許保明

（中國移動通信集團湖北有限公司十堰分公司，湖北 十堰 442000）

1 雷電的主要危害

1.1 雷電的形成

雷電產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，帶電積云是構(gòu)成雷電的基本條件。當(dāng)帶不同電荷的積云相互接近到一定程度，或者帶電積云與地面的凸出物接近到一定程度時，會發(fā)生劇烈的放電現(xiàn)象，發(fā)出耀眼的閃光。并且放電的瞬間周圍空氣溫度達上萬攝氏度，附近空氣受熱急劇膨脹，發(fā)出轟隆隆的雷聲，這就是所謂的電閃雷鳴。

雷電能引起火災(zāi)和爆炸，導(dǎo)致人為觸電，導(dǎo)致設(shè)備和設(shè)施毀壞等。雷電發(fā)生瞬間，物理破壞作用極大，電磁感應(yīng)危害性明顯，閃電沖擊波和電涌傳播速度飛快。雷電可以分為直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷，直擊雷和感應(yīng)雷都可以在空間范圍內(nèi)產(chǎn)生較大輻射的電磁波，并對人類造成很大的影響。因此，需要采取妥善措施，減小雷電對于人們的破壞。

1.2 直擊雷及其危害

直擊雷的產(chǎn)生主要是因為帶電積云，帶電積云接近地面時會在地面凸出物頂部感應(yīng)出一定的異性電荷，當(dāng)積云與地面凸出物之間的電場強度足夠大時，就會產(chǎn)生由帶電積云向大地發(fā)展的跳躍式先導(dǎo)放電現(xiàn)象，放電時間一般持續(xù)幾毫秒。大部分直擊雷帶有重復(fù)放電的性質(zhì)，平均每次雷擊有三四個沖擊，最多能出現(xiàn)幾百個沖擊，但一次雷擊的全部放電時間一般不超過500 ms。

直擊雷的沖擊作用可以直接作用在建筑物或者電氣設(shè)備上。在雷雨多發(fā)季節(jié)，一旦直擊雷直接作用在通信機房及其設(shè)備的金屬部件上，就將造成極其嚴重的后果，如損壞設(shè)備、造成電路短路引發(fā)火災(zāi)等，帶來不可估量的損失。

1.3 感應(yīng)雷及其危害

感應(yīng)雷就是人們常說的閃電感應(yīng)[1]，其分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷2種。靜電感應(yīng)雷是由于帶電云層與金屬導(dǎo)體的距離較近，在金屬導(dǎo)體內(nèi)部感應(yīng)出帶電電荷所致；電磁感應(yīng)雷則是由于雷電迅速放電導(dǎo)致周圍磁場瞬間變化，這種迅速變化的磁場能在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢，因而使不相接觸的導(dǎo)體帶電荷，而且這種電荷在導(dǎo)體內(nèi)部造成很大的沖擊電流。

1.4 球形雷及其危害

球形雷一般是指球狀閃電（物理現(xiàn)象），別稱電光火球，其一般是從高空直接落向地面，臨近地面后開始做水平運動?；鹎虻膶嵸|(zhì)是一團帶電的氣體，所以球形雷可以直接引起建筑物、易燃物、通信設(shè)備著火。如果球形雷直接作用于機房內(nèi)的通信設(shè)備，可能由于極強破壞力導(dǎo)致機房爆炸和設(shè)備損毀。球形雷發(fā)生率較小，人們往往忽視。

2 通信機房防雷重要性和思路

2.1 通信機房防雷系統(tǒng)概況

對于通信機房而言，防雷系統(tǒng)一般包括外部防雷系統(tǒng)[2]和內(nèi)部防雷系統(tǒng)。外部防雷系統(tǒng)包括接雷擊的接引裝置即接閃器、電流向地面引導(dǎo)的導(dǎo)體即引下線、埋在地下的接地體等接地裝置。外部防雷系統(tǒng)設(shè)置接閃器是防護直擊雷的主要措施，一般如避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶等都屬于接閃器。內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止因雷電和電涌侵入通電設(shè)備造成損壞而進行的相應(yīng)設(shè)置，包括等電位連接、浪涌保護器、交直流電源防雷器、信號防雷器及天饋防雷器等專用設(shè)備設(shè)置。

2.2 通信機房防雷重要性

雷電具有大電流、高電壓、短時間的特點。雷電引起的直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷的破壞作用和損毀能力相當(dāng)大，一些災(zāi)害和事故是人類無法想象的。雷擊現(xiàn)象可以導(dǎo)致上百萬元的通信設(shè)備或者精密儀器瞬間擊穿毀壞，也可以導(dǎo)致通信基站瞬間失去功能，影響人們正常上網(wǎng)和日常溝通，造成不可估量的巨大損失。因此，日常通信企業(yè)應(yīng)提高防雷意識，積極采取各類有效措施，保證企業(yè)的效益。

2.3 防雷總體思路

為了保證防雷措施的有效性和控制效果，通信機房防雷應(yīng)考慮以下4個方面[3]。

2.3.1 考慮電荷的疏導(dǎo)

這種防雷思路實質(zhì)上是實現(xiàn)電荷向大地的導(dǎo)入，從而避免直接雷擊或感應(yīng)電流對通信設(shè)備帶來損害。其基本原理是帶電荷的積云靠近地面時，避雷針通過磁場的極變效應(yīng)，引導(dǎo)雷電電流的方向，再經(jīng)過接地引下線、接地裝置以及其他有效的導(dǎo)體裝置將電流引入大地，從而有效避免雷擊電流對通信機房及其設(shè)備造成破壞。

2.3.2 考慮設(shè)備的隔離

其基本思路是將需要受到保護的對象進行隔離處理，防止雷電產(chǎn)生的電壓和電流與相關(guān)設(shè)備直接接觸，降低設(shè)備受到雷擊影響的可能性。其具體做法是將系統(tǒng)中的電力系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過分流、接地、布線和限流等措施進行有效的防護。另外，將室外的信號系統(tǒng)置于與大地相連的金屬箱或電源盒內(nèi)部，同時保證金屬箱或電源盒良好接地，這樣金屬箱或電源盒就會對雷擊起到良好的屏蔽作用。

2.3.3 考慮等電位連接

用金屬導(dǎo)線或使用電壓保護裝置，將防雷系統(tǒng)與建筑物金屬外漏部件、電氣設(shè)備、電源等連接起來，并保證其處于同一電位，不存在電動勢差值。如果機房各類接地系統(tǒng)的接地電阻不均衡，雷擊現(xiàn)象發(fā)生時，雷電流與電阻的乘積得到不同的電勢差值，就會造成電位反擊，造成通信設(shè)備損壞或出現(xiàn)故障。

2.3.4 利用放電中和效應(yīng)

雷電帶有一定極性的電荷，用正負電荷綜合技術(shù)可以實現(xiàn)雷電流的消散。避雷針除了具有金屬導(dǎo)線的效應(yīng)，同時具有中和電荷的效應(yīng)。云層中的電荷與建筑物靠近時，建筑物就會感應(yīng)出來相反的電荷，避雷針通過吸引空氣中極性相反的粒子，通過尖端放電綜合效應(yīng)實現(xiàn)雷電流的消散，從而實現(xiàn)對通信機房及其設(shè)備的防雷保護。

3 通信機房和設(shè)備防雷技術(shù)

3.1 通信機房防雷接地技術(shù)

機房防雷的主要建筑物頂部應(yīng)安裝避雷帶、避雷網(wǎng)等設(shè)施作為接閃器使用，并將樓頂各種金屬管道、設(shè)備設(shè)施、中央空調(diào)管線等連接起來以防止雷擊作用時出現(xiàn)繞擊現(xiàn)象。避雷帶和避雷網(wǎng)一般采用圓鋼或扁鐵，必須保證避雷網(wǎng)和接地導(dǎo)體的有效面積，以實現(xiàn)電流的迅速傳導(dǎo)。定期對防雷裝置和設(shè)施進行檢驗檢測，邀請專業(yè)機構(gòu)和專業(yè)人士對接地電阻數(shù)值進行確認，并出具相應(yīng)的檢測報告和合格標簽。

接地網(wǎng)和接地電阻應(yīng)達到國家標準、行業(yè)標準及相應(yīng)的規(guī)定要求。通信機房地面網(wǎng)絡(luò)采取聯(lián)合接地方式，所有基礎(chǔ)部件必須做到有效接地，根據(jù)等電位要求，具體操作上防雷地線、工作地線、保護地線三者之間共同接到一個接地網(wǎng)絡(luò)。

3.2 通信基站防雷接地技術(shù)

通信機房配套基站防雷主要注意變壓器接地、電源線接地和信號線纜接地3個事項[4]。變壓器部分一般采用安全等級較高的TN-C-S接地系統(tǒng)，這種接地系統(tǒng)安全級別非常高，一般用在石油石化具有火災(zāi)爆炸風(fēng)險性較高的場所。在變壓器高壓側(cè)，雷電波的來波方向需要設(shè)置避雷器，即避雷器裝設(shè)在被保護設(shè)施的引入端。避雷器正常時處于不通狀態(tài)，雷電侵入時能迅速打通電路，擊穿放電，切斷過電壓，發(fā)揮保護作用，并將雷電流快速釋放并向大地進行傳導(dǎo)。雷擊現(xiàn)象過后，避雷器恢復(fù)正常工作狀態(tài)，相應(yīng)的耦合回路不再導(dǎo)通。加強通信系統(tǒng)電源的防雷保護同樣重要，通信電源一般是冗余設(shè)置，其相當(dāng)于通信系統(tǒng)的心臟。對通信電源系統(tǒng)的防護，首選過電壓保護器（避雷器），使系統(tǒng)上瞬間增大的脈沖能量瞬間導(dǎo)通并泄入大地，使各設(shè)備電位差不超過系統(tǒng)的承受范圍。在基站信號線纜的防雷設(shè)置上，優(yōu)先考慮采用避雷器，盡可能降低雷擊浪涌對通信機房及其設(shè)備的影響。

3.3 通信光纜線路防雷技術(shù)

在通信光纜防雷設(shè)計上，首先考慮光纜產(chǎn)品質(zhì)量和性能，優(yōu)先選用質(zhì)量達標且防雷效果良好的防雷產(chǎn)品。對于需做埋地處理的光纜，其中的金屬部件一定要在光纜的接頭處進行有效的處理[5]。因為光纜上屏蔽線的作用，光纜斷開接頭不需要進行電氣設(shè)備連接和接地處理，但是必須在光纜接頭處將金屬部件進行電氣連接、金屬導(dǎo)線跨接以及其他形式的等電位連接。對于雷擊事故頻發(fā)的地區(qū)，優(yōu)先選取帶有鎧裝的屏蔽線光纜，同時做好光纜防護接地處理。另外，光纜的終端部分，也就是位于機房的配電架及其附屬物物件，要加強防雷處理。在長途光纜通信線路中，為了提高光纜線路防雷水平，應(yīng)妥善做好光纜防護層的設(shè)計工作，在其PE護層的選取上，優(yōu)先選擇耐腐蝕性、耐酸堿性和高防水性的聚乙烯材料。另外，在一些地區(qū)，土壤電阻系數(shù)比較高，為了避免對光纜金屬構(gòu)件人工接地造成雷電流反擊以及光纜內(nèi)部金屬構(gòu)件多次不同程度遭受擊穿，一定要保證光纜傳輸全線不做人工接地處理，以達到更加有效的防雷作用。

4 通信機房和設(shè)備防雷新技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，防雷技術(shù)在不斷更新，目前主動防雷思想不斷滲透到各行各業(yè)和氣象防災(zāi)部門，人們可以通過氣象分析研究云層的電荷，通過向天空發(fā)射火箭彈等形式，促進云層的電荷消散，從而從根本上避免雷擊事故。此外，很多智能化防雷技術(shù)在通信機房和通信行業(yè)得到了推廣和應(yīng)用。

4.1 等離子電荷遷移技術(shù)

等離子狀態(tài)，指的是物質(zhì)原子內(nèi)的電子在高溫作用下脫離原子核的吸引，呈現(xiàn)游離狀態(tài)。利用等離子析出的電荷與積云中的電荷發(fā)生中和作用，可有效消除雷擊現(xiàn)象。應(yīng)用中用鍍上等離子體的金屬球與建筑物的引下線相連接，當(dāng)雷電云層靠近等離子體的時候，在云層電磁場的作用下等離子體會發(fā)生相應(yīng)的物理和化學(xué)變化，析出極性相反的電荷，并逐漸與云中的電荷發(fā)生中和反應(yīng)，這樣就能從根本上消除雷電流的存在，起到很好的防雷作用。

4.2 雷擊監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

雷擊現(xiàn)象發(fā)生時，積云中的電荷已經(jīng)積累到相當(dāng)多的數(shù)量，這時云層之間、云與地面之間具有很大強度的場強。電荷積累到飽和狀態(tài)就會發(fā)生放電現(xiàn)象。根據(jù)大氣場強強度變化，通過電磁感應(yīng)原理可以監(jiān)測積云中電磁極性、電荷強度、分布密度和發(fā)展形勢等狀況，進而對雷擊發(fā)生的時間、方位、動向做出一系列的判斷和預(yù)測。另外，可以利用多普勒雷達、衛(wèi)星云圖、電場儀和磁場儀等專業(yè)儀器進行輔助判斷。雷擊預(yù)測監(jiān)控系統(tǒng)由軟硬件組成，主要分為監(jiān)測界面、處理界面和報警界面3個部分。監(jiān)控方面利用計算機算法進行程序的編制綜合，使用數(shù)據(jù)庫圖形處理等計算機技術(shù)，實現(xiàn)對云層狀況的動態(tài)監(jiān)測和模擬。通過人機對話系統(tǒng)和可視化操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)監(jiān)測設(shè)定，了解雷雨天氣時雷擊事故的動向，輔助進行人工監(jiān)測。系統(tǒng)可以將監(jiān)測到的結(jié)果進行運算，當(dāng)達到一定的設(shè)定值時發(fā)出警報。

4.3 接閃器自啟動技術(shù)

利用接閃器自動升降，可以實現(xiàn)自動引擎防雷技術(shù)。接閃器自啟動技術(shù)綜合了一部分自動化技術(shù)和機電自動升降原理，自動升降裝置主要由計算機進行控制。當(dāng)雷電預(yù)警系統(tǒng)報警的時候，該區(qū)域很可能發(fā)生雷電活動和雷電電荷放電趨勢，自動升降避雷裝置就會進入工作狀態(tài)并做出相應(yīng)的反應(yīng)，避雷針自動升高到設(shè)置高度，對保護范圍內(nèi)的建筑物、電力電纜、通信設(shè)施等起到保護作用。當(dāng)雷云消失或電場的場強減弱到一定程度時，雷電預(yù)警系統(tǒng)取消，這種自動裝置就會解除報警狀態(tài)，升起的避雷針就會自動降至原位。自動引擎接閃器，無需人工配合，全部由機電一體化和自動化技術(shù)完成，其升降、限位、密封和電流泄散發(fā)揮了良好的防雷泄流作用。

4.4 供電回路自動切換技術(shù)

供電線路雙回路智能切換技術(shù)，采用現(xiàn)代智能化信息手段，將電氣搭接的電源系統(tǒng)進行自動切換。這種切換過程實現(xiàn)了供電電源與蓄電UPS電源之間的轉(zhuǎn)換，雷擊現(xiàn)象發(fā)生時有效避免在用回路遭受雷擊，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保護及設(shè)備安全性的防護。由于系統(tǒng)設(shè)計上自動實現(xiàn)了雷擊前對電源的關(guān)閉狀態(tài)，避免了經(jīng)濟損失。系統(tǒng)一般包括電源自動切換功能、遠程手動切換功能、就地切換功能及在線的監(jiān)測功能等。雷云逐漸形成時，系統(tǒng)自動感應(yīng)并切斷電源線路，有效保護電源；雷云逐漸消散時系統(tǒng)沒有雷擊威脅，此時系統(tǒng)就會自動轉(zhuǎn)換，將開關(guān)合閘恢復(fù)供電。這種系統(tǒng)設(shè)置靈活性較強，人們可以選擇遠程自動化合閘，也可以選擇本地合閘功能，為防雷工作帶來了巨大便利。

4.5 防雷智能在線監(jiān)測技術(shù)

防雷智能在線監(jiān)測技術(shù)[6]，可以通過物聯(lián)網(wǎng)、云存儲、大數(shù)據(jù)、信息化等技術(shù)的有效結(jié)合，實現(xiàn)綜合性的在線防雷監(jiān)測。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測接地裝置的接地阻值、雷擊電流、雷擊電壓、浪涌保護器的動作狀態(tài)等。該技術(shù)能有效采集接地阻值、累積能量、電勢強度、雷擊次數(shù)和可能性、累積電荷、保護器的漏電狀態(tài)以及空氣開關(guān)的工作狀態(tài)等。在線監(jiān)測技術(shù)的使用可以輔助人們更直觀、更有效、更主動地防御雷擊事故。

5 結(jié) 論

通信企業(yè)要明確認識到雷電的危害，相關(guān)人員需要加大對雷電防護措施的研究力度。通信企業(yè)要充分認識到通信機房、通信基站以及通信線路防雷基礎(chǔ)設(shè)施的重要性，筑牢基礎(chǔ)性的防雷保障措施，保證通信企業(yè)不出現(xiàn)或者極少出現(xiàn)雷擊事故。另外，通信企業(yè)要加大科技投入與創(chuàng)新力度，組織科研攻關(guān)，在防雷關(guān)鍵問題上加大政策扶持和科研投入，并適時引進新技術(shù)及新產(chǎn)品，讓智能監(jiān)測技術(shù)、自啟動避雷技術(shù)以及基于大數(shù)據(jù)背景下的自切換等新型防雷技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場實際，為通信企業(yè)的防雷工作帶來保證，助力通信企業(yè)穩(wěn)健發(fā)展。