河北省長途電信傳輸局支援中心 張芳斌
高山微波站一般都處在海拔一千多米的山峰上，由于山高樹木少，極易造成雷擊的目標。山上土少石頭多，接地電阻很難降得很低，有的站達20Ω-30Ω，使雷電流的泄放造成很大困難。也有的站地線沒有形成一個環形封閉網，難以做到電位均衡。因此各高山微波站均不同程度的遭受過雷擊，如二七站在98年連續兩次受到雷擊，造成斷相保護器損壞，配電盤有的部件擊壞。承德市微波站在97年遭雷電襲擊造成造成監控系統損壞。二五微波站99年又遭雷擊。
為保證電路傳輸，減少雷擊現象，根據我省高山微波站特點，采用切實可行的防雷措施。
從富蘭克林發明避雷針至今已二百多年，以避雷針為主體的傳統防雷技術，在人類社會200多年來的防雷史上起到了積極有效的保護作用，但隨著社會的發展，時代的進步和實踐的深化，其局限性越來越顯露出來，通過多年實踐，人們發現雷電作為一種破壞因素時，其呈現的形式不是單一的，有直擊雷、有感應雷、有雷電入侵波等，而雷電對現代某一特定對象的破壞渠道也不是單一的，有空間通道、饋線通道、信號通道、供電通道、地電位反擊通道、地電流反沖通道和落雷點高位沖擊通道等。而人類社會發展至今，防雷技術水平還局限于任何一個單一的防雷器件，都無法保證所有保護對象的防雷安全，而采用綜合治理、整體防范、多重保護、層層設防的防治雷害的方針是行之有效的，或者說采用各種特定的防雷器件，構成特定的工程網絡，在某一特定的保護空間的一切進雷通道上，采用引、泄、堵、消、防、避的方法，來保護被保護對象(通信設備、人身、房屋)安全。而網絡的設計和網絡工程的規模又和當地的技術經濟條件，所處地域的雷暴日數，保護對象性質，配置器件的連接方式，及遭雷擊歷史等有密切關系。要保證設備群體安全、操作人員安全必須在該整體的一切進雷通道上消散、疏導、抑制掉直擊雷、感應雷和雷電入侵波。
一、避雷針防雷
1752年富蘭克林發明了世界上第一根避雷針，當時認為避雷針在雷雨云的感應下，產生尖端放電，能中和雷雨云中所帶的電荷，從而避免雷擊，而經過多次實驗表明，避雷針在雷雨云的電場作用下，所釋放的電量一般只有幾個微安到幾十個微安，而一次中等的雷電能釋放大約25-30庫侖的電量，相當于幾千根避雷針在幾十分鐘內放電的總電量，從而指出，避雷針在雷暴期間放電電流太小了，它的作用是把閃電引向自身，并沿著它流入大地。而避雷針所產生的二次效應，即感應過電壓和反擊過電壓，避雷針本身無法解決。傳統的閥式避雷器，真空放電管等，也已不適應現代通信設備的避雷要求，已停用。氧化鋅避雷器由于導通性能好，導通時間快而被廣泛應用，但它的殘壓較高對高速率或精密設備仍難以勝任防雷需要。例如：當di/dt=100KA/2.6μs時避雷針的二次雷擊效應在附近平行導線上產生的感應電壓： Vj=0.2［λn(1000/a-1/2］*di/dt×10-6 式中a為避雷針至平行導線的距離 經計算平行導線感應電壓與距離a的關系為： a(m) 5 10 100 200 300 400 500 600 Vj(KV/m) 36.9 31.6 13.9 8.5 5.4 3.2 1.49 0.08 通過避雷針的雷電流產生的高電位反擊效應： Vx=L0H(di/dt)+ir+iR r為測試點至接地體的電阻 i通過引下線的雷電流100KA L0為引下線單位長度電感 L0= (1.67μH/m) H為測試點距大地的高度，取H=10 R為接地電阻 當r=0,R=10Ω時，Vx=1.6MV 當r=0,R=0Ω時，Vx=0.6MV
從以上情況看，避雷針局限性集中反映在di/dt上，如想法減少di/dt時，即減少△i，增加dt值，都會使避雷的效果提高。目前，常用的避雷針有幾種基本形式，一是傳統的避雷針，主要是吸引雷電流，通過良好的接地將雷電流傳導到地，來保護特定目標。
二是提早電流發射終端，它的曲率半徑較大，有更強的積累電荷的能力，由于這個積累，它將在更遠的距離內擊穿空氣發射電流，因此更易于與雷擊的步進先導放電接通，攔截了附近目標的雷擊，如接閃器就是利用這個道理。三是電子流延緩發射裝置，它的曲率半徑小，積累電荷很少時就會尖端放電，放散電荷形成電暈，降低目標頂端電勢，避免或延緩離子化通道的形成，減少雷擊的幾率。還有根據阻抗限流和箱位分流原理開發的避雷針。避雷的關鍵是引雷入地，入地好就可以減少或避免雷擊，引雷入地傳統的方法用扁鐵引雷入地，也有的用銅線引雷入地，還有的用引線電纜引雷入地，這是較好的方法，同軸電纜特性阻抗低，使雷電流直接入地，同時有兩層屏蔽，大大減少了雷電的感應電壓，保護了特定防雷目標。 微波通信天線比較高，饋線較長，饋線接地良好是避雷的良好措施之一，因此要求饋線在天線端、中間、進機房前采取三處接地處理，饋線較長的可在中間增加接地點，保證接地良好，以進行多級防護。 目前，有些廠家為滿足現代化設備的防雷需要，研究開發了新型避雷針裝置，如中光的ZGZ繁列、ZGU系列，易事達接閃器和引線電纜裝置等。
二、接地電阻的降低
在傳統的接地工程中，通常使用扁鐵、銅棒等作接地材料，山區沙石或高阻土壤使用時，需加入食鹽、木炭等，后發展為化學降阻劑以及非金屬接地模塊，均使接地電阻有所降低。
1、非金屬接地模塊具有較強的保濕性，吸濕性，充分發揮了接地體中電解質的導電作用，增大了接地體和土壤的接觸面積，從而增大了接地體本身的散流面積，減少了接地體和土壤的接觸電阻。
2、化學降阻劑是普遍使用的一種接地材料，接地電阻降低效果比較顯著。因化學降阻劑中，主要合成高分子材料占5-8%，電解質物質占8-9%，水成份占80%左右，所以它的粘度較低，凝固前滲透性極強，在灌到接地體坑內，幾分鐘就可以通過沙石縫向土壤深層滲透。凝固后，它緊緊包裹在接地體周圍，并與土壤緊密連接，形成一個較大的導電體，且導電體在大地中出現樹枝狀的延伸體，產生樹枝效應，這樣就可以大大降低接地電極與土壤表面的接觸電阻，起到降阻的功效。 使用了化學降阻劑增大了接地極尺寸，降低了接地電阻值： R=(ρ/2πL)〔λn(L2/dh)+K〕 式中 ρ為土壤的電阻率 L為水平接地體的總長度H為水平接地體的埋設深度 D為水平接地體的直徑或等效直徑K為水平接地體的形狀系數(一般在0-8之間) 顯然對于一定土質P值是一定的，因而要降低接地電阻值就只能增大電極的幾何尺寸，化學降阻劑總成份是電解質水溶液，滲透率較強，當凝固后，與金屬接地體緊密連在一起，相當加大了電極尺寸，再加上其樹枝效應，使接地體體積大大增大，從而降低了接地電阻數值。如二七微波站在地線改造中，對舊坑進行了改造，更換了化學降阻劑，又增了新坑2個，使用化學降阻劑近2000公斤，增加接地體長度560M左右。經過地線改造后，接地電阻有明顯改善，原來測試接地電阻20多歐姆，現能降到10Ω以下，個別地方降到2Ω左右。
3、地線形成封閉的閉合環路 正確的連接和接地可有效的防止地電位的變化，對通信設備造成危害。所謂連接就是將設備所有電氣和金屬物體連接起來，使其電位一致。這種連接就叫等電位連接，起到均衡電位的作用，即雷電發生時，通過連接，使設備之間電位等值變化，防止了因設備之間電位大小不一致，對人體和設備的危害。所謂接地就是將設備連接在一起，通過接地體與大地相通，隨時將雷電流泄放入地，確保設備和人身的安全。瑪斯特公司推薦采用單點接地電位基準，我們通信單位也是這樣做的。所謂單點接地電位基準就是所有站內設備接地點在一點上，即所有站內設備取單一接地點的電位作為電位基準，且僅取自一點。如圖所示： 外部埋設均衡環 所有站內設備都連接到接地母線上，最好每一機架用一根接地直接連接到母線上，雷電發生時，跨越通信設備的跨步電壓仍然會有，但由于所有設備外殼電位取自一點，設備之間不存在電位差，從而避免損壞設備。 地線的埋設要形成一個閉合的封閉環路，可以使電位均衡，不存在電位差，可以避免設備和人身遭受雷擊。
三、電源線路的避雷
雷鳴電閃，用肉眼觀察，雷電只是瞬間一閃，實際上它是由一系列的放電過程組成的，放電約1/1000秒，停止約2/100秒，再放電，再停止……，此脈沖一直持續到電位差不足以再維持其放電。雷擊時的通斷作用在雷擊點產生感生電流，也叫雷電沖擊波。供電線路是地球表面分布最廣，金屬材料最多的線路之一，大量供電線路仍以架空為主體，雷電沖擊波容易從供電線路侵入，并破壞電源設備，甚至損壞通信系統。根據我省雷害事故的統計分析，在雷害事故中約60%以上是因供電線路防雷效果差而引入雷擊的，因而供電線路防雷是整個系統防雷的關鍵之一，從27微波站幾次雷擊情況看，也是供電線路引起雷擊造成斷相保護部分電源配電設備損壞。
高壓輸電線路雖有高壓避雷器(閥型避雷器)但由于動作慢(動作時間是微秒級)殘壓高，該特性會引起低壓輸電線路過電壓，也就是暫太過電壓(浪涌電壓)可以采用分階層安裝浪涌控制設備，首先在主進線上安裝一個高容量浪涌抑制器，再在主配電盤負載側安裝浪涌抑制器，抑制外來的浪涌電壓，考慮到云對云的放電也能在內部線路感應產生暫態過電壓，再增加一級浪涌抑制器，為了保護敏感的大規模集成電路設備，可在負荷側再加一組浪涌抑制器。 現在各廠生產的避雷設備較多，如中光公司的EGB1電源系列電子避雷器，易事達的并聯浪涌抑制器，瑪斯特公司的浪涌抑制器，DK公司的系列電源避雷箱等。易事達還生產一種串聯式浪涌抑制濾波器，它帶有高能鉗位器件和特別的濾波電路，也是當今較先進的浪涌衰減技術。(但價格較昂貴)。目前，經常使用的電源浪涌防護產品一般為金屬氧化物壓敏電阻材料，它的特點是一旦電壓超過了箝位電壓時，它立即進入箝位狀態，限制了電壓升高，從而保護了設備，每當進入箝位狀態，就會有1MA左右的電流通過壓敏電阻入地。
同時，也要加強高低壓避雷閥的維護和測試，采取多種形式的避雷防護，保證電源供電線路路感應雷的雷擊。
四、電話線、信號線的防雷
隨著信息產業的技術發展，科學技術不斷進步，高速率、數字化、智能化、微型化、大容量通信越來越普及，而微電子數字通信系統集成化程度較高，承受脈沖的能力比較弱，而信號線引進的雷電沖擊波強度較大，往往遭受雷電襲擊而損壞設備，造成通信線路中斷，影響設備安全運行。為防止雷電侵入信號線路，在線路上把雷電脈沖泄放掉或堵住宅，一般信號避雷器采用分流，多級泄放、引流入地技術，當信號線受雷電感應電壓超過一定值時，避雷器將限制電壓變化，并將雷電能量或其它干擾信號釋放入地，從而保證通信設備的安全，信號線避雷器主要工作原理是當沒有雷電時，防雷元件呈高阻狀態對電路信號沒有任何影響，一旦輸入端出現感應雷電波時，該防雷器件很快從高阻狀態躍變為低阻狀態，將雷電泄放到大地，防止了雷電波的侵入，保護了設備和人身安全。
總之，雷電的發生是沒有規律性的，是隨機的事件，我們要高度重視，采取多種手段進行綜合性防治，使雷害減少到最低限度，保證通信設備的安全和人身安全。
