通信机房和设备的防雷技术与实践研究

2019-08-23慕立新

通信电源技术 2019年7期

关键词：通信机房避雷针馈线

慕立新

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

在大多数地区，夏季频繁的雷暴对通信机房和相关设备构成了极大威胁。如何有效防止和避免雷击，最大限度地保护人身和通信机房设备的安全，是当前通信行业普遍关心和研究实施的问题[1]。本文主要探讨通信机房及相关设备的防雷技术与实践。

1 雷电对通信机房和设备的主要危害

1.1 雷电的形成

雷电的产生原由很复杂，主要是由于一些云层渐变引发的。当空气湿度较高时，这些水滴逐渐汇聚形成水蒸气，随后水蒸气内的电流产生摩擦并持续分裂形成电荷电子。当这些电荷足够多时就能够发生质变，在云层中产生放电现象，并伴随强光与热能出现。雷击事故对大自然、建筑物以及通信设备等都有很大影响，会破坏一系列人工建造的公共设施，影响公共财产的安全。有时它会引起火灾，甚至危及人类安全。雷电的表现形式主要包括直击雷、感应雷和球形雷3类。

1.2 直击雷对通信机房和设备的危害

直击雷指的是雷电直接作用在建筑物或者是电气设备上。在夏季雷雨天气，一旦闪电直接击中通信机房和设备或相关建筑物和施工操作人员，将造成极其严重的后果，如损坏设备、造成电路短路引发火灾等。

1.3 感应雷对通信机房和设备的危害

由直击雷触发的感应雷电将在导体中传播，损坏通信机房相关设备中与导体连接的抗冲击性低的部件。由于通信机房及相关设备中的金属线连接到集成电路，计算机室也通过电缆或信号线连接到外部，在客观上易被感应闪电损坏。通信自动化设备中的微电子电路具有集成度高、抗冲击性能低的特点。感应雷电对它们有很大的危害，导致了各种故障，如内部通信端口损坏、整流器模块损坏等。

1.4 球形雷对通信机房和设备的危害

球形雷也叫做球状闪电，是一种极强破坏力的雷电。一般是从高空直接下降，临近地面后开始水平移动。它的发生几率较小，但对通信机房和设备危害力较大，可能直接作用于机房内通信设备，也可能由于极强破坏力产生的爆炸导致机房火灾、爆炸等。

2 通信机房和设备的防雷技术措施及实践

根据通信机房的当地环境，合理使用不同容量的避雷器，将完整的防直击雷系统、防雷电波入侵和防雷击感应集为一体。只有合理应用分流、泄流、电压均衡和等电位联结、屏蔽、接地、过电压保护和综合布线，才能取得明显效果。

2.1 防雷接地与接地网技术

高阻电阻器。正常情况下，通信机房及相关设备遭受雷击故障，是因为通信机房携带的电压和电流过大。在防雷地线器件上增加高阻电阻可以有效阻断过电压电流对系统的破坏，并将破坏范围固定在机房的一定范围内，从而在降低机房故障损失的同时提高修复效率。

接地网是一种内陆网络（包括铁塔、通信机房建筑物等），主要建在通信机房的建筑物上，并在建筑上形成一个完整的联合接地网络。当通信机房及相关设备遭受雷击的情况下，接地网能够通过网中布设的线路将雷电能量进行疏导与转换，确保网内的通信机房安全[2]。

设置防雷地线和接地网的要求。第一，通信机房必须将带金属框架的电源线连接到接地线上；接地线要尽量短、直，截面积不小于95 mm2，材料选择多股铜线。引入线的长度尽量不要大于30 m，选择镀锌扁钢，截面积不能小于40 mm×4 mm。引入线应做好防腐和绝缘处理。汇集线截面积不能小于120 mm2，可安装在地槽、走线架等处。第二，通信机房的雷电防护区应位于联合接地电网控制的分区内，每隔5 m与隐蔽防雷网连接并焊接牢固。第三，对于外露的连接焊点应进行系统防腐处理，以保证其使用寿命，提高整体接地网的稳定性。

2.2 通信机房建筑防雷接地技术

在接地网和接地电阻方面，地网的接地电阻值应按照规定要求得到保证。如果达不到标准，地网将予以扩展。通信机房中每个地面网络应为联合接地，所有金属设备应连接到附近的接地网络。根据等电压等电位原理，实现工作地线、保护地线和防雷地线之间的共用接地网。对于屋顶和避雷针，通信机房建筑屋顶金属设施的上下两端应焊接避雷针。女儿墙上的避雷针应每隔10 m焊接一次隐蔽避雷网，焊接点应进行防腐处理。

避雷针应符合Ⅸ建筑物防雷设计规范的规定。雷电电流引下线应从屋顶引至建筑物的环形接地体。底部平衡网和环形地形应每隔10 m用镀锌扁钢焊接，并进行防腐处理。接地体的上端应与地面保持0.7 m以上的距离。

当通信机房内铺设防静电地板时，需要围绕机房在地板下方铺一圈接地线。接地收集线通常是环形的，由铜材料制成。配电室、电力室以及发电机室等内部主设备的接地线，截面积一般不小于16 mm2。在等电位连接和接地方面，机房内的金属设施应视为等电位连接和接地。接地引入线应从附近的接地带引入，同时应确保变压器中性点、外壳和避雷器接地端以及电缆金属护套附近接地[3]。

2.3 通信机房微波铁塔和天馈线防雷接地技术

引入铁塔避雷针的雷电流应采用4 mm×40 mm的镀锌扁钢和铜棒焊接，并与地网连接。天馈线通过通信机房内的电缆架连接到最近的地线，并连接到最近的接地网地线。当塔超过60 m时，在塔的中间增加一个接地连接点。铁塔和机房接地网应在两点以上用扁钢连接。塔标志灯在接通电源、选择电线时，应使用带金属外保护层的产品，并在塔顶附近和通信机房入口外接地。避雷装置应安装在控制线和电源线上，确保零线接地。通信机房电缆引入线应使用金属护套产品。金属护套应连接至机房入口处附近的雷电防护区女儿墙，而避雷器应成对安装在芯线上。同轴天馈线进入通信机房后和设备连接的位置还应安装馈线避雷器，避免由于天馈线引入的感应雷。此外，馈线避雷器的接地端子需要就近引入室外的入口接地线上，并综合考量阻抗、衰耗等参数，以和通信设备匹配。

2.4 通信光（电）缆线路防雷接地技术

在工程探测过程中，应注意避开雷暴和易遭雷击的地区，以及向阳坡和河岸斜坡。光缆和电缆产品的选择应选择具有防雷功能的优质产品。为了对直埋电缆实施防雷措施，电缆中的金属部件可以在光缆接头处处理，在接头处断开，无需电气连接和接地，并在电缆上方安装屏蔽线。接地时，可以在接头处将电缆中的金属部件进行电气连接，而无需在电缆上方安装屏蔽线。在多个地区的实际运行证明，上述两种方法具有有效性，尤其是第一种方法，可以减少接地装置，降低工程费用，减少后期维护。

架空光（电）缆也应安装防雷设施，不但需要满足防雷技术需要，还应确保传输指标能满足需求。钢绞线应接地。对于年雷暴日超过20 d、大地电阻率大于100 Ω·m的新建信号电缆，还需要在电缆的上空布设拍流线，或者使用有金属外壳的电缆或光缆。此外，每公里电杆线还应设电绝缘，钢绞线应同时接地。如果是金属加强芯型，在接头处将其断开，以防止电源线断开后光缆燃烧。光缆终端还应确保金属加强芯在通信机房的ODF配线架部分进行防雷和接地处理。

此外，通信机房可以在传统的电源防雷器四模块接线方式基础上，选择3+1的防雷接线方案，避免L-PE间的漏电流导致的设备外壳带电问题，如图1所示。