通信设备的过压过流及其防护措施

近年来，随着微电子技术和计算机技术在通信设备中的广泛应用，各类先进通信设备对过压过流及其保护措施的要求越来越高，因此防雷保护越来越重要。由于在通信与数据线路上雷电、强电、静电以及操作引起的瞬间过电压造成的危害时常发生，因此必须采取适当的保护措施以避免因过电压以及所产生的过电流对通信设备、传输线路和相关人员造成的危害。
　　通信大楼一般都安装有避雷针、避雷带或避雷网，并且采取了联合接地的方式。从表面上看，它已具备了良好的防雷和抗外界电磁干扰的性能，那么为什么通信设备有时还会遭受过压过流而损坏呢？还会对操作维护人员的人身构成威胁呢？下面将日常维护巡检过程中发现的一些问题和防护措施归纳如下。
　　１ 引起通信设备过电压的原因
　　从山西省万家寨引黄工程个别高山施工通信站雷击通信设备造成的故障情况分析来看，绝大部分故障是由于雷电电磁脉冲波从户外电力线路、传输线路侵入而造成的。这时，机房本身并未遭受雷击，而是雷电直击电力线、传输线，或在距电力线路／传输线路一定距离处有雷电闪击。例如，某站一个高山施工通信机房距电力线路４００ ｍ处的落雷电流大约为８０ ｋＡ，架空电力线路距地面平均高度为５ ｍ，由此可估算出该处电力线路上瞬间过电压约为２５ ｋＶ。这样高的感应电压向电力线两端扩展，雷电电流感应电压虽能经线路逐渐衰减，但由于通信机房距离落雷地点不是很远，此残余感应电压仍有一定的强度，侵入到机房后仍可导致部分通信设备损坏，造成通信中断。后经技术人员多方分析、改造，采取多种防护方式，避免了雷击现象。强电、静电都是引起通信设备过电压的主要来源，具体而言，输入／输出信号线、交／直流电源线、接地系统和空间电磁波都是过电压源入侵通信设备的主要途径。所以必须采取多种防护措施切断过电压入侵通信设备的主要途径。
　　２ 多级防护
　　随着通信设备的大规模应用，雷电、强电、静电以及操作引起的瞬间过电压造成的危害常常发生。以往的防护体系已不能满足现代通信网络安全的要求，应从单一防护（无源防护，其内涵是与系统电源无直接电气连接的防护系统）转为三维防护（有源和无源防护，其内涵是与系统电源无直接电气连接的防护和与系统电源有直接电气连接的防护系统组合的立体空间防护系统）。三维防护包括防直击雷、防感应雷电、防地电位反击、防静电直击、过电压感应以及操作引起的瞬间过电压影响等多方面的防护，即根据空调、数字程控、光电传输、交直流电源等所有微电子设备的不同功能、不同受保护程度和所属保护层确定防护要点做分类保护。根据雷电、强电、静电和操作瞬间过电压的危害的可能通道，从电源线到数据通信线路都应该做多级保护。
　　３ 外部防护
　　外部防护主要采用避雷针（避雷网、避雷线和避雷带）和接地装置（接地线、地极）来加以防护。其保护原理是：当雷云放电接近地面时，它使地面的电场发生畸变，在避雷针（避雷线）顶部形成局部电场强度畸变，以影响雷电先导入电的发展方向，引导雷电向避雷针（避雷线）放电，再通过接地引下线、接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物免受雷击，这是人们长期实践证明的防直击雷的有效方法。然而，被动放电式避雷针存在反应速度差、保护的范围小以及导通量小等不足。根据现代通信发展的要求，避雷针应选择提前放电主动式的防雷装置，并且应该从３０°、４５°、６０°等不同角度考虑，以做到对各种雷击的防护，增大保护范围，增加导通量。建筑物的所有外露金属构件（管道）都应与防雷网（避雷带或避雷线）良好连接。
　　４ 内部防护
　　首先是电源部分的防护，因为雷电、强电主要是通过线路侵入的。对于高压部分，电力部门有专用的高压避雷装置，而线对线的过压则无法控制。因此，对３８０ Ｖ低压线路应进行过电压保护，按国家规范应分为３部分：建议在高压变压器后端到通信局（站）电力机房总配电盘的电缆内芯线两端对地加装避雷器，作为一级保护；在楼宇总配电盘至楼层配电箱间电缆内芯线两端对地加装避雷器，作为二级保护；在所有重要的、精密的设备以及ＵＰＳ的前端对地加装避雷器，作为三级保护。目的是用分流（限流）技术将雷电过电压（脉冲）能量分流泄入大地，从而达到保护目的。分流（限流）技术中采用的防护器的品质、性能的好坏均直接影响防护的效果，因此选择合格优良的避雷器至关重要。
　　其次是信号部分的防护，这要根据通信设备的敏感度来确定。应该考虑的主要有：卫星接收系统、数字微波传输系统、电话系统、网络专线系统以及监控系统等。建议在所有信息系统进入楼宇的电缆内芯线端时，应对地加装避雷器，电缆中的空线应接地，并做好屏蔽接地。
　　最后是接地处理，接地系统把雷电流引入大地，从而达到保护设备和人身安全的目的。一般建筑物的接地系统有建筑物地网（与法拉第网相接）、电源地（要求地阻＜１０ ?赘）、逻辑地（也称信号地）和防雷地等。通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时，如果相互之间距离达不到规范的要求，则容易出现地电位反击事故。因此，各接地系统之间的距离达不到规范要求时，应尽可能使它们连接在一起，如实际情况不允许直接连接，可通过地电位连接。如光纤到户局点、移动通信基站、寻呼机房、通信局（站）的总接地点尽量做到只有一个，从而保证各类接地点的基准电位是惟一值。为确保系统正常工作，每年在雷雨季节前后或春、秋检修时应定期用精密地阻仪检测地阻值，以确保地阻值始终保持在规定的范围。
　　５ 结论
　　总之，对通信设备而言，接地与防雷是一个永恒的课题，接地系统的正确与可靠直接关系到人身和通信设备的安全。综合考虑国际、国内相关技术的发展以及国家和信息产业部的有关标准，可以明确以下几点。
　　（１） 通信局（站）必须按规范采用联合接地系统。
　　（２） 单点接地原则。无论是联合接地系统还是分散接地系统，地下防雷线、保护地线、工作地线等金属地应连在一起，并通过总接地线汇集排后，这些地线必须绝缘分开。
　　（３） 无论是防雷击通信局（站）建筑物，还是防雷电经交流电力线侵入通信局（站），都必须采用层层防护的原则。
　　（４） 防雷装置的接地电阻应符合《建筑物防雷接地规范》与《通信局（站）接地设计技术规定》的要求。根据各通信机房、基站等所处的环境，应从电缆引入开始安装多级保护器。
　　（５） 防雷装置的抑制过电压性能与连接引线的长度有很大关系，因为在雷击情况下，接地线的阻抗主要取决于接地线的电感，而电感主要取决于接地线的长度。根据多年的安装与维护经验，接地线应尽量短而直，严禁不必要的弯曲、打圈和迂回。
　　（６） 为了使保护器达到更佳的防雷效果，除了要求连接引线尽量粗、短、直外，还应降低连接引线的电感，如果条件允许，每相进、出保护器的两根连线应采用绞合或靠近平行布放的方式，使之流过的电流方向相反，以降低连接电感。保护器的接地端也采取同样的办法，以进一步减少连线电感。
　　（７） 注意避雷元件是否能正常使用，应在每年雷雨季节到来之前和过后检查它们是否已损坏，重点测试它们的动作电压和额定电压下的漏电流，如果数值跟原来产品参数有一定范围的变化，就应该将其更换掉，这一点对于山区多雷区模块局、移动基站和山头微波站尤为重要。
　　（８） 正确安装电源防雷器，减少设备因雷击而导致电源损坏的机会，这样既可免除更换设备之费用，又可保障系统不间断地连续运行。同时还可减少建筑物因雷击所引起的电源火警的机会，确保人身及其他财产的安全。应该做多级保护。