通信电源设备的雷电过电压防护和接地措施

施秀文

（中国铁塔温州市分公司,浙江 温州 325000）

0 引 言

目前，我国经济发展迅速，从而导致对电力需求不断增加，而通信电源设备是保持电力正常运行的关键设备之一，同时相关部门也对通信电源设备雷电过电压防护和接地措施颁布了相关的法律法规，明确指出电源设备中防雷地线等保护设备的安装需要符合国家标准，按照相关规定进行规范施工，从而提高防雷效果[1,2]。由于电力设备周围环境相对复杂，容易受到雷电灾害的影响，从而给人们和通信电力设备造成损害。其中，危害最高造成破坏最为严重的就是直击雷和感应雷，根据相关的调查显示，这些雷电影响的范围十分广阔，也容易给国家造成大量的财产损失，因此相关工作人员要重视防雷工作，防止雷电给电力系统造成的损失[3]。

1 雷电对通信电源设备破坏的途径

目前，我国大多数通信站都会选择在海拔较高的山上，从而能够有效增强信号覆盖的程度，提升信号覆盖率，更好地满足人们的通信需求。而通信站建设的地方人烟相对稀少，环境相对空旷，并且相关的施工人员会利用架空的方式进行电线安装，这些都会引起雷电给通信设备造成破坏。通常情况下，通信塔都会安装避雷装置，从而提升通信电源设备的引雷效果[4]。自然界中常见的雷电破坏类型主要有直击雷破坏和感应雷破坏两种，根据雷击类型的不同所造成的后果也不同，从而需分别建立有效的防雷措施。

2 雷电对通信电源设备的危害评价

2.1 雷电对通信电源的损坏

雷电对通信电源的损害主要表现在以下两个方面。一方面，雷电自身具有较强的电流，电源与其接触时会瞬间造成损坏，从而导致电能设备出现损坏。而当雷电击中建筑物的避雷设备或者接闪器的时候，在这种巨大的电流影响下内部电压会急剧上升，产生巨大的冲击，促使电流出现出扩散的现象。另一方面，根据雷电电流产生强度分为一类、二类、三类，强度分别为200 kA，10/360S、150 kA，10/350S、100 kA，10/350S[5]。当最强的第一类电流出现时，电源会承担一半的电流，剩余电流则由其他部分线路承担，每条线路大约承担1/4的电流，大约为25 kA，这其中的一半电流最后通信网络和地线进行承担，由此可见通信电源需要加强防雷保护措施。

2.2 雷电对相关电子设备的危害

当出现雷击现象时，雷电能够提高电子设备的电流强度，从而产生巨大的破坏力，而电子设备接触到这样的电流时会对电子设备中元件产生破坏，同时这些电流进入地面时会产生磁场，对相关的电气元件产生影响[6]。

3 通信电源设备防雷设计的思路

通信电源设备防雷设计的思路是根据电源设备用电原理进行的，通信电源设备系统输出电源为交流电，一般会采用交流输入端口对电流进行输出，端口电流都能够达到20 kA，从而达到国家规定的标准[7]。同时，国家对于电气接口的防雷技术提出较高的要求，如当通信电源设备进行防雷检测时需要防雷装置在不通电的情况进行雷击模拟，从而达到防雷的效果，但是这种方法难以在雷电对电气设备冲击时进行防雷检测，从而导致其不够完善。

4 通信电源设备防雷和接地的具体措施

4.1 对于直击雷的保护措施

目前，我国常见直击雷的保护方式是利用接闪器、引下线以及接地设施组成保护系统。其中引下线的作用是将接闪器中雷电电流安全引入地下，需要注意的是引下线需要安装两根以上，并且沿着建筑的周围进行均匀布置，同时引下线的之间距离不得小于18 m。但重要的通信建筑和高度在100层以上的通信大楼设置引下线时，引下线之间的距离不能大于12 m[8]。引下线进行连接时需要采用焊接的方式，与各层均匀的进行压环焊接，通常选用10 mm的圆钢或者相同面积的扁钢作为材料。利用多根引下线的方式不仅能够提高防雷设备的稳定性，而且同时能够分流，从而降低不同引下线的电流压力，降低雷击的风险性[9]。此外，多根引下线的方式也能够让雷电电流均匀地引入地下，促使电流雷击产生磁场在其引导下相互抵抗，从而达到电位平衡的目的。引雷装置结构如图1所示。

图1 引雷装置结构图

接地设施是指在土壤层中安装防雷设备，起到疏散电流的作用。接地设备需要材料有钢管、角管以及扁钢等，而钢管的尺寸直径一般不会＞50 mm，厚度不会＞3.5 mm，角钢的尺寸一般为50 mm×50 mm×5 mm，扁钢的尺寸一般为50 mm×4 mm。在整个接地设备使用过程中，需要将不同的接地设备连接成为地接网，形成环形的接地网，而引下线需要连接到接地设备周围，这种连接方式能够有效对雷电电流进行分流，保持内部电位平衡。垂直的接地装置一般长度在1.5～2.5 m，深度在0.8 m左右，电极之间的间隔一般在5 m左右，水平接地装置埋藏的深度在1 m左右，而建筑物向外引申的长度一般不会超过50 m。对于框架结构的通信站会利用钢筋作为接地装置，接地网需要采用闭合环状进行连接，当接地网出现无法闭合的情况时接地线的长度出现偏差，粗细也会不均匀，同时电感的分布和导线电阻的情况也会不一样，当出现雷电袭击时不同接地点到电源设备的电位也会不同，从而形成电位差。电压值与地线高度的关系如图2所示。

图2 电压值与地线高度的关系图

接地电阻是指电气设备对地电压和接地电流比例，当接地电阻的数值变得越小时说明防雷电的效果越好，但是不超过国家的规定。

4.2 对于感应雷的防护措施

感应雷电与直击雷电关系十分紧密，但两者之间又会存在不同之处。感应雷电会通过感应方式进入电源设备中，对于电源设备的导体产生重要的影响，从而造成危害，使得通信电源设备无法正常使用。目前为止，感应雷电造成危害的方式有静电感应和电磁感应两种。静电感应是指雷电云层中储藏大量的电荷，通过导体会对自身感应系统产生相反的电荷，当雷电云感应产生的电荷超出电源设备的承受能力时会产生明显的雷击现象，而雷电云层中电荷也会进行释放[10]。在这个过程中，导体会感应出相反的电荷情况并进行释放，从而导致电流在导体产生巨大脉冲，而脉冲也会对设备的元件产生损害。通常静电感应会比电磁感应产生的危害更为严重，破坏力也会更为巨大，因此相关部门进行雷电防护工作时要充分重视感应雷的防范措施，根据不同要求进行严控控制和调整，在实际工作中提高电源设备的抗雷电能力，促使设备能够稳定运行。

4.3 电源避雷装置的安装方法

第一，在电源避雷装置施工时，相关的施工人员要按照国家规定进行安装，确保接地线和接地设备之间能够有效进行连接。同时也要对接地网中直流电阻值进行测量，确保测量的数值能够达到规定的数值，防雷系统中的接地装置也需要分开安装，防止出现回流情况。防雷接地电源线不需要过长，尽量保持接地线较短和截面较大的情况，防止出现防雷系统电压过高，导致防雷系统失去保护措施。第二，接地导线装置要避免出现回路情况，当接地线的直径较大，传输距离会变的较短，能够降低回路的直流电阻，有效释放感应电流。第三，在安装电源防雷设备连接端子时要保持导线达到20 mm2以上，安装避雷器时引线需要采取10 mm2以上的多股铜导线。第四，在电源避雷装置安装接地回路的接地引线时需要采用10 mm2以上的铜导线，在安装电源避雷装置接地回路时需要使用25 mm2以上的铜导线。第五，在安装接地引线时，当地引线实际长度超过每超过标准1 m都需要增加地引线横截面积，并且保持接地线平直、整齐。

5 在施工、维护工作中需要注意的问题

在雷电防护装置安装、维护工作中需要注意以下几个问题。第一，需要相关人员重视通信机房电路并设立相关的屏蔽保护的措施，确保能够安全进入通信机房。第二，加强对直流防雷器控制，从而提升通信设备电压承载能力。第三，由于导线装置产生的残余电压会对电源的防雷能力和效果产生影响，因此需要控制残留电压，按照严格规定进行安装。第四，利用多级分布方式减少残余电流的产生，并且电源线长度不得小于15 m，但过长会影响装置的控制能力[11]。第五，利用梯层分布的方式进行导线连接，其连接线长度不得小15 m。第六，安装具有远程监控的防雷装置，从而达到监测、控制的目的，能够确保通信电源设备在无人看守的情况下掌握防雷情况，同时也能够提高防雷装置的保护效果，实现全天防雷监测，确保通信电源设备正常运行。第七，增加交流电和直流电的避雷装置，降低雷击情况出现时给通信电源设备造成的损失。

6 结 论

随着我国电力通信规模不断扩大，人们对电力通信需求也在不断增加，因此需要在日常运行需要注意防雷问题，提高电力通信设备的防雷电能力，并且合理对防雷装置进行施工，结合当地的雷电情况进行设计和安装，从而确保通信电源能够平稳运行。