摘 要 : 从典型的雷击事故着手 , 对比了安装、未安装消雷器的通信局 (站) 的雷击概率 ; 分析了微波天馈线与信号线等信号传输方式不同可能产生的引雷及反击因素 ; 阐述了通信局 ( 站 ) 应怎样防雷 ; 最后 , 认为通信局 ( 站 ) 应停止使用各类消雷器。

关键词 : 通信局 ( 站 ) 标准 消雷器 事故 防雷

国家标准《建筑物防雷设计规范》 (GB500057-94) 、邮电部标准《通信局 ( 站 ) 接地设计暂行技术规定》 (YDJ 26-89) 中规定了常规的防雷方式 , 采用联合接地、综合治理来避免直击雷对通信局 ( 站 ) 的建筑物带来的危害 , 而是将雷害降低到最低限度。上述规范中规定的防雷措施是被国际电工技术委员会 (IEC) 及国内外工程界认可的行之有效的防雷方式。而非常规的防雷方式国内外已推出多类 , 至今一个也未被认可 ( 甚至在 IEC 相关会议上都未列入课题 ) 年内推出的消雷器是以“中和”、“限流”、“屏蔽”为基础的产物 , 显然作为一个探索性的技术 ( 第 1,2, …… ,5 代 ) 按照规定是不能在工程上采用的 ( 工程上只能使用相关设计规范规定的方式 ), 但自 90 年代以来 , 由于市场经济的诱发 , 各类消雷器开始在通信局 ( 站 ) 中使用。遗憾的是许多安装消雷器的通信局 ( 站 ) 反而连年频频遭受雷击。

 

1 ．通信局 ( 站 ) 因安装消雷器而遭雷击的典型事故

(1) 深圳市宝安区邮电局新安分局 ( 以下简秒新安分局 ) 通信枢纽楼 , 自 1992 年安装了 AL 公司生产的半导体消雷器 , 运行到 1993 年 6 月 9 日 , 遭受雷击 , 造成 NEAX-61 程控交换机损坏 , 被击坏的主要是系统总线 , 即中央处理机 (CPU) 之间以及被 CPU 控制的模块接口板及连线 , 模块背板器件无任何损坏痕迹。雷击发生时 , 电源发生告警 , 雷击造成交换设备瘫痪 30 分钟 , 在更换了交换机控制接口盘内大量集成电路并重新装入命令再启动后 , 至 6 月 10 日 7:00 才恢复部分通信。

事故发生后 , 防雷专家对该局的接地系统及设备故障进行了调查、测试和分析 , 其雷击故障分析如下 : “雷击所产生的浪涌电流侵入到 NECA-61 程控交换机的电子设备地线 (E 线 ) 及机架保护地线 (EF 线 ) 内 , 该电流导致硬件失效或损坏”。

通过技术改建 , 新安分局改造了高低送电系统 , 现高压侧有近 120m 埋地电缆 , 电缆金属护层两端接地 , 入局后在变压器的高低压侧安装了氧化锌避雷器和避雷箱 ( 原低压电缆进楼为埋地式 ) 。 1994 年 4 月 21 日 , 新安局通信枢纽楼又遭受了雷击 , 交换系统处理机 CPU02, … ,CPU07,CPU16 用户局控制器瘫痪。退出服务后 , 系统经人工再装入 , 又恢复了正常 , 用户中断拨号音时间为 3 ～ 7 分钟。

值得注意的是 : 新安分局通信枢纽楼在刚建局时仅有 4 层 , 在周围地区是最高的建筑物 , 而随着城市建筑的发展 , 目前 , 在局址四周已建了好几个高层建筑 , 发生雷击时高层建筑没遭受雷击 , 反而与周围高层大楼相比已很低的新安分局通信枢纽楼即受到了两次雷击。

深圳宝安区邮电局新安分局通信枢纽楼遭雷击后 , 某公司虽然对该局的防雷问题及事故原因进行了分析和模拟测试 , 并提出了导致雷击的原因 , 但未能提出有效的防雷方案。为此深圳市宝安区邮电局电请邮电部设计院派专家解决宝安分局邮电通信局 ( 站 ) 的防雷接地问题。 1994 年经过对地网、机房汇流条、控制终端、计算机接口、电源配电系统的防雷改造 , 加装了过电压保护器件 , 拆除了半导体消雷器 , 经过 3 个雷暴年的考验 , 至今未发生任何雷击事故。

(2) 广东省江门市邮电局东炮台分局 1993 年初安装了导体消雷器 ,1993 年 6 月 10 日上午 , 广东省江门市邮电局东炮台分局通信枢纽楼遭受雷击 , 造成寻呼发射机、移动通信控制终端微机接口电路板、 NEAX 整流器电压监测电路板、 NEAX-61 程控交换机损坏。雷击最严重的 NEAX-61 程控交换机，被损坏的主要部件是 CPU 之间以及被 CPU 控制模块的接口板及总线、模块背板。从被损坏的电路板表面看 , 并无任何烧毁的痕迹。雷击使交换机瘫痪长达 27 小时 , 造成了很大的损失和不良影响。

事后某公司的防雷专家对通信局 ( 站 ) 的地线及接地系统进行了调查 , 在对通信局 ( 站 ) 机房的地线测试中发现 : “在雷击时用测试仪表可以观察到雷电的电涌电流进入 NEAX-61 的 E 线 , …… 导致 NEAX-61 硬件失效或损坏”。在雷击发生时 , 有人看到雷电击中楼顶所立的消雷器发出闪耀的光芒。

广东省江门市邮电局通信枢纽楼雷击后 ,1994 年初 , 邮电部电信总局通信防护技术维护支援中心对该站的整个防雷体系进行了综合治理 , 并加强了薄弱环节的防雷改造。同样经过 3 个雷暴年的考验 , 至今未发生任何雷击故事。

上述的两个雷击事件发生在同一年 6 月的 9 日 ,10 日 , 事故发生得又是那样相似 , 遭受雷击的通信局 ( 站 ) 都是安装消雷器的通信枢纽楼 , 雷击事故又都是直击雷引起的 ; 两个局经过综合治理的防雷改造 ( 其中宝安分局拆了半导体消雷器 ), 又都安全运行了 3 个雷雨季节 , 可见消雷消并不能防止直击雷 , 保护通信局 ( 站 ) 安全。

2 ．半导体消雷器与防雷规范

在一些半导体消雷器事故的总结报告中 , 半导体消雷器的推广者认为 , 虽然通信局 ( 站 ) 安装了半导体消雷器 , 但一些事故是由于通信局 ( 站 ) 接地系统采用了分散接地 , 违反了防雷接地规程所致 ( 半导体消雷器技术资料中 , 从未将接地列入重点要求之中 , 资料原文是这样的 : “其对接地电阻值要求是比较宽松的 , 而且不需要人为的接地装置 , 利用塔基自然接地即可” ; “只需要求一般的常规接地电阻 30 Ω”。由此看出半导体消雷器对接地方式是不加选择的 , 装上半导体消雷器就可百分之百的防止直击雷 ) 。表面看来似乎很实用 , 可以使用之。半导体消雷器自使用之日起 , 就是建立在国家标准、邮电部、电力部防雷接地标准之外的产物 , 在这些标准中 , 至今未将半导体消雷器列入能够使用的正规防雷产品 , 这当然包括国际上 IEC 的文件从未将这类产品列入相关的报告中 , 而且至今国外无一国家将各类消雷器列入规范。

3 ．雷击微波站天馈线时的引雷问题

从半导体消雷器厂商提供的资料及有关文章所述 : “微波天线及天馈线设在铁塔上 , 雷击时焉能不坏” , 其立论根据是片面地理解相关防雷规范的规定“严禁在建筑物上架设通信线、广播线和低压线”的含义。严格地讲 , 有了避雷针后 , 若通信局 ( 站 ) 不采取均压等电位等综合治理的防雷措施 , 雷击的概率将大大增加 , 避雷针的目的主要是将雷电流通过接地引下线和地网入地 , 是引雷 , 与其它金属体之间可能会发生反击。但微波天馈线则与防雷规范的规定“严禁在建筑物上架设通信线、广播线和低压线”含义从本质上是不同的。

(1) “严厉在建筑物上架设通信线、广播线和低压线”主要是防止感应雷电涌沿线进入机房 ;

(2) 根据微波天馈线接地的规定 , 天馈线要在塔顶及进机房前接地一次 , 若塔高大于 60m 时 , 馈线中间还需接地一次 , 这样做的目的主要是分流 , 以及使其等电位来防止反击的发生 ;

(3) 微波馈线传输信号的方式与通信线、广播线和低压线传输信号的方式是两个不同的概念 , 微波信号是在密封的波导或同轴电缆内以电磁波的方式进行传输 , 而后者信号及电流则是通过金属导线进行传输 ;

(4) 微波馈线有矩形、椭圆形、圆形波导 , 另外还有同轴电缆。对于波导来讲 , 从避雷针下来的雷电流 , 大部分首先通过专用接地引下线入地 , 极小部分雷电流则沿波导经塔上下接地点入地 , 由于雷电流的集肤效应 , 雷电流仅是沿着波导外壳流入机房 , 而微波机外壳及电缆插头、插座电磁兼容性极好 , 传入机房的残余雷电流则沿着走线架上的接地汇流条及机壳入地。对于同轴电缆 , 一般采用串入同轴避雷器加同轴电缆上下两端接地的方式防止雷电流进入设备内部。

4 ．通信局 ( 站 ) 必须采用联合接地和综合治理的方式防雷

4 ． 1 国内外通信局 ( 站 ) 雷击事故概率的统计

国内外通信局 ( 站 ) 雷击事故概率的统计表明 : 通信局 ( 站 ) 遭受感应雷侵入造成通信设备损坏的概率为 85% 左右 , 这包括由电源线、信号线、控制线等引入雷击的因素 , 通信局 ( 站 ) 遭直击雷、雷电磁场、从接地线引入及其它因素而引起的雷击概率为 15% 左右。

4 ． 2 通信局 ( 站 ) 采用常规防雷方法与安装消雷器的雷击概率

通信局 ( 站 ) 采用常规防雷方法与安装消雷器的雷击概率 ( 见表 1) 。

从江西省微波通信局的统计可以看出 , 发生在通信局 ( 站 ) 的直击雷是个概率事件 , 对比其它通信局 ( 站 ) 的雷击概率 , 装了消雷器后大大增加了雷击概率 , 有的甚至达到了 50% 。

表 1 ：通信局 ( 站 ) 采用常规防雷方法与安装消雷器的雷击概率

站 名		江西省微波通信局	广东省微波通信局	山西 - 北京电力微波站	广西 - 广州电力微波站
总站数		>100		17	258
安装消雷器的站	站 数	0	35	4	4
	累计雷击次数		>35	2	2
未安装消雷器的站	站 数	>100		13	21
	累计雷击次数	2		2	2
统计运行年份		1986 ～ 1996	1992 ～ 1995	1995 ～ 1996	1994 ～ 1996
安装消雷器的站的 雷击概率			>47.8%	50%	25%
未安装消雷器的站的雷击概率		0.2%		0.15%	0

4 ． 3 不采用消雷器的通信局（站）怎么办

有人谈到，不装消雷器的通信局（站）怎么办？实际上不装消雷器的通信局（站）已存在着安全运行数万局（站）·年的纪录，且目前世界上数以万计的通信局（站）均没有采用消雷器。由避雷针、避雷网、联合接地组成的防雷体系并非是一个完善的防雷体系，要做好一个通信局（站）的整体防雷，还必须对出入机房的缆线加以防护。另外，由于通信设备的高度集成化，对机房内通信系统的过电压保护应列入首位，即通信局（站）防雷除建筑防雷、系统接地、就近散流做好外，更重要的是：对于通信局（站）内设备的安装位置应合理布局及在通信设备、信号线、计算机、控制终端装上相应等级的雷电过电压保安器。对于电源来讲，应采取多级保护的措施，即由浪涌抑制器及过电压保护器组成的防护系统，并且正确接地。

因此比较完善的防雷系统是一个复杂的综合防雷体系，它的功能不是安装一个什么标准都不认可的各类消雷器所能承担的。消雷器不但难以起到整体防雷的作用 , 就是其他避雷针也有缺陷 , 因为雷击时由于半导体针存在着电阻 , 妨碍了雷电流顺畅入地 , 结果许多消雷器既牺牲了自己 , 又保护不了设备。

5 结 论

各类消雷器与避雷针一样（避雷针作为引雷器起作用大家已认识到）在使用时并不能有效地防止雷击。那些认为消雷器牺牲了自己、保护了设备的认识更为不妥（有人声称通信局（站）遭受雷击未损坏设备而击坏了消雷器，是消雷器发挥的保护作用）；同时应该指出，这种说法完全抹煞了其它防雷设施的作用和设备本身所具有对雷电的耐受能力，经过降低接地电阻、均衡地网电位、限制过电以及采用屏蔽等项措施的微波站就一个很好的防雷体系。

根据统计，未安装消雷器的雷击事故率远低于安装消雷器的雷击概率。实际上消雷器也是一种引雷装置，因此如果仅安装消雷器忽略了通信系统及建筑物的防雷，不对潜在的雷击因素进行抑制，在安装消雷器后更容易造成雷击事故的发生，其雷害事故将可能是灾难性的。

综上所述，在现阶段，通信局（站）应停止使用各类消雷器（同样，对于国内外推出的优化避雷针也应慎用）。