(神华准能大准铁路公司 通信段，内蒙古 薛家湾 010300)
摘 要： 大规模集成电路和智能化在通信设备中的广泛应用，使得各种先进通信设备对过 电压的要求也就越来越高。因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压及其所产生的过电 流对传输线路、通信设备和人员造成危害。文章重点介绍“整体防御、综合治理、多重保 护”的防范原则，力争将其产生的危害降低到最低点。
关键词：通信设施；防雷措施；降低危害
中图分类号：U285.8 文献标识码：C 文章编号：1007—6921(2009)16—0080—03
随着科技的迅猛发展，大规模集成电路和智能化在通信设备中的广泛应用，使得各种先 进通信设备对过电压的要求也就越来越高。由于雷电在电源线、信号线、天馈线等上感应的 瞬间过电压造成的危害时常发生，因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压及其所产生 的过电流对传输线路、通信设备和人员造成的危害。
雷电是一种自然现象，它曾给人类社会带来了不少危害，国际电工委员会已将雷电灾害称为 “电子时代的一大公害”，雷击、感应雷击、电源尖波等瞬间过电压已成为破坏电子设备的 罪魁祸首。从大量的通信设备雷击事例中分析，专家们认为：由雷电感应和雷电波侵入造成 的雷电电磁脉冲(LEMP)是通信设备损坏的主要原因。因此只有了解了它的形成过程，寻求有 效地防护措施才能减少雷电带来的损失。根据气象观测，地球上每秒钟要出现大约100次左 右的闪电雷击。按照电信专用房屋设计规范，通信大楼一般都安装有避雷针、避雷网或避雷 带，并且均采取了联合接地的方式。从形式上看，它已具备了良好的防雷和抗外界电磁干扰 的性能，然而通信设备为什么有时还会遭受过压过流而损坏呢?甚至还会对操作维护人员的 人身构成威胁呢?这是由于当发生雷电时，带电的云层会在通信设施的天线上产生感应电荷 或雷电感应通过通信和电力线路侵入，如果天线和通信线缆与大地之间直流通路不畅。就会 由于感应在天线和线缆与大地之间产生高电位而引起过电压，致使通信设施无法承受强电流 的侵入而损坏，甚至会危及操作人员的人身安全。
随着通信建设速度的加快，先进通信设备在通信网的大规模应用，单一的防护体系已不能满 足现代通信网络安全的要求，应加入了对防雷接地系统的投入，防护体系也日趋完善。防护 体系已从单一防护体系转为多级防护，多级防护包括防直击雷、防感应雷电、防地电位反击 引起的瞬间过电压影响等多方面的防护，应根据数字程控、数字微波、VHF、光电传输、交 直流电源等所有微电子设备的不同功能、不同受保护程度确定防护要点和保护等级。根据雷 电引起瞬间过电压的危害的可能侵入的通道，从电源线到数据通信线路都应该做到多级保护 。为此我们应采取的防范原则是“整体防御、综合治理、多重保护”，力争将其产生的危害 降低到最低点。
1 通信设施的防雷措施
通常来说，避免建筑物及设备遭受雷击的方式大致有4种：①疏导，即将雷云中的电荷通过 引线疏导至大地，避免直接雷击或感应雷击电流流经建筑物或通信设备，从而使建筑物或通 信设备免受雷击。②隔离，即将雷电所产生的过电压和被保护物隔离开来从而避免雷击。③ 等位，即将铁塔地、天馈线地、设备工作地、建筑物的公共地等置于等电位上。④中和，即 释放出异性电荷和雷云中的电荷进行中和，从而阻止雷电的形成。根据以上的4种避雷方法 ，具体到一个通信工程的防雷电过电压来说，其主要的措施有以下几种方法。
1.1 外部防护
外部防护主要采用避雷针(避雷网、避雷线和避雷带)和接地装置(接地线、地极)来加以防护 。其保护原理是：当雷云放电接近地面时，它使地面的电场发生畸变，在避雷针(避雷线)顶 部形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导入电的发展方向，引导雷电向避雷针(避雷线)放 电，再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击，这是人们 长期实践证明的防直击雷的有效方法。然而，被动放电式避雷针存在反应速度差、保护的范 围小以及导通量小等不足。根据现代通信发展的要求，避雷针应选择提前放电主动式的防雷 装置，并且应该从30°、45°、60°等不同角度考虑，以做到对各种雷击的防护，增大保护 范围，增加导通量。建筑物的所有外露金属构件(管道)都应与防雷网(避雷线或避雷带)连接 良好。
1.1.1 安装避雷针或接地装置的要求。①避雷针应当装在高于天线尖端数米，避雷针与天线之间应有一定的间隔，以防止由于避雷 针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆， 通信天钱却装在避雷针外线大约1.5个波长以外。②避雷地线的直流通路的电阻要求足够低，一般为10Ω～50Ω，由于雷电浪涌电流较大，频 谱较宽且持续时间短，因此要求必须有尽量小的电感量。③接地引入线长度应不大于3m，其材料应采用热镀锌扁钢或铜排，截面积应不小于40mm× 4mm。地线不能用扁平编织线和绞合线，因为这两种线电感较大，不利于泄放雷击电流，且 容易被腐蚀。要尽可能使用3mm以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。④为了增大地表层的过电压的泄放面积，可采用埋设有一定间隔的多根接地体，且相互焊接 。如在建筑物的四周以1m～2m的间隔埋上10根左右的铜管，并把它们焊接起来。⑤对一些重要的通信工程来说，可以考虑安装放射性避雷装置。放射性避雷装置可以说是目 前世界最先进的防雷保护装置之一。放射性避雷装置的关键部分是放射源，它能连续自行发 射α粒子，使周围空气电离产生大量电子。在雷电场的作用下这些电子不断加速，对空气产 生连锁的多极电离或雪崩电离，形成与电场强度成正比的电子流，这时产生的由放射源指向 雷云的电离通导会永不间断地中和及释放空间电荷，把已有的低电场消除掉，把可能形成的 高电场降为低电场，从而有效地防止发生雷击，起到显著的消雷作用。这种放射性避雷装置 的防护面积较大，其半径大约为260m左右，且安全可靠对人身无伤害。
1.1.2 防感应雷击的方法。除在通信铁塔上安装避雪针或避雷装置的同时，还要注意消除感应雷击，其常用的方法是在 天馈系统中安装电涌保护器(SPD)。在天馈系统中安装SPD时应注意以下方面的问题：①SP D的接地端必须与地连接可靠，一般要求接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带 或地网引接。且接地电阻不得大于4Ω，不然将会影响到防雷的效果。②因存在一定的插 入损耗，对天线辐射信号的强度会造成一定的影响，并且还要[CM(22]注意驻波比，一般要 求天馈系统的驻波比不大于1.5。③安装通信天线时，天线的支撑杆要与铁塔可靠连接，连接电阻 等于零。对重要的通信工程而言，除在天馈系统中安装SPD外，还要注意供电系统的防雷， 常见做法是在变压器和配电房安装避雷装置。
1.2 内部防护
1.2.1 电源部分的防护。因为线路是雷电侵入的主要通道之一。对于高压部分，供 电部门有 专用的高压避雷装置，而线对线的过压则无法控制。因此，对380V低压线路应进行过电压保 护，按国家规范要求应分为3部分：建议在高压变压器后端到通信局(站)配电机房总配电盘 的电缆内芯线两端对地加装避雷器，作为一级保护在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯 线两端对地加装避雷器，作为二级保护；在所有重要的、精密的设备以及UPS的前端对地加 装避雷器，作为三级保护。目的是用分流(限流)技术将雷电过电压(脉冲)能量分流疏导至大 地，从而达到保护的目的。分流(限流)技术中采用的防护器的质量、性能的好坏将直接影响 防护的效果，因此应选择合格优良的避雷装置。
1.2.2 信号部分的防护。这需要根据通信设备的对雷电的敏感度来确定。建议在所有信 息系统进入楼宇的电缆内芯线端时，应对地加装避雷器，电缆中的空线应接地，并做好屏蔽 接地。
1.2.3 接地处理，接地系统把雷电流引入大地，从而达到保护设备和人身安全的目的。 一般 建筑物的接地系统有建筑物地网(与法拉第网相接)、电源地(要求地阻<1OΩ)、逻辑地(也称 信号地)和防雷地等。通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时，如果 相互之间距离达不到规范的要求，则容易出现地电位反击事故。因此，各接地系统之间的距 离达不到规范要求时，应尽可能使它们连接在一起，如实际情况不允许直接连接，可通过地 电位迮接，从而保证各类接地点的基准电位是唯一值。为保证系统正常工作，每年在雷雨季 节前后或春、秋检修时应定期用精密地阻仪检测地阻值，以确保地阻值始终保持在规定的范 围内。
2 对铁路通信站场雷电防护的分析
2.1 铁路站场雷电防护的特点
铁路站场设备遭受过电压和过电流攻击的途径可分为直击雷、感应雷、传导雷、操 作过电压4种。结合站场设备的分布特点及雷电攻击的途径类型，铁路站场雷电防护存在以 下特点。
2.1.1 铁路站场占地面积较大，站场主要设备(如数字微波通信、车站数字通信分系统、 站场广 播机、无线列调通信、平面调车通信、信号微机连锁等设备)集中在通信楼。通信楼的避雷 针应能满足对整个通信楼区域的保护，有效防止直击雷的袭击。
2.1.2 通信机房、通讯楼通讯机房等重要区域的户外线路可能遭受到直击雷后，线路中 的大电 流串入各机房内部，从而引起对内部设备的损坏。当雷雨云之间、雷雨云对大地之间放电时 ，雷闪电流的高频电磁场对暴露在空间或室内的电源线、数据线上产生远远超过设备抗电强 度的感应雷击过电压，使设备损坏。
2.1.3 雷电防护的原则是“等电位”。由于机房存在多类接地系统，其冲击接地电阻不 均衡，在雷击发生时，雷电流引起地电位差，造成“地电位反击”，使人员和设备遭受损害 。
2.1.4 操作过电压引起的危害，如储藏设备的开关、输电线路的短路、周围大容量设备运 行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生5 000～6 000V、3KA的浪涌过电压及浪 涌电流，它们的窜入也会将通信楼内的设备产生很大的破坏后果。
从以上分析中可以得出：为了提高铁路站场建筑物安全及机房设备及计算机、通信网络的运 行可靠度，整个站场的雷电防护系统系统一定要有良好的避雷针、下引线和统一的接地网， 采取完善的直击雷防护措施。同时必须在车站的供电系统、天馈系统、信号采集传输系统、 程控交换系统、计算机网络系统、机房接地系统等进行可靠有效的防护，在拦截、分流、均 衡、接地、布线、布局等方面作完整的，多层次的综合防护。
基于以上分析，对主要机房设备和重要终端要进行雷击电磁脉冲防护。
2.2 直击雷防护
铁路通信站场直击雷防护重点区域是通信楼。通信楼直击雷防护，利用通信楼附近的高约45 m微波塔，在塔顶上安装IF3避雷针，避雷针安装高度超出塔顶2.5m。经计算，避雷针对地 面的保护半径可达119m。引下线采用截面＞12mm×4mm的镀锌扁钢。防雷接地装置接地电 阻＜1Ω。该避雷针可保护通信楼免受直击雷的侵害。
2.3 雷击电磁脉冲防护
2.3.1 对缆线布放和接地系统的要求。铁路站场主要设备集中在通信楼。雷击电磁脉冲防护的重点是通信楼内的敏感电子设备。根 据有关规范要求，应从以下几个方面进行设计考虑。
通信楼应采用共用接地系统（GB5005794第6.3.3条)。因此，一栋楼内的电子设备应共用一 组接地装置，应按均压、等电位的原理，将工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网。 站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入。通信楼的接地装置应按照YD5068-98 （移动通信基站防雷与接地设计规范）的要求予以改造。
2.3.2 通信楼雷击电磁脉冲防护。针对通信楼电源分两路架空引入，引雷几率较大，低压电缆应地埋l5m以上引入通信楼，在 主配电箱安装两套3*MC5O—B+1*Mc125-B第一级电源防雷箱。在数字微波入线端第二级电源 防雷器V20一C／I+NPE。由室外引入的微波收发馈线均安装DS-N馈线防雷器。在电缆充气设 备电源入线端安装第二级电源防雷器V20—C／I+NPE。在机房内安装等电位连接排4801，机 房内所有设备的机壳及防雷器接地线都连接至等电位连接排上。所有设备的机壳均可靠接地 ，所有接地线共用一组接地装置，接地电组为1Ω以下。防雷器前端均串接20A动力型空气 开关。
2.4 设计参照标准
铁路站场综合防雷的设计主要执行或参照以下标准