通信电源及其电子设备的防雷技术研究

陈若男，李 智，王福安，冯妍妍

（国家电网郑州供电公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

在科学技术飞速发展的背景下，多个行业开始对电子信息技术和电子设备加以利用，有效提升了工作效率，然而电子设备和计算机网络系统具有特殊性，受到弱电设备的干扰情况较多，加之耐电压水平偏低，因此容易受到雷电感应的影响，甚至导致电子设备受到破坏。如今诸多电气设备的利用及室外电线常年暴露等问题容易加大雷击发生概率，严重威胁人们生命和财产安全，所以显示器需要积极探索防雷技术的利用，以下对相关内容进行分析。

1 雷电对通信电源和电子设备的影响

雷电产生大量电能与物体直接接触后会导致物体产生强大的瞬间电流并转化为机械能，进而对物体造成严重破坏。由于电源通常采取交流电网供电方法，因此更容易受到破坏。通常来讲，通信电源具有良好的耐过压能力，当瞬间电压超出3 000 V必须安装避雷器，如果未超过该范围，那么电源自身可以承受电流，确保设备处于安全使用状态[1]。

雷电发生后会影响电磁脉冲雷场附近线路，可能出现瞬态浪涌高电压，然后通过电子设备中的电力传输线、天线馈线以及信号线等连接电路到达电子设备内部，进而破坏电子设备，通过接闪器雷电能量会传输到大地。由于雷电产生的电流较大，会导致接闪器引下线及地面产生大量电压，并在电流周边形成变化磁场，之后磁场内部的导体感应产生大量电动势，一旦防雷装置与电子设备绝缘距离不足或者接地不良将会导致反击发电，进而破坏电子设备。

2 雷电防护的基本原则

2.1 系统防护原则

对于通信设备的防雷来说是一个系统工程，涵盖外部防雷系统及内部防雷系统，二者为有机统一整体。其中，外部防雷的主要作用是防直击雷，组成部分包括引下线、接闪器以及接地装置。对于内部防雷来说，主要组成部分包括防反击、防雷电感应、防雷电波侵入，其主要价值在于外部防雷系统之外的附加措施。通过以上方法可以降低雷电流，在防雷空间内产生的电磁效应起到避免雷电破坏机房电气设备或者电子设备的作用，而外部房地系统无法保证该效果。整体雷电防护原则如下，需要将多数雷电流经过避雷针传输到地下，达到泄流效果，之后阻塞沿着电源线或者数据线信号线传入电压波，最后导致被保护设备上的浪涌过压幅值受到限制[2,3]。

2.2 概率防护原则

一方面，雷电放电具有随机性特点。雷电参数自身具有统计性质，所以在具有统计特征的雷电参数基础上采取的防护措施不能达到100%保护的效果，如直击雷的绕击特性、雷电流幅值、波形。另一方面，防雷器件不能有效消除全部干扰电压或者电流，采取保护措施的主要是由于干扰导致的大部分能量不会扩散到装置易损部位，不会对工作人员造成威胁。此外，防雷装置不能对雷闪的形成产生阻止作用。

2.3 多级防护原则

根据防雷器的划分原则制定多级防护原则，主要用于电力系统防雷，效果较好。具体说来，从0级保护区到较内层保护区需要采取分级保护方法，电源系统可分为I～IV级保护，可以将过电压降至设备能承受的水平。信息系统主要分为粗保护和精细保护，其中精细保护选择要根据电子设备的敏感度，而粗保护量级主要根据所属保护区的级别而定[4]。

3 通信电源防雷技术的保护

3.1 一级防雷技术保护

采用一级防雷保护措施主要是避免雷电击中架空线路或者电流随着架空线路继续破坏室内装备，一般为了降低雷电电流需要利用25 kA标秤电线，以此吸收从架空线路前端进入的雷电高压脉冲，进而避免通信设备产生瞬间高压脉冲破坏整个配电系统。一级保护是防雷系统中的总保护，可以确保通信配电系统的安全运行，最大程度降低受到雷电攻击的可能[5]。

3.2 二级防雷技术保护

针对配电系统内部采取二级防雷措施，主要是利用一台三相电源防雷器，将其安装到配电系统电源柜内部，然后使用20 kA标成电线吸收配电箱的出现的高压脉冲，雷电脉冲感应内部过高电压，以此确保配电系统设备安全运行。

3.3 三级防雷技术保护

该技术主要针对直流电源系统，可以将直流电源防雷器安装到直流电源柜中，之后利用10 kA标秤电线吸收雷电电压脉冲，产生瞬间高压脉冲能够降低分配电前端电流经过时的电压强度，使分配系统不超过安全电压[6]。

4 如何在通信系统中利用防雷技术

4.1 电源系统的防雷

有研究发现，电子设备受到的雷击中80%在于雷电波入侵电源，由此凸显出电源线路的防雷作用。一般以电源防雷器作为电源线路的防雷装置，不同性质的电源防雷器的作用不同，主要性能指标包括通流容量、钳位电压以及响应时间。电源防雷器工作原理就是在电子设备遭雷击的过程中将瞬间雷电波钳放置到安全电压表上，之后采取分级防护的方法，在配电线路上设置二级至三级电源防雷器，使得电流不超过10 kA，由此避免通信电源被破坏，达到保护电子设备的作用。

4.2 光纤的防雷

进入机房的光缆将光缆金属加强筋，在机房内部可靠连接到机房保护接地排上，光纤在外部暴露空间架空走线，所以光线内部的基础加强筋能够感应高强度雷击过电压。如果未能对加强筋进行接地处理，那么可能会在雷击过程中绝缘击穿接地物体，并瞬间产生高温，甚至会融化光纤[7]。

4.3 天馈和信号的防雷

为了达到信号或者信息传递目标，通信系统必须和外界的线路连接，其中包括电话线及天馈线。这些从外部接收的信号或者发射信号接口都有受到雷电浪涌冲击的可能，需要安装防雷器进而泄放感应雷电流设计等电位，其中包括通信信号电路、天馈电路以及控制信号电路，并且信号的两侧都需要安装天馈防雷器和信号防雷器。

4.4 接地电阻

设备接地的路径如下，从设备接地线触发依次连接接地、排接地总线，之后与引入线接地体连接，最终实现设备连接大地。从防雷角度讲，不管是机房接地还是设备内部接地，在设计环节都需要保证等电位连接效果[8]。

5 电子设备防雷措施

5.1 精密仪器分级保护

一方面是根据国家规定的电信电源防雷保护采取三级保护制度，另一方面是设备分级保护，也就是保护通信电源系统。通过最初布置防雷设备达到这一目标，并且形成更加精细的保护监控系统。由于监控系统承担防雷设备安全和电源设备安全，需要采取更加细致的保护措施，根据电子设备敏感情况合理确定保护等级，对精密仪器的工作和质量有着更高要求。通信系统为最终保护对象，在整个系统中必须关注设备的安全性，使其发挥出良好的防雷功能，避免精密仪器受雷击后失去保护作用，造成经济损失[9]。

5.2 合理选择电源防雷设备

通信电源防雷设备在不同环境及功能强度需求不同时存在差异。通信设备中所用的防雷设备可在短时间内释放雷电感应，产生冲击能量传输到地面，进而减少不同设备结构的电位差，保护电路设备。电源系统防雷装置如图1所示，进行防雷设备的安装主要考虑如何保护设备，避免对通信造成影响。受雷电影响，电气设备和高压设备之间放电，要求根据当地气候条件及通信电源和电子设备精度合理选择不同标准的防雷设备，通常通信电源为普通电源避雷器，为了节约成本，在满足使用要求的前提下要选择高一等级的产品。

图1 电源系统防雷装置

5.3 定期检测防雷器

在日常工作中需要检查防雷设施及动力避雷器的工作状态。由于雷击引起的高压电流传输到地面，通过引导的形式可以避免雷击风险，然而防雷设备受多次雷击后会出现老化情况，所以一般防雷设施的使用寿命较短。在测试过程中，技术人员需要密切关注避雷器指示灯的工作状态，在雷雨天气下工作人员如果发现指示灯不正常闪烁说明避雷器存在故障，该情况下要及时采取紧急措施，有效采取通信电源保护的多级技术做好防备工作[10]。非雷雨天气下同样要定期检查避雷设备运行情况，在晴好天气下完成设备的检修或者更换工作。电力避雷器能够保护通信电源，降低高强度电流。为了提升避雷器的监测效果，技术人员通常利用中位数50作为避雷显示器的目标值，如果数值超过中间值则说明电流偏大，需要采取相关措施解决。防雷器检测如图2所示。

图2 防雷器检测

6 结 论

防雷工程在建筑行业、通信工程中受到高度关注，防雷技术的研究也在不断深入。通信电源和电子设备的合理技术具有综合性特点和专业性特征，而通信电源和电子设备防雷技术作为一门全新技术，需要投入大量人力物力和财力才能有效避免通信电源和电子设备不受到雷击，有效保障群众的生命财产安全，促进社会和谐发展。当前我国防雷技术的研究逐渐深入，在实际应用中不断完善，今后需要继续加强相关技术研发，以此促进社会的健康发展。