衛星通信機房的雷電防護技術
工程師筆記
作者：曹煌華 江飛
【摘要】雷電是一種常見的自然現象，對電子設備會產生巨大的破壞作用，特別是衛星通信設備，因此衛星通信機房對雷電防護的措施必須全麵。本文先分析雷電的產生和雷擊形式，接著指出雷電對衛星通信機房的危害，最後提出雷電防護的措施。
【關鍵詞】衛星通信機房；雷電；防護措施；防雷裝置
1.雷電特點及其對通信設備的危害
雷電是一種自然現象，是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現象。雷擊時，其電流很大，平均電流是3萬安培，最大電流可達30萬安培。雷電的放電階段持續時間很短，隻有50-100微秒。雷電流升高的速度可高達每微秒50千安，瞬間的感應電壓能達到300-400千伏，因此雷擊放電後的雷電具有電流大、時間短、電壓高的特點。
雷電對通信設備產生的危害主要有三種類型：
直擊雷擊，即雷雲對設備直接放電，雷擊中蘊藏的能量在很短的時間之內釋放出來，瞬間擊功率是很大的，它不僅能直接摧毀設備，還能造成機房的損壞甚至燃燒；
感應雷擊，當直擊雷發生在臨近物體時，在其周圍產生強烈的輻射電磁場，處於這個電磁場的通信設備會產生相應的感應電壓，感應雷的強度隨距雷擊發生處的遠近不同而不同，這種感應電壓雖然比直接雷擊產生的過電壓幅度小，但更常見，它不僅會幹擾和破壞設備的正常工作，其感應的過電流還能沿著導線等傳導至設備，損壞甚至擊毀設備；
間接雷擊，當雷擊發生於其它建築物或服務設施時，與這些建築物或服務設施相連的設備，如通過電源線和電話線等把雷擊脈衝引入戶內，間接雷擊的破壞性比直接雷擊小，但發生頻率高。
雷電對通信機房的破壞主要有兩種途徑：一是通過戶外傳輸線路和電力點電纜侵入設備。二是雷擊建築物或接地體引起地電位瞬間升高，損壞設備對地絕緣。
2.衛星通信機房防雷方式
（1）接收天線防雷
衛星天線一般都架設在機房頂部或空曠的地麵，易遭遇直擊雷，高頻頭更是容易受到損壞，使用避雷針是防止直擊雷最有效的手段，它使雷電流按預定的通路泄入大地，自身承受雷擊，避免設備受損。避雷針，是一種用於牽製閃電的電擊到地麵的設備，它是一種能截引閃電，將閃電的電流導入地下裝置，並能在一定的麵積範圍內保護地麵建築物或電力設備，使受電擊設備免受雷電破壞的金屬物裝置。避雷針的原理是利用尖端放電現象，讓由地球大氣層中雷雲感應出的電荷及時地釋放進入地球地麵，將電荷中和，避免其過分的積累而引發巨大的雷電擊中事故，並保護被雷電擊中的建築物或設備。避雷針在強電場作用下產生尖端放電，形成向上先導放電；兩者會合形成雷電通路，隨之瀉入大地，達到避雷效果。避雷針保護的區域為錐形，其地麵範圍的半徑約為避雷針到地麵的距離。
（2）機房建築防雷
通信機房要做統一接地係統，在機房的房頂和四周設置等壓帶，並用引入線與圍繞設備敷設在房外的水平閉合接地端相連，目的是使所引入的雷電發散均勻，減少可能出現的感應過電壓，在機房內應利用建築物鋼筋混凝土的鋼筋作為接地體，以極大削弱閃電侵入時的瞬變電磁場，又可作為金屬屏蔽削弱電磁脈衝的入侵，接地電阻要求不大於1歐姆。
（3）電源係統防雷
影響電源係統的主要是感應雷。架空線處於雷擊和大地所形成的電場中，由於靜電感應積累大量與雷雲極性相反的束縛電荷，當雷雲放電後，線路上束縛電荷被釋放而形成自由電荷，開始以光速向線路兩側移動，就形成很高的感應電壓。衛星通信機房輸入電纜為低壓電纜，所以為了對付因感應雷產生的高電壓衝擊所帶來的危害，可在低壓配電盤上安裝一個浪湧抑製器，浪湧抑製器是一種固定設備，它是一個高阻抗器件，隻有當跨在其兩端的電壓達到它的額定箝位電壓時，它的阻抗才突然減小，這時抑製器會將數百至數千安培的電流傳導到大地。