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摘要：目前无线通信已经被广泛应用于通信领域，但是由于雷电的危害，无线通信设备时刻都处在危险当中，本文主要探讨无线通信设备的防雷措施。
关键词：无线设备；通信；防雷研究
0 引言
在我们的生活中经常见到电闪雷鸣，但是大家是否知道全球平均每年要发生1600 万次闪电。雷电具有惊人的能量，每次雷击所产生的能量大约为55万千瓦/小时，足以燃点100万个灯泡1小时。直击雷电流平均都有34kA，有记录的最大直击雷电流为 210kA。目前人类还未能对雷电的能量加以有效利用，而雷害造成的损失却是巨大的。据统计，在欧美国家每年有20%—30%的电脑故障是因感应雷引起的，在一处电网中每 8 分钟便有一个瞬间过电压产生。全球每年有数以千人死伤于雷击事故，经济损失有数十亿美元。
可见雷电灾害对无线通信设备的危害也是不言而喻的，所以探讨有关无线设备的防雷是非常有必要的，这对于无线通信网络的安全、质量等都有很重要的意义。
1 雷电对无线通信设备损害的主要形式
1.1 直击雷
带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，也就是说直击雷发生的几率较低，而且直击雷发生时一次只能袭击一个小范围的目标，但是由于放电现象发生过程迅猛，被直接击中的目标会由于放电电流过大，造成的损坏程度较大。直击雷主要对室外物体产生破坏作用，所以把防直击雷的系统称为外部防雷系统。
1.2 球形雷
简称球雷，是一种特殊的雷电现象。一般是橙或红色，或似红色火焰的发光球体 （也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的），直径约为 10~20cm，最大的直径可达 1m，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是 1~5s，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内有的由烟囱或通气管道滚进楼房，多数沿带电体消失球形雷一般发生的较少，只有在一些特殊的地理环境或者特殊的基站位置上才会有球形雷的发生。
1.3 感应雷
雷电在雷云之间或雷云对地放电时，并在附近的户外传输信号线路、地埋电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害的放电现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。感应雷不论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。此外一次雷闪击都可以在较大的范围内使多个电子设备同时产生感应雷过电压现象，并且这种感应高压可以通过基站供电线和信号中继线等引入传输到很远，致使雷害范围扩大。感应雷发生时一般对室内的用电设备和电子元器件起到破坏作用，因此把防止感应雷和雷电电磁脉冲波 （LEMP）破坏的系统称为内部防雷系统。
2 无线通信设备防雷措施探讨
2.1 外部防雷
外部防雷系统由避雷针、引下线、接地网等组成，缺一不可。一般防止直击雷破坏是通过避雷装置即避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而避雷针、引下线和接地装置的导通只能保护安装避雷针的物体本身免受直击雷的损毁，但雷电会通过多种形式及途径破坏电子设备。对通信基站而言，天馈线系统和机房建筑物容易遭受到直击雷的袭击，可以通过合理的设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。接地体是指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。有人工接地体和自然接地体两种。接地网是把需要接地的各系统，统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网。一定要有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果基站接地系统做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。另外还有防干扰、防静电等问题都需要建立良好的接地系统来解决。
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2.2 内部防雷
内部防雷工程主要由屏蔽、防雷器组成。
①屏蔽
每对双绞线或四对双绞线都可使用金属屏蔽，不同的双绞线或四对双绞线放在一起可共同使用一个金属屏蔽。由于金属屏蔽的趋肤效应产生的吸收和反射作用，可更好地分割周围的电磁场和减少单独屏蔽的对绞线之间的串音。
②防雷器
防雷器是用一种低压时呈现高阻开路状态，高压时呈现低阻短路状态，能承受数百安培大电流通过的过压保护电子器件组合。将防雷器并联在供电线路、信号传输线路上使用。当遇到雷击和高电压大电流时其立即呈现短路，将瞬间产生高电压大电流通过地网泄放到大地中，使设备受到保护。发生雷击时，直击雷或者沿着线路进入室内的感应雷会使设备的进线电压瞬间急速升高，达到几百甚至上千伏。由于在进线端采用了第一级保护，并联一个气态放电管，通过惰性气体的电离，能转移大部分的瞬变能量。因为无分布电感电容，通流容量极大，特别适合用于吸收直击雷，保护后的残留电压为二十几伏，对于集成电路而言，这个电压还是偏高，还起不到有效保护。另外气态放电管，反应速度慢，导致其上冲电压可达到电压峰值。有鉴于此，增加一级保护，并且在两极之间采用电感耦合，利用电感电流不能突变的原理，起到一个延迟的作用，为第二级保护赢得时间，并减轻对第二级的压力。第二级主要是采用固态放电管，它是基于可控硅原理的一种负阻器件，在冲击电压作用下，其前沿上冲电压非常低，显示出极强的抑制特性，并且响应速度非常快（纳秒级），分布电容小，残压低于 5V，且对电流的吸收能力也相当大，非常适合用于网络通讯工程、电子部件的防雷保护。
2.3 微电子设备防雷
①天线防雷
完善微波天线防雷击的保护措施。天线铁塔设避雷针，并经 40mm×4mm 镀锌扁钢直接入地，使雷电流沿最短路径接入接地网，这样塔上的天线都在其保护范围内，免受雷电，而且使天线引下线都多点接地。馈线在塔顶与天线连接处接地，进机房前与地网就近接地，进入机房后，与设备连接处接地，馈线与设备接口处，有条件的加装避雷设备。天线铁塔和机房之间装设支撑电缆的金属过桥或悬挂电缆的钢绞线。过桥和钢绞线在电气上与铁塔连通，在电缆进入机房外侧时，将过桥和钢绞线、电缆外护层连在一起，并通过最短路径与接地网相连，尽可能减少经天馈线进入机房的雷电压幅值。塔灯电源带屏蔽层采用多点接地，并在机房入口处对地加装氧化锌无间歇避雷器，并将零线接地。
②机房防雷
防雷检测技术人员首先对机房部分的防雷装置及其安装工艺、材料规格等进行查看，即查看机房内是否安装了汇流排，汇流排的接地引下线是从哪里引入的，汇流排和接地引入线的材料规格是否合乎要求；查看输电线路是否安装了电源避雷器，其安装是否规范和工作是否正常；查看同轴电缆馈线是否安装了天线避雷器，其安装是否规范和工作是否正常。然后测试馈线的金属外护层、PE 线、数字通信设备的机架、模拟通信设备的机架、整流供电设备的机架、内走线架、金属门窗、空调机正常不带电的金属外壳等金属体是否作了等电位连接。然后测量接地电阻值，并做好记录和绘制机房防雷平面示意图。
③基站防雷
保护建筑物部分的防雷装置（接闪器、引下线、接地装置等）、地面金属物必须实施可靠的等电位连接。因为当雷电向建筑物闪击时，雷电流通过接闪器和引下线被迅速释放入地，强度得到迅速衰减，干扰源的雷电电磁脉冲存在时间极短，不至于产生高的感生电压，对通信设备有保护作用。另外，天线的直击雷防护，主要是安装避雷针，最好直接利用天线杆来保护。
3 结语
随着通信技术的不断发展，无线通信设备发挥的作用也在与日俱增。为了尽可能避免雷电灾害对无线通信设备带来的影响，就应该考虑到区域内雷电活动的强弱、无线通信设备的实际情况、系统的运行方式等，再结合日常的雷电灾害的防范经验，合理地选择防雷设计标准，提高无线通信设备的耐雷水平，如此，才能满足无线通信设备正常运行的根本需求。
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论文作者:陈文胜
论文发表刊物:《基层建设》2016年11期
论文发表时间:2016/8/10
标签：防雷论文; 雷电论文; 设备论文; 直击论文; 无线通信论文; 机房论文; 避雷针论文; 《基层建设》2016年11期论文;