通訊機房綜合防雷設計與應用

趙永剛

摘要： 在自然界，雷電造成的危害是十分巨大的，會在很大程度上影響人們正常的生產(chǎn)生活。本文首先對雷電進行了介紹，然后根據(jù)通訊機房實際提出綜合防雷的方法，詳細闡述了綜合防雷的內容并通過實際的應用，驗證了該方法在防雷減災中起到的一定作用。

Abstract： In nature， the harm caused by lightning is very large， it will greatly affect people's normal production and life. Firstly， this paper introduces the thunder and lightning. Then according to the reality of the communication room， the comprehensive lightning protection method is put forward. The contents of the comprehensive lightning protection and the practical application are expounded. The method has been proved to play a certain role in lightning protection and disaster reduction.

關鍵詞： 雷電；綜合防雷；通訊機房；應用

Key words： thunder and lightning；synthetical lightning protection technology；communication room；application

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0161-02

0 引言

雷電是日趨嚴重的的自然災害之一，隨著計算機網(wǎng)絡和現(xiàn)代通訊技術的不斷發(fā)展，聯(lián)網(wǎng)化程度日益增加，且通訊設備與日俱增，規(guī)模不斷擴大，大規(guī)模集成電路的工作電壓越來越低，耐壓程度越來越低，使得設備對電氣環(huán)境的要求越來越高。因此避雷、過電壓防護已成為具有時代特點的一項迫切要求。微電子設備具有低功耗、低電壓、高速度、高密度等特性，使得其很容易受到電磁干擾，比如電磁輻射、靜電放電等。在這種情況下，極易導致電子設備和電力系統(tǒng)等無法正常工作，從而造成無法估量的損失，后果不堪設想。

1 雷電的基礎知識

雷電是強對流所產(chǎn)生的[1]，在強對流氣候條件下，在云層和地面之間，就會產(chǎn)生雷電，雷電電流巨大，而且會導致周邊溫度驟升，此外雷電還會產(chǎn)生電磁輻射，因此會對自然界以及各種生物造成危害。通常情況下，雷電災害有四種形式，分別如下：①直擊雷。如果云層帶電，并且與地面上某一個固定點發(fā)生作用，則會產(chǎn)生直擊雷。直擊雷會產(chǎn)生一定的電流，但是電流產(chǎn)生和持續(xù)的時間較短，而且一般是以脈沖的形式所釋放的，雖然時間較短，但是電流較大，因此直擊雷的破壞力也比較大，很容易損壞雷電周邊的建筑和通電設備。②感應雷。當上文所述直擊雷發(fā)生在某一范圍時，其產(chǎn)生的電流巨大，而且很難再短時間內消失，在這種情況下，雷電附近的電磁脈沖電流就會與周邊的導電體發(fā)生感應，從而產(chǎn)生閃擊，而這種現(xiàn)象即被稱為感應雷現(xiàn)象。③球型雷。這一類型的雷電通常發(fā)生在閃電的過程中，一般是由類似火焰的光體所產(chǎn)生的。④雷電電磁脈沖。在打雷過程中，會產(chǎn)生電磁脈沖，而電磁脈沖能夠干擾閃電中的電流，而且危害性較大，危害范圍較廣。

2 機房綜合防雷設計

由于裝備機房內通訊設備、微電子設備以及其他附屬設施都需要避免雷電損害，因此造成裝備機房防雷點多面廣。單單從外部或內部一個方面保護建筑物和建筑物內各電子網(wǎng)絡設備不受雷電損害已經(jīng)不現(xiàn)實了，應從整體防雷的角度來進行防雷方案的設計。設計綜合防雷方案時應考慮到外部防護、內部防護和基礎防護三個方面，三個方面的防護措施相互協(xié)作，共同實現(xiàn)防雷的目的，缺一不可。

3 機房綜合防雷內容

3.1 外部的防雷

防止直擊雷損壞設備與建筑物是外部的防雷關鍵，外部的防雷系統(tǒng)是由多項傳統(tǒng)的避雷裝置組成的，比如接地地網(wǎng)、避雷針、引下線等，通過安裝外部防雷系統(tǒng)，一旦遇到直擊雷，該系統(tǒng)就能夠將其產(chǎn)生的電流導入地下，較好的抵御直擊雷的破壞，最大限度的減少直擊雷帶來的損失，效果顯著。同時該方法簡便、經(jīng)濟，且安裝過程簡易，具有較強的經(jīng)濟效益[2]。

3.2 天線的防雷

將避雷針安裝在天線鐵塔上，同時經(jīng)過鍍鋅扁鋼直接接入地下，如此雷電流能夠沿著最短路徑接入接地網(wǎng)，使塔上的天線不受雷電流的影響，正常的發(fā)揮作用。另外，也能夠使天線引下線都多點接地。饋線在天線連接處與塔頂接地，未進入機房前，就近接地地網(wǎng)，等進入機房后，在設備的連接處進行接地，將避雷設備安裝在設備與饋線的接口處。過橋與鋼絞線在電氣上和鐵塔連通，當電纜進入到機房的外面一側的時候，把鋼絞線、電纜保護層與過橋連在一起，并且通過最短路徑同接地網(wǎng)相連，盡量使得通過天饋線進到機房的雷電壓幅度降低。

3.3 電源系統(tǒng)的防雷保護

采用網(wǎng)絡集成系統(tǒng)的電源線防護，首先要求進入系統(tǒng)總配電房的電源進線，盡量用金屬鎧裝電纜敷設，使其電纜鎧裝層的兩端良好接地，若沒有鎧裝層包裹電纜，應將電纜穿鋼管埋地，鋼管兩端接地，要求埋地的長度必須超過十五米。除此之外，更多的電力線路也應該采用金屬鎧裝電纜進行敷設，比如機房樓層配電箱、總配電房至各大樓的配電箱等，如此能夠有效減低雷擊事故的發(fā)生率。其次，應將電源防雷器安裝在電源線路上，如此能夠起到防護雷擊的作用。相關規(guī)范標準中對防雷分區(qū)有過要求，把電源系統(tǒng)分成三級保護，全部防雷器都應良好接地。

依據(jù)機房實際情況，當供電線路穿越各級防雷區(qū)時，應科學合理選擇電源系統(tǒng)防雷方案，既要確保防雷目的的實現(xiàn)，也要盡量降低投入成本。由于電源系統(tǒng)中機房UPS不間斷電源設備的作用最為重要，它直接關系到整個電源系統(tǒng)能夠正常運行，因此我們在設計防護方案時必須將UPS不間斷電源的保護設為電源系統(tǒng)保護的重中之重。

在機房專用配電柜、UPS電源做兩級輸入防雷保護，具體應做到以下方面：

一級保護：在機房配電柜前裝三相電源防雷器（單相電源防雷器）。

二級保護：在UPS電源前裝三相電源防雷器（單相電源防雷器）。

三級保護：將電源防雷插座安裝在重要設備上。

3.4 通訊系統(tǒng)的防雷

通常網(wǎng)絡集成系統(tǒng)的組成部分包括主服務器、中心交換機、各分交換機、服務器、路由器、相當數(shù)量的終端。利用廣域網(wǎng)路由器位于主機房內的中心交換機與外界聯(lián)系，同時利用光纖連接各分交換機，而分交換機又利用集線器與各用戶終端相連。

通訊系統(tǒng)防雷涉及由戶外引至戶內的所有通訊線路[3]，包括視頻線路、微波通信線 （天饋線）、專線、網(wǎng)絡通訊線等。面對可能會出現(xiàn)的雷擊風險，我們應結合通訊系統(tǒng)的實際情況選擇科學合理的防雷措施，比如若機房采用光纖傳輸信號，那么可以不做保護，將光纖兩端接地即可；若機房內由光端機，應采取有效措施保護光端機等。

光纖和雙絞線是網(wǎng)絡傳輸最常用的線路。針對兩種不同的線路應有的放矢的采取不同的有效防護措施，若采用的是光纖，基本可以不做保護，將光纖兩端接地即可；若采用的是雙絞線，很容易遇到雷擊風險，為避免造成損失和安全事故，應采取必要的防護措施，此時應將此類信號線敷設在屏蔽線槽中，并將屏蔽線槽接地，或者穿金屬管敷設，將金屬管兩端接地。

3.5 信號線上的防雷

將信號防雷器安裝在信號線路上，能夠有效地避免雷擊事故。對于網(wǎng)絡集成系統(tǒng)，可在網(wǎng)絡信號線進入到廣域網(wǎng)路由器之前安裝專用信號防雷器；將RJ45接口的信號防雷器安裝在系統(tǒng)主干交換機、主服務器以及各分交換機、服務器的信號線入口處，要求所有防雷器都良好接地。市場上的信號防雷器各式各樣，功能不一，在選擇信號防雷器時綜合考慮多項因素，結合自身實際情況選擇性價比最高的防雷器。

3.6 防雷器的使用

防雷器屬于過壓保護電子器件組合，其在高壓時出現(xiàn)低阻短路狀態(tài)，因此能夠承受數(shù)百安培大電流通行，低壓時出現(xiàn)高阻開路的狀態(tài)。應選擇并聯(lián)的方式將防雷器安裝在供電線路或信號傳輸線路上。其防雷原理是一旦遇到雷擊事件，防雷擊就會進入短路狀態(tài)，將由于雷擊事件產(chǎn)生的高電壓與大電流泄放到大地中去，從而實現(xiàn)保護設備的目的，具有良好的防雷作用[4]。

防雷器的安裝注意事項：①防雷器的目的是吸收和泄放雷電流，實現(xiàn)防雷目的，因此要求所有的防雷產(chǎn)品必須接地；②把防雷器的接地線與防雷系統(tǒng)接地排可靠連接，盡量縮短接線，禁止超過一米；③在被保護設備與信號通道之間串聯(lián)/并聯(lián)防雷器；④信號防雷器的輸入端（IN）與信號通道相連，輸出端（OUT）與被保護設備相連并緊靠被保護設備安裝，禁止接反。

4 實際效果

為滿足居民的日常生活需求，某海島山頂上設有多部移動通訊信號基站及通信機房。由于所處自然環(huán)境及地理位置，每年雷雨季節(jié)都會遭到雷擊，造成大量的經(jīng)濟損失及島上居民的通訊不便。采用綜合防雷的方法對通信機房及附近設施進行防雷改造后，近兩年來未發(fā)生雷擊事故，證明了綜合防雷的思路在防雷工作中有一定的作用。

5 結束語

目前的防雷工作應該全局考慮，采用系統(tǒng)和全面的保護措施。隨著科學技術的發(fā)展，綜合防雷的內容也會不斷拓展，相信只要把防雷工作做到了雷電帶給我們的破壞和損失會慢慢減少。

參考文獻：

[1]吳正強.電力系統(tǒng)防雷工程設計的相關思考[J].變頻技術應用，2016（3）：6-7.

[2]王蜀虎.無線通信設備防雷措施探究[J].通訊世界，2016（9）：55-56.

[3]李景祿.現(xiàn)代防雷技術[M].北京：中國水利水電出版社，2009.

[4]路程，趙婉禎.高層建筑電氣防雷及接地技術分析[J].民營科技，2016（05）：159.