一、雷電(diàn)防護基本原理(lǐ)

雷電(diàn)及其它強幹擾對通信系統的緻損及由此引起的後果是嚴重的，雷電(diàn)防護将成為(wèi)必需。雷電(diàn)由高能(néng)的低頻成份與極具(jù)滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形 式，一種是通過金屬管線(xiàn)或地線(xiàn)直接傳導雷電(diàn)緻損設備；一種是閃電(diàn)通道及洩流通道的雷電(diàn)電(diàn)磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線(xiàn)或地線(xiàn)産(chǎn)生浪湧緻損設備。絕大 部分(fēn)雷損由這種感應而引起。對于電(diàn)子信息設備而言，危害主要來自于由雷電(diàn)引起的雷電(diàn)電(diàn)磁脈沖的耦合能(néng)量，通過以下三個通道所産(chǎn)生的瞬态浪湧。金屬管線(xiàn)通道，如自來水管、電(diàn)源線(xiàn)、天饋線(xiàn)、信号線(xiàn)、航空障礙燈引線(xiàn)等産(chǎn)生的浪湧；地線(xiàn)通道，地電(diàn)們反擊；空間通道，電(diàn)磁小(xiǎo)組的輻射能(néng)量。

其中(zhōng)金屬管線(xiàn)通道的浪湧和地線(xiàn)通道的地電(diàn)位反擊是電(diàn)子信息系統緻損的主要原因，它的最見的緻損形式是在電(diàn)力線(xiàn)上引起的雷損，所以需作(zuò)為(wèi)防擴的重點。由于雷電(diàn)無孔不入地侵襲電(diàn)子信息系統，雷電(diàn)防護将是個系統工(gōng)程。雷電(diàn)防護的中(zhōng)心内容是洩放和均衡。

1.洩放是将雷電(diàn)與雷電(diàn)電(diàn)磁脈沖的能(néng)量通過大地洩放，并且應符合層次性原則，即盡可(kě)能(néng)多(duō)、盡可(kě)能(néng)遠(yuǎn)地将多(duō)餘能(néng)量在引入通信系統之前洩放入地；層次性就是按 照所設立的防雷保護區(qū)分(fēn)層次對雷電(diàn)能(néng)量進行削弱。防雷保護區(qū)又(yòu)稱電(diàn)磁兼容分(fēn)區(qū)，是按人、物(wù)和信息系統對雷電(diàn)及雷電(diàn)電(diàn)磁脈沖的感受強度不同把環境分(fēn)成幾個區(qū) 域：LPZOA區(qū)，本區(qū)内的各物(wù)體(tǐ)都可(kě)能(néng)遭到直接雷擊，因此各特體(tǐ)都可(kě)能(néng)導走全部雷電(diàn)流，本區(qū)内電(diàn)磁場沒有(yǒu)衰減。LPZOB區(qū)，本區(qū)内的各物(wù)體(tǐ)不可(kě)能(néng)遭到 直接雷擊，但本區(qū)電(diàn)磁場沒有(yǒu)衰減。LPZ1區(qū)，本區(qū)内的各物(wù)體(tǐ)不可(kě)能(néng)遭到直接雷擊，流往各導體(tǐ)的電(diàn)流比LPZOB區(qū)進一步減少，電(diàn)磁場衰減和效果取決于整 體(tǐ)的屏蔽措施。後續的防雷區(qū)假如需要進一步減小(xiǎo)所導引的電(diàn)流和電(diàn)磁場，就應引入後續防雷區(qū)，應按照需要保護的系統所要求的環境區(qū)選擇且續防雷區(qū)的要求條 件。保護區(qū)序号越高，預期的幹擾能(néng)量和幹擾電(diàn)壓越低。在現代雷電(diàn)防護技(jì )術中(zhōng)，防雷區(qū)的設置具(jù)有(yǒu)重要意義，它可(kě)以指導我們進行屏蔽、接地、等電(diàn)們連接等技(jì )術 措施的實施。

2.均衡就是保持系統各部分(fēn)不産(chǎn)生足以緻損的電(diàn)位差，即系統所在環境及系統本身所有(yǒu)金屬導電(diàn)體(tǐ)的電(diàn)位在瞬态現象時保持基本相等，這實質(zhì)是基于均壓等電(diàn)位連 接的。由可(kě)靠的接地系統、等電(diàn)位連接用(yòng)的金屬導線(xiàn)和等電(diàn)位連接器組成一個電(diàn)位補償系統，在瞬态現象存在的極短時間裏，這個電(diàn)位補償系統可(kě)以迅速地在被保護 系統所處區(qū)域内所有(yǒu)導電(diàn)部件之間建立起一個等電(diàn)位，這些導電(diàn)部件也包括有(yǒu)源導線(xiàn)。通過這個完備的電(diàn)位補償系統，可(kě)以在極短時間内形成一個等電(diàn)位區(qū)域，這個 區(qū)域相對于遠(yuǎn)處可(kě)能(néng)存在數十千伏的電(diàn)位差。重要的是在需要保護的系統所處區(qū)域内部，所有(yǒu)導電(diàn)部件之間不存在顯著的電(diàn)位差。

3.雷電(diàn)防護系統由三部分(fēn)組成，各部分(fēn)都有(yǒu)其重要作(zuò)用(yòng)，不存在替代性。外部防護，由接閃器、引下線(xiàn)、接地體(tǐ)組成，可(kě)将絕大部分(fēn)雷電(diàn)能(néng)量直接導入地下洩放。 過渡防護，由合理(lǐ)的屏蔽、接地、布線(xiàn)組成，可(kě)減少或阻塞通過各入侵通道引入的感應。内部防護，由均壓等電(diàn)位連接、過電(diàn)壓保護組成，可(kě)均衡系統電(diàn)位，限制過 電(diàn)壓幅值。

二、防雷器的作(zuò)用(yòng)及技(jì )術參數

防雷器又(yòu)稱等電(diàn)位連接器、過電(diàn)壓保護器、浪湧抑制器、突波吸收器、防雷保安(ān)器等，用(yòng)于電(diàn)源線(xiàn)防護的防雷器稱為(wèi)電(diàn)源防雷器。鑒于目前的雷電(diàn)緻損特點，雷電(diàn)防 護尤其在防雷整改中(zhōng)，基于防雷器防護方案是最簡單、經濟的雷電(diàn)防護解決方案。防雷器的主要作(zuò)用(yòng)是瞬态現象時将其兩端的電(diàn)位保持一緻或限制在一個範圍内，轉 移有(yǒu)源導體(tǐ)上多(duō)餘能(néng)量。

進入地下洩放，是實現均壓等電(diàn)位連接的重要組成部分(fēn)。防雷器的一些主要技(jì )術參數：額定工(gōng)作(zuò)電(diàn)壓、額定工(gōng)作(zuò)電(diàn)流，特批串并式電(diàn)源防雷器的載流量。通流能(néng)力，防雷器轉移雷電(diàn)流的能(néng)力，以千安(ān)為(wèi)單位，與波開開式有(yǒu)關。 防雷器在功能(néng)上可(kě)分(fēn)為(wèi)可(kě)防直擊雷的防雷器和防感應雷的防雷器。可(kě)防直擊雷的防雷器通常用(yòng)于可(kě)能(néng)被直擊雷擊中(zhōng)的線(xiàn)路保護，如LPZOA區(qū)與LPZ1區(qū)交界處 的保護。用(yòng)10/35μs電(diàn)流波形測試與表示其通流能(néng)力。防感應雷的防雷器通常用(yòng)于不可(kě)能(néng)被直擊雷擊中(zhōng)的線(xiàn)路保護，如LPZOB區(qū)與LPX1區(qū)、LPZ1 區(qū)交界處的保護。用(yòng)8/20μs電(diàn)流波形測試與表示其通流能(néng)力響應時間，防雷器對瞬态現象起控制作(zuò)用(yòng)所需的時間，與波形性質(zhì)有(yǒu)關。殘壓，防雷器對瞬态現象 的電(diàn)壓限制能(néng)力，與雷電(diàn)流幅值及波形性質(zhì)有(yǒu)關。

三、防雷器的選用(yòng)

基于防雷器的防護想要取得理(lǐ)想的效果，應注重“在合适的地方合理(lǐ)地裝(zhuāng)設合适的防雷器”，防雷器的選擇十分(fēn)重要。

1.進入建築物(wù)的各種設施之間的雷電(diàn)流分(fēn)配情況如下：約有(yǒu)50%的雷電(diàn)流經外部防雷裝(zhuāng)置洩放入地，另有(yǒu)50%的雷電(diàn)流将在整個系統的金屬物(wù)質(zhì)内進行分(fēn)配。 這個評估模式用(yòng)于估算在LPAOA區(qū)、LPZOB區(qū)和LPZ1區(qū)交界處作(zuò)等電(diàn)位連接的防雷器的通流能(néng)力和金屬導線(xiàn)的規格。該處的雷電(diàn)流為(wèi)10/35μs電(diàn) 流波形。在各金屬物(wù)質(zhì)中(zhōng)雷電(diàn)流的分(fēn)配情況下：各部分(fēn)雷電(diàn)流幅值取決于各分(fēn)配通道有(yǒu)的阻抗與感抗，分(fēn)配通道是指可(kě)能(néng)被分(fēn)配到雷電(diàn)流的金屬物(wù)質(zhì)，如電(diàn)力線(xiàn)、信 号線(xiàn)、自來水管、金屬構架等金屬管級及其它接地，一般僅以各自的接地電(diàn)阻值就可(kě)以大緻估算。在不能(néng)确定的情況下，可(kě)以認為(wèi)接是電(diàn)阻相等，即各金屬管線(xiàn)平均 分(fēn)配電(diàn)流。

2.在電(diàn)力線(xiàn)架空引入，并且電(diàn)力線(xiàn)可(kě)能(néng)被直擊雷擊中(zhōng)時，進入建築物(wù)内保護區(qū)的雷電(diàn)流取決于外引線(xiàn)路、防雷器放電(diàn)支路和用(yòng)戶側線(xiàn)路的阻抗和感抗。如内外兩端阻抗一緻，則電(diàn)力線(xiàn)被分(fēn)配到一半的直擊雷電(diàn)流。在這種情況下必須采用(yòng)具(jù)有(yǒu)防直擊雷功能(néng)的防雷器。

3.後續的評估模式用(yòng)于評估LPZ1區(qū)以後防護區(qū)交界處的雷電(diàn)流分(fēn)配情況。由于用(yòng)戶側絕緣阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于防雷器放電(diàn)支路與外引線(xiàn)路的阻抗，進入後續防雷區(qū)的 雷電(diàn)流将減少，在數值上不需非凡估算。一般要求用(yòng)于後續防雷區(qū)的電(diàn)源防雷器的通流能(néng)力在20kA以下，不需采用(yòng)大通流能(néng)力的防雷器。後續防雷區(qū)防雷器的選 擇應考慮各級之間的能(néng)量分(fēn)配和電(diàn)壓配合，在許多(duō)因素難以确定時，采用(yòng)串并式電(diàn)源防雷器是個好的選擇。串并式是根據現代雷電(diàn)防護中(zhōng)許多(duō)應用(yòng)場合、保護範圍層 次區(qū)分(fēn)等特點提出的概念。其實質(zhì)是經能(néng)量配合和電(diàn)壓分(fēn)配的多(duō)級放電(diàn)器與濾波器技(jì )術的有(yǒu)效結合。串并式防雷有(yǒu)如下特點：應用(yòng)廣泛。不但可(kě)以按常規進行應用(yòng)， 也适合保護區(qū)難以區(qū)别的場所。感生退耦器件在瞬态過電(diàn)壓下的分(fēn)壓、延遲作(zuò)用(yòng)，以幫助實現能(néng)量配合。減緩瞬态幹擾的上升速率，以實現低殘壓與長(cháng)壽命以及極快 的響應時間。

4.防雷器的其它參數選擇取決于各個被保護物(wù)所在防雷區(qū)的級别，其工(gōng)作(zuò)電(diàn)壓以安(ān)裝(zhuāng)在引電(diàn)路中(zhōng)所有(yǒu)部件的額定電(diàn)壓為(wèi)準。串并式防雷器還需注重其額定電(diàn)流。

5.影響電(diàn)子線(xiàn)雷電(diàn)流分(fēn)配的其它因素：變壓器端接地電(diàn)阻降低将使電(diàn)子線(xiàn)中(zhōng)分(fēn)配電(diàn)流增大。供電(diàn)線(xiàn)纜的長(cháng)度的增加将使電(diàn)力線(xiàn)中(zhōng)分(fēn)配電(diàn)流減少，并使幾要導線(xiàn)中(zhōng)有(yǒu) 平衡的電(diàn)流分(fēn)配。過短的電(diàn)纜長(cháng)度和過低的中(zhōng)性線(xiàn)阻抗将使電(diàn)流不平衡，從而引起差模幹擾。供電(diàn)線(xiàn)纜并接多(duō)用(yòng)戶将降低有(yǒu)效阻抗，導緻分(fēn)配電(diàn)流增大，在連成網狀 的供電(diàn)狀态下，雷臨時性流主要流入電(diàn)力線(xiàn)，這是多(duō)數雷損發生在電(diàn)力線(xiàn)處的原因。

四、防雷器的安(ān)裝(zhuāng)

1.電(diàn)源線(xiàn)應實現多(duō)級防護，多(duō)級防護是以各防雷區(qū)為(wèi)層次，對雷電(diàn)能(néng)量的逐級減弱，使各級限制電(diàn)壓相互配合，最終使過電(diàn)壓值限制在設備絕緣強度之内。在下列情況下，多(duō)級防護成為(wèi)必須：某一級防雷器失效或防雷器某一路失效。防雷器的殘壓不配合設備絕緣強度，線(xiàn)纜在建築物(wù)内長(cháng)度較長(cháng)時。

2.幾乎所有(yǒu)情況下的線(xiàn)纜防護，至少應分(fēn)成兩級以上，同一級防雷器還可(kě)能(néng)包含多(duō)級保護。為(wèi)了達到有(yǒu)效的保護，可(kě)在各防雷區(qū)界面處設置相應的防雷器，防雷器 可(kě)針對單個電(diàn)子設備，或一個裝(zhuāng)有(yǒu)多(duō)個電(diàn)子設備的空間，所有(yǒu)穿過通常具(jù)有(yǒu)空間屏蔽的防雷區(qū)的導線(xiàn)，在穿過防雷區(qū)界面同時接有(yǒu)防雷器。另外，防雷器的保護範圍 是有(yǒu)限的，一般防雷器與設備線(xiàn)路距離超過10m以後将使防護效果劣化，這是因為(wèi)防雷器和需要保護的設備之間的電(diàn)纜上有(yǒu)反射造成的振蕩電(diàn)壓，其幅值與線(xiàn)路長(cháng) 度、負載阻抗成正比。

3.在使用(yòng)電(diàn)源孩子雷器的多(duō)級防護中(zhōng)，假如不注重能(néng)量分(fēn)配，則可(kě)能(néng)引入更多(duō)的雷電(diàn)能(néng)量進入保護區(qū)域。這要求防雷器應根據前述評估模式選擇。一般防雷器都有(yǒu) 通過雷電(diàn)流越大，殘壓越高的特點，通過能(néng)量分(fēn)配後未級防雷器流過的雷電(diàn)流極小(xiǎo)，有(yǒu)利于電(diàn)壓限制。注重，不考慮電(diàn)壓配合而僅僅選擇低響應電(diàn)壓的防雷器作(zuò)末級 保護是危險的。

實現能(néng)量分(fēn)配與電(diàn)壓配合的要點在于利用(yòng)兩級防雷器之間線(xiàn)纜本身的感抗。線(xiàn)纜本身的感抗有(yǒu)一定的阻礙埋電(diàn)流及分(fēn)壓作(zuò)用(yòng)，使雷電(diàn)流更多(duō)地被分(fēn)配到前級洩放。一 般要求兩級防雷器之間線(xiàn)纜長(cháng)度在15m左右，适？？纜之内的情況。線(xiàn)纜上分(fēn)支線(xiàn)路的長(cháng)度對線(xiàn)纜要求長(cháng)度有(yǒu)影響，當保護地線(xiàn)與被保護線(xiàn)纜有(yǒu)一定距離，這時要 求線(xiàn)纜長(cháng)度大于5m即可(kě)。在一些不适合采用(yòng)線(xiàn)纜本身作(zuò)退耦措施的如兩級防雷區(qū)界面靠近或線(xiàn)纜長(cháng)度較短時，可(kě)利用(yòng)專門的退耦器件，這時無距離要求。

4.退耦器件是實現能(néng)量分(fēn)配與電(diàn)壓配合的重要措施，以下幾種材料可(kě)作(zuò)為(wèi)退耦器件：線(xiàn)纜、電(diàn)感和電(diàn)阻。

串并式電(diàn)源防雷器就是一種考慮了能(néng)量分(fēn)配與電(diàn)壓配合，利用(yòng)濾波器作(zuò)為(wèi)退耦器件的防雷器組合形式，适合于各種場合的應用(yòng)。

5.在某些極端情況下，裝(zhuāng)上防雷器反而會增加設備損壞的可(kě)能(néng)，必須杜絕；這類情況發生。防雷器保護幾條線(xiàn)，其中(zhōng)一條線(xiàn)上的防雷器失效或響應速度過慢。這可(kě) 能(néng)使共模幹擾轉化為(wèi)差模幹擾而損壞設備。這要求必須實施多(duō)級防護及注重防雷器的維護。不考慮防雷保護區(qū)、能(néng)量配合及電(diàn)壓分(fēn)配而随便安(ān)裝(zhuāng)防雷器，比如僅僅在 設備前端裝(zhuāng)設一隻防雷器，由于沒有(yǒu)前級保護，強大的雷電(diàn)流将被吸引到設備前端，緻使防雷器殘壓超過設備絕緣強度。這要求防雷器必須按層次性原則安(ān)裝(zhuāng)。

6.在另外的一些情況下，錯誤的安(ān)裝(zhuāng)将使設備得不到有(yǒu)效保護。過長(cháng)的防雷器連接線(xiàn)、防雷器工(gōng)作(zuò)時，連接線(xiàn)上由感抗引起的電(diàn)壓将極高，加在設備上的仍會危險 電(diàn)壓，這個問題在末級防雷器的應用(yòng)中(zhōng)更加明顯。解決這個問題的方法是采用(yòng)短的連接線(xiàn)，也要以采用(yòng)兩要以上分(fēn)開的連接線(xiàn)以分(fēn)擔磁場強度，減少壓降，單線(xiàn)加粗 連接線(xiàn)是沒有(yǒu)什麽效果的。必要時可(kě)通過改變被保護線(xiàn)的布線(xiàn)，使其靠近等電(diàn)位連接排以減少連接線(xiàn)長(cháng)度。

防雷器輸出線(xiàn)和輸入線(xiàn)、接地線(xiàn)靠近、并排敷設。這種情況對串并式防雷器的影響比較嚴重。當串并式電(diàn)源防雷器的輸出線(xiàn)和輸入線(xiàn)、地線(xiàn)靠近敷設，會使輸出線(xiàn)内 感應出瞬态浪湧，雖然其強度較原來小(xiǎo)，但仍可(kě)能(néng)是危險的。解決這個問題的方法是将輸入線(xiàn)、地線(xiàn)與輸出線(xiàn)分(fēn)開敷設或垂直敷設，盡量減少并行敷設的長(cháng)度，拉開 敷設的距離。

防雷器接地線(xiàn)沒有(yǒu)與被保護設備的保護地相連，即采取單獨的防雷接地。這将使被保護線(xiàn)與設備保護地之間在瞬态時存在危險電(diàn)壓，解決這個問題的方法是防雷器的接地應與設備保護地相連