空管通信机房防雷措施的技术分析

空管通信机房防雷措施的技术分析

吴立军

张家港市气象局,江苏 张家港 215600

摘要：特别是雷击现象对各类建筑及其内部设备的破坏性最强。所以，防雷措施的应用必不可少。加强防雷措施在空管通信机房中的应用，能够有效增强空管通信机房的防雷能力。本文阐述了雷电对通信机房的具体危害，论述了雷电侵入空管通信机房的主要途径，分析了空管通信机房防雷方面存在的不足，进而提出了空管通信机房的具体防雷措施，以供相关人员参考。

关键词：空管通信机房；防雷装置；感应雷；避雷针；接地防护

近些年来，我国航空管理系统快速发展，尤其是通信导航监视设备系统建设方面，各种精密电子设备被普遍应用在空管领域。但电子设备的绝缘强度相对较低、抗干扰能力相对较弱，并且难以有效抵御过电压与过电流，当遭到雷击后，会在过电压的冲击下，造成系统无法继续运行，严重情况下还会导致空管通信机房各项设备出现永久性损害。因此，空管部门必须高度重视空管通信机房的防雷工作，加强防雷措施在通信机房中的应用。

1 雷电对空管通信机房的具体危害

1.1直击雷的危害

一旦雷云向地面处进行高强度放电，就很容易击中地面设备和建筑物等。如果电线或信号线被雷电击中，一部分雷电就会顺着线路侵入空管通信机房内部相关设备系统，进而损害到通信设备。

1.2感应雷的危害

直击雷放电过程中，会促使周边金属导体产生电磁感应，进而形成电磁浪涌。感应雷主要包括电磁感应雷与静电感应雷两种。因为雷电流通常会出现很大变化，从而形成高强度交变磁场，此时周边金属物体就会出现感应电流，此类电流会向周边物体进行放电[1]。当电流感应到通信线路后，会严重破坏到相关通信设备，如果周边存在可燃物，甚至会导致爆炸或火灾的等事故的产生。

第一点，电磁感应雷。雷云放电过程中，如果击中避雷针，瞬息变化的雷电流会促使高强度交变电磁场的出现，同时此类电磁场所拥有的能量会通过电磁波的形式进行传播，然后感应到通信线路上，再通过线路传递到相关电子设备中。

第二点，静电感应雷。类云中聚集过多负电荷的情况下，金属导线能够对被电场束缚的正电荷产生感应。在雷云放电的过程中，这些被感应到的正电荷通过电势能顺着通信线路大电流冲击空管通信机房中的相关设备。

有关调查结果显示，在雷电造成的设备损坏中，感应雷对设备的损坏比例高达85%，而直击雷对设备的损坏比例只有15%。而普通建筑物中安装的避雷针设备仅可对直击雷形成有效预防，而基于高强度电磁场的感应雷击脉冲电压则可侵入到机房内部，对通信设备设施造成严重损坏。

2 雷电侵入空管通信机房的主要途径

第一点，雷电对露天输配电线产生雷电波，沿着线路进入到通信机房内部的相关电源设备，从而损害到通信电源开关与保险等设施。

第二点，雷电击中微博天线铁塔后，雷电波会顺着天馈线进入相关通信设备，直接损害到微博收发信装置。

第三点，当雷电击中通信电缆或架空光缆后，其所产生的瞬间过电压会顺着这些线缆的金属外皮进入到机房内部，从而损害到金属机盘以及数字配架线等设施，同时严重影响到电路板的正常使用[2]。

第四点，雷电击中避雷针之后，雷电流会顺着避雷针引下线进入到接地网系统，从而造成电位快速升高，当电阻阻值过大时，将会严重损害到相关微电子设备。

第五点，雷电击穿电力线路上的瓷瓶绝缘后，很可能会导致电线对通信光缆线进行放电，从而造成高强度电流进入通信机房，进而严重损害到机房内部的通信设备，严重情况况下，还会威胁到机房内部人员的安全。

3 空管通信机房防雷方面存在的不足

3.1避雷器引入线与接地线长度超出标准要求

如果三相电源避雷器的引入线长度与接地线长度超出标准要求，就会导致避雷器无法正常发挥防雷性能。在安装避雷器时，受诸多因素影响，可能会出现三相火线或防雷接地线过长的现象。当出现雷击时，过长的引入线或接地线就会将电位快速提高到上万伏大小。在此种情况下，三相电源防雷器就会丧失泄流放电功能，或该功能被严重削弱，难以发挥正常的防雷作用。

当出现雷击后，感应雷通过电力线进入到低压配电屏以及稳压器等装置设备中，从而严重限制低压配电屏侧的防雷性能，同时进一步影响到下一层的设备设施，进而在较大程度上损害到通信机房的各项设备。

3.2光电缆侧金属外皮与加强芯接地不良

通信机房通常会对光电缆进行扩容作业，而此扩容作业极易导致电缆金属外皮与加强芯等，在接地测或成端位置出现接地不良现象，从而对通信机房的设备系统正常运行造成不良影响，在一定程度上增加了通信机房设备被雷击的可能性[3]。

3.3机房内部地线排接地不合理

在通信机房建设过程中，受场地面积限制，通常存在机房接地、大楼接地等接地系统与其余防雷设施共用同一接地系统的问题，这种问题极易给通信机房带来安全隐患。

如果地线接出点选择建筑物的地基主筋，当连接部位出现接触不良现象，或存在电阻增大现象时，建筑物防雷体系的泄流点就是通信机房，这在很大程度上提高了通信设备受雷电损害的几率。

如果通信机房与移动基站使用同一接地系统，而通信机房设备的抗雷能力比移动设备要弱很多，当出现雷击现象后，整个通信机房都将成为移动设备的地线设备，从而严重削弱通信机房自身的防雷能力。

4 空管通信机房的具体防雷措施

4.1避雷针防雷措施

第一点，最为常见的防雷方式就是安装避雷针，为充分保证避雷性能，在安装过程中要从通信天线、通信设备的具体情况出发，合理确定避雷针数量，以便于将天线波束对避雷针的影响尽可能降低。

第二点，对于室外天线的位置与高度，要在避雷针滚球半径保护区域内，从而将避雷针的防雷效果最大化，有效保证通信天线以及通信设备免受直接雷损害。

第三点，若通过避雷针类保护天线不受直击雷损害，就要在架设避雷线的过程中，根据滚球法将避雷针保护高度与半径合理计算出来，以确保充分保护天线，同时还要对天线阵波形进行综合考虑，以确保导航监视设备的安全、稳定运行，为空管工作提供有效保障[4]。

4.2通信机房信号传输系统的防雷措施

第一点，空管部门要高度重视雷电天气下对信号传输系统的保护工作。对于通信设备的避雷方式选择，可采用具有金属护套的电缆，或把电缆置入到首尾连通的金属管中，并埋于地下。

第二点，目前，对于信号传输系统的防雷，工作人员可将浪涌保护器安装到通信电缆与总配线架上，并将不同型号的避雷器分别串接到中心机房转报系统外线、情报终端环流盒等部位。

第三点，工作人员要确保通信机房信号放电电流不能超过3千安，同时在进行接地作业后，还要进行屏蔽接地操作。

4.3通信机房设备接地防雷措施

第一点，对于通信导航监视设备的防雷接地，工作人员可采用保护接地与工作接地等公用接地方式。同时要注意接地电阻不能超过4欧，从而保证通信导航监视设备的正常运转。

第二点，对于通信设备机房中的共用接地，要坚持就近原则，对电气关系进行有效处理，防止两者之间产生影响。

第三点，空管部门要合理设计低阻抗接地网，以保证防雷系统遭受雷击后能够在第一时间内采取应对措施，从而确保系统各部位电压的均衡性，防止电位差影响到通信设备的正常运行。

第四点，通常来讲，防雷接地电阻的泄流能力与其电阻大小呈反相关，而接地电阻值与其接地极材料及其设置方式等有很大关系。所以，在土壤电阻率相对较高的地方，要充分分析土壤的具体成分，通过多支线的方式，把接地体深埋到低电阻率的土壤中，从而促使接地电阻的有效降低。

4.4有效控制接地线长度

第一点，在构建通信机房防雷系统的过程中，不仅要充分考虑地接系统的电阻值，还应合理确定地引线长度。只有接地电阻值达到相关标准要求后，才能保证通信机房设备的顺利运行。

第二点，地引线过长会在遭受雷击过程中，将电位大大抬高，从而丧失防雷性能。所以，通信机房内部火线与地线长度要尽可能控制在5米内，尽量防止引线存在迂回接地现象，以最大限度地减少接地线长度，避免雷电通过交流引入线侵入通信机房内部[5]。

第三点，要选用满足实际电流通过需要的截面积的线缆作为接地线引出线，以促使雷击电路在短时间内泄流到地下，从而充分发挥防雷系统的作用。

4.5供配电系统电涌防雷措施

第一点，对于供配电系统的电涌保护，工作人员要精心选择导航监视设备的高压电力线，以铠装电缆为最佳，并将电力线置入到电气连通金属管内，埋入地下并与变压器相连。

第二点，导航监视设备高压电力线的地下埋入长度应超过200米，并在电缆接头处以及高压电力线架空终端杆位置装设避雷装置，以就近原则为宜。

4.6设备电源防雷措施

绝大多数电子设备之所以会受到雷击，主要原因就是电源电压过高，所以，空管通信机房工作人员要高度重视通信设备电源的保护工作。目前，空管通信机房可有效利用电源避雷装置，对电流进行适当限制，以避免电源电压过高现象的发生。

具体来讲，空管通信机房与天线杆塔在遭受雷电侵入后，常常会带有过大的电流，或形成高强度电磁场而产生非常高的电压，对通信机房内部电子设备元件造成损坏。工作人员将电源避雷装置并联在地线和输入电源之间，就能对电流峰值进行合理限制，从而有效防止电压过高给空管通信机房内部带来安全威胁。

4.7天馈防雷措施

第一点，天馈系统是当前空管通信系统发射和接收空间电磁波的重要装置，在将SPD安装于卫星地面室外功放射频端口的过程中，如果安装难度较大，工作人员可将SPD装设在中频接口位置[6]。

第二点，工作人员应通过金属管将天馈系统的相关线缆全面屏蔽起来，同时将该系统信号线与馈线引入到通信机房内部。

第三点，对于需特级雷电保护的通信设备设施，可将电流超过2.5千安的天馈线安装其中，如果线路可具备承受电涌的能力，可把SPD装设在受保护设备位置。在传输线感应到雷电后，雷电流将从天馈线避雷装置的支路部分向大地泄流，同时电压保持系统会把雷电产生的电压强度控制在合理范围内，以确保通信机房内部设备的正常运转。

4.8屏蔽防雷措施

第一点，防雷屏蔽的基本原理是利用金属网将受保护物体包围，以达到避免电磁波侵入的目的。所以，空管通信机房工作人员可根据这一原理，合理选择防雷屏蔽方式来保护通信设备设施等。

第二点，防雷屏蔽主要包括对建筑物、线缆等事物的屏蔽。在对空管通信机房采取防雷屏蔽措施时，可安装金属材质的通信机房大门，并为机房窗户装设金属网等。

4.9等电位连接防雷措施

第一点，根据等电位连接的要求，空管通信机房工作人员要将机房内部金属体有效连接，形成导电通路，并确保电气连续导通性，以便于安全导出通路中的电流，从而保证通信机房内部各单子设备的正常使用。

第二点，工作人员可在空管通信机房内构建总接地汇流排系统，同时采用同网不同线的形式使各引下线分走不同线路。

第三点，对于地板支架位置，工作人员可铺设铜箔防静电地板，该地板所在地面与总接地汇流排相连接。同时在空管通信机房设备支架前端与后端各装设一组铜排，铜排接地必须与总汇流排有效连接。

第四点，空管通信机房内的信号避雷装置与电源避雷装置的接地线，均应通过多股铜线与总汇流排进行有效连接。

5 结语

总之，雷击现象对空管通信机房内部设备设施的正常运转有非常大的影响。加强防雷措施在空管通信机房中的应用，不仅有利于提高空管通信机房的防雷保护水平，还对空管通信系统的持续、稳定运行等方面，有着十分重要的现实意义。因此，空管部门工作人员要深刻认知雷电对通信机房的具体危害，有效把握雷电侵入空管通信机房的主要途径，充分了解空管通信机房防雷方面存在的不足，合理采取避雷针防雷、接地防雷、电涌防雷、电源防雷、天馈防雷、屏蔽防雷以及等电位连接防雷等诸多防雷措施，从而全面保护空管通信机房的安全。

参考文献

[1]程卫英. 通信机房防雷分析及应对措施[J]. 信息通信, 2017(6):208-209.

[2]王永. 通信机房的防雷接地保护探讨[J]. 电子技术与软件工程, 2016(10):44-44.

[3]姜斌. 台站机房防雷保护策略[J]. 科技与创新, 2016(16):155-155.

[4]林伟杰. 通信机房接地探讨[J]. 信息通信, 2017(12):187-189.

[5]黎超. 地面通信导航系统设备防雷及保护技术浅析[J]. 中国新通信, 2016(17):26-26.

[6]关进金. 民航通信系统中的防雷与接地技术探讨[J]. 科技创新与应用, 2017(16):116-116.