通信臺站雷電的危害及防護

1 雷電形式
雷電對通信設備具有很強的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應、雷電波侵入和地電壓反擊等四種形式。直擊雷和感應雷是雷電入侵建筑物內電氣設備的主要形式。
直擊雷是指直接擊在建筑物或其他物體上的雷電。由于受直接雷擊，被擊的建筑物、電氣設備或其他物體會(huì )產(chǎn)生很高的電位，而引起過(guò)電壓，這時(shí)流過(guò)的雷電流很大，可達幾十千安甚至幾百千安，這就極易使電氣設備或建筑物損壞，甚至引起火災或爆炸事故。當雷擊于架空輸電線(xiàn)時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生很高的電壓可達幾千千伏，不僅會(huì )常常引起線(xiàn)路的閃絡(luò )放電，造成線(xiàn)路發(fā)生短路事故，而且這種過(guò)電壓還會(huì )以波動(dòng)的形式迅速向變電所、發(fā)電廠(chǎng)或其他建筑物內傳播，使沿線(xiàn)安裝的電氣設備絕緣受到嚴重威脅，往往引起絕緣擊穿起火等嚴重后果。
感應雷是指當雷云來(lái)臨時(shí)地面上的一切物體，尤其是導體，由于靜電感應，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或對另一雷云閃擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓(感應電壓)，其過(guò)電壓幅值可達到幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)伏，這種過(guò)電壓往往會(huì )造成建筑物內的導線(xiàn)、接地不良的金屬物導體和大型的金屬設備放電而引起電火花，從而引起火災、爆炸、危及人身安全或對供電系統造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時(shí)，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近就形成了一個(gè)很強的感應電磁場(chǎng)，對建筑物內的電子設備造成干擾、破壞，或者使周?chē)慕饘贅嫾a(chǎn)生感應電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災。另外，當架空線(xiàn)遭受直擊雷或產(chǎn)生感應雷，高電位便會(huì )沿著(zhù)導線(xiàn)、電源線(xiàn)以及信號線(xiàn)侵入變電站或建筑物內，這種雷電波侵入也會(huì )對電氣設備造成危害或使建筑物內的金屬設備放電，引起破壞作用。
直擊雷是雷電直接擊中線(xiàn)路并經(jīng)過(guò)電氣設備入地的雷擊過(guò)電流；感應雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強大電磁場(chǎng)變化與導體感應出的過(guò)電壓、過(guò)電流形成的雷擊，感應雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應或靜電感應而產(chǎn)生的，形成感應雷電壓的幾率很高，對建筑物內的電氣設備，尤其是低壓電子設備威脅巨大，所以說(shuō)對通信臺站內設備的防雷保護的重點(diǎn)是防止感應雷入侵。
雷電波入侵是指雷擊發(fā)生時(shí)，雷電直接擊中架空或埋地較淺的金屬管道、線(xiàn)纜，強大的雷電流沿著(zhù)這些管線(xiàn)侵入室內。
由圖l可以看出，雷電波侵入的方式通常有三種：其一是直擊雷擊中金屬導線(xiàn)，讓高壓雷電波以波的形式沿著(zhù)導線(xiàn)兩邊傳播而引入室內；第二種是來(lái)自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應，
他們在各種電線(xiàn)中感應出幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著(zhù)導線(xiàn)傳播而引入室內的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過(guò)地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會(huì )發(fā)生數十千伏到數百千伏的高電位，這個(gè)高電位通過(guò)電力線(xiàn)的PEN線(xiàn)、防雷接地線(xiàn)和通信系統的地線(xiàn)，也是以波的形式傳入室內，并沿著(zhù)導線(xiàn)傳播到遠處，殃及更大范圍。

2 雷電波入侵的特點(diǎn)及危害
對于通信臺站來(lái)說(shuō)，大多數線(xiàn)路都是長(cháng)距離引入機房，本文由于篇幅限制，主要對線(xiàn)路上的雷電波入侵進(jìn)行闡述。
對于通信臺站，直擊雷是指雷電直接擊中了架空電線(xiàn)(信號線(xiàn))或埋地線(xiàn)纜，雷電流以l／20～1／2的光速以波的形式向線(xiàn)路兩端，對設備及構成危害。雷擊時(shí)電流高達幾十千安，最高達200～300kA，一般在20～40kA，其時(shí)間甚短，一般僅為10～100μs。
雷擊架空線(xiàn)路導線(xiàn)產(chǎn)生的直擊雷過(guò)電壓：
Us≈100I
式中：
Us一雷擊點(diǎn)過(guò)電壓最大值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
實(shí)踐證明，在埋有線(xiàn)纜的地方，沿線(xiàn)纜埋設的線(xiàn)路落雷率要比其他地方落雷率高，在土壤電阻率高的地方尤其明顯，這是由于在土壤中埋下一條線(xiàn)纜就相當于土壤中有一條土壤電阻率特別低的帶，在土壤電阻率突變的地區受雷擊率特別高，這便是雷電直擊線(xiàn)纜的原因。
閃電落地點(diǎn)會(huì )形成半球形(如果土壤電阻率均壓)。導電區域出項陡峭的電位降。當土壤電阻率為100Ωm、雷電流為100kA時(shí)，導電半球的半徑的典型值為2～3m；當電阻率為10000Ωm時(shí)，半徑將增大10倍。在地下若埋有電纜，則雷擊點(diǎn)會(huì )對電纜放電，在土壤電阻率為100Ωm時(shí)，放電距離為6m；在土壤電阻率為1000Ωm(一般高山站點(diǎn)的土壤電阻率都比較高)時(shí)，放電距離為12m以上；聚乙烯電纜護套的擊穿電壓約為lOOkV數量級。對于50kA峰值的雷電流，當土壤電阻率為1000Ωm時(shí)，距離雷擊點(diǎn)80m處即可達到上述的擊穿電壓值，足以破壞絕緣護套，雷電的高電壓就進(jìn)入芯線(xiàn)，而沿電纜芯傳播，造成電纜的損壞。如果雷擊點(diǎn)離機房近的話(huà)，還會(huì )造成機房?jì)仍O備的損壞。
雷云在起電和先導放電的過(guò)程中，對架空線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生靜電感應，使之產(chǎn)生異性靜電位，一旦雷云對地放電，導線(xiàn)中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對地向線(xiàn)路兩端，電荷所形成的電流(I)乘以導線(xiàn)的波阻(Z)，即為雷電感應電壓。
架空線(xiàn)(無(wú)屏蔽)雷電感應過(guò)電壓如圖2所示。

感應過(guò)電壓幅值可用下式表示：

式中：
Ug一感應過(guò)電壓幅值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
hd一導線(xiàn)距地高度(m)
S一雷擊點(diǎn)與導線(xiàn)垂直距離(m)