通信臺站雷電的危害及防護(hù)

1 雷電形式
雷電對通信設(shè)備具有很強(qiáng)的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和地電壓反擊等四種形式。直擊雷和感應(yīng)雷是雷電入侵建筑物內(nèi)電氣設(shè)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(shè)備或其他物體會產(chǎn)生很高的電位，而引起過電壓，這時流過的雷電流很大，可達(dá)幾十千安甚至幾百千安，這就極易使電氣設(shè)備或建筑物損壞，甚至引起火災(zāi)或爆炸事故。當(dāng)雷擊于架空輸電線時，也會產(chǎn)生很高的電壓可達(dá)幾千千伏，不僅會常常引起線路的閃絡(luò)放電，造成線路發(fā)生短路事故，而且這種過電壓還會以波動的形式迅速向變電所、發(fā)電廠或其他建筑物內(nèi)傳播，使沿線安裝的電氣設(shè)備絕緣受到嚴(yán)重威脅，往往引起絕緣擊穿起火等嚴(yán)重后果。
感應(yīng)雷是指當(dāng)雷云來臨時地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對地或?qū)α硪焕自崎W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(yīng)電壓)，其過電壓幅值可達(dá)到幾萬到幾十萬伏，這種過電壓往往會造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線、接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成的危害。另一種情況是，在雷電閃擊時，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很強(qiáng)的感應(yīng)電磁場，對建筑物內(nèi)的電子設(shè)備造成干擾、破壞，或者使周圍的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而產(chǎn)生大量的熱而引起火災(zāi)。另外，當(dāng)架空線遭受直擊雷或產(chǎn)生感應(yīng)雷，高電位便會沿著導(dǎo)線、電源線以及信號線侵入變電站或建筑物內(nèi)，這種雷電波侵入也會對電氣設(shè)備造成危害或使建筑物內(nèi)的金屬設(shè)備放電，引起破壞作用。
直擊雷是雷電直接擊中線路并經(jīng)過電氣設(shè)備入地的雷擊過電流；感應(yīng)雷是由雷閃電流產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁場變化與導(dǎo)體感應(yīng)出的過電壓、過電流形成的雷擊，感應(yīng)雷是由遭受雷擊電磁脈沖感應(yīng)或靜電感應(yīng)而產(chǎn)生的，形成感應(yīng)雷電壓的幾率很高，對建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備，尤其是低壓電子設(shè)備威脅巨大，所以說對通信臺站內(nèi)設(shè)備的防雷保護(hù)的重點(diǎn)是防止感應(yīng)雷入侵。
雷電波入侵是指雷擊發(fā)生時，雷電直接擊中架空或埋地較淺的金屬管道、線纜，強(qiáng)大的雷電流沿著這些管線侵入室內(nèi)。
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(dǎo)線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)；第二種是來自感應(yīng)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(yīng)和電磁感應(yīng)，
他們在各種電線中感應(yīng)出幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的；第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時，在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏到數(shù)百千伏的高電位，這個高電位通過電力線的PEN線、防雷接地線和通信系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到遠(yuǎn)處，殃及更大范圍。

2 雷電波入侵的特點(diǎn)及危害
對于通信臺站來說，大多數(shù)線路都是長距離引入機(jī)房，本文由于篇幅限制，主要對線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(信號線)或埋地線纜，雷電流以l／20～1／2的光速以波的形式向線路兩端，對設(shè)備及構(gòu)成危害。雷擊時電流高達(dá)幾十千安，最高達(dá)200～300kA，一般在20～40kA，其時間甚短，一般僅為10～100μs。
雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓：
Us≈100I
式中：
Us一雷擊點(diǎn)過電壓最大值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
實踐證明，在埋有線纜的地方，沿線纜埋設(shè)的線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纜就相當(dāng)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(qū)受雷擊率特別高，這便是雷電直擊線纜的原因。
閃電落地點(diǎn)會形成半球形(如果土壤電阻率均壓)。導(dǎo)電區(qū)域出項陡峭的電位降。當(dāng)土壤電阻率為100Ωm、雷電流為100kA時，導(dǎo)電半球的半徑的典型值為2～3m；當(dāng)電阻率為10000Ωm時，半徑將增大10倍。在地下若埋有電纜，則雷擊點(diǎn)會對電纜放電，在土壤電阻率為100Ωm時，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，放電距離為12m以上；聚乙烯電纜護(hù)套的擊穿電壓約為lOOkV數(shù)量級。對于50kA峰值的雷電流，當(dāng)土壤電阻率為1000Ωm時，距離雷擊點(diǎn)80m處即可達(dá)到上述的擊穿電壓值，足以破壞絕緣護(hù)套，雷電的高電壓就進(jìn)入芯線，而沿電纜芯傳播，造成電纜的損壞。如果雷擊點(diǎn)離機(jī)房近的話，還會造成機(jī)房內(nèi)設(shè)備的損壞。
雷云在起電和先導(dǎo)放電的過程中，對架空線會產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使之產(chǎn)生異性靜電位，一旦雷云對地放電，導(dǎo)線中的束縛電荷成為自由電荷，以沖擊波的形式對地向線路兩端，電荷所形成的電流(I)乘以導(dǎo)線的波阻(Z)，即為雷電感應(yīng)電壓。
架空線(無屏蔽)雷電感應(yīng)過電壓如圖2所示。

感應(yīng)過電壓幅值可用下式表示：

式中：
Ug一感應(yīng)過電壓幅值(kV)
I一雷電流幅值(kA)
hd一導(dǎo)線距地高度(m)
S一雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線垂直距離(m)