通信台站雷电的危害及防护

作者：时间：2009-09-17来源：网络收藏

雷电是十大自然灾害之一，随着经济和现代科学技术的发展，雷电灾害造成巨大的经济损失和人员伤亡，据有关资料统计，全世界每年因雷击造成的经济损失达10亿美元以上。雷电灾害是联合国国际减灾十年委员会公布的对人类威胁最严重的自然灾害之一。
随着部队信息化的发展，通信网络规模不断扩大，通信台站的数量也日趋增多，而且多数通信台站的电源线路和传输线路大都采用长距离架空线路，进入机房，增加雷击风险，导致雷击概率增多，通信设备损坏、通信中断，耗费了大量人力财力。尽管近年来我们采取了多种多样的防雷措施，耗费了大量人力财力，每年雷害造成的损失仍然很大。怎样才能有效地预防雷害，确保通信台站设备和工作人员的安全呢?多年来的工程经验告诉我们：必须根据通信台站的实际情况，在现场勘查的基础上设计有针对性的综合防雷系统，严格按照设计方案及标准规范施工。

1 雷电形式
雷电对通信设备具有很强的破坏性，主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵入和地电压反击等四种形式。直击雷和感应雷是雷电入侵建筑物内电气设备的主要形式。
直击雷是指直接击在建筑物或其他物体上的雷电。由于受直接雷击，被击的建筑物、电气设备或其他物体会产生很高的电位，而引起过电压，这时流过的雷电流很大，可达几十千安甚至几百千安，这就极易使电气设备或建筑物损坏，甚至引起火灾或爆炸事故。当雷击于架空输电线时，也会产生很高的电压可达几千千伏，不仅会常常引起线路的闪络放电，造成线路发生短路事故，而且这种过电压还会以波动的形式迅速向变电所、发电厂或其他建筑物内传播，使沿线安装的电气设备绝缘受到严重威胁，往往引起绝缘击穿起火等严重后果。
感应雷是指当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压(感应电压)，其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成建筑物内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成的危害。另一种情况是，在雷电闪击时，由于雷电流的变化率大而在雷电流的通道附近就形成了一个很强的感应电磁场，对建筑物内的电子设备造成干扰、破坏，或者使周围的金属构件产生感应电流，从而产生大量的热而引起火灾。另外，当架空线遭受直击雷或产生感应雷，高电位便会沿着导线、电源线以及信号线侵入变电站或建筑物内，这种雷电波侵入也会对电气设备造成危害或使建筑物内的金属设备放电，引起破坏作用。
直击雷是雷电直接击中线路并经过电气设备入地的雷击过电流；感应雷是由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压、过电流形成的雷击，感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的，形成感应雷电压的几率很高，对建筑物内的电气设备，尤其是低压电子设备威胁巨大，所以说对通信台站内设备的防雷保护的重点是防止感应雷入侵。
雷电波入侵是指雷击发生时，雷电直接击中架空或埋地较浅的金属管道、线缆，强大的雷电流沿着这些管线侵入室内。
由图l可以看出，雷电波侵入的方式通常有三种：其一是直击雷击中金属导线，让高压雷电波以波的形式沿着导线两边传播而引入室内；第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，
他们在各种电线中感应出几千伏到几十千伏的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内的；第三种是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生数十千伏到数百千伏的高电位，这个高电位通过电力线的PEN线、防雷接地线和通信系统的地线，也是以波的形式传入室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大范围。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/157842.htm

2 雷电波入侵的特点及危害
对于通信台站来说，大多数线路都是长距离引入机房，本文由于篇幅限制，主要对线路上的雷电波入侵进行阐述。
对于通信台站，直击雷是指雷电直接击中了架空电线(信号线)或埋地线缆，雷电流以l／20～1／2的光速以波的形式向线路两端，对设备及构成危害。雷击时电流高达几十千安，最高达200～300kA，一般在20～40kA，其时间甚短，一般仅为10～100μs。
雷击架空线路导线产生的直击雷过电压：
Us≈100I
式中：
Us一雷击点过电压最大值(kV)
I一雷电流幅值(kA)
实践证明，在埋有线缆的地方，沿线缆埋设的线路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤电阻率高的地方尤其明显，这是由于在土壤中埋下一条线缆就相当于土壤中有一条土壤电阻率特别低的带，在土壤电阻率突变的地区受雷击率特别高，这便是雷电直击线缆的原因。
闪电落地点会形成半球形(如果土壤电阻率均压)。导电区域出项陡峭的电位降。当土壤电阻率为100Ωm、雷电流为100kA时，导电半球的半径的典型值为2～3m；当电阻率为10000Ωm时，半径将增大10倍。在地下若埋有电缆，则雷击点会对电缆放电，在土壤电阻率为100Ωm时，放电距离为6m；在土壤电阻率为1000Ωm(一般高山站点的土壤电阻率都比较高)时，放电距离为12m以上；聚乙烯电缆护套的击穿电压约为lOOkV数量级。对于50kA峰值的雷电流，当土壤电阻率为1000Ωm时，距离雷击点80m处即可达到上述的击穿电压值，足以破坏绝缘护套，雷电的高电压就进入芯线，而沿电缆芯传播，造成电缆的损坏。如果雷击点离机房近的话，还会造成机房内设备的损坏。
雷云在起电和先导放电的过程中，对架空线会产生静电感应，使之产生异性静电位，一旦雷云对地放电，导线中的束缚电荷成为自由电荷，以冲击波的形式对地向线路两端，电荷所形成的电流(I)乘以导线的波阻(Z)，即为雷电感应电压。
架空线(无屏蔽)雷电感应过电压如图2所示。