通信机房与设备的防雷技术与实践研究

郑岳伟?何佳宾

摘要：夏季频繁的雷电对大部分地区的通信机房与设备产生了严重的影响，怎样尽可能地减少雷击，以确保通信机房与设备的运行安全，避免对日常生活生产造成不利影响，已经成为通信行业最为重视的课题之一。本文从雷电的形成及其危害着手，说明通信机房与设备防雷的必要性及其思路，并列举出了目前运用最普遍的几种防雷技术，旨在为加强通信机房与设备运行安全做出贡献。

关键词：通信机房；设备；防雷技术

雷电虽然是一种十分常见的自然现象，然而却会对人们的生活生产造成严重的影响。为了尽量避免雷电对人们的生命财产安全产生危害，确保人们的日常生活生产稳定进行，如何根据实际情况采取适当的防雷技术就显得越发重要。就通信机房与设备而言，防雷更倾向于多技术融合使用，需要严格遵循相关规范要求进行各项操作。只有采取有效的预防措施，才可以建立完善且有效的防雷体系。

一、雷电的形成及其危害

（一）雷电的形成

雷电的形成原因十分复杂，带电积云是产生雷电的重要条件。如果带不同电荷的积云靠近到特定程度，抑或是带电积云和地面凹凸物接近到一定程度的情况下，便会出现强烈的放电现象，从而产生耀眼的闪光。加之放电瞬间四周空气温度会超过上万摄氏度，四周空气因为受热快速膨胀，产生轰隆隆的雷声，即我们常说的电闪雷鸣。雷电可以引发火灾与爆炸，促使人为触电的情况发生，从而对设备与人员安全产生破坏。在雷电出现瞬间，物理破坏作用较强，电磁感应危害性较强，电涌传播速度加快，闪电冲击波传播速度较快。雷电种类包含直击雷、球形雷与感应雷，其中直击雷与感应雷能够在空间范围内产生辐射较强的电磁波，同时对人类产生严重的影响。所以就必须借助有效方法予以防范，以避免雷电对人们和企业的生活生产造成严重的影响。

（二）雷电的危害

①直击雷的危害。直击雷的形成主要是由于带电积云在靠近地面时会在地面凸出物顶端感应出一定的异性电荷，若是带电积云和地面凸出物之间的电场强度达到一定程度时，便会出现由带电积云向大地发展的跳跃式先导放电现象，通常情况下放电时间长达几毫秒。大多数直击雷都具有重复放电的特性，平均每次雷击都包含三四个冲击，最多可以产生数百个冲击，但是每次雷击的总放电时间通常不会大于500ms。直击雷所产生的冲击能够直接作用于建筑与电气设备。在雨季若是雷击直接作用于通信机房与设备的金属部件上，便极易产生严重的后果，促使设备损坏、电路短路等问题发生，甚至会引发火灾，为企业带来无法挽回的损失。

②感应雷的危害。感应雷主要指的是闪电感应，包含静电感应雷与电磁感应雷两类。其中静电感应雷通常是因为带电云层靠近金属导体时，金属导体感应到其中存在带电电荷引发的。而电磁感应雷主要是因为雷电快速放电促使四周磁场立即改变，此种快速改变的磁场可以在四周的导体上感应出一定的电动势，导致相互之间不邻近的导体中存在电荷，同时这种电荷还会在金属导体中产生一定的冲击电流。

③球形雷的危害。球形雷主要指的是球状闪电，又被称为电光火球，通常会从高空直接坠向地面，在靠近地面后进行水平运动。由于火球本质属于一团带电的气体，因此球形雷的产生极易导致火灾出现。若是球形雷直接作用在通信机房中的设备，则极易使设备受到损坏，甚至还会出现通信机房爆炸的情况。然而球形雷出现的可能性并不大，因此人们通常并未对其予以足够的重视。

二、通信机房防雷的必要性及其思路

（一）通信机房防雷系统

就通信机房来讲，防雷系统通常涉及内、外防雷系统两个部分。首先，外部防雷系统涉及接闪器、引下线以及接地体等一系列接地装置。其中在外部防雷系统中安装接闪器是避免直击雷出现的重要手段，通常避雷带、避雷针、避雷网以及避雷线等都是接闪器。其次，内部防雷系统主要是避免由于雷电与电涌进入通信机房与设备产生破坏而采取的相应处理，通常涉及天馈防雷器、等电位连接、信号防雷器、涌浪保护器及交直流电源防雷器等多种专用设施的安装。

（二）通信机房防雷的必要性

雷电主要有电流大、电压高以及时间短等多種特性，每种类型的雷电破坏性与损毁性都很强，许多灾害与事故的出现和波及范围都是我们无法预料的。雷击现象能够让高昂的通信设备与精密仪器立即被击穿损毁，同样能够让通信基站立即失去其作用，对人们与企业的生活生产造成不利影响，带来无法挽回的经济损失。所以，通信企业需要不断加强自身防雷意识，并借助有效手段，确保企业的经济效益不受负面影响。

（三）防雷思路

①考虑电荷的疏导。此种防雷思路主要是将电荷转移到大地，以此防止直击雷与感应雷对通信机房与设备破坏。其主要原理就是带电积云接近地面的情况下，避雷针借助磁场极变效应，控制雷电电流发展方向，再通过接地引下线、导体装置或是接地装置把电流导入大地，以此防止雷击电流对通信机房与设备产生严重破坏。

②考虑设备隔离。其主要思路就是把需要获得保护的对象予以隔离处理，避免雷电产生的电流和通信机房中的设备直接接触，减小设备受雷击损坏的概率。实际操作为：对于系统内的网络系统、电力系统、传输系统及天馈系统，借助分流、限流、接地及布线等方法予以适当的防护。同时，还可以把室内的信号系统安装在和大地相接触的电源盒或金属箱之中，确保其良好接地，让电源盒与金属箱展现出实质效用。

③考虑等电位连接。借助金属导线与电压保护设备，将防雷系统和建筑物电源、机电设备及金属外漏部件等予以连接，同时确保其处在相同电位，不产生电动势差值。若是通信机房各种接地系统之中的接地电阻缺少均衡性，那么在出现雷击情况时，电阻和雷击电流的乘积获得不一样的电势差值，便会导致电位反击的情况出现，促使通信设备受到损毁或发生故障。

④应用放电中和效应。雷电中包含大量的极性电荷，借助正负极电荷综合技术能够让雷电流消除。避雷针不仅有金属导线的功能，还包含中和电荷的功能。云层内的电荷接近建筑物时，建筑物就能够感应出与之相反的电荷，此时避雷针便可以通过吸引空气内极性相反的离子，借助尖端放电综合作用让雷电流消除，尽可能地减小通信机房与设备受到雷击的可能性。

三、通信机房与设备的防雷技术

（一）通信机房防雷接地技术

需要在通信机房防雷建筑物顶端设置避雷带、避雷针及避雷网等一系列装置充当接闪器使用，同时把建筑物顶端的所有金属管道、中央空调管线及设施装置等予以全面连接，以免雷击效应时发生雷击的情况。避雷带、避雷针及避雷网通常会选择圆钢与扁铁材质，需要确保防雷装置与接地导体的有效面积，从而让电流快速导入地下。通信企业需要定期组织技术人员对防雷装置予以全面检验，聘请专业机构或专业人士判断接地电阻数值是否处于标准范围，并出具规范的检测报告与合格标签。通信企业必须保证接地网与接地电阻符合国家要求、行业要求与对应的规范标准。地面网络需要借助联合接地的形式进行设置，全部基础部件都应该保证有效接地，并按照等电位要求，将保护地线、防雷地线以及工作地线一起连接到相同的接地网络。

（二）通信基站防雷接地技术

在对通信机房配套基站进行防雷处理时，应该对变压器接地、信号线缆接地以及电源线接地予以高度重视。变压器通常会选择安全性能更强的TN-C-S接地系统，该系统安全系数很高，通常在石油石化等各种火灾爆炸风险较高的地区应用较为广泛。在变压器高压侧，雷电波的出现方向必须安装避雷装置，也就是说将避雷装置设置在被保护建筑的引入端。常规情况下避雷装置的电路是关闭的，雷电入侵时可以立即打通电路，击穿放电，同时切断电压，以展现出良好的保护效用，把雷电流立即释放，再将雷电流导入大地。雷击情况出现后，避雷装置恢复运行，促使对应的耦合回路关闭。做好电源防雷保护工作也十分关键，通信电源通常是冗余设置，好似通信系统的心脏。在对通信电源系统进行防护时，应该先使用电压保护设备让系统中快速提升的脉冲能量马上导通，同时导入大地，让所有设备电位差都处于系统的承受范围内。在对信号线缆进行防雷时，需要合理选择避雷器，以减小雷击浪涌对设备产生不利影响。

（三）通信光缆线路防雷技术

在对通信光缆进行防雷设计时，首先需要对光缆质量及其性能予以高度重视，积极选择质量符合要求且防雷效果较强的光缆。对于需要进行埋地处理的光缆而言，金属部件必须在光缆接头位置予以适当的处理。由于受到光缆屏蔽线的影响，光缆断开接头虽然无需对电气设备予以连接与接地处理，却需要在光缆接头位置对金属部件做出电气连接或是金属导线跨接等各种电位连接处理。在雷击事故高发位置，需要使用具有铠装的屏蔽线光缆，并对光缆进行防护接地处理。光缆终端位置及处在通信机房之中的配电架与其他物件同样应该做好防雷处理。

对于长途光缆通信线路而言，如果想加强光缆线路的防雷效果，就需要对光缆防护层进行合理设计，在对PE防护层进行选择时，需要积极选取防腐性较强、防水性较强的材料。此外，许多区域土壤中具有一定的电阻，如果想确保光缆传输全线的安全性，应该避免采用人工接地处理的方式，从而取得更理想的防雷效果。

四、通信机房与设备防雷新技术

在科学技术不断发展的背景下，防雷技术越发成熟，现如今主动防雷思想逐渐贯彻到气象防灾部门，促使人们能够借助气象分析了解云层电荷，利用向天空发射火箭弹等方法，加快云层电荷的下降，以此减少雷击事故出现的可能性。不仅如此，一些智能化防雷技术也在许多领域都获得了广泛运用。

（一）等离子电荷迁移技术

等离子状态主要指的是物质原子中的电子在高温效应下摆脱原子核的吸引，出现游离状态。借助等离子析出的电荷和积云内的电荷出现中和作用，能够消散雷击情况。使用过程中借助镀上等离子体的金属球和受保护物质的引下线进行连接处理，在雷电云层接近等离子体时，受到云层电磁场的影响，等离子体会出现对应的物理变化与化学变化，析出极性相反的电荷，同时和云层内的电荷产生中和反应，由此一来便可以从根源上消除雷电流，以此展现出防雷的重要作用。

（二）雷击监测预警技术

在出现雷击情况时，积云内的电荷已经积累到一定数量时，那么云层间、云层和地面间就会产生极强的场强。若是电荷处于饱和状态就会出现放电现象。按照场强强度改变情况，可以利用电磁感应原理能够对积云内分布密度、电磁极性、发展状态等多方面的实际情况对雷击进行判断与预测，也可以借助多普勒雷达、磁场仪、卫星云图及电场仪等一系列专业设备作为辅助支持。预测监控系统涉及软硬件两个部分，由监测、处理及报警三个方面构成，借助计算机算法编制运行程序，并结合数据库图形处理等方式，对云层状态进行实时监测与模拟。借助人机对话系统能够与可视化操作系统确立监测设置，以掌握雷雨天气状态下雷击事故的发展趋势，以此为人工监测提供辅助。系统能够对监测到的结果展开运算，若是达到设定值立即发出警报。

（三）接闪器自启动技术

借助接闪器自动升降，能够让自动引擎防雷技术得以使用。接闪器自启动技术中包含了一些自动化技术与机电自动升降原理，并借助计算机予以控制。在雷电预警系统发出报警时，这一位置极易出现雷电活动与雷电电荷放电趋势，自动升降避雷装置便会进入工作状态，同时作出相应的反应，若是避雷针上升到指定高度，就能够对保护范围内的对象予以全面保护。在雷云消散与电场场强下降到特定程度时，雷电报警系统随即解除警报，而自动升起的避雷针也会下降到原来的位置。

（四）供电回路自启动切换技术

供电回路自启动切换技术借助现代智能化技术，实现电源系统的自动切换。这一切换过程实现了供电电源与蓄电UPS电源之间的转换，在出现雷击情况时能够尽可能地避免在用回路遭受雷击，以此对通信机房设备以及系统信息进行有效保护。在对系统设计时，电源状态能够进行自动控制，减少了成本支出。系统通常涉及电源自动切换、远程手动切换、就地切换及实时监测等多种功能。在雷云逐步产生时，系统自动感应，同时切断电源线，以此对电源系统进行保护；雷云逐步消除时，系统并未受到雷击威胁，那么系统便能够自动转换，对开关进行合闸处理，以恢复供电。在实际应用中，这类系统设置具有一定的灵活性，技术人员能够根据实际情况使用合闸形式，以此为防雷工作提供许多支持。

（五）防雷智能在线监测技术

此技术能够借助物联网、信息化、云储存及大数据等多种现代化技术的融合，对防雷状态进行智能化的在线监测。防雷智能在线检测系统通常会对接地设施的浪涌保护器、接地组织、雷击电压与电流等多个部分进行监测。这一技术的合理运用可以对接地阻值、雷击电压、保护器漏电情况、累积能量、累积电荷、电势强度与空气开关的运行情况等一系列数据信息进行全面收集。防雷智能在线监测技术的合理运用能够帮助技术人员更直观、更及时、更合理地防御雷击事故，以确保通信机房与设备不受到破坏。

五、结束语

总而言之，通信企业应该对雷电的危害有一个清晰的认识，相关人员必须对雷电防护技術进行更深入的研究，尽可能减少雷击事故的可能性，以确保企业与人们的生产生活正常进行。与此同时，通信企业还应该对科技创新发展予以足够的重视，加大资金投入力度，积极引入前沿的技术和产品，促使智能检测技术、自切换技术与自启动避雷技术等的运用范围得以扩大，加强通信企业的防雷效果，以此促进通信企业的持续发展。

作者单位：郑岳伟 何佳宾 中国铁路呼和浩特局集团有限公司

参  考  文  献

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