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【摘要】雷电对漳卫南局微波通讯网造成五次危害，通过分析雷电成因、灾害分析、防护要点，提出了微波通讯的防雷综合应用措施。
【关键词】微波站；防雷；接地保护
Microwave Station (Bureau) of the integrated lightning protection and grounding protection
Huang Qi-fang1,Hao Wei-guo2
(1.Handan He Wuju Zhangweinan CanalHandanHebei056001；
2.Canal linzhang He Wuju ZhangweinanLinzhangHebei056600)
【Abstract】Lightning Bureau of microwave communications network Zhangweinan harm caused five times by analyzing the causes of lightning, disaster analysis, protection points, made a comprehensive application of microwave communication measures lightning.
【Key words】Microwave stations;Lightning;Ground protection
1. 引言
我漳衛南局通信网已建设通信站点46处，随着通信网规模的扩大，雷击危害也大幅提高，仅2009年海河流域的主汛期，就发生雷击事故五次，造成直接经济损失30余万元。
2. 雷电成因
雷击的直接起因是雷雨云中大量电荷的迅速泻放。当雷雨云中电荷积累到一定程度，会在下方形成很强的电场，电场使局部空气电离成为导电体，雷云电荷沿着电离形成的导电通道下移，使附近的空气继续电离，于是导电通道不断向下延伸，形成梯式雷电先导，当先导接近地面时，地面感应电荷产生迎击先导并不断向上发展，先导会合后雷云电荷通过先导导电通道对地放电，形成雷击。
3. 雷电灾害分析
雷击可以产生不同的破坏形式（见表1），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。
表1雷击可以产生不同的破坏形式
4. 防护要点
电子设备的雷击防护主要有以下几个要点：等电位连接、分流、阻流、屏蔽、接地、躲避。
4.1等电位连接。
等电位连接就是把所有的设备地以及金属物用粗铜导线连接起来，使之处于同电位，这样在地电位升高时就会“水涨船高”，各地以及金属物之间不会产生压差而损坏设备。
4.2分流。
分流是将进入系统的过电压波能量引导进入大地或其它无害回路，从而保护设备不受损坏。这相当于治理洪水中“疏导”的办法。
4.3阻流。
阻流是根据过电压波的能量特点，在电源或信号通道上设置障碍点来进一步阻止有害能量进入设备，达到保护设备的目的。
4.4屏蔽。
屏蔽是在被保护设备或电路上加屏蔽层，从而达到保护的效果。屏蔽层是接地的，所以屏蔽有两个效果，一是小范围内起到比单点接地更好的等电位连接效果，从而更有效地分流；二是可以将电磁脉冲能量挡在屏蔽层外。
4.5接地。
接地是防雷中最不可缺少的一环，前面介绍的方法中都要依靠接地的配合，没有合理的接地，以上方法也就失去了其应有的作用。
4.6躲避。
躲避是一种相对主动的避雷措施，它能实施的基础是雷电预报与探测技术。当预知到雷击要发生时，提前采取关闭设备、中断连接、停止操作等手段，以躲避雷击的灾害。通信系统中采取中断外电源连接，改用发电机或蓄电池供电就是一种躲避的方法。
5. 通信站综合防雷应用
近几年我们依据通信站防雷的一般原理和常用防护措施，采取综合性防雷，对通信站防雷设施进行了改造和完善。
5.1防雷总的原则。
（1）采用外部保护将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放。
（2）采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的过电压波（内部保护）。
（3）采用过电压保护器限制被保护设备上的浪涌电压幅值。
（4）用光电隔离器隔离通信与RTU之间的RS232接口，避免接口设备电气连接。
5.2防雷一般方法和技巧。
（1）设置一套良好的建筑物避雷带、避雷网，并与主钢筋一起接地；
（2）外置设备（天线等）应尽量置于建筑物避雷网的保护角度范围内：
（3）采用共地的接地措施；
（4）在电源、信号或数据线各进出口安装性能可靠的专用防雷器；
（5）室内的设备应尽量远离避雷导电体；
（6）室内布线，包括各类传输线应尽量减小洄圈，最好能加有屏蔽线并两端接地。
5.3防雷接地系统建设。
5.3.1通信系统中接地形式主要有以下几种：交流工作地、防雷地、保护地、信号地、其它地(静电保护地等)。现在我国已使用TN-S标准，采用三相五线制，即保护地与中性线在接入用电系统之前共地一次，进入系统后分开，使保护地不会带电。保护地主要是保护人员的安全，以机壳接地为主。信号地即直流地，它为系统内的设备提供一个基准电位。信号地是电流返回信号源的最短途径，一般采取一点接地，而且接地线长度应在二十分之一波长以内，因此，当工作频率超过10MHz时往往采取多点接地。所有直流设备的直流地都接正极，目的是为了防腐。其它地如静电保护地等，有的直接接地，有的通过高电阻接地。
5.3.2鉴于各种地不同的功能，以前要求各种地都要分开，但从防雷角度来看，雷电流入地时防雷地的地电位升高会对其它接地体造成反击，因此现代防雷一般采取联合接地。国家防雷标准《建筑物防雷设计规范（GB50057-94）》（以下简称《GB50057-94》）也指出：“防直接雷接地宜和防雷电感应、电器设备、信息系统等接地共用同一接地装置”。采取联合接地后，地电位升高会使整个系统电位一起升高，从而避免反击发生。当信号地要求必须与防雷地分开时，可以利用一条导线和一个低压通道避雷器将两个地连接起来，设备正常工作时两地是独立的，而雷击发生时，在瞬态过电压时间内两个地通过低压通道避雷器实现暂态等位，从而实现联合接地的目的。《GB50343-2004》中也提出“共用接地系统”的概念：将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统。这里“共用接地系统”与“联合接地”的概念是一致的。
接地体、接地线的制作请具体参考建筑物电子信息系统防雷技术规范《GB50343-2004》。
5.4电源系统的防雷保护。
（1）引入通信机房的电力线采用地下电力电缆，电缆金属护套两端均良好接地。
（2）配电变压器高压侧接高压氧化锌避雷器，低压侧接电源防雷器。变压器机壳、避雷器地统一接到地网上，并接地良好。
（3）通信机房内电源采用多级浪涌保护措施。交流母线上并接一级380V过电压保护器；高频开关电源交流入并接一级380V过电压保护器；－48V电源入口处接一级压敏电阻。通信设备电源正极在电源侧和设备侧分别接到接地母线上。
（4）在通信站内的通信设备电源，由于通信设备少，与其它变电所设备一起安装于主控室。直流电源取自变电所220V直流操作电源，经DC/DC模块变换成-48V电源供通信设备。因此，在通信站用电柜交流母线上安装一级380V/100G交流过电压保护装置，做为一级防雷；在高频开关电源入线处装一级交流防过电压保护器，在DC/DC模块48V输出侧装一级48V直流浪涌保护；最后，在通信设备48V入口装48V压敏电阻一只。
（5）机房内所有交、直流配电柜机壳均做接地保护，交流保护接地线从接地母线上直接引出，严禁采用中性线作为交流保护接地线。
5.5各種信号线的防雷保护。
根据各通信站实际情况，采用加装浪涌保护，光电隔离等措施，对进出通信机房及通信设备与其它设备接口的所有信号线进行保护。以防止雷击感应电压或过电压侵入损坏通信设备。
（1）对个别通信站通信电缆线路直接架空进入机房的进行改造，在线路终端杆将钢线接地，将通信电缆水平直埋l0m以上，进入机房。进入机房的通信电缆金属外皮均良好接地。
（2）普通架空光缆、管道光缆、自承式光缆，均采用非金属光缆。对于有金属加强芯或金属护套的光缆，进入机房前，在终端杆或终端电缆井改成非金属光缆过渡进入机房。
（3）所有音频电缆、电话线、信号线进入机房要首先接入音频保安器，来抑制电缆线对横向、纵向过电压。各配线架保安单元接地端均要良好接地，确保保安器发挥正常作用。
（4）认真落实进入机房电缆外皮及空线对接地保护措施。应及时做好电缆空线对在配线架上接地工作，以防止引入雷电感应电压在开路导线末端产生反击，损坏设备。有条件的配线架可采用短路接地塞，直接插在配线架空线对上，方便、灵活。平时检修线对变更后，应及时检查空对接地情况。
（5）对于远动等其它专业的信号进入通信设备前应采取隔离措施：经调制解调器输出的音频模拟信号，采用音频变压器进行电气隔离；用RS232接口的数据信号，采用光电隔离器进行隔离，消除地电位差可能通过该接口中的共用接地线串入，造成反击损坏接口电路现象。
另外，从各个通信站设备接口损坏情况看，RS232接口损坏情况比较多，RS422接口从未损坏过。可见，RS232接口芯片抗干扰能力不如RS422接口芯片。因此，我们将具备条件地方，均已改为RS422通道传，而不用RS232接口。建议以后新上设备也尽量不用RS232而改为64K、RS422、或2M接口。
（6）采用RJ45接口的网络信号，先经过网络浪涌保护器后再接入通信设备接口。对于信号采集、继电保护、综合自动化等专业采用2Mbit/s接口的信号，必须先经过2Mbit/s同轴信号浪涌保护器，再接入通信传输设备，以防浪涌电压侵入。有的地方MIS、负控等机房与通信机房不在一起，距离较远，可采用光纤收发器进行光电隔离，一来传输距离远，二来进行信号隔离，三是光纤传输抗干扰、防雷电效果更好。
（7）对于微波馈线进入机房后，在馈线入端加装同轴高频信号避雷保护器，保护器外壳要良好接地。保护器选用要考虑合适的带宽。
6. 结束语
经过近几年对我局通信网防雷设施的改造，通信防雷系统得到进一步完善，通信设备抗雷击和防过电压水平有了明显提高。近两年，通信电源、通信设备遭雷击损坏事故明显减少，综合性防雷措施取得了显著效果。
事实证明，只有全方位认真细致地考虑雷击及过电压因素，严格执行通信防雷有关规定，认真落实通信防雷技术措施，因地制宜地运用好接地——分流——均压——屏蔽——限幅——隔离等综合防雷技术，不断改进防雷工作，加强已有防雷设施的维护，才能更有效地防备雷电的侵害，使雷电损害降低到最小程度。
［文章编号］1619-2737（2012）08-29-670
［作者简介］ 黄启芳(1975.4-)，女，职称：工程师，工作单位：漳卫南运河邯郸河务局，从事工程管理、防汛工作。
郝卫国（1975-），男，籍贯：河北省临漳县人，工作单位：水利部海委漳卫南运河临漳河务局，主要从事水利工程建设施工管理工作和防汛工作。
【关键词】微波站；防雷；接地保护
Microwave Station (Bureau) of the integrated lightning protection and grounding protection
Huang Qi-fang1,Hao Wei-guo2
(1.Handan He Wuju Zhangweinan CanalHandanHebei056001；
2.Canal linzhang He Wuju ZhangweinanLinzhangHebei056600)
【Abstract】Lightning Bureau of microwave communications network Zhangweinan harm caused five times by analyzing the causes of lightning, disaster analysis, protection points, made a comprehensive application of microwave communication measures lightning.
【Key words】Microwave stations;Lightning;Ground protection
1. 引言
我漳衛南局通信网已建设通信站点46处，随着通信网规模的扩大，雷击危害也大幅提高，仅2009年海河流域的主汛期，就发生雷击事故五次，造成直接经济损失30余万元。
2. 雷电成因
雷击的直接起因是雷雨云中大量电荷的迅速泻放。当雷雨云中电荷积累到一定程度，会在下方形成很强的电场，电场使局部空气电离成为导电体，雷云电荷沿着电离形成的导电通道下移，使附近的空气继续电离，于是导电通道不断向下延伸，形成梯式雷电先导，当先导接近地面时，地面感应电荷产生迎击先导并不断向上发展，先导会合后雷云电荷通过先导导电通道对地放电，形成雷击。
3. 雷电灾害分析
雷击可以产生不同的破坏形式（见表1），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。
表1雷击可以产生不同的破坏形式
4. 防护要点
电子设备的雷击防护主要有以下几个要点：等电位连接、分流、阻流、屏蔽、接地、躲避。
4.1等电位连接。
等电位连接就是把所有的设备地以及金属物用粗铜导线连接起来，使之处于同电位，这样在地电位升高时就会“水涨船高”，各地以及金属物之间不会产生压差而损坏设备。
4.2分流。
分流是将进入系统的过电压波能量引导进入大地或其它无害回路，从而保护设备不受损坏。这相当于治理洪水中“疏导”的办法。
4.3阻流。
阻流是根据过电压波的能量特点，在电源或信号通道上设置障碍点来进一步阻止有害能量进入设备，达到保护设备的目的。
4.4屏蔽。
屏蔽是在被保护设备或电路上加屏蔽层，从而达到保护的效果。屏蔽层是接地的，所以屏蔽有两个效果，一是小范围内起到比单点接地更好的等电位连接效果，从而更有效地分流；二是可以将电磁脉冲能量挡在屏蔽层外。
4.5接地。
接地是防雷中最不可缺少的一环，前面介绍的方法中都要依靠接地的配合，没有合理的接地，以上方法也就失去了其应有的作用。
4.6躲避。
躲避是一种相对主动的避雷措施，它能实施的基础是雷电预报与探测技术。当预知到雷击要发生时，提前采取关闭设备、中断连接、停止操作等手段，以躲避雷击的灾害。通信系统中采取中断外电源连接，改用发电机或蓄电池供电就是一种躲避的方法。
5. 通信站综合防雷应用
近几年我们依据通信站防雷的一般原理和常用防护措施，采取综合性防雷，对通信站防雷设施进行了改造和完善。
5.1防雷总的原则。
（1）采用外部保护将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放。
（2）采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的过电压波（内部保护）。
（3）采用过电压保护器限制被保护设备上的浪涌电压幅值。
（4）用光电隔离器隔离通信与RTU之间的RS232接口，避免接口设备电气连接。
5.2防雷一般方法和技巧。
（1）设置一套良好的建筑物避雷带、避雷网，并与主钢筋一起接地；
（2）外置设备（天线等）应尽量置于建筑物避雷网的保护角度范围内：
（3）采用共地的接地措施；
（4）在电源、信号或数据线各进出口安装性能可靠的专用防雷器；
（5）室内的设备应尽量远离避雷导电体；
（6）室内布线，包括各类传输线应尽量减小洄圈，最好能加有屏蔽线并两端接地。
5.3防雷接地系统建设。
5.3.1通信系统中接地形式主要有以下几种：交流工作地、防雷地、保护地、信号地、其它地(静电保护地等)。现在我国已使用TN-S标准，采用三相五线制，即保护地与中性线在接入用电系统之前共地一次，进入系统后分开，使保护地不会带电。保护地主要是保护人员的安全，以机壳接地为主。信号地即直流地，它为系统内的设备提供一个基准电位。信号地是电流返回信号源的最短途径，一般采取一点接地，而且接地线长度应在二十分之一波长以内，因此，当工作频率超过10MHz时往往采取多点接地。所有直流设备的直流地都接正极，目的是为了防腐。其它地如静电保护地等，有的直接接地，有的通过高电阻接地。
5.3.2鉴于各种地不同的功能，以前要求各种地都要分开，但从防雷角度来看，雷电流入地时防雷地的地电位升高会对其它接地体造成反击，因此现代防雷一般采取联合接地。国家防雷标准《建筑物防雷设计规范（GB50057-94）》（以下简称《GB50057-94》）也指出：“防直接雷接地宜和防雷电感应、电器设备、信息系统等接地共用同一接地装置”。采取联合接地后，地电位升高会使整个系统电位一起升高，从而避免反击发生。当信号地要求必须与防雷地分开时，可以利用一条导线和一个低压通道避雷器将两个地连接起来，设备正常工作时两地是独立的，而雷击发生时，在瞬态过电压时间内两个地通过低压通道避雷器实现暂态等位，从而实现联合接地的目的。《GB50343-2004》中也提出“共用接地系统”的概念：将各部分防雷装置、建筑物金属构件、低压配电保护线(PE)、等电位连接带、设备保护地、屏蔽体接地、防静电接地及接地装置等连接在一起的接地系统。这里“共用接地系统”与“联合接地”的概念是一致的。
接地体、接地线的制作请具体参考建筑物电子信息系统防雷技术规范《GB50343-2004》。
5.4电源系统的防雷保护。
（1）引入通信机房的电力线采用地下电力电缆，电缆金属护套两端均良好接地。
（2）配电变压器高压侧接高压氧化锌避雷器，低压侧接电源防雷器。变压器机壳、避雷器地统一接到地网上，并接地良好。
（3）通信机房内电源采用多级浪涌保护措施。交流母线上并接一级380V过电压保护器；高频开关电源交流入并接一级380V过电压保护器；－48V电源入口处接一级压敏电阻。通信设备电源正极在电源侧和设备侧分别接到接地母线上。
（4）在通信站内的通信设备电源，由于通信设备少，与其它变电所设备一起安装于主控室。直流电源取自变电所220V直流操作电源，经DC/DC模块变换成-48V电源供通信设备。因此，在通信站用电柜交流母线上安装一级380V/100G交流过电压保护装置，做为一级防雷；在高频开关电源入线处装一级交流防过电压保护器，在DC/DC模块48V输出侧装一级48V直流浪涌保护；最后，在通信设备48V入口装48V压敏电阻一只。
（5）机房内所有交、直流配电柜机壳均做接地保护，交流保护接地线从接地母线上直接引出，严禁采用中性线作为交流保护接地线。
5.5各種信号线的防雷保护。
根据各通信站实际情况，采用加装浪涌保护，光电隔离等措施，对进出通信机房及通信设备与其它设备接口的所有信号线进行保护。以防止雷击感应电压或过电压侵入损坏通信设备。
（1）对个别通信站通信电缆线路直接架空进入机房的进行改造，在线路终端杆将钢线接地，将通信电缆水平直埋l0m以上，进入机房。进入机房的通信电缆金属外皮均良好接地。
（2）普通架空光缆、管道光缆、自承式光缆，均采用非金属光缆。对于有金属加强芯或金属护套的光缆，进入机房前，在终端杆或终端电缆井改成非金属光缆过渡进入机房。
（3）所有音频电缆、电话线、信号线进入机房要首先接入音频保安器，来抑制电缆线对横向、纵向过电压。各配线架保安单元接地端均要良好接地，确保保安器发挥正常作用。
（4）认真落实进入机房电缆外皮及空线对接地保护措施。应及时做好电缆空线对在配线架上接地工作，以防止引入雷电感应电压在开路导线末端产生反击，损坏设备。有条件的配线架可采用短路接地塞，直接插在配线架空线对上，方便、灵活。平时检修线对变更后，应及时检查空对接地情况。
（5）对于远动等其它专业的信号进入通信设备前应采取隔离措施：经调制解调器输出的音频模拟信号，采用音频变压器进行电气隔离；用RS232接口的数据信号，采用光电隔离器进行隔离，消除地电位差可能通过该接口中的共用接地线串入，造成反击损坏接口电路现象。
另外，从各个通信站设备接口损坏情况看，RS232接口损坏情况比较多，RS422接口从未损坏过。可见，RS232接口芯片抗干扰能力不如RS422接口芯片。因此，我们将具备条件地方，均已改为RS422通道传，而不用RS232接口。建议以后新上设备也尽量不用RS232而改为64K、RS422、或2M接口。
（6）采用RJ45接口的网络信号，先经过网络浪涌保护器后再接入通信设备接口。对于信号采集、继电保护、综合自动化等专业采用2Mbit/s接口的信号，必须先经过2Mbit/s同轴信号浪涌保护器，再接入通信传输设备，以防浪涌电压侵入。有的地方MIS、负控等机房与通信机房不在一起，距离较远，可采用光纤收发器进行光电隔离，一来传输距离远，二来进行信号隔离，三是光纤传输抗干扰、防雷电效果更好。
（7）对于微波馈线进入机房后，在馈线入端加装同轴高频信号避雷保护器，保护器外壳要良好接地。保护器选用要考虑合适的带宽。
6. 结束语
经过近几年对我局通信网防雷设施的改造，通信防雷系统得到进一步完善，通信设备抗雷击和防过电压水平有了明显提高。近两年，通信电源、通信设备遭雷击损坏事故明显减少，综合性防雷措施取得了显著效果。
事实证明，只有全方位认真细致地考虑雷击及过电压因素，严格执行通信防雷有关规定，认真落实通信防雷技术措施，因地制宜地运用好接地——分流——均压——屏蔽——限幅——隔离等综合防雷技术，不断改进防雷工作，加强已有防雷设施的维护，才能更有效地防备雷电的侵害，使雷电损害降低到最小程度。
［文章编号］1619-2737（2012）08-29-670
［作者简介］ 黄启芳(1975.4-)，女，职称：工程师，工作单位：漳卫南运河邯郸河务局，从事工程管理、防汛工作。
郝卫国（1975-），男，籍贯：河北省临漳县人，工作单位：水利部海委漳卫南运河临漳河务局，主要从事水利工程建设施工管理工作和防汛工作。