定义

雷电防护：为了防止雷电影响所采取的各种防护手段。这是因为雷电对架在空中的通信线路和埋在地下的通信线缆均会造成严重的影响，必须采取相应措施。

危害

防护举措

上文介绍了雷电的这么多危害，因此在通信线路的勘察设计和通信线路的长期使用整个过程中，都要注意雷电的防护工作，既要摸清通信线路经过地区的雷电活动规律，又要分析考虑线缆内部结构和客观外界条件，有针对性地采取必要防护措施。雷电防护采取的措施主要如下：

加装跨接线

加装跨接线：将通信线缆接续处两侧金属外皮及钢带等都通过导线连接在一起，减小缆皮电阻，增强防雷能力，同时避免跳弧击穿。

加装均压线

加装均压线：将同一条电缆沟中敷设的多条通信电缆的金属外皮及钢带都并联起来，共同分担外来的雷击，同时避免因产生电弧而击穿通信电缆的缆皮和包裹的钢带。

强化接地

强化接地：将通信线缆的金属外皮接地，并确保很小的接地电阻，使线缆上的电荷迅速入地，避免雷击形成的高电压击坏线缆。

埋设消弧线

埋设消弧线：当雷电击中通信线缆附近的大树、高塔等其它物体时，可能会在雷击点和通信线缆之间产生电弧，因电弧击穿而损坏电缆。通过埋设消弧线可以进行有效防护。

装设避雷针

装设避雷针：在通信线缆附近装设避雷针，把雷电云对大地的放电引向避雷针，放电进入大地。如图1所示，需要注意，避雷针与受保护的通信线缆距离应该大于4米。

雷电防护

图1 装设避雷针

敷设地下防雷线

敷设地下防雷线：对于防雷电区域较长的地区或地下通信线缆的保护，可以采用敷设地下线防雷线的措施。

架空防雷线

架空防雷线：对于架设在空中的通信线缆，架设空中的防雷线能很好地防止直击雷。

防雷电缆

防雷电缆：特制的通信电缆，它的线缆外皮电阻小，而心线与外皮间的绝缘耐压值高。可以防止雷电对电缆心线的损坏。

基本原理

雷电及其它强干扰对通信系统的致损及由此引起的后果是严重的，雷电防护将成为保障生命财产的必需措施。雷电脉冲由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成，其主要通过两种形式来作用于设备：一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备，绝大部分雷损由这种感应而引起。对于电子信息设备而言，危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。1、金属管线通道，如自来水管、电源线、天馈线、信号线、航空障碍灯引线等产生的浪涌；2、地线通道，地电位反击；3、空间通道，电磁场的辐射能量。

其中金属管线通道的浪涌和地线通道的地电位反击是电子信息系统致损的主要原因，它的最见的致损形式是在电力线上引起的雷损，所以需作为防护的重点。由于雷电无孔不入地侵袭电子信息系统，雷电防护将是个系统工程。雷电防护的中心内容是泄放和均衡。

1．泄放是将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，并且应符合层次性原则，即尽可能多、尽可能远地将多余能量在引入通信系统之前泄放入地；层次性就是按照所设立的防雷保护区分层次对雷电能量进行削弱。防雷保护区又称电磁兼容分区，是按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区（LPZ2区等）如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。在现代雷电防护技术中，防雷区的设置具有重要意义，它可以指导我们进行屏蔽、接地、等电们连接等技术措施的实施。

2．均衡就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，即系统所在环境及系统本身所有金属导电体的电位在瞬态现象时保持基本相等，这实质是基于均压等电位连接的。由可靠的接地系统、等电位连接用的金属导线和等电位连接器（防雷器）组成一个电位补偿系统，在瞬态现象存在的极短时间里，这个电位补偿系统可以迅速地在被保护系统所处区域内所有导电部件之间建立起一个等电位，这些导电部件也包括有源导线。通过这个完备的电位补偿系统，可以在极短时间内形成一个等电位区域，这个区域相对于远处可能存在数十千伏的电位差。重要的是在需要保护的系统所处区域内部，所有导电部件之间不存在显着的电位差。

3．雷电防护系统由三部分组成，各部分都有其重要作用，不存在替代性。外部防护，由接闪器、引下线、接地体组成，可将绝大部分雷电能量直接导入地下泄放。过渡防护，由合理的屏蔽、接地、布线组成，可减少或阻塞通过各入侵通道引入的感应。内部防护，由均压等电位连接、过电压保护组成，可均衡系统电位，限制过电压幅值。

雷电影响

雷电危害

雷电产生的静电感应、电磁感应、热效应、力学效应等，均会引起不同的危害。

雷电感应

由于雷闪放电的强大电场和磁场的作用，在邻近导体上产生静电感应和电磁感应。它可能引起金属部件之间产生火花放电。它对一般电力设备、电子设备等产生干扰；对储存易燃、易爆物品的建筑物引起燃烧或爆炸。被雷击中的物体通过电流时会出现高电位，此高电位又可能击坏邻近的低电位物体，称为反击。

热效应

雷电击中金属导体或其他物体时，强大的雷电流转变为热能，使物体发热熔毁或燃烧。一次中等雷闪放电的电量约为25库，最大可达100库。经估算，雷击点的发热量约为500～2000焦。这一能量可熔化50～200毫米3的钢材。

力学效应

雷电流通过物体或金属导体时，产生强大的冲击性的电动力。它的作用时间很短，远小于导体机械振动周期。其振动力可达5000～6000牛，使被击物体断裂破碎。

雷电侵入波

雷电袭击到远离建筑物的架空输电线路、通信线、各种金属管道或电视天线等高出建筑物的金属突出物上（见图4），从而产生高电位、大电流的雷电冲击波。冲击波沿着这些金属导体侵入建筑物内，称为雷电侵入波。它同样会危及人身及设备的安全。

防护措施

建筑物

可采用直击雷防护装置。它由接闪部分、引下线和接地装置组成，有避雷针、避雷带、避雷网和避雷线等类型。沿屋脊、屋檐敷设的金属导体（避雷带）或网格状导体（避雷网），或高出屋面竖立的金属棒以及金属屋面和金属构件等，统称为接闪装置或接闪器。连接接闪装置与接地装置的金属导体称为防雷引下线（简称引下线）。为将接闪器雷电流扩散到大地中而埋设在土壤中的金属导体（接地极）和连接线总称为接地装置。利用建筑物屋顶的金属构件和建筑物内部的钢筋组成一个整体的大网笼称为笼式避雷网。它具有良好的分流、均压和屏蔽作用，是保护性能最好的防雷方式。

电力系统

发电厂和变电所广泛使用独立避雷针。变电架构上的避雷针(110千伏及以上电压变电所)和烟囱、水塔上的避雷针可防护直击雷。大中型变电所常需安装8～10支高30米左右的避雷针群。装于发电厂烟囱上的避雷针可用来保护发电厂，其高度可达120米。这样，直击雷防护的可靠性可达安全运行1000～1300年的耐雷指标(MTBF)。有些变电所是用避雷线来保护。为防护由输电线传入的雷电侵入波，可采用阀型避雷器或氧化锌避雷器。对其保护性能及通流能量等要求甚高，还需严格作到全伏秒特性与被保护的变压器等相配合（图5），避雷器的尺寸亦甚庞大，如500千伏变电所的避雷器高达5米以上。110、220千伏变电所对侵入波的防护，其平均无故障时间MTBF运行值分别可达80年和200年，330～500千伏级的目标值均为300～500年。继电保护和控制回路多用电缆的金属屏蔽层，并在两端接地，或将绝缘电线、塑料电缆穿入铁管，将两端接地，以防护感应雷和侵入波。对发电机的雷电侵入波防护，则采用旋转电机专用避雷器，并配以由50～100米长的金属屏蔽电缆(电缆埋入地中且在两端和中间设置多点接地)和电缆首端的避雷器及其前方的避雷针或避雷线保护段(作为第一道防线)组成进线保护段。这一保护系统能确保发电机的MTBF达100～300年。若采用防雷线圈（不用电缆）和避雷器的保护方式，MTBF超过600年。输电线路用避雷线保护。110千伏、220千伏、330～500千伏线路分别可达到平均事故 0.2次、0.17次和0.1次/百公里年。为使避雷针、避雷线的布置处于屏蔽雷闪的最佳位置和获得较好的计算方法，并将保护失效率──绕击率(即每1000次雷击，绕过保护装置而击于被保护物上的次数)限制到最低限度，自1925～1926年美国人Peek在实验室用“人工雷”首次对避雷针模型进行试验以来，一直在进行研究。中国在避雷针设计、计算上较为先进，实际绕击率已达到0.5%。各国为研究超高压、特高压输电的长间隙和绝缘子串的雷电冲击特性、变电设备的冲击特性，先后制出高达3600千伏、4800千伏、6000千伏、甚至10000千伏的冲击电压发生器，用以进行大量的试验研究工作。

通信系统

通信明线一般不设直击雷保护，只在个别重要电杆上装设高出杆顶 0.5米或略长一点的钢棒(一般为4毫米直径),并用引下线接地。对地下通信电缆，为防止雷击，根据国际电信电报咨询委员会(CCITT)的建议采取下列保护措施。对重要的电缆(如同轴电缆)：若土壤电阻率ρ<100欧米时，不专设保护;ρ=100～1000欧米时，在电缆上方埋设1根屏蔽(排流)线，埋深约为电缆埋深的1/2；ρ=1001～3000欧米时，设2根屏蔽线，或采用铠装电缆；ρ>3000欧米时，将电缆敷设在铁管中。对较次要的电缆：若ρ≤1000欧米，不设屏蔽线；ρ>1000欧米，且位于雷电频繁地区，设1～2根屏蔽线。

广播电台

微波通信站、卫星地面站、雷达站、广播台、电视台等的防雷采用基本相同的措施。主要有：

①天线防雷：宜设直击雷保护，避雷针可固定在天线架上，对天线保护角45°。避雷针应避免对天线方位角内电波的屏蔽影响。若布置上有困难时可采用玻璃钢支柱，在其上敷设截面积为25平方毫米的铜绞线作接闪器的引下线。接地电阻一般不超过5欧，在土壤电阻率较低的有条件地区，不宜超过1欧。接地体应围绕塔基做成闭合环形，以减小接触电压和跨步电压。

②机房防雷：波导管或同轴电缆的金属外皮，至少应在上、下两端与塔身金属结构连接，并在引进机房处与接地网连接。机房若未在天线避雷针的保护范围之内，应另设直击雷防护。可在房顶四周敷设闭合的避雷带，它可兼作均压带之用。沿机房的四角敷设引下线，并兼作均匀带，在地下与围绕机房四周敷设的水平闭合接地带连接。当机房较大时，需增加引下线，使两相邻引下线间的距离不超过18米。在机房内，围绕机房四周，在地上设接地母线。此母线在四角与机房外的接地带连接，连接点间的距离不大于18米。房内各种电缆的金属外皮，金属外壳和不带电的金属部分、各种金属管道、金属门框、金属进风道、走线架、滤波器架等，以及保护接地、工作接地，均应以最短距离与环形接地母线连接。机房内的电力线、通信线均应有金属外皮或屏蔽层，或敷设在钢管内并将外皮两端接地。这样，设备和导线即处在一个法拉第笼内。电力线、通信线均应在机房内装设放电器。在微波站，机房的接地网与微波塔接地网之间，至少应敷设两根接地均压带，以均衡电位。

雷电防护

③台站供电设备防雷：变压器的高压、低压侧均应装设阀型避雷器

自我防护

加强雷雨天气自我防护意识：

1．应该留在室内，并关好门窗；在室外工作的人员应躲入建筑物内。

2．雷雨天尽量不打电话，不收看电视，不操作微机，以防雷电磁脉冲、雷电波侵入，造成人身伤害。

3．不要使自己成为尖端，尽量降低自己高度，不应该把铁锹、雨伞等金属物体抗在肩上，高于头顶，这样会增加雷击接闪机会。

4．尽量缩小与大地的接触面积，切不可大步奔跑，以缩小跨步电压。

5．最好找一个沟、谷、凹地，或在平地上，双脚并拢蹲下。

6．若能躲入装有金属门窗（已良好接地）或装设避雷针的建筑物内，则更安全。

7．汽车是雷雨天良好的壁雷所，金属车身可有效的屏蔽雷电。

8．在大树下高楼旁躲雨，是不安全的。因为高大物体更易遭受雷击，引发旁侧闪络，或导致接触雷击、跨步电压。

9．躲入山洞、可以避雷，但应并拢双脚，身体任何部位都不能接触洞壁、洞顶。

10．在密林中应该选择与四周树木距离相等的地方，双脚并拢，蹲下身体。