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通信系统防雷接地技术

文档作者：周文俊，刘大建文档来源： 1．武汉大学电气工程学院；2．湖北省电力公司		点击数：	更新时间： 2021年11月04日
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第26卷第149期
200 5年3月1 0 151
电力系统通信
Telecommunications for Electric Power System
VoI．26 No．149
Mar．10，2005 ·1·
通信系统防雷接地技术
周文俊 ，刘大建
(1．武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072；2．湖北省电力公司，湖北武汉430077)
摘要：介绍了微电子器件耐雷水平，新型防雷器件TVS管和固态放电管的特性，过电压保护器的四级保
护．以及通信系统防雷接地与屏蔽的有关要求；通过对湖北省电力公司通信系统近几年的雷害实例分
析。介绍了通信系统简单而有效的防雷措施及其实施效果，阐述了水涨船高法在通信系统防雷中的具体
运用。
关键词：通信系统；防雷；措施
中图分类号：TP915．08 文献标识码：B 文章编号：1005—7641(2005)03—0001—02
0 引言
通信系统(尤其是微波通信站)由于所在地土壤
电阻率较高，其地网的接地电阻往往很难达到规程的
要求，加之所处地理位置较高，其防雷工作的难度更
大。通信系统中的微电子器件较多，对外界的干扰极
其敏感，受雷害的情况较为严重。
近年来，湖北省电力公司通信系统多次遭受雷击，
雷电过电压导致PCM板和电源板损坏，严重影响了通
信站的正常运行。以下列举了其中的几次雷害事例。
2002年7月11日，鄂洲电厂遭雷击，雷电流从交
流供电入口进入，击坏2套PCM终端设备，致使相关
电路中断。
2002年7月16日，荆州地区幸福变电站遭雷击，
该站微波终端(PCM3630)主板损坏，通信受阻。
2003年8月9日，黄岗地区濯港通信站遭雷击，
因MORO整流屏控制电路损坏而无法正常供电，通信
干线电路葛沪微波中断5 h 20 min。
雷电对湖北电力通信网造成较大的危害，不仅造
成重大经济损失，而且后遗症严重，工作量倍增，通信
失灵还可能影响电网的安全、稳定运行，因此防雷工作
就显得尤为重要。
1 综合性防雷措施
为避免电力通信站遭受雷害，应采用“整体防御、
综合治理、多重保护”的方针，具体为：接地与均压、屏
蔽及过电压保护。
(1)接地与均压
良好的接地是防雷中至关重要的一环，接地电阻
收稿日期：2004—05—09
值越小过电压值越低。规程规定⋯ ，对一般土壤电阻
率，电力调度与通信大楼其接地电阻值应小于1 Q，微
波通信站其接地电阻值应小于5 Q；对高土壤电阻率
地区，其接地电阻值应小于10 Q。通信机房内应敷设
均压带并围绕机房敷设环行接地母线。
(2)屏蔽
为减少雷电电磁干扰，通信机房六面应敷设金属屏
蔽网，将屏蔽网与机房内环行接地母线均匀多点相连。
架空电力线380 V电源由配电变压器引下，应更
换为屏蔽电缆后引至室内；室外通信电缆应采用屏蔽
电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的
电缆，在室内应将铠带与屏蔽层同时接地，而在另一端
只将屏蔽层接地。电缆进入室内前，应水平埋地10 m
以上(对高土壤电阻率地区，埋地长度应大于30 m)，
埋地深度应大于0．6 m；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并
水平埋地10 m以上，铁管两端应接地。若在室外入口
端将电力线与铁管间加接压敏电阻，防雷效果会更好。
(3)过电压保护
沿电源线进入室内的雷电侵入波会使电源电压急
剧升高，导致电源部分及其后接设备损坏。由波导管
传人的雷电波易使弱电设备发生反向冲击。有效的过
电压保护是防雷中至关重要的一环，也是通信站防雷
中水涨船高法的关键。
1)配电变压器高低压侧均应装接氧化锌避雷器，
并且高低压侧避雷器与变压器二次侧中性线三点联合
接地。
2)室内交流装置前安装交流电源过电压保护箱；
直流电源前安装直流电源过电压保护器；对外进出电
话线，应装音频话路过电压保护器。
3)航标灯电源线用铠装电缆或穿金属管，电缆铠
带或金属管应与铁塔至少3点焊接，且进入机房前埋
地0．6 m以下部分应至少10 m；在航标灯处电源线与
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· 2· 电 力 孽 锈 c薹 僧
电缆铠带或金属管及电源线间安装压敏电阻。
2 过电压保护器(箱)
2．1 微电子器件耐冲击水平与TV$管和固态放电管
特性
微电子器件中TTL数字电路的抗冲击能力最弱，
12．5 V、30 ns脉宽的冲击电压可使TTL电路误动甚至
损坏；雷电流产生的磁场达到0．07 Gs时，可使微电子
器件误动 ；无电磁屏蔽时，即使其通道远在1 km处，
100 kA的雷电流也可能使微电子设备误动 。
对于电子设备的防雷，以前的做法是选用压敏电
阻(氧化锌避雷器，MOA)保护，一般选用MOA的直流1 mA
电压V， 为被保护器件工作电压的2．2～2．5倍。遇
雷击时，MOA的残压达到V。 电压的2倍左右，即压
敏电阻的残压约为被保护器件工作电压的4．4～5倍。
对，rI’L电路，其工作电压为5 V，用MOA保护，遇雷击
时器件上的残压约为4．4×5 V=22 V，此值已远远大
于12．5 V、30 ns的受损水平(标准雷电压波头为
1．2 s)。更何况，目前市场上能买到的直流1 mA电
压最小的压敏电阻V， =15 V。可见压敏电阻不能
使TTL器件免遭雷害。为保护微电子器件遇雷击时
不受损坏，有效的办法是选用新型保护器件— —TVS
管或固态放电管。
TVS管即瞬态电压抑制器，当其两极受到反向瞬
态高能量冲击时，它能以(10～100)×10 秒(ps)量
级的速度，将两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数
千瓦的浪涌功率，使两极间的电压嵌位于一个预定值
(一般<2．5倍额定工作电压)，有效地保护了电路中
的元器件免受各种浪涌脉冲的破坏。
TVS管的伏安特性如图1所示。其正向特性与普
通二极管相同，反向特性为典型的PN结雪崩器件。
在瞬态脉冲电流的作用下，流过TVS管的电流，由原
来的反向漏电流I。上升到I (25℃ 下，I =1 mA)时，
其两极呈现的电压由额定反向关断电压V 上升到击
穿电压V ，TVS管被击穿。随着峰值脉冲电流的出
现，流过TVS管的电流达到峰值脉冲电流Ipp，其两极
的电压被箝位到预定的最大箝位电压V 以下。其后，
随着脉冲电流按指数衰减，TVS管两极电压不断下降，
最后恢复到起始状态，这就是TVS管抑制出现的浪涌
脉冲功率，保护电子元件的过程。
TVS管的显著特点为响应速度快(ps级)、瞬时吸
收功率大(数kW)、漏电流小(nA级)、击穿电压偏差
小(4-5％V 与4-10％V 两种)、箝位电压较易控制
(箝位电压V 与击穿电压V 之比为1．2～1．4)、体
积小等。它对被保护装置免遭静电、雷电、操作过电
压、开关打火等各种电磁波干扰十分有效，可有效地抑
制共模、差模干扰。
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图1 TVS管伏安特性 图2 固态放电管伏安特性
固态放电管是基于可控硅(亦称晶闸管)的原理
和结构的一种三端负阻器件。用于保护敏感易损的集
成电路，使之免遭雷电和操作波的冲击。其所具有的
精确导通电压、上千安培的通流容量、快速响应和极小
的极间电容，使其成为通信设备防雷保护的重要器件。
固态放电管伏安特性如图2所示。固态放电管的
工作状态如同一个开关，在断开状态下，其漏电流I。
极小，不影响被保护电路的工作。当瞬间过电压超过
其断态峰值电压V。 时，产生瞬间雪崩效应，一旦瞬
间电流超过开关电流Is，其电压即降为导通电压V
(约5 V)，瞬间浪涌电流就此傍路而保护了并联的敏
感电子器件。浪涌之后，当电流降到最小维持电流I
以下时，固态放电管自然恢复，回到其断开状态。
2．2 电源与话路过电压保护器
按国标新要求，对电源装置可靠而有效的防雷方
法是采用三级保护：第一级用限流模块；第二级用压敏
电阻；第三级用TVS管，使输出的箝位电压达到规定
的要求。采用上述三级保护后，保护电源一般不会因
雷击而损坏。过电压保护器最好能同时具有保护模块
失效自动报警、过电压次数自动记录、停电后记录的过
电压次数不丢失等功能。
交换机等对外引出的音频话路线很容易受感应雷
的冲击而损坏。用户话路盘由于铃流电压与通话电压
不同，需要在保护装置上精心考虑，使之在两种不同电
压下均能有效地保护用户话路部分。因此采用上述合
适的保护方式，可使相应残压小于其额定工作电压
的2．5倍。
3 现场实施情况
根据上述原理和方法，我们于2002年10月对湖
北省电力公司通信系统的弱电装置进行了防雷措施实
施。除进行少量的电话线穿铁管入地改造外，在易受
雷击的设备前安装了DGBZ—II型直流电源过电压保
护器3台，改造保安单元100只，DGBS—III型三相电
源过电压保护箱5台，低压氧化锌避雷器1组。通过
1年多的实际运行考验，电力大楼再未发生雷害事故。
(下转第5页)
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· 安全生产· 吴聪华 雷电危害与通信地网设计 ·5·
t
图4 时间一地阻曲线图
4．3 其他问题
当地表层土值较差时，可加长电流极和电压极或
在两极处灌水来测试。当测试仪指针摇摆不定时，可
能是地网有大电流通过，或地下有磁性的矿物质。
5 结束语
由于通信设备安全防护防雷具有一定的特殊性，
一旦受雷击，就会对设备造成极大的危害。应采取有
效的防护措施，以避免雷电的危害，除完善接地网外，还
应设立雷电疏导通路、清除地面回路等防护技术。此外
机房配电屏或整流器入端三相对地应装氧化锌避雷器，
直流电源的“正极”在电源设备侧和通信设备侧均应接
地，“负极”在电源机房侧和通信机房侧应接压敏电阻。
参考文献：
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王家庆．智能型高频开关电源系统的原理使用与维护
[M]．北京：人民邮电出版社，2000．
DL548．电力系统通信站防雷运行管理规程[s]．1994．
吴聪华(1970一)，男，广东茂名人，工程师，长期从事电力
通信维护及管理工作。
Harm of thunder and lightning and design of comm unication ground network
Cong-hua
(Maoming Power Supply Branch，Guangdong Guangdian Power Grid Group Co．，Ltd．，Maoming 525000，China)
AbstractThunder and lightning influence power system communication seriously．They will cause damage of communication equipments and
losing of data directly．However the indirect losing will be more serious than direct losing． The worst they will paralyse power d and cut
power in a large area．On the basis of an alyzing the causation of communication equipments damage aroused by thunder and lightning，this pa—
per presents the testing principle of ground network resistance and its design scheme．
Key W ords：star configuration；meshed configu ration；common earthing system；equipotential bonding；shielding
(上接第2页)
4 结束语
严格遵守防雷接地规程，采用综合性的防雷措
施，应用多重保护技术制造的新型过电压保护装置，
在雷击使地电位升高时，将设备上的输入电压抑制
在装置能承受的范围，达到水涨船高的效果，是确保
通信系统减少雷害的重要手段。良好的接地与屏蔽
并安装过电压保护器后，可使被保护装置的耐雷水
平提高10倍以上。
根据日本1972—1974年对其国内419个微波通
信站调查的结果表明 ，接地电阻小于1 Q 时，雷击
损坏率较小；接地电阻在1～56 Q时，雷击损坏率相差
不大。因而，在经济合理的前提下，应尽可能使接地电
阻小于1 Q；当不能或很难降低地网的接地电阻时，可
采用水涨船高法，加强过电压保护，亦可得到很好的防
雷效果。
参考文献：
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microwave relay station[J]．Japan Telecomm．Rev．，Vo1．
20，1，63 —70．
周文俊(1959一)，男，湖北汉川人，博士，教授，从事高电压
绝缘与测试、微电子设备防雷等方面的研究；
刘大建(1953一)，男，湖北大治人，通信专业工程师，湖北
省电力公司信通中心防雷专责。
Lightning protection of communication system
ZHOU Wen~un ，LIU Da-fian
(1 Wuhan University，Wuhan 430072，China；2．Hubei Electric Power Company，Wuhan 430077，China)
Abstract：This paper introduces the method of lightning protection of communication system，anti-surge level of microelectronic device，TVS
diode and
．
solid-state discharge triode prope~ies，four grades protection of overvoltage protector，grounding and shield methods． Some faults
in communication system caused by lightning in Hubei province are also introduced．Some simple but vaild measures of lightning protection
and their practical effects in communication system of Hubei province fire described too．
Key words：Communication system；Lightning protection；Measure

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