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[摘要]现代防雷理论与防雷实践相结合，分析了高明广播电视局的微波通信站的雷击故障，并由此探讨了该微波站的防雷改造，从而最大限度地减小电力线进线端遭直击雷的概率、减小电力线进线端遭直击雷的概率和接地电阻值。
[关键词]防雷技术 线缆处理 防雷接地 电阻率
[中图分类号] TU856 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-292-2
高明广播电视局的微波通信站位处200米的山上，地质条件比较恶劣，土壤电阻率高，且所处位置雷电活动强烈，加上高高耸立的微波塔极易遭受雷击，因此，做好其防雷是刻不容缓的事情，下面来详细探讨分析下此站的防雷。
1微波通信站雷击故障分析
根据调查，在此微波站的雷击故障中，大部分都是与电力设备有关，微波站的接收和发射铁塔在雷电接闪时，雷电流对微波站机房内设备造成损坏的概率远小于由为微波站供电的电力线远端遭受直击雷后雷电波沿供电线路侵入微波站机房而造成站内设备损坏的概率。该微波站发生雷击故障的主要原因是为微波站供电的电力线远端遭受直击雷，雷电波沿供电线路侵入微波站机房。因此，电力线路是引入雷电的主要途径，而监控系统和电力相关设备则是需要我们保护的主要目标。
2防雷改造方案及论证
雷电会对电子通信设备造成多种不同形式的危害，目前，还没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，我们只能通过各种有效办法的综合运用将雷害的程度降到最低。
2.1最大限度地减小电力线进线端遭直击雷的概率
当直击雷直接击中电力线时，虽然被击中点的电位与雷云电位相等，即具有数百万伏的电位，但是当雷电流沿着导线向两边传播时，高电压每经过电杆，电杆上的瓷瓶就会发生闪络，并将部分雷电流分流入地。参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中对直击雷大小的统计，80%的直击雷电流幅值不超过50kA。那么当电力线第二根电杆以外的电力线遭雷击时（假设电流为50kA），经过瓷瓶闪络后，流入站区的雷电流将小于20kA ，通过后续分流处理后，正常情况下不会对设备造成损坏。所以只要距离高压线进线端到第二根电杆之间的电力线不遭直击雷，就可以大大减小雷击的损坏。在实际情况中，由于微波站往往设在某一区域的制高点，电力线往往是沿低处向上架设，因此进线端到第二根电杆之间的电力线既是直击雷发生概率最大的部位，也是防护的重点 。最大限度减少该段电力线遭雷击概率，就在很大程度上避免了直击雷对站区设备的损坏。按照传统的解决方法，通常是在高压线进线端上方架设架空避雷线，但经过实践证明：即使架设了架空避雷线，减小了直击雷对电力线的直接打击，但同时也存在架空线路对电力线的反击和感应过电压。更为可行的方法是进行线缆埋地：线缆埋地是将架空线进线段改用铠装埋地电缆入站，并在电缆两端安装氧化锌避雷器，同时将原架空线两端接地，作为埋地电缆架空避雷线。（如图1-1所示）
下面用理论来对“架空避雷线”和“埋地线缆”这两种方法进行比较：
假设实施改造前，进线段遭雷击概率为P0。
如果实施“架空避雷线” 方案，进线段遭雷击概率P为：
P=PZ+PF
式中：PZ表示保护范围内直击雷概率，取3%；PF表示保护范围内反击概率。按照设计容量，避雷线受到50kA以上的雷击时，会对电力线产生反击。由GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中对直击雷大小的统计（如表1-2）可知，50kA以上的雷击概率为（10%+7%+3%），因此：
P = 3%×P0+（10%+7%+3%）× P0 = 23%P0
架空避雷线方案的效果
如果实施“线缆埋地” 引入改造方案，进线段遭雷击概率P通过以下计算得出：
P=PZ+PF
式中：PZ表示保护范围内直击雷概率，取3%；PF表示保护范围内反击概率，其值为0。
P=3%×P0=3%P0
线缆埋地方案的效果
通过以上两种方案的比较，可知线缆埋地改造方案比传统方案防直擊雷的概率更有效果，因此该方案比传统方案更为科学、有效、先进。
2.2如果雷电波沿供电线路侵入机房，应采取何种防护措施。
虽然对线缆进线段作了防雷保护，但是保护段以外的电力线仍有遭雷击的可能。一旦出现这种情况，部分雷电波仍会沿电力线侵入机房，那么，该如何解决这个问题呢？
（1）防雷系统局部保护时，不但要进行纵向过电压保护，而且要进行横向（双向）过电压保护， 即不仅在相—地间要进行过电压保护，相—相间也要进行过电压保护。
（2）防雷系统整体保护上，除了在原有的变压器高低压侧、交流配电屏输入端进行防雷保护，另外在市电倒换屏的输出端、直流母线的远端和近端也要安装避雷器。
（3）对于抗过电压能力差的负载， 如高频开关电源，在其输入端也要进行防雷保护。
（4）对于多输入、多输出的直流负载，特别是监控设备，根据以往设备损坏的情况 ，对雷击故障率高的设备要进行保护，例如，在信号采集器上安装信号避雷器。在以上的方案中，各级使用的避雷器件要严格按照保护对象的抗过电压等级进行选择，即：
U残 其中：U抗表示设备最大抗过电压，一般取设备工作电压峰值的2倍；U残表示避雷器件的残压。
另外避雷元器件还应满足以下指标：
U额 其中：U额表示设备最大工作电压；U动表示避雷器件的动作电压。
进行以上改造后，微波站机房内设备都将能有效地得到保护。微波通信系统集成化程度力较弱，而信号线引进的雷电冲击波强度较大，往往遭受雷电袭击而损坏设备的概率较大，因此会造成系统的通信中断并影响设备安全运行，为防止雷电侵入信号线路，应在传输线路上把雷电脉冲泄放掉或进行限幅。一般信号避雷器采用分流、多级泄放以及引流入地等技术。当信号传输线路中的雷电感应电压超过一定值时，避雷器会限制电压的变化，并将雷电能量或其他干扰信号释放入地，从而保证通信设备的安全。 2.3地阻处理
据资料显示该微波站的雷击率较高，这主要是因为此通信站地处200米的山上，地质条件较恶劣、接地电阻高。地质条件差的微波站防雷最有效的办法就是降低接地电阻，接地电阻越小越好，因为微波站易遭雷击，其主要原因就是接地电阻过大，无法给雷击电流提供一个良好的泄流条件，致使雷击瞬间微波站地电位过高，损坏设备，因此，降低接地电阻是关键。还有很重要的一点是要把整个接地网连接在一起，并与自然接地网相联，构成等电位体，实现均压。微波站的地阻要达到规范要求既是重点又是难点。
2.3.1微波站地网的组成
微波站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，同时应利用机房建筑物的基础（含地桩）及铁塔基础内的主钢筋作为接地体的一部分。（如图1-2所示）
建成并完善均压接地网，最大限度降低站内设备的电压差。为了防止雷电危及通信和人身安全，首先将微波站的接地系统按照均压等电位理论改造设计，将微波机房防雷接地地网、铁塔接地地网，变器接地地网，电力、通信引入电缆外层接地等，组成联合的大接地网。
当地网的接地电阻值达不到要求时，应扩大其面积，具体做法是：在地网外围增设l圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间均应每间隔3—5m相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置輻射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10—30m。
2.3.2接地电阻值
微波通信站地网的工频接地电阻值应不大于10Ω，但由于受土壤电阻率、土壤湿度、水文条件等因素的影响，高山站往往很难达到设计要求，这就要求我们对地阻进行处理，宜采用下列方法：
（1）采用多支线外引接地装置，外引长度不大于有效长度，即 。
（2）接地体埋于较深的低电阻率土壤中。
（3）采用降阻剂。
（4）换土。
另外，如果以上地阻处理方法仍无法达到技术规范规定的接地电阻值或经济成本过高，我们可以将地网做成环形，并进行等电位连接。等电位连接是避雷和电工技术的新技术，由于采用等电位连接，不但使建筑物和其内部的设备避雷能力大大提高，而且对建筑物接地电阻的要求可以放宽，使建设投资可以减少，降低施工难度。
3结论
微波通信站的防雷还处于一个探讨与认知的阶段，通过理论与实践的互相促进，我相信，随着科学的发展，电子器件耐压水平的提高，防雷技术的完善与进步，将来设备的雷击损坏概率也将会有一个突破性的降低。
参考文献
[1]电子信息系统防雷接地技术.
[2]微波站防雷与接地设计规范.
[3]GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》.
[关键词]防雷技术 线缆处理 防雷接地 电阻率
[中图分类号] TU856 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-292-2
高明广播电视局的微波通信站位处200米的山上，地质条件比较恶劣，土壤电阻率高，且所处位置雷电活动强烈，加上高高耸立的微波塔极易遭受雷击，因此，做好其防雷是刻不容缓的事情，下面来详细探讨分析下此站的防雷。
1微波通信站雷击故障分析
根据调查，在此微波站的雷击故障中，大部分都是与电力设备有关，微波站的接收和发射铁塔在雷电接闪时，雷电流对微波站机房内设备造成损坏的概率远小于由为微波站供电的电力线远端遭受直击雷后雷电波沿供电线路侵入微波站机房而造成站内设备损坏的概率。该微波站发生雷击故障的主要原因是为微波站供电的电力线远端遭受直击雷，雷电波沿供电线路侵入微波站机房。因此，电力线路是引入雷电的主要途径，而监控系统和电力相关设备则是需要我们保护的主要目标。
2防雷改造方案及论证
雷电会对电子通信设备造成多种不同形式的危害，目前，还没有任何一种办法可以全面防止雷电的危害，我们只能通过各种有效办法的综合运用将雷害的程度降到最低。
2.1最大限度地减小电力线进线端遭直击雷的概率
当直击雷直接击中电力线时，虽然被击中点的电位与雷云电位相等，即具有数百万伏的电位，但是当雷电流沿着导线向两边传播时，高电压每经过电杆，电杆上的瓷瓶就会发生闪络，并将部分雷电流分流入地。参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》中对直击雷大小的统计，80%的直击雷电流幅值不超过50kA。那么当电力线第二根电杆以外的电力线遭雷击时（假设电流为50kA），经过瓷瓶闪络后，流入站区的雷电流将小于20kA ，通过后续分流处理后，正常情况下不会对设备造成损坏。所以只要距离高压线进线端到第二根电杆之间的电力线不遭直击雷，就可以大大减小雷击的损坏。在实际情况中，由于微波站往往设在某一区域的制高点，电力线往往是沿低处向上架设，因此进线端到第二根电杆之间的电力线既是直击雷发生概率最大的部位，也是防护的重点 。最大限度减少该段电力线遭雷击概率，就在很大程度上避免了直击雷对站区设备的损坏。按照传统的解决方法，通常是在高压线进线端上方架设架空避雷线，但经过实践证明：即使架设了架空避雷线，减小了直击雷对电力线的直接打击，但同时也存在架空线路对电力线的反击和感应过电压。更为可行的方法是进行线缆埋地：线缆埋地是将架空线进线段改用铠装埋地电缆入站，并在电缆两端安装氧化锌避雷器，同时将原架空线两端接地，作为埋地电缆架空避雷线。（如图1-1所示）
下面用理论来对“架空避雷线”和“埋地线缆”这两种方法进行比较：
假设实施改造前，进线段遭雷击概率为P0。
如果实施“架空避雷线” 方案，进线段遭雷击概率P为：
P=PZ+PF
式中：PZ表示保护范围内直击雷概率，取3%；PF表示保护范围内反击概率。按照设计容量，避雷线受到50kA以上的雷击时，会对电力线产生反击。由GB50057-94《建筑物防雷设计规范》中对直击雷大小的统计（如表1-2）可知，50kA以上的雷击概率为（10%+7%+3%），因此：
P = 3%×P0+（10%+7%+3%）× P0 = 23%P0
架空避雷线方案的效果
如果实施“线缆埋地” 引入改造方案，进线段遭雷击概率P通过以下计算得出：
P=PZ+PF
式中：PZ表示保护范围内直击雷概率，取3%；PF表示保护范围内反击概率，其值为0。
P=3%×P0=3%P0
线缆埋地方案的效果
通过以上两种方案的比较，可知线缆埋地改造方案比传统方案防直擊雷的概率更有效果，因此该方案比传统方案更为科学、有效、先进。
2.2如果雷电波沿供电线路侵入机房，应采取何种防护措施。
虽然对线缆进线段作了防雷保护，但是保护段以外的电力线仍有遭雷击的可能。一旦出现这种情况，部分雷电波仍会沿电力线侵入机房，那么，该如何解决这个问题呢？
（1）防雷系统局部保护时，不但要进行纵向过电压保护，而且要进行横向（双向）过电压保护， 即不仅在相—地间要进行过电压保护，相—相间也要进行过电压保护。
（2）防雷系统整体保护上，除了在原有的变压器高低压侧、交流配电屏输入端进行防雷保护，另外在市电倒换屏的输出端、直流母线的远端和近端也要安装避雷器。
（3）对于抗过电压能力差的负载， 如高频开关电源，在其输入端也要进行防雷保护。
（4）对于多输入、多输出的直流负载，特别是监控设备，根据以往设备损坏的情况 ，对雷击故障率高的设备要进行保护，例如，在信号采集器上安装信号避雷器。在以上的方案中，各级使用的避雷器件要严格按照保护对象的抗过电压等级进行选择，即：
U残
另外避雷元器件还应满足以下指标：
U额
进行以上改造后，微波站机房内设备都将能有效地得到保护。微波通信系统集成化程度力较弱，而信号线引进的雷电冲击波强度较大，往往遭受雷电袭击而损坏设备的概率较大，因此会造成系统的通信中断并影响设备安全运行，为防止雷电侵入信号线路，应在传输线路上把雷电脉冲泄放掉或进行限幅。一般信号避雷器采用分流、多级泄放以及引流入地等技术。当信号传输线路中的雷电感应电压超过一定值时，避雷器会限制电压的变化，并将雷电能量或其他干扰信号释放入地，从而保证通信设备的安全。 2.3地阻处理
据资料显示该微波站的雷击率较高，这主要是因为此通信站地处200米的山上，地质条件较恶劣、接地电阻高。地质条件差的微波站防雷最有效的办法就是降低接地电阻，接地电阻越小越好，因为微波站易遭雷击，其主要原因就是接地电阻过大，无法给雷击电流提供一个良好的泄流条件，致使雷击瞬间微波站地电位过高，损坏设备，因此，降低接地电阻是关键。还有很重要的一点是要把整个接地网连接在一起，并与自然接地网相联，构成等电位体，实现均压。微波站的地阻要达到规范要求既是重点又是难点。
2.3.1微波站地网的组成
微波站地网由机房地网、铁塔地网和变压器地网组成，同时应利用机房建筑物的基础（含地桩）及铁塔基础内的主钢筋作为接地体的一部分。（如图1-2所示）
建成并完善均压接地网，最大限度降低站内设备的电压差。为了防止雷电危及通信和人身安全，首先将微波站的接地系统按照均压等电位理论改造设计，将微波机房防雷接地地网、铁塔接地地网，变器接地地网，电力、通信引入电缆外层接地等，组成联合的大接地网。
当地网的接地电阻值达不到要求时，应扩大其面积，具体做法是：在地网外围增设l圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间均应每间隔3—5m相互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置輻射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10—30m。
2.3.2接地电阻值
微波通信站地网的工频接地电阻值应不大于10Ω，但由于受土壤电阻率、土壤湿度、水文条件等因素的影响，高山站往往很难达到设计要求，这就要求我们对地阻进行处理，宜采用下列方法：
（1）采用多支线外引接地装置，外引长度不大于有效长度，即 。
（2）接地体埋于较深的低电阻率土壤中。
（3）采用降阻剂。
（4）换土。
另外，如果以上地阻处理方法仍无法达到技术规范规定的接地电阻值或经济成本过高，我们可以将地网做成环形，并进行等电位连接。等电位连接是避雷和电工技术的新技术，由于采用等电位连接，不但使建筑物和其内部的设备避雷能力大大提高，而且对建筑物接地电阻的要求可以放宽，使建设投资可以减少，降低施工难度。
3结论
微波通信站的防雷还处于一个探讨与认知的阶段，通过理论与实践的互相促进，我相信，随着科学的发展，电子器件耐压水平的提高，防雷技术的完善与进步，将来设备的雷击损坏概率也将会有一个突破性的降低。
参考文献
[1]电子信息系统防雷接地技术.
[2]微波站防雷与接地设计规范.
[3]GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》.