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通信系統(tǒng)防雷接地技術(shù)

文檔作者：周文俊，劉大建文檔來源： 1．武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院；2．湖北省電力公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年11月04日
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第26卷第149期
200 5年3月1 0 151
電力系統(tǒng)通信
Telecommunications for Electric Power System
VoI．26 No．149
Mar．10，2005 ·1·
通信系統(tǒng)防雷接地技術(shù)
周文俊 ，劉大建
(1．武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北武漢430072；2．湖北省電力公司，湖北武漢430077)
摘要：介紹了微電子器件耐雷水平，新型防雷器件TVS管和固態(tài)放電管的特性，過電壓保護(hù)器的四級保
護(hù)．以及通信系統(tǒng)防雷接地與屏蔽的有關(guān)要求；通過對湖北省電力公司通信系統(tǒng)近幾年的雷害實(shí)例分
析。介紹了通信系統(tǒng)簡單而有效的防雷措施及其實(shí)施效果，闡述了水漲船高法在通信系統(tǒng)防雷中的具體
運(yùn)用。
關(guān)鍵詞：通信系統(tǒng)；防雷；措施
中圖分類號：TP915．08 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1005—7641(2005)03—0001—02
0 引言
通信系統(tǒng)(尤其是微波通信站)由于所在地土壤
電阻率較高，其地網(wǎng)的接地電阻往往很難達(dá)到規(guī)程的
要求，加之所處地理位置較高，其防雷工作的難度更
大。通信系統(tǒng)中的微電子器件較多，對外界的干擾極
其敏感，受雷害的情況較為嚴(yán)重。
近年來，湖北省電力公司通信系統(tǒng)多次遭受雷擊，
雷電過電壓導(dǎo)致PCM板和電源板損壞，嚴(yán)重影響了通
信站的正常運(yùn)行。以下列舉了其中的幾次雷害事例。
2002年7月11日，鄂洲電廠遭雷擊，雷電流從交
流供電入口進(jìn)入，擊壞2套PCM終端設(shè)備，致使相關(guān)
電路中斷。
2002年7月16日，荊州地區(qū)幸福變電站遭雷擊，
該站微波終端(PCM3630)主板損壞，通信受阻。
2003年8月9日，黃崗地區(qū)濯港通信站遭雷擊，
因MORO整流屏控制電路損壞而無法正常供電，通信
干線電路葛滬微波中斷5 h 20 min。
雷電對湖北電力通信網(wǎng)造成較大的危害，不僅造
成重大經(jīng)濟(jì)損失，而且后遺癥嚴(yán)重，工作量倍增，通信
失靈還可能影響電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此防雷工作
就顯得尤為重要。
1 綜合性防雷措施
為避免電力通信站遭受雷害，應(yīng)采用“整體防御、
綜合治理、多重保護(hù)”的方針，具體為：接地與均壓、屏
蔽及過電壓保護(hù)。
(1)接地與均壓
良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)，接地電阻
收稿日期：2004—05—09
值越小過電壓值越低。規(guī)程規(guī)定? ，對一般土壤電阻
率，電力調(diào)度與通信大樓其接地電阻值應(yīng)小于1 Q，微
波通信站其接地電阻值應(yīng)小于5 Q；對高土壤電阻率
地區(qū)，其接地電阻值應(yīng)小于10 Q。通信機(jī)房內(nèi)應(yīng)敷設(shè)
均壓帶并圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)行接地母線。
(2)屏蔽
為減少雷電電磁干擾，通信機(jī)房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏
蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房內(nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。
架空電力線380 V電源由配電變壓器引下，應(yīng)更
換為屏蔽電纜后引至室內(nèi)；室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽
電纜，屏蔽層兩端要接地；對于既有鎧帶又有屏蔽層的
電纜，在室內(nèi)應(yīng)將鎧帶與屏蔽層同時接地，而在另一端
只將屏蔽層接地。電纜進(jìn)入室內(nèi)前，應(yīng)水平埋地10 m
以上(對高土壤電阻率地區(qū)，埋地長度應(yīng)大于30 m)，
埋地深度應(yīng)大于0．6 m；非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并
水平埋地10 m以上，鐵管兩端應(yīng)接地。若在室外入口
端將電力線與鐵管間加接壓敏電阻，防雷效果會更好。
(3)過電壓保護(hù)
沿電源線進(jìn)入室內(nèi)的雷電侵入波會使電源電壓急
劇升高，導(dǎo)致電源部分及其后接設(shè)備損壞。由波導(dǎo)管
傳人的雷電波易使弱電設(shè)備發(fā)生反向沖擊。有效的過
電壓保護(hù)是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)，也是通信站防雷
中水漲船高法的關(guān)鍵。
1)配電變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)裝接氧化鋅避雷器，
并且高低壓側(cè)避雷器與變壓器二次側(cè)中性線三點(diǎn)聯(lián)合
接地。
2)室內(nèi)交流裝置前安裝交流電源過電壓保護(hù)箱；
直流電源前安裝直流電源過電壓保護(hù)器；對外進(jìn)出電
話線，應(yīng)裝音頻話路過電壓保護(hù)器。
3)航標(biāo)燈電源線用鎧裝電纜或穿金屬管，電纜鎧
帶或金屬管應(yīng)與鐵塔至少3點(diǎn)焊接，且進(jìn)入機(jī)房前埋
地0．6 m以下部分應(yīng)至少10 m；在航標(biāo)燈處電源線與
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· 2· 電 力 孽 銹 c薹 僧
電纜鎧帶或金屬管及電源線間安裝壓敏電阻。
2 過電壓保護(hù)器(箱)
2．1 微電子器件耐沖擊水平與TV$管和固態(tài)放電管
特性
微電子器件中TTL數(shù)字電路的抗沖擊能力最弱，
12．5 V、30 ns脈寬的沖擊電壓可使TTL電路誤動甚至
損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場達(dá)到0．07 Gs時，可使微電子
器件誤動 ；無電磁屏蔽時，即使其通道遠(yuǎn)在1 km處，
100 kA的雷電流也可能使微電子設(shè)備誤動 。
對于電子設(shè)備的防雷，以前的做法是選用壓敏電
阻(氧化鋅避雷器，MOA)保護(hù)，一般選用MOA的直流1 mA
電壓V， 為被保護(hù)器件工作電壓的2．2～2．5倍。遇
雷擊時，MOA的殘壓達(dá)到V。 電壓的2倍左右，即壓
敏電阻的殘壓約為被保護(hù)器件工作電壓的4．4～5倍。
對，rI’L電路，其工作電壓為5 V，用MOA保護(hù)，遇雷擊
時器件上的殘壓約為4．4×5 V=22 V，此值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大
于12．5 V、30 ns的受損水平(標(biāo)準(zhǔn)雷電壓波頭為
1．2 s)。更何況，目前市場上能買到的直流1 mA電
壓最小的壓敏電阻V， =15 V。可見壓敏電阻不能
使TTL器件免遭雷害。為保護(hù)微電子器件遇雷擊時
不受損壞，有效的辦法是選用新型保護(hù)器件— —TVS
管或固態(tài)放電管。
TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器，當(dāng)其兩極受到反向瞬
態(tài)高能量沖擊時，它能以(10～100)×10 秒(ps)量
級的速度，將兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)
千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓嵌位于一個預(yù)定值
(一般<2．5倍額定工作電壓)，有效地保護(hù)了電路中
的元器件免受各種浪涌脈沖的破壞。
TVS管的伏安特性如圖1所示。其正向特性與普
通二極管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。
在瞬態(tài)脈沖電流的作用下，流過TVS管的電流，由原
來的反向漏電流I。上升到I (25℃ 下，I =1 mA)時，
其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓V 上升到擊
穿電壓V ，TVS管被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出
現(xiàn)，流過TVS管的電流達(dá)到峰值脈沖電流Ipp，其兩極
的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓V 以下。其后，
隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS管兩極電壓不斷下降，
最后恢復(fù)到起始狀態(tài)，這就是TVS管抑制出現(xiàn)的浪涌
脈沖功率，保護(hù)電子元件的過程。
TVS管的顯著特點(diǎn)為響應(yīng)速度快(ps級)、瞬時吸
收功率大(數(shù)kW)、漏電流小(nA級)、擊穿電壓偏差
小(4-5％V 與4-10％V 兩種)、箝位電壓較易控制
(箝位電壓V 與擊穿電壓V 之比為1．2～1．4)、體
積小等。它對被保護(hù)裝置免遭靜電、雷電、操作過電
壓、開關(guān)打火等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑
制共模、差模干擾。
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圖1 TVS管伏安特性 圖2 固態(tài)放電管伏安特性
固態(tài)放電管是基于可控硅(亦稱晶閘管)的原理
和結(jié)構(gòu)的一種三端負(fù)阻器件。用于保護(hù)敏感易損的集
成電路，使之免遭雷電和操作波的沖擊。其所具有的
精確導(dǎo)通電壓、上千安培的通流容量、快速響應(yīng)和極小
的極間電容，使其成為通信設(shè)備防雷保護(hù)的重要器件。
固態(tài)放電管伏安特性如圖2所示。固態(tài)放電管的
工作狀態(tài)如同一個開關(guān)，在斷開狀態(tài)下，其漏電流I。
極小，不影響被保護(hù)電路的工作。當(dāng)瞬間過電壓超過
其斷態(tài)峰值電壓V。 時，產(chǎn)生瞬間雪崩效應(yīng)，一旦瞬
間電流超過開關(guān)電流Is，其電壓即降為導(dǎo)通電壓V
(約5 V)，瞬間浪涌電流就此傍路而保護(hù)了并聯(lián)的敏
感電子器件。浪涌之后，當(dāng)電流降到最小維持電流I
以下時，固態(tài)放電管自然恢復(fù)，回到其斷開狀態(tài)。
2．2 電源與話路過電壓保護(hù)器
按國標(biāo)新要求，對電源裝置可靠而有效的防雷方
法是采用三級保護(hù)：第一級用限流模塊；第二級用壓敏
電阻；第三級用TVS管，使輸出的箝位電壓達(dá)到規(guī)定
的要求。采用上述三級保護(hù)后，保護(hù)電源一般不會因
雷擊而損壞。過電壓保護(hù)器最好能同時具有保護(hù)模塊
失效自動報(bào)警、過電壓次數(shù)自動記錄、停電后記錄的過
電壓次數(shù)不丟失等功能。
交換機(jī)等對外引出的音頻話路線很容易受感應(yīng)雷
的沖擊而損壞。用戶話路盤由于鈴流電壓與通話電壓
不同，需要在保護(hù)裝置上精心考慮，使之在兩種不同電
壓下均能有效地保護(hù)用戶話路部分。因此采用上述合
適的保護(hù)方式，可使相應(yīng)殘壓小于其額定工作電壓
的2．5倍。
3 現(xiàn)場實(shí)施情況
根據(jù)上述原理和方法，我們于2002年10月對湖
北省電力公司通信系統(tǒng)的弱電裝置進(jìn)行了防雷措施實(shí)
施。除進(jìn)行少量的電話線穿鐵管入地改造外，在易受
雷擊的設(shè)備前安裝了DGBZ—II型直流電源過電壓保
護(hù)器3臺，改造保安單元100只，DGBS—III型三相電
源過電壓保護(hù)箱5臺，低壓氧化鋅避雷器1組。通過
1年多的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，電力大樓再未發(fā)生雷害事故。
(下轉(zhuǎn)第5頁)
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· 安全生產(chǎn)· 吳聰華 雷電危害與通信地網(wǎng)設(shè)計(jì) ·5·
t
圖4 時間一地阻曲線圖
4．3 其他問題
當(dāng)?shù)乇韺油林递^差時，可加長電流極和電壓極或
在兩極處灌水來測試。當(dāng)測試儀指針搖擺不定時，可
能是地網(wǎng)有大電流通過，或地下有磁性的礦物質(zhì)。
5 結(jié)束語
由于通信設(shè)備安全防護(hù)防雷具有一定的特殊性，
一旦受雷擊，就會對設(shè)備造成極大的危害。應(yīng)采取有
效的防護(hù)措施，以避免雷電的危害，除完善接地網(wǎng)外，還
應(yīng)設(shè)立雷電疏導(dǎo)通路、清除地面回路等防護(hù)技術(shù)。此外
機(jī)房配電屏或整流器入端三相對地應(yīng)裝氧化鋅避雷器，
直流電源的“正極”在電源設(shè)備側(cè)和通信設(shè)備側(cè)均應(yīng)接
地，“負(fù)極”在電源機(jī)房側(cè)和通信機(jī)房側(cè)應(yīng)接壓敏電阻。
參考文獻(xiàn)：
[1]
[2]
王家慶．智能型高頻開關(guān)電源系統(tǒng)的原理使用與維護(hù)
[M]．北京：人民郵電出版社，2000．
DL548．電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程[s]．1994．
吳聰華(1970一)，男，廣東茂名人，工程師，長期從事電力
通信維護(hù)及管理工作。
Harm of thunder and lightning and design of comm unication ground network
Cong-hua
(Maoming Power Supply Branch，Guangdong Guangdian Power Grid Group Co．，Ltd．，Maoming 525000，China)
AbstractThunder and lightning influence power system communication seriously．They will cause damage of communication equipments and
losing of data directly．However the indirect losing will be more serious than direct losing． The worst they will paralyse power d and cut
power in a large area．On the basis of an alyzing the causation of communication equipments damage aroused by thunder and lightning，this pa—
per presents the testing principle of ground network resistance and its design scheme．
Key W ords：star configuration；meshed configu ration；common earthing system；equipotential bonding；shielding
(上接第2頁)
4 結(jié)束語
嚴(yán)格遵守防雷接地規(guī)程，采用綜合性的防雷措
施，應(yīng)用多重保護(hù)技術(shù)制造的新型過電壓保護(hù)裝置，
在雷擊使地電位升高時，將設(shè)備上的輸入電壓抑制
在裝置能承受的范圍，達(dá)到水漲船高的效果，是確保
通信系統(tǒng)減少雷害的重要手段。良好的接地與屏蔽
并安裝過電壓保護(hù)器后，可使被保護(hù)裝置的耐雷水
平提高10倍以上。
根據(jù)日本1972—1974年對其國內(nèi)419個微波通
信站調(diào)查的結(jié)果表明 ，接地電阻小于1 Q 時，雷擊
損壞率較??；接地電阻在1～56 Q時，雷擊損壞率相差
不大。因而，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下，應(yīng)盡可能使接地電
阻小于1 Q；當(dāng)不能或很難降低地網(wǎng)的接地電阻時，可
采用水漲船高法，加強(qiáng)過電壓保護(hù)，亦可得到很好的防
雷效果。
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DL548．電力系統(tǒng)通信站防雷運(yùn)行管理規(guī)程[s]．1995．
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J]．Electromagnetic Field Problems and Applications．
International Academic Publishers，1997，304—306．
KAMIIKE，K． and EGUCHI， N． Lightning protection for
microwave relay station[J]．Japan Telecomm．Rev．，Vo1．
20，1，63 —70．
周文俊(1959一)，男，湖北漢川人，博士，教授，從事高電壓
絕緣與測試、微電子設(shè)備防雷等方面的研究；
劉大建(1953一)，男，湖北大治人，通信專業(yè)工程師，湖北
省電力公司信通中心防雷專責(zé)。
Lightning protection of communication system
ZHOU Wen~un ，LIU Da-fian
(1 Wuhan University，Wuhan 430072，China；2．Hubei Electric Power Company，Wuhan 430077，China)
Abstract：This paper introduces the method of lightning protection of communication system，anti-surge level of microelectronic device，TVS
diode and
．
solid-state discharge triode prope~ies，four grades protection of overvoltage protector，grounding and shield methods． Some faults
in communication system caused by lightning in Hubei province are also introduced．Some simple but vaild measures of lightning protection
and their practical effects in communication system of Hubei province fire described too．
Key words：Communication system；Lightning protection；Measure

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