楊　暢　王　帥

摘要：文章主要分析了雷電的成因和危害。雷電由大氣環(huán)流和當(dāng)?shù)貧庀笠蛩厮鶝Q定，是積雨云中云與云之間或云與地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，強(qiáng)大電流通過(guò)時(shí)，又使空氣迅速膨脹產(chǎn)生巨大的響聲，即產(chǎn)生雷電。雷電根據(jù)形狀的不同，可分為枝狀、片狀、線狀等形式，其中枝狀最為常見。文章以淮南礦業(yè)集團(tuán)通信站為分析模型，介紹了三級(jí)防雷設(shè)計(jì)在通信電源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：雷電；感應(yīng)雷；電源系統(tǒng)；防雷保護(hù)器；防雷設(shè)計(jì)；通信電源系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TN915 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2009）15-0066-02

一、雷電的成因和危害

（一）雷電的成因

雷電由大氣環(huán)流和當(dāng)?shù)貧庀笠蛩厮鶝Q定，是積雨云中云與云之間或云與地之間產(chǎn)生的放電現(xiàn)象，強(qiáng)大電流通過(guò)時(shí)，又使空氣迅速膨脹產(chǎn)生巨大的響聲，即雷電。雷電根據(jù)形狀的不同，可分為枝狀、片狀、線狀等形式，其中枝狀最為常見。暖濕氣流上升到大約15000米的高空，在云中產(chǎn)生出正、負(fù)電荷，強(qiáng)烈的上升氣流造成了云內(nèi)電荷的分離，正電荷位于云的上部，負(fù)電荷在云的下部，云與大地間就形成電場(chǎng)，其下端的負(fù)電荷使大地被感應(yīng)出正電荷，此時(shí)雷云與大地之間就成為一個(gè)大的已充電的電容器?？捎|發(fā)雷電的電場(chǎng)強(qiáng)度與空氣的絕緣度相關(guān)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度在0.5～10kV/cm之間，雷云與地間的電勢(shì)差高到一定程度（約103v/cm～104v/cm）時(shí)，大氣會(huì)被擊穿。

（二）雷電對(duì)通信系統(tǒng)的危害

雷電是一種極具破壞力的自然現(xiàn)象，其電壓可高達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，瞬間電流更可高達(dá)數(shù)十萬(wàn)安培。由于通信設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)集中化程度較高，使板件耐受過(guò)電壓、過(guò)電流的能力下降，更易遭受雷電破壞。輕者造成設(shè)備的接口損壞，大量數(shù)據(jù)丟失或無(wú)法傳輸；重者使主機(jī)損壞，導(dǎo)致通信中斷，因此對(duì)關(guān)鍵的系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行防雷害是非常必要的。從危害角度雷電可分為直擊雷和感應(yīng)雷。

1．直擊雷。由于原有的防直擊雷系統(tǒng)不夠完善，雷云對(duì)地放電的主通道通過(guò)被保護(hù)物，就稱被保護(hù)物被直擊雷擊中。雷電直接擊中通信站機(jī)房樓、配電室設(shè)備、電纜和人員，強(qiáng)大的雷電沖擊電流具有巨大的電磁效應(yīng)、和熱效應(yīng)，足以造成建筑物損壞、電氣短路引起火災(zāi)以及人員傷亡等嚴(yán)重后果。

2．感應(yīng)雷。雷云對(duì)地放電的主通道雖然沒(méi)有經(jīng)過(guò)被保護(hù)物，但放電過(guò)程中在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，即通常所說(shuō)的感應(yīng)雷。感應(yīng)雷產(chǎn)生于導(dǎo)體中并沿導(dǎo)體傳播，損壞與導(dǎo)體相聯(lián)的某些設(shè)備或設(shè)備中的某些器件。通信站的設(shè)備中有大量的集成微電子電路通過(guò)金屬導(dǎo)線相連，并且通信站也通過(guò)電力電纜和各種通信傳輸電纜與外界相連，容易被感應(yīng)雷損壞，造成各類接口板件損壞、硬件背板整流模塊損壞。感應(yīng)雷破壞力雖然不及直擊雷大，但其損害的往往是設(shè)備的核心器件，會(huì)造成大的通信阻斷，可以說(shuō)通信站防雷主要是防感應(yīng)雷。

二、電源系統(tǒng)的防雷要求

（一）配置現(xiàn)狀

以淮南礦業(yè)集團(tuán)通信站為分析模型，通信站的電源系統(tǒng)主要由交流供配電屏、直流配電屏、直流開關(guān)電源設(shè)備及直流逆變器等組成。交流電源由兩路市電回路輸入到電源機(jī)房的市電切換柜內(nèi)，經(jīng)切換器后接至市電總配電柜，其中一路供至通信直流開關(guān)電源設(shè)備，通信直流開關(guān)電源將交流電源整流成直流-48V輸出至直流配電屏，再分配到通信站內(nèi)各直流負(fù)載通信設(shè)備。其中直流開關(guān)電源的直流-48V輸出與-48V蓄電池組并聯(lián)，市電正常供電時(shí)，由開關(guān)電源組蓄電池組進(jìn)行浮充；市電停電時(shí)，由蓄電池組供電至各直流負(fù)載通信設(shè)備，同時(shí)經(jīng)-48V直流逆變器輸出交流220V電源供給交流負(fù)載通信設(shè)備及維護(hù)終端使用。

（二）電源防護(hù)要求

信息產(chǎn)業(yè)部發(fā)布了通信電源防雷標(biāo)準(zhǔn)，主要有兩條：一是電力電纜應(yīng)有金屬屏蔽層，且必須埋地站；二是在電源上逐級(jí)加裝電源防雷器，實(shí)現(xiàn)多級(jí)防護(hù)。即在變壓器的高壓端加裝高壓避雷器，低壓側(cè)加裝低壓避雷器，在交流配電屏和直流配電屏分別加裝交、直流防雷器。

防雷器的防雷能力與安裝方式有密切關(guān)系，主要是引線電感會(huì)產(chǎn)生額外的殘壓，應(yīng)盡可能地縮短電力線與防雷器的連線和防雷器與接地匯接板連線的長(zhǎng)度。

采用多級(jí)防雷器可減小引線電感帶來(lái)的額外殘壓，因?yàn)榍凹?jí)防雷器已將大部分雷電流泄放入地，在后級(jí)的防雷器只泄放少部分雷電流，雷電流的減小必然導(dǎo)致引線上的附加殘壓減小。為保證防雷器由前到后順序泄放，動(dòng)作電壓應(yīng)是后級(jí)不低于前級(jí)。防雷器之間的電力電纜長(zhǎng)度不小于10米。

三、電源系統(tǒng)防雷方案

根據(jù)配置現(xiàn)狀對(duì)該站電源系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)，需對(duì)交流電源輸入及直流電源輸出加裝防雷、防浪涌的設(shè)備和器件，以提高該站電源系統(tǒng)抵御雷擊和過(guò)壓浪涌沖擊的能力。設(shè)計(jì)采用三級(jí)防雷措施，其工作原理為利用分級(jí)的防雷器層層泄放雷電感應(yīng)的能量，逐漸減低浪涌電壓，從而保護(hù)用戶終端設(shè)備。

（一）第一級(jí)（B級(jí)）防雷

對(duì)于電源一級(jí)防雷器，必須做到在電源的進(jìn)入端并聯(lián)安裝低壓端的總電源防雷器，將由外部線路可能引入的雷擊高電壓引至大地泄放，以確保后接設(shè)備的安全。在變壓器低壓電源輸出端（市電輸入總配電柜）配置安裝德國(guó)Bettermann集團(tuán)OBO避雷器，選用型號(hào)MCD25-B+C/T25KA（10/350）開關(guān)型三相電源防雷箱，能滿足第一級(jí)雷電防護(hù)要求，如圖1所示：

（二）第二級(jí)（C級(jí)）防雷

作為分配電柜的次級(jí)防雷器，防雷器并聯(lián)安裝在開關(guān)電源、逆變電源的電源進(jìn)線端處?？蓪?duì)已經(jīng)過(guò)初級(jí)防雷器限制電壓的直擊雷、高強(qiáng)度感應(yīng)雷實(shí)施泄放保護(hù)。要求第二級(jí)防雷器的線路安裝距離距第一級(jí)防雷器10～15米，以使防雷器的動(dòng)作分級(jí)起效。選用型號(hào)是OBO避雷器V25-B/3+NPE和V10-C，能滿足第二級(jí)雷電防護(hù)要求，如圖2所示：

備如程控交換機(jī)、SDH、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等使用很多的集成電路和精密的元件，擊穿電壓只有幾十伏，最大允許工作電源也是毫安級(jí)的。由經(jīng)過(guò)一、二級(jí)防雷而進(jìn)入機(jī)房設(shè)備的雷擊殘壓仍有千伏之上，將對(duì)這些設(shè)備造成很大沖擊甚至損壞。第三級(jí)為精細(xì)保護(hù)，并聯(lián)安裝在設(shè)備直流電源進(jìn)線端。選用型號(hào)是OBO避雷器V20-C/3+NPE，能滿足第三級(jí)雷電防護(hù)要求，如圖3所示：

四、結(jié)語(yǔ)

通信站電源系統(tǒng)雷電防護(hù)，是保護(hù)通信線路、設(shè)備及人身安全的重要手段。防雷保護(hù)設(shè)計(jì)工作是一項(xiàng)要求高、難度大的系統(tǒng)工程，涉及多方面的因素。本方案在遵照?qǐng)?zhí)行國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，還參考和引入IEC國(guó)際電工委員會(huì)的有關(guān)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，采用三級(jí)防雷措施，達(dá)到較好的防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊暢，淮南礦業(yè)集團(tuán)信息分公司工程師；王帥，淮南礦業(yè)集團(tuán)信息分公司助理工程師。