防汛通信防雷技術(shù)探討

□吳 星（河南省防汛通信總站）

1.雷電的成因及危害方式

雷電是因強(qiáng)對(duì)流氣候而形成的雷雨云層間和云層與大地間強(qiáng)烈瞬間放電現(xiàn)象。當(dāng)雷云放電時(shí)，所產(chǎn)生的電壓可高達(dá)幾萬伏至幾十萬伏，以及幅值為幾十至幾百KA的強(qiáng)大雷擊電流，猛烈的沖擊波、高達(dá)2萬攝氏度的高溫、瞬變的電磁場和強(qiáng)烈的電磁輻射等綜合物理效應(yīng)。所以，雷電是一種嚴(yán)重的氣象自然災(zāi)害。

自然界的雷擊主要有直擊雷和雷電電磁脈沖（LEMP）兩大類。直擊雷聲光并發(fā)，電閃雷鳴，主要產(chǎn)生熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、沖擊波效應(yīng)、火花效應(yīng)等直接損傷。而雷電感應(yīng)及雷電電磁脈沖是由于雷雨云的靜電感應(yīng)或放電時(shí)的電磁感應(yīng)以及雷電波輻射作用在建筑物上的金屬部件上如管道、鋼筋、電源線、信號(hào)傳輸線、天饋線等感應(yīng)出雷電高電壓，通過電源線、信號(hào)線、天饋線、電纜等引入室內(nèi)，造成放電破壞電子設(shè)備。雷電感應(yīng)及雷電電磁脈沖主要通過靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、電磁脈沖、雷電反擊等方式危害設(shè)備和人員。

因此，我們既要防止直擊雷，也要防感應(yīng)雷及雷電電磁脈沖，二者有機(jī)結(jié)合，才能構(gòu)成一套完整的綜合防雷體系。

2.雷電對(duì)河南省防汛通信造成的危害及雷擊事故原因分析

2.1 雷電對(duì)河南省防汛通信的危害和影響概況

從河南省防汛通信專網(wǎng)建設(shè)以來，曾多次發(fā)生通信設(shè)備遭雷擊事件，近些年尤為嚴(yán)重。如2005年7月，河南省防汛通信系統(tǒng)就連續(xù)發(fā)生多起雷擊事故，導(dǎo)致桂李、逍遙、官寨、石漫灘等4個(gè)微波站通信設(shè)備大量損毀，損失嚴(yán)重，造成駐馬店、周口、南陽等多條支線至省通信中斷數(shù)10h；2000年6月，信陽市、石山口、潑河、鲇魚山、宿鴨湖通信站等臺(tái)站的交換機(jī)、數(shù)字電臺(tái)、無線報(bào)汛設(shè)備、遙測(cè)設(shè)備遭雷擊損壞嚴(yán)重，石山口、潑河、宿鴨湖遭雷擊的同時(shí)，附近的公網(wǎng)交換機(jī)及個(gè)別移動(dòng)基站設(shè)備也遭雷擊而通信中斷；1998年沙潁河工程管理局通信站、駐馬店、宿鴨湖水庫通信站遭強(qiáng)雷電襲擊，程控交換機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞，駐馬店對(duì)宿鴨湖和板橋水庫的無線電臺(tái)，駐馬店通信站傳真機(jī)、彩電和部分電話機(jī)也嚴(yán)重?fù)p壞，并導(dǎo)致通信一度中斷。

以上事例都是短期雷擊造成大面積通信設(shè)備損壞的嚴(yán)重事故，其他單個(gè)通信臺(tái)站遭受雷擊的事例全省范圍內(nèi)幾乎年年都有發(fā)生。這些雷擊無不導(dǎo)致相關(guān)的大型水庫及重要防洪工程通信中斷（包括公共有線網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)），使重要汛情信息報(bào)不出去，防汛主管部門的指令傳不進(jìn)來，情況不明，指揮不靈，嚴(yán)重危及防汛工作的正常進(jìn)行，如遇大的險(xiǎn)情后果將不堪設(shè)想。

2.2 河南省防汛通信設(shè)備、設(shè)施雷擊事故原因分析

這首先與微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展密切相關(guān)。隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)的發(fā)展也是日新月異，這些電子設(shè)備越來越小巧、精密，其中使用了大量的半導(dǎo)體集成模塊，但因其較電子管及分立元器件的耐過壓性能差，使得其更容易受到雷擊引入瞬時(shí)過電壓的破壞。

其次是與通信臺(tái)站的環(huán)境有關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，獨(dú)立突出的建筑物和水面附近最容易招致雷擊。防汛通信系統(tǒng)中廣泛使用的無線頻段為400MHz、600MHz超短波和1.5GHz-5GHz的微波，從空間傳輸上講均屬視距通信范疇。因此，為把天線置于一定高度，各通信臺(tái)站均要有通信鐵塔，其高度需超過周圍建筑物。同時(shí)，大中型水庫等水管單位的通信臺(tái)站往往都在大的水面附近，地勢(shì)相對(duì)平緩。這樣，兩種利于雷電孽生的條件同時(shí)具備，雷閃放電極易在其附近發(fā)生。

三是防雷設(shè)施不完善，工程措施不到位。據(jù)調(diào)查，近年雷擊損壞設(shè)備部位主要是程控交換機(jī)和無線電臺(tái)的終端機(jī)部分，無線電臺(tái)的信道機(jī)極少受損。

從河南省防汛通信遭受雷擊的情況看，雷電侵入的途徑主要是電源線，信號(hào)線次之。這與各有關(guān)臺(tái)站的防護(hù)措施現(xiàn)狀是完全一致的。各站鐵塔天饋防雷系統(tǒng)大都比較完善，滿足一般防護(hù)技術(shù)要求，因此，雖然天饋系統(tǒng)位置高而突出，極易遭受雷擊，但是因?yàn)椴扇〉姆雷o(hù)措施比較得力，受到的損害卻極少。而對(duì)電源線和信號(hào)線則大不相同，很少甚至沒有采取防護(hù)措施。通過對(duì)多次事故調(diào)查分析，可明顯看出這些通信設(shè)備被雷擊事故都是沒有在電源通道上采取防護(hù)措施所致。從信號(hào)線侵入雖然為數(shù)不是很多，其原理與電源線侵入大致相同。

四是缺乏防雷常識(shí)，沒有采取有效的應(yīng)急措施。如在工程措施不到位的情況下，及時(shí)斷開外電源，切斷雷電從電源線進(jìn)入的途徑等。

3.防雷原則及措施、經(jīng)驗(yàn)探討

3.1 雷電防護(hù)的原則

首先，由于雷電發(fā)生的范圍廣，時(shí)間和空間存在不確定性等特征，所以雷電防護(hù)必須堅(jiān)持預(yù)防為主，以人為本，安全第一的指導(dǎo)方針。

其次，防雷應(yīng)考慮各種環(huán)境因素，宜根據(jù)設(shè)備所在地區(qū)雷電活動(dòng)規(guī)律、雷暴等級(jí)、設(shè)備的重要性、系統(tǒng)對(duì)雷電電磁脈沖的抗擾度等因素分別采用相應(yīng)的防護(hù)措施，進(jìn)行綜合性防治。

第三，防汛通信系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)堅(jiān)持全面規(guī)劃、綜合治理、優(yōu)化設(shè)計(jì)、多重保護(hù)、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、定期檢測(cè)、隨機(jī)維護(hù)的原則進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)及維護(hù)。系統(tǒng)的防雷與接地，應(yīng)以機(jī)房關(guān)鍵設(shè)備為主要保護(hù)對(duì)象，實(shí)施綜合防雷措施。

3.2 防雷技術(shù)措施探討

同整個(gè)信息行業(yè)一樣，河南省防汛通信系統(tǒng)發(fā)生雷害越來越頻繁，造成的損失越來越大，對(duì)防汛工作的危害越來越嚴(yán)重。因此，為確保防汛通信暢通，迫使我們不得不采取相應(yīng)的對(duì)策，以有效防止災(zāi)害的發(fā)生?，F(xiàn)代防雷工程強(qiáng)調(diào)全方位防護(hù)，提倡系統(tǒng)防雷理論，包括完善合理的共用接地系統(tǒng)、直擊雷防護(hù)措施、等電位連接措施、屏蔽措施、過電壓、過電流（SPD）、規(guī)范的綜合布線措施等。只有采取綜合防治措施，才能將雷擊損害降低到最低限度。