防雷措施

一、避雷针防雷

1752年富兰克林发明了*一根避雷针，当时认为避雷针在雷雨云的感应下，产生放电，能中和雷雨云中所带的电荷，从而避免雷击，而经过多次实验表明，避雷针在雷雨云的电场作用下，所释放的电量一般只有几个微安到几十个微安，而一次中等的雷电能释放大约25-30库仑的电量，相当于几千根避雷针在几十分钟内放电的总电量，从而指出，避雷针在雷暴期间放电电流太小了，它的作用是把闪电引向自身，并沿着它流入大地。而避雷针所产生的二次效应，即感应过电压和反击过电压，避雷针本身无法解决。传统的阀式避雷器，真空放电管等，也已不适应现代通信设备的避雷要求，已停用。氧化锌避雷器由于导通性能好，导通时间快而被广泛应用，但它的残压较高对高速率或精密设备仍难以胜任防雷需要。例如：当di/dt=100KA/2.6μs时避雷针的二次雷击效应在附近平行导线上产生的感应电压：

Vj=0.2［λn(1000/a-1/2］*di/dt×10-6

式中a为避雷针至平行导线的距离

经计算平行导线感应电压与距离a的关系为：

 a(m)        5      10     100    200    300    400    500   600

 Vj(KV/m)   36.9  31.6    13.9   8.5    5.4     3.2   1.49  0.08

通过避雷针的雷电生的高电位反击效应：

Vx=L0H(di/dt)+ir+iR

r为测试点至接地体的电阻      i通过引下线的雷电流100KA

L0为引下线单位长度电感    L0= (1.67μH/m)

H为测试点距大地的高度，取H=10      R为接地电阻

当r=0,R=10Ω时，Vx=1.6MV

当r=0,R=0Ω时，Vx=0.6MV

   从以上情况看，避雷针局限性集中反映在di/dt上，如想法减少di/dt时，即减少△i，增加dt值，都会使避雷的效果提高。目前，常用的避雷针有几种基本形式，一是传统的避雷针，主要是吸引雷电流，通过良好的接地将雷电流传导到地，来保护特定目标。二是提早电流发射终端，它的曲率半径较大，有更强的积累电荷的能力，由于这个积累，它将在更远的距离内击穿空气发射电流，因此更易于与雷击的步进先导放电接通，拦截了附近目标的雷击，如接闪器就是利用这个道理。三是电子流延缓发射装置，它的曲率半径小，积累电荷很少时就会放电，放散电荷形成电晕，降低目标顶端电势，避免或延缓离子化通道的形成，减少雷击的几率。还有根据阻抗限流和箱位分流原理开发的避雷针。避雷的关键是引雷入地，入地好就可以减少或避免雷击，引雷入地传统的方法用扁铁引雷入地，也有的用铜线引雷入地，还有的用引线电缆引雷入地，这是较好的方法，同轴电缆特性阻抗低，使雷电流直接入地，同时有两层屏蔽，大大减少了雷电的感应电压，保护了特定防雷目标。

微波通信天线比较高，馈线较长，馈线接地良好是避雷的良好措施之一，因此要求馈线在天线端、中间、进机房前采取三处接地处理，馈线较长的可在中间增加接地点，保证接地良好，以进行多级防护。

目前，有些厂家为满足现代化设备的防雷需要，研究开发了新型避雷针装置，如中光的ZGZ繁列、ZGU系列，易事达接闪器和引线电缆装置等。

二、接地电阻的降低

在传统的接地工程中，通常使用扁铁、铜棒等作接地材料，山区沙石或高阻土壤使用时，需加入食盐、木炭等，后发展为化学降阻剂以及非金属接地模块，均使接地电阻有所降低。

1、非金属接地模块具有较强的保湿性，吸湿性，充分发挥了接地体中电解质的导电作用，增大了接地体和土壤的接触面积，从而增大了接地体本身的散流面积，减少了接地体和土壤的接触电阻。

2、化学降阻剂是普遍使用的一种接地材料，接地电阻降低效果比较显著。因化学降阻剂中，主要合成高分子材料占5-8%，电解质物质占8-9%，水成份占80%左右，所以它的粘度较低，凝固前渗透性*，在灌到接地体坑内，几分钟就可以通过沙石缝向土壤深层渗透。凝固后，它紧紧包裹在接地体周围，并与土壤紧密连接，形成一个较大的导电体，且导电体在大地中出现树枝状的延伸体，产生树枝效应，这样就可以大大降低接地电极与土壤表面的接触电阻，起到降阻的功效。

使用了化学降阻剂增大了接地极尺寸，降低了接地电阻值： R=(ρ/2πL)〔λn(L2/dh)+K〕

式中 ρ为土壤的电阻率    L为水平接地体的总长度H为水平接地体的埋设深度

D为水平接地体的直径或等效直径K为水平接地体的形状系数(一般在0-8之间)

显然对于一定土质P值是一定的，因而要降低接地电阻值就只能增大电极的几何尺寸，化学降阻剂总成份是电解质水溶液，渗透率较强，当凝固后，与金属接地体紧密连在一起，相当加大了电极尺寸，再加上其树枝效应，使接地体体积大大增大，从而降低了接地电阻数值。如二七微波站在地线改造中，对旧坑进行了改造，更换了化学降阻剂，又增了新坑2个，使用化学降阻剂近2000公斤，增加接地体长度560M左右。经过地线改造后，接地电阻有明显改善，原来测试接地电阻20多欧姆，现能降到10Ω以下，个别地方降到2Ω左右。

3、地线形成封闭的闭合环路

正确的连接和接地可有效的防止地电位的变化，对通信设备造成危害。所谓连接就是将设备所有电气和金属物体连接起来，使其电位一致。这种连接就叫等电位连接，起到均衡电位的作用，即雷电发生时，通过连接，使设备之间电位等值变化，防止了因设备之间电位大小不一致，对人体和设备的危害。所谓接地就是将设备连接在一起，通过接地体与大地相通，随时将雷电流泄放入地，确保设备和人身的安全。玛斯特公司推荐采用单点接地电位基准，我们通信单位也是这样做的。所谓单点接地电位基准就是所有站内设备接地点在一点上，即所有站内设备取单一接地点的电位作为电位基准，且仅取自一点。如图所示：

外部埋设均衡环

所有站内设备都连接到接地母线上，每一机架用一根接地直接连接到母线上，雷电发生时，跨越通信设备的跨步电压仍然会有，但由于所有设备外壳电位取自一点，设备之间不存在电位差，从而避免损坏设备。

地线的埋设要形成一个闭合的封闭环路，可以使电位均衡，不存在电位差，可以避免设备和人身遭受雷击。

三、电源线路的避雷

雷鸣电闪，用肉眼观察，雷电只是瞬间一闪，实际上它是由一系列的放电过程组成的，放电约1/1000秒，停止约2/100秒，再放电，再停止……，此脉冲一直持续到电位差不足以再维持其放电。雷击时的通断作用在雷击点产生感生电流，也叫雷电冲击波。供电线路是地球表面分布，金属材料多的线路之一，大量供电线路仍以架空为主体，雷电冲击波容易从供电线路侵入，并破坏电源设备，甚至损坏通信系统。根据我省雷害事故的统计分析，在雷害事故中约60%以上是因供电线路防雷效果差而引入雷击的，因而供电线路防雷是整个系统防雷的关键之一，从27微波站几次雷击情况看，也是供电线路引起雷击造成断相保护部分电源配电设备损坏。

高压输电线路虽有高压避雷器(阀型避雷器)但由于动作慢(动作时间是微秒级)残压高，该特性会引起低压输电线路过电压，也就是暂太过电压(浪涌电压)可以采用分阶层安装浪涌控制设备，首先在主进线上安装一个高容量浪涌抑制器，再在主配电盘负载侧安装浪涌抑制器，抑制外来的浪涌电压，考虑到云对云的放电也能在内部线路感应产生暂态过电压，再增加一级浪涌抑制器，为了保护敏感的大规模集成电路设备，可在负荷侧再加一组浪涌抑制器。

   现在各厂生产的避雷设备较多，如中光公司的EGB1电源系列电子避雷器，易事达的并联浪涌抑制器，玛斯特公司的浪涌抑制器，DK公司的系列电源避雷箱等。易事达还生产一种串联式浪涌抑制滤波器，它带有高能钳位器件和特别的滤波电路，也是当今较先进的浪涌衰减技术。(但价格较昂贵)。目前，经常使用的电源浪涌防护产品一般为金属氧化物压敏电阻材料，它的特点是一旦电压超过了箝位电压时，它立即进入箝位状态，限制了电压升高，从而保护了设备，每当进入箝位状态，就会有1MA左右的电流通过压敏电阻入地。

同时，也要加强高低压避雷阀的维护和测试，采取多种形式的避雷防护，保证电源供电线路路感应雷的雷击。

四、线、信号线的防雷

随着信息产业的技术发展，科学技术不断进步，高速率、数字化、智能化、微型化、大容量通信越来越普及，而微电子数字通信系统集成化程度较高，承受脉冲的能力比较弱，而信号线引进的雷电冲击波强度较大，往往遭受雷电袭击而损坏设备，造成通信线路中断，影响设备安全运行。为防止雷电侵入信号线路，在线路上把雷电脉冲泄放掉或堵住宅，一般信号避雷器采用分流，多级泄放、引流入地技术，当信号线受雷电感应电压超过一定值时，避雷器将限制电压变化，并将雷电能量或其它干扰信号释放入地，从而保证通信设备的安全，信号线避雷器主要工作原理是当没有雷电时，防雷元件呈高阻状态对电路信号没有任何影响，一旦输入端出现感应雷电波时，该防雷器件很快从高阻状态跃变为低阻状态，将雷电泄放到大地，防止了雷电波的侵入，保护了设备和人身安全。 总之，雷电的发生是没有规律性的，是随机的事件，我们要高度重视，采取多种手段进行综合性防治，使雷害减少到低限度，保证通信设备的安全和人身安全。