劉東坤，宋仕澤，汪恒旭，喬志明，羅 欽

（山東科技大學濟南校區(qū)，山東 濟南 250031）

0 引 言

在通信工程設備防雷接地工作開展過程中，由于工作認識存在誤區(qū)，使得防雷接地抗干擾系統(tǒng)未能發(fā)揮出相應作用，間接影響通信工程運行的可靠性。通過對設備雷電侵入途徑進行分析，針對性進行設備防雷接地抗干擾設計，主動消除雷電侵入風險，可保證通信設備的運行可靠性。

1 工作認識誤區(qū)

1.1 工作理念落后

部分工作人員工作理念落后，對通信工程設備防雷接地工作沒有足夠認知，使得防雷工作未能充分發(fā)揮作用，影響設備運行安全性。

1.2 防雷接地系統(tǒng)不完善

部分通信工程進行設備防雷時，沒有建構科學完善的防雷接地系統(tǒng)，使得防雷工作存在短板，無法保證通信設備穩(wěn)定運行。

1.3 整體防雷接地意識缺乏

由于人員主觀意識偏差，缺乏整體防雷接地意識，在進行防雷接地抗干擾設計工作時，沒有突出各個防護技術的融合，沒有實現(xiàn)預期防雷接地工作效果。

2 雷電侵入途徑

2.1 天饋線引入

雷電擊中通信鐵搭后，產生的高壓電流會沿著天饋線泄放。由于天饋線與部分設備相連接，將導致部分設備受到雷擊，影響設備運行安全。

2.2 交流配電引入

部分通信工程采取架空方式進行線路引入，但在交流配電運行過程中，可能會使得雷電引入，對內部通信設備產生物理損壞[1]。

2.3 直流系統(tǒng)引入

通信站內的很多設備都采取直流供電，一旦雷電沿著直流系統(tǒng)引入，將對通信設備產生巨大破壞，直接影響通信工作的安全性。

2.4 信號傳輸線引入

開展通信工作時，需使用大量通信傳輸線，雷電由信號傳輸線引入后，會對相關連接設備產生直接損壞。

2.5 接地系統(tǒng)引入

如果接地系統(tǒng)沒有達到設計要求，當雷擊問題出現(xiàn)時，將可能沿著接地系統(tǒng)引入，對相關設備產生直接損壞，影響通信工程的運行安全性與穩(wěn)定性。

3 防雷接地抗干擾設計原理及要求

3.1 設計原理

進行設備防雷接地抗干擾設計時，應科學連接信號源地面與信號測量裝置，確保模擬信號的面積、連接趨于一致，提高系統(tǒng)的整體抗干擾能力。進行繼電器、驅動電機設備設計時，為保證設備運行安全性，需保證設備分離獨立運行。為將模擬型號與數(shù)字信號的干擾控制在最低，需設計相關地線，使得兩者控制處于不同界面。

3.2 設計要求

進行通信工程設備防雷接地抗干擾設計時，應遵循以下設計要求：（1）高壓防護接地裝置，應與機架的耐電壓大于3 000 V，避免擊穿、飛弧問題的出現(xiàn)；（2）機架高壓防護裝置設計時，應保證防護架與接地設備之間的絕緣電阻大于1 000 Ω，保證設備系統(tǒng)的整體運行安全性與可靠性；（3）高壓機架的防護接地設備，應與其連接端子的截面積大于35 m2；（4）機架高壓防護裝置設計時，應對相關線路進行金屬絕緣防護，接地連接線的截面積應在6 m2以上。

在通信工程運行過程中，為保證設備的運行安全與質量，進行設備高壓雷擊防護設計時，為實現(xiàn)設備的防雷接地抗干擾要求，應對設計的防護技術方案進行試驗，測試設備的防雷接地保護效果，進而根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對設計方案進行優(yōu)化[2]。

4 防雷接地抗干擾設計要點

4.1 分流散流設計

接地工作的開展對設備防雷工作非常重要。高效可靠的接地系統(tǒng)，可提高雷電泄流的速度，縮短雷電產生電流、電壓在設備儀器中的停留時間，有效保護設備儀器運行安全。

進行接地電阻設計時，根據(jù)接地體到接地設備的接地母線距離，計算接地表面與土壤的接地電阻，分析接地電阻設計方案的可行性，選擇合適的電阻材質、大小和技術方案，保證接地電阻可發(fā)揮出一定價值。

為實現(xiàn)分流散流設計工作目標，可進行散流電阻的設計，基于接地體向周邊擴散20 m，分析覆蓋土壤的散流效果。通過分析可知，影響散流效果的主要因素為土壤含水量。為降低接地電阻，應從接地體的最佳埋深、不等長技術、化學降組等領域入手，實現(xiàn)預期降低電阻工作目標。

垂直接地體的合理埋深，可將散流電阻控制在一定范圍內。在對垂直接地體的埋深數(shù)據(jù)進行設計時，應考量三維地網(wǎng)因素，三維地網(wǎng)指接地體的埋深與接地網(wǎng)的等值半徑。處于同一數(shù)量級的接地網(wǎng)，應根據(jù)三維接地網(wǎng)的特點，選擇埋深范圍內的最大值，實現(xiàn)降低電阻的預期工作目標。

進行分流散流設計時，可合理應用不等長接地體技術。因為接地網(wǎng)中各個接地體之間存在埋深間距，而且埋深間距為接地體長度的2倍左右。若電流流入單一接地體時，受到接地體之間的相互制約，則會阻滯電流的流散。該種電流流散現(xiàn)象，即為不等長接地體的屏蔽作用?；诓坏乳L接地體技術的合理應用，可有效解決單一接地體的屏蔽問題，提高多個接地體的利用效率，有效降低接地體的散流電阻，實現(xiàn)設備防雷接地抗干擾工作預期目標[3]。

4.2 等電位聯(lián)結設計

為實現(xiàn)設備防雷接地抗干擾工作要求，可合理應用等電位聯(lián)結技術。等電位聯(lián)結技術的應用主要涉及以下部分：外部與設備之間的等電位、建筑物內部的等電位、等電位聯(lián)結措施等。進行設備等電位聯(lián)結設計時，基于通信工程設備的金屬外殼，直接與等電位母排進行電氣聯(lián)結，或者直接與接地基準平面進行電氣聯(lián)結，設備中的用電線路將通過電涌保護器與設備外殼進行等位聯(lián)結。例如，對銀行機房的通信系統(tǒng)進行等電位設計時，采取M型等電位連接技術方案，避免設備運行過程中受到低頻電流的干擾，保證在雷電環(huán)境下設備處于等電位狀態(tài)下，規(guī)避雷電對設備的損壞。

4.3 接地與屏蔽設計

在通信工程設備運行過程中，為實現(xiàn)防雷接地工作要求，應進行正確接地與雷電屏蔽，提高設備的抗干擾能力。例如，用電設備的高壓側加裝專業(yè)避雷針，避免雷電進入設備的低壓區(qū)域而影響設備的運行安全。

設備低壓側進行接地保護設計時，需保證低壓側出線電纜的鋼鎧有效可靠接地，并設計多路接地，保證設備高效接地。例如，在通信工程設備運行過程中，需利用室外通信線進行工作，為避免雷電侵入，可在進線側設計相應的雷電電涌保護器，避免交換機設備受到雷擊而影響通信工程的整體運行安全性。同時，應確保避雷針獨立引入大地，保證避雷針的接地安全性與可靠性。

在對微機設備進行保護時，為避免雷電沿通信信號線侵入設備，應對通信信號線進行保護，采取雙絞層屏蔽電纜對通信信號線進行屏蔽處理，有效抑制雷電侵入問題。鋪設通信信號線時，應將其與強電導向分開鋪設，避免強電導線產生的電場諧波影響設備運行安全。例如，進行通信工程的設備儀器控制時，同時擁有模擬電路與數(shù)字電路，必須將數(shù)字電路與模擬電路分開。若兩者線路控制沒有進行有效分離，在實際運行過程中不僅會相互干擾，而且會對設備產生嚴重損害，直接影響通信工程的整體運行安全性。

4.4 浪涌保護器設計

在通信工程設備運行過程中，一旦出現(xiàn)雷電侵入問題，將對相關設備、開關、繼電器產生瞬態(tài)浪涌過電壓，浪涌電壓的出現(xiàn)會導致設備的運行安全性、可靠性下降，直接影響通信工程的整體運行可靠性[4]。

進行設備防雷接地抗干擾設計時，為有效預防浪涌電壓問題，應配備浪涌保護器設備。浪涌保護器采用等電位理論，將浪涌電流泄放到大地。浪涌電壓出現(xiàn)時，瞬變電壓抑制二極管，可以首先做出技術動作，開始對浪涌電流進行泄放，將輸出鉗位控制于截止電壓，主動規(guī)避過載電壓對設備的物理損害。當抑制二極管的放電電流逐漸上升時，使得充氣式放電器端電壓超過其點火電壓，發(fā)生相關技術動作，同步開始泄放電流。此時，充氣式放電器處于低阻狀態(tài)，端電壓僅為10～30 V，可避免長時間浪涌電壓導致抑制二極管燒毀。

進行浪涌保護器設計時，不僅需要配置氣體放電管與抑制二極管，而且需要配置壓敏電阻、奇納二極管、金屬間隙等元件。通過融合各個設備的優(yōu)點，進而發(fā)揮出浪涌保護器的工作效能，保證通信工程中設備的運行安全性。

4.5 接地系統(tǒng)設計

4.5.1 TN-C-S系統(tǒng)

TN-C-S系統(tǒng)主要應用于區(qū)域變電所引線給用電設備領域，如通信工程設備用電時，為避免雷擊風險，應根據(jù)設備運行特點選擇對應接地系統(tǒng)。例如，用電接入前采用TN-C系統(tǒng)，在用電接入時進行重復接地，進而成為TN-S系統(tǒng)。通過對該接地系統(tǒng)進行分析可知，該系統(tǒng)中的保護接地線PE所連接的通信工程設備外殼在工程正常運行過程中不帶電，其中中性線N會帶電，有效提高了設備運行安全性與可靠性。

當N線與PE線的引線均從接地體的同一位置引出時，應選擇正確的接地電阻值，使得不同電氣設備獲得相同的接地基準電位點，保證設備整體接地，主動規(guī)避雷擊風險，保證通信工程運行可靠。

4.5.2 TN-S系統(tǒng)

若通信工程設備用電運行過程中需在建筑場所內配置獨立的配電所，為保證設備運行安全性，則可應用TN-S系統(tǒng)，TN-S接地系統(tǒng)具有安全可靠的基準電位。通過對TN-S接地系統(tǒng)進行分析可知，在該系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)的保護接地線PE沒有電流通過，因此對應接入的設備外殼沒有對地電壓，使得該系統(tǒng)具有非常強的電磁適應性。出現(xiàn)突發(fā)雷電事故時，可快速切斷設備電源，保證通信設備整體安全。若通信工程設備運行環(huán)境較為惡劣，頻繁受到雷電侵入，則可應用TN-S接地系統(tǒng)，有效保證精密電氣設備的運行安全[5]。

4.5.3 TT系統(tǒng)

TT系統(tǒng)，即三相四線接地系統(tǒng)，該接地系統(tǒng)可在通信工程設備防雷接地抗干擾工作中發(fā)揮一定作用。通過對TT系統(tǒng)進行分析可知，在電力系統(tǒng)運行過程中，不論三相負荷是否平衡，中性線是否帶電，保護接地線PE線均不會帶電，用電設備外露導電部分也不會帶電，可確保設備安全穩(wěn)定運行。

當接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，則會導致設備帶電，影響設備運行安全。為避免設備帶電且受到雷電襲擊，應利用殘留電流開關設置為用電設備的保護裝置，提高設備的整體防雷接地抗干擾性能。

在TT接地系統(tǒng)運行過程中，可有效保護設備與人身安全，而且該系統(tǒng)可取得一定基準接地電位，使得通信工程中的設備具有一定防雷接地抗干擾功能，保證通信工程的運行可靠性。

4.5.4 TN-C系統(tǒng)

TN-C接地系統(tǒng)主要應用于三相負載相對平衡的用電領域。在通信工程的設備運行過程中，三相負載相對平衡，則可合理應用該接地系統(tǒng)，實現(xiàn)防雷接地抗干擾工作預期目標[6]。

當接地系統(tǒng)的PEN線產生不平衡電流時，設備線路中可能會出現(xiàn)高次諧波，并在中性線上進行疊加，進而導致中性線帶電，使得中性線的接地電位處于不穩(wěn)定狀態(tài)。該種運行條件下，設備外殼帶電，會誘發(fā)雷電侵入風險。為保證通信工程設備的運行安全，應對設備的多種運行工況進行剖析，進而選擇適宜的接地系統(tǒng)，實現(xiàn)設備防雷接地抗干擾設計工作目標。

5 結 論

進行通信工程設備防雷接地抗干擾設計時，為實現(xiàn)預期設計目的，應對設備運行與雷電侵入情況進行分析，依據(jù)防雷接地抗干擾設計原理與要求，選擇合適的設計技術方案，有效提高設備儀器的運行可靠性，為通信工程的整體運行鋪墊安全基石。