这种避雷针很容易吸引雷电，增加雷电打在建筑物上的概率。②直接在建筑物上敷设避雷带。避雷带与建筑物钢结构相连。这种方法不主动引雷，而击中避雷带的雷电流也利用建筑物钢结构引下地面。

任何电器设备都存在绝缘与接地两方面的具体要求。从防雷最基本思想来说，绝缘应具有高度绝缘性，接地应具有良好接地性。但在实际中经常遇到在设备和线槽的绝缘和接地处理方面比较混乱。一个普遍现象是通信设备除了通过接地端子和地线排与地网有电气连接外，还可能通过设备外壳和固定支撑架与钢结构有电气连接。可以说，在一定程度上导致内部设备和缆线成为直击雷电流下地的分支通路，很容易对一些电路板造成损害，从而导致整个系统瘫痪。

3 设备防雷策略

设备雷击保护系统的构成要素有接闪器、房屋避雷带、引下线和接地系统，提高隔离、等电位处理等方面能力，各要素共同作用来驱散雷击能量。

3.1 隔离

理想的防护应将受保护目标封闭在一个完善导电的适当厚度的接地的连续的屏蔽体内，且进入建筑物的进入点处和屏蔽体之间应提供足够的等电位连接。因而，能阻止雷击电流和有关电磁场穿透受保护目标，并能阻止电流的热效应和电动效应损害，也能阻止火花和过压对电气及电子系统的险情。对机房内的进线、出线孔处采用截止波导装置，也可用密闭金属线槽和线管对布线进行屏蔽。

3.2 LEMP要对浪涌和辐射的电磁场进行防护

LEMP要对由雷电流和感应电流形成的浪涌和辐射的电磁场进行防护。合理布线，设备放置在电磁场强度最弱的地方；加装SPD，设备之间等电位连接和接地，并拆除冗余的任何金属管线。但防护只能达到接近理想状态。因为在实践中，建筑物和公共设施不可能完全封闭在连续的或足够厚度的屏蔽体内。在实际中，具体问题需具体分析。

3.3 均电压等电位处理

对于台站内有可能遭受雷击破坏的设备而言，实现防雷的根本手段是通过全部金属物的接地实现等电位连接，即能直接接地的全部直接接地，不能直接接地的（电源线路、信号线路等），可通过避雷器来实现等电位连接。

4 设备接地系统

在整个防雷系统中，接地系统是基础。只有在符合规范要求的地网基础上，才能保证其他防雷措施最充分地发挥作用。基本的接地方式有星状结构和网状结构。最常用的是内部星状隔离连接网，它是指一个系统内各个机架都引地线到机架的总地排式接地带上。而机柜外壳对建筑物钢结构必须保证隔离、绝缘，机架之间不再建立其他的接地连接通道。

5 结束语

雷电对通信导航设备的危害是多方面的。本文主要对台站机房设备雷击原因、防雷策略及措施进行了总结，目的是提供系统性的方法，来最大限度地降低由雷击、电涌、静电放电、电源失效可能导致的人身伤害，电磁干扰和对设施设备的损坏。设备维护人员应该有针对性地做好设备维护工作，从人、机、环、管等方面展开工作，认真梳理，排查台站机房各环节中是否存在防雷隐患，对防雷设计进行全面、深入的研究，保证台站机房防雷设施的可靠性和有效性，确保设备的正常、稳定运行。

〔编辑：刘晓芳〕