國家部隊通信設(shè)備防雷措施與案例

一、部隊通信設(shè)備防雷概況

信息時代，為全面提升通信系統(tǒng)綜合服務(wù)能力，發(fā)揮其高效信息傳輸、跨時空共享、數(shù)字化管理、實(shí)時監(jiān)控等現(xiàn)代化服務(wù)職能，許多部隊均依托三級網(wǎng)絡(luò)與通信系統(tǒng)對各類分散、小規(guī)模、距離較遠(yuǎn)的單位實(shí)施遠(yuǎn)程的實(shí)時查勤管理，然而由于一些區(qū)域處理雷電多發(fā)地域，領(lǐng)整體通信系統(tǒng)面臨嚴(yán)重的雷電災(zāi)害威脅。

為有效防止各類終端通信設(shè)備遭受雷擊災(zāi)害的大面積不良損害，一些基層中隊僅能在雷電暴雨天氣將通信設(shè)備關(guān)閉從而令其得到暫時保護(hù)，然而這樣機(jī)械式的處理方法令整體專網(wǎng)專線系統(tǒng)無法實(shí)施持續(xù)的通信服務(wù)，給目標(biāo)執(zhí)勤造成了不良安全隱患。為了有效解決該類不合理狀況，廣州銀訊公司針對部隊通信設(shè)備深入探討，制定有效的防雷措施。

二、部隊通信設(shè)備防雷必要性

常見的雷電災(zāi)害形式主要有直擊雷、感應(yīng)雷與雷電波入侵三類。

直擊雷產(chǎn)生的雷電流可直接進(jìn)入導(dǎo)線或金屬導(dǎo)管中，并沿路傳送至較遠(yuǎn)距離的地方，產(chǎn)生一種較為強(qiáng)大的沖擊波并附帶反射力量，其破壞程度大大超越了集成電路或半導(dǎo)體等電子器件符合能力，可與沖擊波形成疊加并產(chǎn)生駐波，進(jìn)而構(gòu)成一種大強(qiáng)度級別的破壞力。

感應(yīng)雷屬于一種二次破壞，其雷電流會產(chǎn)生較大的變化梯度，形成強(qiáng)大交變磁場，令周圍金屬構(gòu)件形成感應(yīng)電流，并向外放電，從而引起可燃物的燃燒、爆炸等災(zāi)害，作用在聯(lián)機(jī)導(dǎo)線則可對系統(tǒng)電子設(shè)備產(chǎn)生較大范圍的破壞影響。

基于雷電具有的針對金屬管道或架空線路的作用，產(chǎn)生的雷電波會沿著該類導(dǎo)線入侵至建筑內(nèi)部，令人身安全或重要設(shè)備受到不良威脅，這種現(xiàn)象便稱為雷電波入侵。

當(dāng)前各類現(xiàn)代化的通信系統(tǒng)中包含的天饋線、供電系統(tǒng)、信號線路均有可能引發(fā)雷電波入侵，對各類通信設(shè)備造成不良損害。由此可見雷電災(zāi)害成為信息化時代通信系統(tǒng)的一大公害，感應(yīng)雷擊、雷電波、電源尖波均會瞬間產(chǎn)生過電壓并嚴(yán)重破壞部隊通信電子設(shè)備，因此我們只有采取行之有效的應(yīng)對策略才能將該類損害降到最低。

三、部隊通信設(shè)備有效防雷措施

1） 科學(xué)安裝避雷裝置，切實(shí)提升通信設(shè)備防雷性能。為部隊通信設(shè)備科學(xué)安裝避雷裝置，是行之有效的提升設(shè)備防雷性能措施，主要的操作方式為安裝避雷針、放射性避雷設(shè)備與天饋避雷器等。

避雷針方式是最為簡單與經(jīng)濟(jì)的防雷措施，只要我們嚴(yán)格遵循安裝相關(guān)要求，便可有效發(fā)揮其良好的防雷性能。

首先避雷針的安裝位置應(yīng)高于天線尖端一定距離，一般通信天線應(yīng)安裝于避雷針外緣1.5倍波長之外。

同時避雷地線直流通路電阻應(yīng)保持足夠低水平，適宜在十至五十歐姆范圍內(nèi)。地線不應(yīng)采用絞合線或扁平編織線，這是由于該類線具有較大的電感，不適宜對雷擊電流進(jìn)行泄放，并且較易產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。因此我們應(yīng)科學(xué)采用三毫米之上的實(shí)心、且相同類別金屬材料的導(dǎo)線。

對于一些重要通信服務(wù)工程，雖然在通信塔中安裝避雷針裝置操作簡便且經(jīng)濟(jì)性較高，然而卻無法實(shí)現(xiàn)萬無一失的防雷保護(hù)。

因此我們可針對系統(tǒng)不同服務(wù)功能需求合理安裝放射性防護(hù)、避雷裝置，該系統(tǒng)包含的特制同軸雙屏蔽電纜，可有效避免雷電流在引下線通過時產(chǎn)生的二次雷擊效應(yīng)應(yīng)及其引發(fā)的不良損害，發(fā)揮主動的引雷與消雷雙重保護(hù)作用。同時其具有使用服務(wù)壽命長效的優(yōu)勢，避雷防護(hù)范圍較廣且效率較高，當(dāng)然該類裝置的投入建設(shè)費(fèi)用相比避雷針方式會有所提升。

因此我們應(yīng)依據(jù)部隊各類通信設(shè)備的不同防雷需求、服務(wù)重要性進(jìn)行防雷裝置的科學(xué)選擇。

2） 合理采用供電三級防護(hù)措施，消除地電位反擊。對于部隊通信設(shè)備交流供電系統(tǒng)，我們應(yīng)科學(xué)采用五線三相供電方式，同時在防護(hù)電源中應(yīng)用三級防護(hù)措施。

第一級：總電源裝設(shè)避雷器于市電引入端；第二級：分電源裝設(shè)避雷器于配電柜；第三級：單臺通信設(shè)備裝設(shè)電源避雷器于開關(guān)電源中。

倘若部隊位于多發(fā)雷電災(zāi)害區(qū)，我們可加裝直流電源避雷裝置以提升防護(hù)避雷效果。為了合理消除地電位反擊，我們可在部隊通信系統(tǒng)工程中遵循等電位、均壓原理，將保護(hù)地、工作地與防雷地合理構(gòu)建為聯(lián)合統(tǒng)一的接地網(wǎng)，并有效避免近距離內(nèi)出現(xiàn)兩個地網(wǎng)系統(tǒng)的不良狀況。

3） 有效安裝信號接口避雷器、實(shí)施對部隊其他通信設(shè)備的接地防雷保護(hù)。為提升防雷性能，我們應(yīng)在部隊各類通信設(shè)備網(wǎng)絡(luò)接口、信號接口位置安裝信號避雷裝置。

對于部隊機(jī)房設(shè)備間內(nèi)長度較大的各類信號線，也應(yīng)在其接口處合理安裝必要的信號避雷器。采用的設(shè)備型號、應(yīng)依據(jù)其阻抗性能、傳輸速度、接口特征進(jìn)行合理選擇。系統(tǒng)信號線應(yīng)在地下實(shí)現(xiàn)無線通信基站的進(jìn)出，并作必要的空線、避雷器保護(hù)地處理。對于部隊通信基站建筑我們應(yīng)采用完善的直擊雷防護(hù)措施，有效抑制不良二次感應(yīng)雷。對于機(jī)房頂部裝設(shè)的各類金屬設(shè)備也應(yīng)分別就近連通于屋頂避雷裝置中，達(dá)到有效的防雷保護(hù)目標(biāo)。

同時對機(jī)房內(nèi)部的吊線鐵架、內(nèi)走線架、機(jī)殼、機(jī)架、金屬材質(zhì)門窗、通風(fēng)管道等我們均應(yīng)作合理的保護(hù)接地處理。

四、某通信工程部隊防雷案例

通信工程部隊通常由于所處位置偏遠(yuǎn)，且裝設(shè)有大型的信息系統(tǒng)設(shè)備，其產(chǎn)生雷擊事故的概率就相應(yīng)增大，需要應(yīng)用電磁兼容等原理，根據(jù)雷電防護(hù)區(qū)劃分，對建筑物進(jìn)行綜合、多級、有效的雷電過電壓保護(hù)。同時在雷災(zāi)害調(diào)查過程中還不能忽視電氣等方面的原因?qū)τ谑鹿实挠绊憽?/p>

1) 某通信工程部隊辦公樓基本情況概述

1.1) 周邊環(huán)境及該辦公樓概況

該部隊駐地位于山東半島東部，靠近海灘，周邊空曠多山丘，易遭受雷擊，處于國內(nèi)累點(diǎn)區(qū)域劃分的1區(qū)。根據(jù)青島地區(qū)年平均雷暴日統(tǒng)計為24.21天，屬于多雷區(qū)。所屬的辦公大樓為框架結(jié)構(gòu)，高五層，樓內(nèi)計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等大量精密儀器較多，其耐過電壓，過電流水平低，樓外開闊處是由若干天線組成的天線陣，電磁場環(huán)境較為復(fù)雜，大量電子設(shè)備在雷電電磁脈沖的破壞下極易遭損壞。

1.2） 辦公大樓供電系統(tǒng)及通信系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

該辦公大樓供電制式采用TN-C-S方式，高壓進(jìn)線部分為10kv，電源線經(jīng)由變電所引入，供電線路為V22電纜直埋，埋地長度約為50m，進(jìn)戶前端穿金屬管。本樓一層配電室進(jìn)戶低壓配電柜及后級各層主配電箱采用放射式系統(tǒng)配電。通信系統(tǒng)的防雷主要對象有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通信設(shè)備，自動化設(shè)備，相關(guān)的電源等附屬設(shè)備及其相互傳輸各類信號的線纜。

1.3） 該建筑物防雷措施現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場勘察和圖紙審查，該建筑屋面敷設(shè)有20mm的鋼管作為避雷帶，各屋角增設(shè)了16mm的金屬小針作為接閃器，利用混凝土柱內(nèi)鋼筋作為引下線，鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為自然接地體，突出屋面的金屬物體（空調(diào)機(jī)外殼，通風(fēng)口等）均已做等電位聯(lián)結(jié)，經(jīng)實(shí)測，接地電阻為0.6Ω。樓內(nèi)總配電柜裝設(shè)Uc=320V，Iimp=15kA的浪涌保護(hù)器一臺，各樓層照明配電箱及各末級電源配電箱均裝設(shè)Uc=320V，標(biāo)稱放電電流適配的浪涌保護(hù)器。

2） 雷擊災(zāi)害分析和綜合結(jié)論

2.1） 雷擊災(zāi)害淺析

2006年8月該地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣過程，該部隊供電的10KV配電線路遭受雷擊，致使變電所接戶桿上中間相氧化鋅避雷器爆炸，零克跌落，變壓器缺項(xiàng)運(yùn)行。辦公樓一、三層兩個主配電箱內(nèi)的電氣開關(guān)元件和浪涌保護(hù)器都已完全燒毀，其他樓內(nèi)的浪涌保護(hù)器也有不同程度的損壞。

分析配電線路設(shè)備遭受雷擊的途徑和可能方式有：

（1）雷電直接擊中高壓電力線路，之后經(jīng)變壓器耦合到低壓側(cè)，入侵到電流配電箱線路。

（2）架空低壓線路被直擊雷擊中或感應(yīng)產(chǎn)生雷電過電壓、過電流。據(jù)統(tǒng)計，在220/380V電源線上出現(xiàn)的雷電過電壓平均可達(dá)1萬伏，會對用電系統(tǒng)造成毀滅性打擊。

（3）由信息系統(tǒng)傳輸線路入侵。強(qiáng)大的雷電電磁脈沖能在信號線上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓，過電壓波將沿線路傳輸，侵入線路所接的電子儀器和設(shè)備。

（4）建筑物引下線在傳導(dǎo)強(qiáng)大雷電流入地時，在接地體附近形成高電位，在空間中產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場變化，進(jìn)而在相鄰的電源線或信號線上感應(yīng)出雷電過電壓。

（5）因天線鐵塔接閃，在引下線及接地裝置上會形成很高的電壓，對建筑物產(chǎn)生反擊，部分雷電線沿線路入侵樓內(nèi)機(jī)房。

2.2） 雷擊事故綜合結(jié)論

經(jīng)現(xiàn)場勘察情況分析，造成該事故的主要原因應(yīng)為：在強(qiáng)雷暴天氣過程中，雷電擊中送往營院的高壓10KV電力線路，變壓器缺相運(yùn)行，供電線路電壓異常，雷電過電壓耦合到低壓側(cè)，繼而入侵到電流配電線路，配電箱內(nèi)質(zhì)量較差的電氣開關(guān)元件和防浪涌保護(hù)器等，在強(qiáng)大的瞬態(tài)過電壓的破壞下燃燒損壞。初步認(rèn)定此次事故是由雷擊和電氣設(shè)備可靠性等方面原因共同造成的。

此外，雷電流能量較大，雷電流熱效應(yīng)的破壞作用也較強(qiáng)，對其嚴(yán)重程度估計不足。

在勘察過程中還發(fā)現(xiàn)，電源配電箱中浪涌保護(hù)器等一些原件，與相線或接地線之間的鏈接導(dǎo)線的截面積不夠，布線太密集，沒有做到規(guī)范化、合理化，進(jìn)入建筑物的電力電纜屏蔽層的接地等一些隱蔽工程亦不完善，這些也是導(dǎo)致此次雷擊事故的不可忽視的原因之一。

3） 綜合防雷設(shè)計思路

現(xiàn)代意義的防雷工程應(yīng)看作一個系統(tǒng)的工程，包括從實(shí)現(xiàn)外部防雷，即接閃器、引下線和接地裝置，到共用接地體、等電位聯(lián)結(jié)、屏蔽、安裝浪涌保護(hù)器等內(nèi)部措施，根據(jù)雷電電磁脈沖防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)（IEC61312-1），一個被保護(hù)的有電子信息系統(tǒng)的空間，應(yīng)根據(jù)受雷電電磁脈沖危害的嚴(yán)重程度進(jìn)行分區(qū)保護(hù)。通信設(shè)備的工作地、保護(hù)地及建筑物的防雷接地共用一個地網(wǎng)。

4） 具體防雷措施

4.1） 10KV線路的保護(hù)

按照《移動通信基站防雷與接地設(shè)計規(guī)范》YD5068-98中要求，當(dāng)電力變壓器設(shè)在站外時，對于年雷暴日大于20天的地區(qū)，“高壓10KV的電力線路，宜在上方架設(shè)良導(dǎo)體避雷線，其長度不宜小于500m，電力線應(yīng)在避雷線的25°保護(hù)范圍內(nèi)，避雷錢（除終端桿外）應(yīng)每桿做一次接地。宜在避雷線終端桿的前一桿上增裝一組避雷器”，盡可能防止10KV電力線路遭受直接雷擊。

4.2） 低壓供電線路的保護(hù)

低壓供電線路采用電纜埋地敷設(shè)的方式，不得將架空線路直接引入大樓，當(dāng)難以全線路采用電纜時，允許架空線路由站內(nèi)終端桿引下后，加接一段有金屬鎧裝的屏蔽電纜或護(hù)套電纜穿鋼管埋地引入，在入戶端的金屬外皮鋼管等必須良好接地。若采用地埋電力線纜進(jìn)入通信局（站），“高壓鎧裝電纜應(yīng)從地下入局，且鎧裝電纜長度應(yīng)大于200m，鎧裝層兩端應(yīng)就近接地；低壓地埋電力線纜其長度不宜小于50m?！?/p>

4.3） 通信大樓的接地系統(tǒng)

通信基站的接地系統(tǒng)應(yīng)按照均壓、等電位的原則，將建筑物基礎(chǔ)接地網(wǎng)、鐵塔接地網(wǎng)、變壓器地網(wǎng)等組成聯(lián)合共用接地系統(tǒng)。大樓可利用建筑物主體鋼筋，將主筋自身上下連接點(diǎn)焊接，其上端與屋頂避雷裝置、下端與接地網(wǎng)、中間與各層均壓網(wǎng)或環(huán)行接地母線，電氣焊接成連通的法拉第籠式接地系統(tǒng)。樓內(nèi)電纜的金屬外皮、設(shè)備金屬外殼、水管等不帶電金屬部分、門窗等建筑物金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)以最短距離與環(huán)行接地母線連接。鐵塔的基礎(chǔ)鋼筋可作為其接地裝置，塔上同軸饋線金屬外皮的上端與下端分別就近與鐵塔連接，在大樓入口處再次連接。大樓地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)間至少用兩根規(guī)格不小于40mm*4mm的鍍鋅扁鋼連接，各地網(wǎng)之間應(yīng)每隔3~5m相互焊接連通一次。

4.4） 浪涌保護(hù)器

一層配電室的總配電柜及分配電箱內(nèi)安裝適配的電源浪涌保護(hù)器，由于外部防雷裝置的接閃和雷電電磁脈沖的衰減作用，首次雷擊約有50%的雷電能量入地。IEC61312規(guī)定了處于LPZ0A和LPZ0B區(qū)之間的第一級浪涌保護(hù)器的放電電流應(yīng)達(dá)到1000KA（10/350uS），低壓配電柜中SPD導(dǎo)線應(yīng)平直，其截面積按照規(guī)范要求不應(yīng)過小，各級導(dǎo)線長度不應(yīng)超過0.5m，拐角處應(yīng)成大于90°的圓弧狀。另外，通訊電纜進(jìn)入機(jī)房還宜接入裝有抑制電纜線對橫向、縱向過電壓的SPD限幅裝置，如壓敏電阻器、氣體放電管、熔絲、熱線圈等。對于電子設(shè)備較多的場所，應(yīng)優(yōu)先采用壓敏電阻器，其反應(yīng)時間快（≤25ns）、痛流容量低，因此主要能夠抑制線路中暫態(tài)過電壓的影響。

4.5） 規(guī)范化配線

大樓供電設(shè)備的正常不帶電金屬部分、浪涌保護(hù)器的接地端均應(yīng)做保護(hù)接地，同軸電纜饋線避雷器接地端子應(yīng)就近引接到室外饋線入口處接地。所有接地線、接地引線、接地匯集線的規(guī)格和截面積均應(yīng)符合規(guī)范的相關(guān)要求，同時盡量減小浪涌保護(hù)器引線的長度，合理、整齊排布。

雷擊造成建筑物和電子設(shè)備等損害的原因是多樣的，全面分析雷擊災(zāi)害的產(chǎn)生因素，同時考慮到雷擊事故和電氣事故等多方面成因，全面地、更精細(xì)化地和根據(jù)需求及時地進(jìn)行防護(hù)和補(bǔ)充防護(hù)，不斷進(jìn)步完善，是防止和減小雷電災(zāi)害，做好現(xiàn)代防雷工程的重要基礎(chǔ)。現(xiàn)代意義的防雷是一門立體、綜合的學(xué)科，除了依照規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對建筑物進(jìn)行科學(xué)、全面的防護(hù)設(shè)計之外，還應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，真正實(shí)施到每一項(xiàng)具體措施上，把雷擊災(zāi)害的程度降低到最小。