邢旭
鄂州市擎天雷电防护有限公司 湖北 鄂州 436000
摘要：从通信电源设备发展的历程来看，其大致经历了三个阶段，分别是线性、相控以及开关电源。目前开关电源已经成为主流趋势，具有重量轻、功率转化的效率高以及稳压范围较宽等特点。关于通信电源设备的雷电过压防护，从实际情况来看，主要涉及直击雷以及感应雷两种类型雷击风险的防护，其中直击雷虽然发生几率较低，但是危害性更大，而感应雷的危害性虽然略小，但是发生几率高。因此，通信电源设备雷电过压防护的重点是感应雷，但是对于直击雷的防护也不能轻视。
关键词：通信电源设备；雷电过电压；防护探析
1导言
研究关于通信电源设备的雷电过电压防护方面的内容具有十分重要的意义，其不仅关系到我国通信电源设备的应用情况，也关系到通信质量与通信安全等方面。如今人们对各个方面的要求越来越高，行业之间的竞争也越来越激烈，此种形势下通信企业必须不断优化各式设备，尤其是通信电源设备方面。如今我国在此方面依然在不断加大资金、技术以及人才方面的支持，且小于成就，但依然存在不小的上升空间，因此相关机构和人员应加强此方面的研究。
2通信电源设备简介
通信电源设备往往包括多个模块，如： ① 交流配电模块；② 直流配电模块； ③ 监控模块； ④ 整流柜等。 其中交流配电柜拥有较大的功能优势，如其可以进行实时状态显示，也可以进行单面操作的维护，同时也具备告警等功能，然而最重要的是其具有多级防雷措施；而直流配电柜，其往往会在直流输出路线的非配以及接入等方面发挥作用，另外，其在实时状态显示以及告警和单面操作维护方面也可以发挥很好的作用； 整流柜的功能在于，其可以完成交流电路转换。 另外，在整个系统中，整流柜还具有监控。 管理等作用，在电池方面甚至可以实现自动管理。通信电源设备作为通信网络的能源提供者， 其必须达到安全可靠以及高效稳定的优势，而要充分达到此目的，除了要不断优化设备自身质量外， 也要就其防护设计、 电磁兼容设计、可维护性和可操作性方面着手，因此必须做好通信电压设备的防护措施，尤其是通信电源设备的雷电过电压防护，较为常见的雷电过电压过程及现象见图 1~2 。
3通信电源系统构成
通信电源系统的构成主要包括四部分，分别是交流配电、直流配电、整流柜以及监控模块。交流配电主要是负责切换市电输入与油机输入，分配交流输出，通常需要具备多级雷电防护措施，同时要具备状态监控、报警以及操作维护等功能[1]。直流配电主要是负责分配直流输出路数、负载边接以及电池接入等，一般情况可以自由出线，要求具备状态监控、报警以及检测通断器状态等功能。整流柜主要是负责将输入的交流电转化为直流电，以适应通信系统的需求，整流柜通常由多个整流模块构成，采用并联的方式分担负载，其中单个模块即便出现故障也不会影响整流柜整体运行。监控模块主要是为了满足分散供电的需求，对分散在不同区域的交流、直流配电柜以及整流柜运行状态进行实时监控。
4通信电源设备防雷设计思路
通信电源设备系统主要以交流电为输出电源，设备采用交流输出端口，实现对电流的输出，端口电流符合能达到20ka、8/20u, 达到国家规定临界点，国家对电气接口的防雷具有很大的规范性要求，比如通信电源设备需要经过严格的防雷检测，尤其是在防雷器不带电情况下进行模拟雷击，但是，此方法不能有效的模拟电气设备冲击时的状态，存在一定的缺陷，因此，采用一种更好的方法进行测试雷击，在通信电源带电的情况下进行雷击实验，通过直流符合对通信电源系统工作进行模拟，实现各个线路的雷击测试，挺高通信电源设备的稳定性和安全性。
5雷击的类型以及危害性
5.1直击雷及其危害性
落地雷是直击雷，它是云体与地面（特别是突起物）之间，由于带电的性质不同，会形成强大的电场将大气击穿，进而击中通信站的建筑、电缆、设备以及工作人员，可造成建筑、设备、电缆损毁以及人员伤亡，危害性极大。一般情况下，直击雷发生的几率比较小，但是其破坏性极大，会造成严重的后果。
5.2感应雷及其危害性
当金属物或者其他导体处于雷电和大地所形成的电场当中时，会产生与雷电相应的电荷，而雷电放电时，与大地的电场会突然消失，但是金属物或者其他导体上的电荷无法快速流散，会产生极高地对地电压，引起火花放电，并且在雷电放电时，在雷电周围空间还会形成强大的变化电磁场，导致导体间隙出现火花放电的情况。通信电源设备与外界的连接主要依靠通信以及电力电缆，同时集成电路也是由金属材质的导线连接，这无疑为感应雷侵入创造了必要的条件，而通信电源设备由于采用了大量的微电子电路，耐冲击性较差，很容易被感应雷损毁，进而导致设备故障。相较于直击雷，感应雷的破坏性虽然相对较小，但是其往往会导致通信电源设备核心元件损毁，危害性不容小觑。
相关研究表明，感应雷导致通信电源设备损坏的几率要远高于直击雷，因此，感应雷是通信电源设备雷电防护的重点。
图1
图2
6通信电源设备的雷电过电压防护措施
6.1直击雷防护措施
直击雷的防护主要采用的是系统各部分分摊直击雷能量的措施，降低通信电源设备分担的能量，进而最大限度地降低直击雷的危害性。当受到直击雷攻击时，由管线、接地网、通信网、接闪器、电源以及引下线工程分担直击雷的能量。以通信站为例，由于其没有管道系统，因此由接地网、接闪器以及引下线等外部雷电防护装置分担约50%的能量，使其直接入地；由通信电源设备分担约45%的雷电能量，一般通信站采用的是三相四线，因此，每条线路仅需要承担不到25kA的雷电流；剩余约5%的雷电流则由通信线路分担。通过这种分摊直击雷能量的方式可以有效降低直击雷造成的破坏，对通信电源设备形成有效的防护。
6.2感应雷防护措施
感应雷的防护相对比较复杂，感应雷入侵通信电源设备的途径主要有两种：一是静电感应。当雷云中电荷逐渐积聚时，周围空间内的导体会产生相反电荷，一旦雷云放电，则其中的电荷会瞬间释放，进而导致导体中被束缚的静电流会沿导体的流动寻找电流释放渠道，最终在电路当中形成电脉冲[3]。二是电磁感应。当雷云开始放电时，雷电流快速变化并在周围空间内产生极其强大的瞬变电磁场，附近导体会产生极高地感生电动势。关于感应雷的防护一方面需要设置完善的接地网，正确安装各项避雷设备，阻断感应雷入侵渠道；另一方面各条线路以及设备必须要采取屏蔽接地措施，同时要增强通信电源设备核心部件的耐冲击性能，从而有效降低感应雷的危害。
6.3其他防护措施
一是合理布置接地汇集线。接地汇集线的布置需要尽可能选择与避雷器比较靠近的位置，缩短避雷器接地线，不同楼层分汇集线直接和楼底总汇集线连接，从而实现单点接地，若楼层超过30m，则超过部分的分汇集线需要与建筑物的均压环连接，防治侧击。根据近年来IEC研究显示，接地汇集线进行多重互联在雷电防护具有一定的效果。二是等电位连接。虽然不同通信电源系统在防雷要求方面存在一定差异，但是其核心思想基本一致，即实现等电位。在实际当中，绝对等电位仅仅是理想状态，无法真正实现，因此只能通过各种措施无线接近，目前主要采用的屏蔽、分流、接地以及箝位等方式进行连接。三是合理选择电源避雷器。由于通信电源设备符合电流的容量较大，因此为了保障电源设备安全、降低雷电的危害性，在选择通信电源设备避雷器时要根据实际情况合理选择。首先应当选择多级防雷设备，建议采用并联型避雷器，这样即便电源避雷器的某一模块出现故障，也不会对设备的防雷效果造成较大影响，仍能对通信电源系统形成一定的防护。其次电源避雷器必须具备失效分离装置以及阻燃功能，失效分离装置可以确保电源避雷器在失效时与通信电源系统自动断开，并且不会影响到电源系统正常供电；阻燃功能可以保障电源避雷器在失效或者自毁时不起火，从而避免对通信电源设备的影响。
7通信电源设备雷电过电压防护注意事项
对于通信机房进出的通信电缆以及电力电缆线路要高度重视，必须要采用带有屏蔽层的电缆，并注意完善接地保护相关措施；鉴于感应雷对于通信电源设备核心元件的危害，可以考虑配备直流防雷器，从而降低雷电脉冲，提升低电压设备以及核心元器件的耐冲击性能；安装通信电源设备时必须严格遵循安装规范，避免连接导线中出现交流感抗以及残余电压，这会对设备的防雷性能以及防雷效果产生影响，采用多级分布防雷设备可以有效降低连接导线产生的交流感抗以及残余电压，注意各防雷装置之间电源线长度不能低于15m，若低于15m则需要采用解耦控制装置进行能量匹配。
8结语
通信电源设备的雷电防护极为关键，是保障电源设备安全、稳定运行的重要前提。通过对雷击的类型以及危害性进行深入分析，了解雷电流入侵途径，有助于采取针对性的雷电防护措施，从而起到良好的防护效果。
参考文献
[1]郭亮,李哲,李骁,郭红梅,刘丽君,王者龙,任大为,刘志美.雷电过电压引发电容式电压互感器铁磁谐振特性分析与防护研究[J].电瓷避雷器,2019(06):147-151+158.
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[3]林海涛.浅探特高压输电线路雷电过电压的分类识别方法[J].低碳世界,2019,9(09):81-82.
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