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摘 要随着通信系统的自动化装备越来越先进，设备电路的精密集成度日益提高。感应雷电及雷电电磁脉冲的入侵很容易损坏相应的电子、电气设施，加之通信设备自有的室外天线和电缆馈线等的裸露，感应雷击的危害明显增加，仅靠避雷针已远远不能满足无线通信台站设备的防雷实际需求，因此，对系统工作地和保护地的要求更加严格。
关键词通信系统；接地；防雷
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)052-0125-03
1雷电过电压的主要来源
雷电是一种自然现象。它是由雷云产生的。大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。根据放电电荷量进行的多次统计，90％左右的雷是负极性的，雷电过电压主要有：
1）感应过电压：感应过电压是指雷击建筑物或其近区时，瞬态空间电磁场造成设备的损坏。感应过电压包括电磁感应和静电感应两个分量。静电感应过电压是由电容性耦合产生的，而电磁感应过电压则是由电感性耦合产生的。对于建筑物内的各种金属环路或电子设备而言，电磁感应分量大于静电感应分量。
2）雷电侵入波。雷电侵入波又称为线路来波。当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生的感应过电压（包括静电感应和电磁感应两个分量，但对于长距离线路而言，静电感应过电压分量远大于电磁感应过电压分量）。该感应过电压也会以行波的方式窜入室内，造成电子设备的损坏。
3）反击过电压。雷电反击是指雷击建筑物或其近区时，造成其附近设备的接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分间产生高过电压（称为反击过电压），而导致设备的损坏的现象。
2通信局站等电位连接的基本要求
基本要求：①通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。②对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器（如果配电变压器在移动通信站内的话）地网连接成一个统一的地网。
这是两项最基本的通信局站等电位连接要求，对于通信设备的防雷至关重要。最根本的作用是为了防止通信局站内雷击发生时，不同的接地体之间产生地电位反击。由于地电位反击很可能导致通信设备的一些接口引入过大的雷击过电压和过电流，即使接口部分有合理设计的防雷电路，通信设备也不能有效防止这种情况下的设备遭受雷击损坏。
3通信设备防雷的基本措施
3.1防雷器的正确接地
1）电源防雷器的连接和接地。
①串联式电源防雷器。串联式电源防雷器接在馈电线的线间，保护器件并接到馈电线上的走线可以做到很短且距离是固定的，因此串联式电源防雷器的安装位置可视设备安装的方便、合理性来确定。
图1
②并联式电源防雷器。并联式电源防雷器在安装中需要注意的一个问题是：防雷器并接到机柜电源接线端子的导线（或并接到馈电线上的导线）一定要短，否则电源防雷器的保护效果会大大下降。
图2示出一种不好的防雷器安装方式：防雷器到机柜接线端子的并接线较长（例如：1～1.5米）。从图2可以看出：直流馈电线引入差模过电流时，由于并接电源防雷器的作用。
机柜电源端子处呈现的差模残压为：
Uad=Uab+Ubc+Ucd。
其中Ubc是电源防雷器的差模残压，Uab、Ucd分别是过电流流过电源防雷器的两段并接导线时导线两端的瞬间压降。电源防雷器的差模残压（Uad）在5kA的8/20us冲击电流下约200V左右；若导线Lab、Lcd分别长1米，则在5kA的8/20us冲击电流下，若导线Lab、Lcd两端的瞬间的压降Uab、Ucd分别可以达到905V时。
基站电源接线端子处的残压值为：
Uad=Uab+Ubc+Ucd=905+200+905=2010V，
可见并接导线达到1米长时，影响设备端口差模残压指标的主要是导线的压降而不是防雷器的残压。所以，电源防雷器到机柜电源接线端子的并接导线太长，无法使电源防雷器有效的保护设备。5kA（左）、3kA（右）的8/20us冲击电流下1米长导线两端压降（衰减500倍）冲击电流作用下线缆两端的压降可以通过理论计算大致估算出来：一根导线可等效为一个电感，在一个变化的电流流过导线时，导线两端的压降为：DU＝Ldi/dt，其中L为导线上的电感量，一般1米长导线的电感量在1uH~1.6uH之间（计算可取1uH）；di/dt是导线上电流的变化率。通过这个公式可以看出，DU与L成正比，L又与线长成正比。因此，减小电源防雷器并接导线的长度就是减小Uab和Ucd，也就是减小Uad。所以，电源防雷器并接到机柜电源接线端子的导线（或并接到馈电线上的导线）一定要短。这一设计原则应用到单板内的保护电路设计也是一样的道理：做线间保护的防雷电路的引线一定要短。
2）天馈防雷器的接地。天馈防雷器的安装和接地设计中，一个很重要的问题是应符合国家的行业标准中对天馈防雷器安装及接地的要求。YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》第3.3.3条明确规定：“同轴电缆馈线进入机房后与通信设备连接处应安装馈线防雷器，以防来自天馈线的感应雷。馈线防雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上。”
因此，应该明确的是：天馈防雷器应该安装接地线。
3）防雷器正确安装的例子。图3示出防雷器正确安装的例子，其中，直流电源防雷器是并联式防雷器，通过很短的（15cm左右）并接线接到设备的电源接线端子上（安装位置1），或采用凯文接线的方式接到馈电线上（安装位置2）；信号防雷器靠近设备安装或制成信号防雷板安装在设备内部，通过很短的（10cm左右）的接地线接到设备的保护地上；多个天馈防雷器的接地引线先在一个天馈防雷器接地排上汇接，再由天馈防雷器引一根接地线接到室外接地排。
3.2通信设备的系统接地设计
1）具有外露金属外壳的设备应提供保护接地端子。这是防止设备产生电击危险而作出的安全规定，为了保护人身安全，这一规定需要确保落实。通信设备保护接地端子引出的保护接地线应连接到机房的保护接地排上。
2）提供直流电源回流导体（+24VRTN/-48VRTN）与保护地短接的端子。
图4
目前系统接地的设计基本都采用直流电源回流导体和保护地在机柜顶部单点短接的设计，这样的设计对设备防雷有很大的好处。设计为直流电源回流导体和保护地在机柜顶部单点短接。
3）同一套设备的相邻机柜间保护地应做等电位互连。同一套设备的不同机柜间多数情况会有信号线的连接，为了避免雷击时不同机柜间的地电位差损坏柜间互联信号接口，需要将相邻机柜的外壳保护地用很短的短接线或短接导体连接起来，这样就使同一套设备中不同机柜的保护地形成了等电位连接，不同机柜间的地电位差有效降低，从而保护柜间信号接口不被损坏。这是对柜间信号接口做防雷保护的最简便、最经济、最有效的方法。
图5
4）设备的机壳除了有意连接的保护地之外，不存在另外的接地路径。就是要求机柜的整个外壳与机房的地板、墙壁、天花板、走线架绝缘。目的就是为了使设备的机壳除了有意连接的保护地之外，不允许因为偶然因素使设备出现意外的非专门设计的接地路径。
5）设备系统接地设计的例子。图6为一个通信设备系统接地设计的例子：每个设备机柜的保护地引出一根保护接地线到机房保护接地排；在通信设备机柜顶部，-48VRTN和PGND在机柜顶单点短接；同一套设备的机壳保护地之间做等电位互连；并联式电源防雷器通过很短的连接线接到机柜顶部的直流电源接线柱和保护地接地柱；信号防雷板通过很短的接地线接到设备的机壳上；天馈防雷器的接地线先接到天馈接地排，再接到馈窗外的室外接地排；设备放置在机房中，除连接的保护接地线之外，与机房的地板、墙壁、走线架、天花板绝缘。
综上所述，根据通信系统防雷接地的基本要求进行合理的系统接地设计，并掌握正确的防雷、保护接地的方法，依照设计施工才能保证系统的防雷接地保护。
参考文献
[1]李旭,蒋文怡等.铁路综合移动通信系统（GSM-R）[M].北京:中国铁道出版社,2003.
[2]3GPPTS05.10”Radiosubsystemsynchronization”[S]Valbonne:3GPPsupportoffice,1999.
[3]科技运[2007]227号.GSM-R移动通信网设备技术规范[S].铁道部,2006.
[4]中国铁路通信信号上海工程有限公司主编.铁路通信工程施工技术指南.北京:中国铁道出版社,2009.
[5]中国铁路通信信号上海工程有限公司主编.铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准[S].北京:中国铁道出版社,2007.
[6]中铁电气化局集团有限公司主编.客运专线铁路通信工程施工质量验收暂行标准[S].北京:中国铁道出版社,2008.
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关键词通信系统；接地；防雷
中图分类号TP文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)052-0125-03
1雷电过电压的主要来源
雷电是一种自然现象。它是由雷云产生的。大多数雷电放电发生在云间或云内，只有小部分是对地发生的。在对地的雷电放电中，雷电的极性是指雷云下行到地的电荷的极性。根据放电电荷量进行的多次统计，90％左右的雷是负极性的，雷电过电压主要有：
1）感应过电压：感应过电压是指雷击建筑物或其近区时，瞬态空间电磁场造成设备的损坏。感应过电压包括电磁感应和静电感应两个分量。静电感应过电压是由电容性耦合产生的，而电磁感应过电压则是由电感性耦合产生的。对于建筑物内的各种金属环路或电子设备而言，电磁感应分量大于静电感应分量。
2）雷电侵入波。雷电侵入波又称为线路来波。当雷云之间或雷云对地放电时，在附近的金属管线上产生的感应过电压（包括静电感应和电磁感应两个分量，但对于长距离线路而言，静电感应过电压分量远大于电磁感应过电压分量）。该感应过电压也会以行波的方式窜入室内，造成电子设备的损坏。
3）反击过电压。雷电反击是指雷击建筑物或其近区时，造成其附近设备的接地点处地电位的升高，使设备外壳与设备的导电部分间产生高过电压（称为反击过电压），而导致设备的损坏的现象。
2通信局站等电位连接的基本要求
基本要求：①通信局站内，应采用通信设备的工作接地、保护接地、建筑物的防雷接地合用一组接地体的联合接地方式。②对于移动通信站，要求机房地网、铁塔地网、配电变压器（如果配电变压器在移动通信站内的话）地网连接成一个统一的地网。
这是两项最基本的通信局站等电位连接要求，对于通信设备的防雷至关重要。最根本的作用是为了防止通信局站内雷击发生时，不同的接地体之间产生地电位反击。由于地电位反击很可能导致通信设备的一些接口引入过大的雷击过电压和过电流，即使接口部分有合理设计的防雷电路，通信设备也不能有效防止这种情况下的设备遭受雷击损坏。
3通信设备防雷的基本措施
3.1防雷器的正确接地
1）电源防雷器的连接和接地。
①串联式电源防雷器。串联式电源防雷器接在馈电线的线间，保护器件并接到馈电线上的走线可以做到很短且距离是固定的，因此串联式电源防雷器的安装位置可视设备安装的方便、合理性来确定。
图1
②并联式电源防雷器。并联式电源防雷器在安装中需要注意的一个问题是：防雷器并接到机柜电源接线端子的导线（或并接到馈电线上的导线）一定要短，否则电源防雷器的保护效果会大大下降。
图2示出一种不好的防雷器安装方式：防雷器到机柜接线端子的并接线较长（例如：1～1.5米）。从图2可以看出：直流馈电线引入差模过电流时，由于并接电源防雷器的作用。
机柜电源端子处呈现的差模残压为：
Uad=Uab+Ubc+Ucd。
其中Ubc是电源防雷器的差模残压，Uab、Ucd分别是过电流流过电源防雷器的两段并接导线时导线两端的瞬间压降。电源防雷器的差模残压（Uad）在5kA的8/20us冲击电流下约200V左右；若导线Lab、Lcd分别长1米，则在5kA的8/20us冲击电流下，若导线Lab、Lcd两端的瞬间的压降Uab、Ucd分别可以达到905V时。
基站电源接线端子处的残压值为：
Uad=Uab+Ubc+Ucd=905+200+905=2010V，
可见并接导线达到1米长时，影响设备端口差模残压指标的主要是导线的压降而不是防雷器的残压。所以，电源防雷器到机柜电源接线端子的并接导线太长，无法使电源防雷器有效的保护设备。5kA（左）、3kA（右）的8/20us冲击电流下1米长导线两端压降（衰减500倍）冲击电流作用下线缆两端的压降可以通过理论计算大致估算出来：一根导线可等效为一个电感，在一个变化的电流流过导线时，导线两端的压降为：DU＝Ldi/dt，其中L为导线上的电感量，一般1米长导线的电感量在1uH~1.6uH之间（计算可取1uH）；di/dt是导线上电流的变化率。通过这个公式可以看出，DU与L成正比，L又与线长成正比。因此，减小电源防雷器并接导线的长度就是减小Uab和Ucd，也就是减小Uad。所以，电源防雷器并接到机柜电源接线端子的导线（或并接到馈电线上的导线）一定要短。这一设计原则应用到单板内的保护电路设计也是一样的道理：做线间保护的防雷电路的引线一定要短。
2）天馈防雷器的接地。天馈防雷器的安装和接地设计中，一个很重要的问题是应符合国家的行业标准中对天馈防雷器安装及接地的要求。YD5068-98《移动通信基站防雷与接地设计规范》第3.3.3条明确规定：“同轴电缆馈线进入机房后与通信设备连接处应安装馈线防雷器，以防来自天馈线的感应雷。馈线防雷器接地端子应就近引接到室外馈线入口处接地线上。”
因此，应该明确的是：天馈防雷器应该安装接地线。
3）防雷器正确安装的例子。图3示出防雷器正确安装的例子，其中，直流电源防雷器是并联式防雷器，通过很短的（15cm左右）并接线接到设备的电源接线端子上（安装位置1），或采用凯文接线的方式接到馈电线上（安装位置2）；信号防雷器靠近设备安装或制成信号防雷板安装在设备内部，通过很短的（10cm左右）的接地线接到设备的保护地上；多个天馈防雷器的接地引线先在一个天馈防雷器接地排上汇接，再由天馈防雷器引一根接地线接到室外接地排。
3.2通信设备的系统接地设计
1）具有外露金属外壳的设备应提供保护接地端子。这是防止设备产生电击危险而作出的安全规定，为了保护人身安全，这一规定需要确保落实。通信设备保护接地端子引出的保护接地线应连接到机房的保护接地排上。
2）提供直流电源回流导体（+24VRTN/-48VRTN）与保护地短接的端子。
图4
目前系统接地的设计基本都采用直流电源回流导体和保护地在机柜顶部单点短接的设计，这样的设计对设备防雷有很大的好处。设计为直流电源回流导体和保护地在机柜顶部单点短接。
3）同一套设备的相邻机柜间保护地应做等电位互连。同一套设备的不同机柜间多数情况会有信号线的连接，为了避免雷击时不同机柜间的地电位差损坏柜间互联信号接口，需要将相邻机柜的外壳保护地用很短的短接线或短接导体连接起来，这样就使同一套设备中不同机柜的保护地形成了等电位连接，不同机柜间的地电位差有效降低，从而保护柜间信号接口不被损坏。这是对柜间信号接口做防雷保护的最简便、最经济、最有效的方法。
图5
4）设备的机壳除了有意连接的保护地之外，不存在另外的接地路径。就是要求机柜的整个外壳与机房的地板、墙壁、天花板、走线架绝缘。目的就是为了使设备的机壳除了有意连接的保护地之外，不允许因为偶然因素使设备出现意外的非专门设计的接地路径。
5）设备系统接地设计的例子。图6为一个通信设备系统接地设计的例子：每个设备机柜的保护地引出一根保护接地线到机房保护接地排；在通信设备机柜顶部，-48VRTN和PGND在机柜顶单点短接；同一套设备的机壳保护地之间做等电位互连；并联式电源防雷器通过很短的连接线接到机柜顶部的直流电源接线柱和保护地接地柱；信号防雷板通过很短的接地线接到设备的机壳上；天馈防雷器的接地线先接到天馈接地排，再接到馈窗外的室外接地排；设备放置在机房中，除连接的保护接地线之外，与机房的地板、墙壁、走线架、天花板绝缘。
综上所述，根据通信系统防雷接地的基本要求进行合理的系统接地设计，并掌握正确的防雷、保护接地的方法，依照设计施工才能保证系统的防雷接地保护。
参考文献
[1]李旭,蒋文怡等.铁路综合移动通信系统（GSM-R）[M].北京:中国铁道出版社,2003.
[2]3GPPTS05.10”Radiosubsystemsynchronization”[S]Valbonne:3GPPsupportoffice,1999.
[3]科技运[2007]227号.GSM-R移动通信网设备技术规范[S].铁道部,2006.
[4]中国铁路通信信号上海工程有限公司主编.铁路通信工程施工技术指南.北京:中国铁道出版社,2009.
[5]中国铁路通信信号上海工程有限公司主编.铁路GSM-R数字移动通信工程施工质量验收暂行标准[S].北京:中国铁道出版社,2007.
[6]中铁电气化局集团有限公司主编.客运专线铁路通信工程施工质量验收暂行标准[S].北京:中国铁道出版社,2008.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文