过去,这些雷电涌电流有多大是不清楚的。近年来,对在日本北陆地区的冬季雷的直击雷电流进行同时观测,可以得出的数据是:流过通信电缆的直击雷电流大约为10~15%,流过交流供电线的直击雷电流大约为30~40%。对于通信电缆,流过金属外层的雷电流为80~90%,而通信电缆内心线数量又很多,流过每根心线的雷电流可以确认是非常小的了。
关于研究这样的通信中心大楼直击雷电流的历史是短的,留下来的研究课题是很多的。今后,更有必要积累研究和观测数据,根据这些数据考虑系统性防雷措施很有必要。
3.2 通信中心大楼的直击雷的防雷措施
首先,关于上述第3.1.1条的侵入通信中心大楼内的雷电流,它的防雷措施的代表性示例见图5。在该通信中心大楼内,接地干线设计有一条低阻抗的接地母线,将每层楼的通信装置连接到这条接地母线上,谋求有等电位化。通信装置有两种接地构成方法,一种方法是集成接地法,尽可能分散侵入通信装置的雷电流,这样,将等电位化作为重点的接地方法,以便将电子回路与通信装置之间发生的电位差抑制到最小的程度。这种方法采用了波导管,同轴电缆将天线和通信装置连成的从来无线和传输装置等,用螺钉固定在不需要绝缘的结构或地面上。特别是,如同山顶中继所这样直击雷频率高的大楼,在通信装置的四周设计有低阻抗的接地导体(形路接地),将通信装置连接成网格状,可抑制在通信装置上发生的电位差。
第二种接地方法称为隔离接地法,以隔离作为重点的接地方法,以便使雷电流不得侵入大楼内。使通信装置与大楼的柱子、墙壁、地面、周边装置等进行完全隔离之外,通信装置间的接口电缆采用隔离变压器进行直流隔离。这种隔离接地方法适用可靠性要求高的数字交换机等。最近,采用光纤电缆的无线和传输装置与通信装置间进行相互隔离,与地面也要隔离。要采用这种隔离接地方法的通信装置越来越多了。这种隔离接地法,因为与周边不能有完全隔离,达不到防雷措施的效果,有必要以维护工作进行考虑。
最近,采用更多的是将隔离接地与集成接地相结合的技术,一方面,数字交换机要与地面上的钢筋进行隔离,另一方面,用网格状接地线将地面与交换机进行连接。这种网格状接地线只采用单点接地法。随着通信系统的高度信息化,在同一个楼层上,就会有各种不同接地系统的通信装置混在一起,将过去的无线装置,传输装置,与交换装置要区别开是困难的,不用说在防雷措施的观点上,还包括EMC(电磁兼容)或通信装置的动作特性等方面,能采取协调的功能的防雷措施设计很有必要的。
从3.1.2条的从通信中心大楼流出到楼外的雷电流来看,这时,主要是该大楼的接地电位会上升,有必要采用以下二个防雷措施:
(1)只要该大楼的接地电阻是小的,就会防止接地电位上升;
(2)只有提高通信设备的耐雷电流能力,以便使从大楼流出的大雷电流不会损坏通信设备。
要降低第(1)项的大楼的接地电阻,就要增加经费,因为接地电阻没有几欧姆左右,就没有好的防雷效果。通常,多实施第(2)项的提高通信设备的耐雷电流能力。
图6的山顶无线中继所的防雷措施示例,交流电源用的避雷器过去采用的是绝缘P阈形,其耐雷电流能力,对于8×20μs的雷电涌电流波形只有15kv,当直击雷电流的一部分侵入山顶无线中继所时,会产生容易烧坏的问题。为此,采用具有2倍耐雷电流能力的氧化锌避雷器,在多处设置这种避雷器,在雷电流集中的场地内通信杆上,氧化锌避雷器如并联安装可改善耐雷电流能力。
关于通信电缆,如通信电缆的引入段上的避雷器被烧坏的话,就会在电缆的心线之间,以及心线与外层之间发生绝缘击穿的问题。为此,要采用粗的心线,和多对通信电缆,见图6,为了降低流入电缆内的电流,沿电缆配线的旁路用的接地线(远方接地线),将支撑电缆的钢线进行多点到通信电缆的外层上,尽可能,不要将雷电涌电流流入电缆内。同时,将避雷器(电缆保护装置)插入电缆的中间连接点处,实施了消除在电缆内各条心线之间以及心线与外层之间的电位差的防雷措施。
4 结束语
自古以来,我们一直进行研究雷电技术的历史,防雷措施仍然实施多年以来的研究结果和经验。但是,随着通信装置的多样化,高度信息化,更加敏感的反应在雷电涌等过电压方面,就有更高的防雷技术要求。通信装置的故障情况逐渐也在变化,仔细把握它的故障形态,要从定量方面明确雷害发生的机理以及雷害对通信装置的危害影响,实行有效的防雷措施是更重要的。关于通信中心大楼的直击雷,刚刚开始研究,随着我们见到的因特网和LAN局域网这样的多媒体社会的发展,通信中心大楼内信息网络化又不断发展,通信中心大楼内直击雷的雷电涌电流问题,是我们今后考虑的更加重要的课题。
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