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    通信機房遭雷擊分析及改進
    發布時間:2010-4-14
    雷電是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國現代化建設的不斷提高,通信設備越來越多,規模越來越大。一方面大型電子計算機網絡、程控交換機等系統設備耐過電流、耐雷電壓的水平越來越低;另一方面由于信號來源路徑增多,系統較以前更容易遭受雷電波的侵入,致使雷電災害頻繁發生。據統計,雷電對通信設備的損害,占通信設備損壞因素的比例高達33%,通信設備防雷已成為一項迫切要求。
      對一起通信機房遭雷擊事件進行分析,目的是引起各位同行對通信防雷的高度重視,并通過分析提供一些防雷經驗。

      1 故障現象
      2006年3月22日下午4點10分至5點,電閃雷鳴,風雨交加,某市電業局通信機房交換機來回啟動,不能恢復,造成通信中斷。與此同時,位于相鄰大樓的運行管理所,樓內的95598客戶呼叫中心,通信也造成中斷。
      該次雷擊共造成50多萬元的通信、信息設備損壞。損壞的通信元件大多都是與電源有關的部件,如交換機的2M板、一部分子框接口等。在現場檢查了一塊損壞的2M板,其插板方向的芯片上方有1 cm寬、4 cm長的深褐色痕跡,用手摸有油滑感,且有黑色粉末,這塊板的運行年限已達10年以上。
    事后對通信大樓2樓機房接地網,5樓負荷控制中心地網,運行管理所內95598客戶呼叫中心接地網進行復測,測得主地網接地電阻為0.33Ω,小于0.5Ω,屬于合格范圍。排除了主接地網不合格造成通信設備損壞的原因。

      2 故障原因分析
      2.1 低壓電源引雷入室
      通信機房遭雷擊的來源有直擊雷、感應雷和傳導雷三方面。直擊雷是雷電直接擊在建筑物、構架、樹木、動植物上,由于電效應、熱效應和機械效應等混合作用,直接摧毀建筑物,構筑物以及引起人員傷亡等。直擊雷有可能使機房微電子設備遭受浪涌過電壓的危害;感應雷是指雷云之間或雷云對地之間的放電,而在附近的架空線路、地埋線路、金屬管線或類似的傳導上產生感應電壓,該電壓通過傳導體傳送到設備,間接摧毀微電子設備;傳導雷是雷電擊中電力或信息通信線路,然后沿著傳輸線路侵入設備。其中地電位反擊也是傳導雷的一種。
      從這次雷擊元件損壞情況看,損壞的是與電源有關部件,信道機部分沒有損壞,說明與直擊雷無關,而與傳導雷有關。從該通信機房的進出線可知,該機房的通信線都是光纖,故判斷380 V電源進線為雷電侵入途徑。
      雷電流侵入的路徑大致為通信大樓的交流電源,由10 kV架空線路送入,事發當時電力局及附近雷擊頻繁,由于10 kV架空線路經過的地域廣,其遭受直擊雷和感應雷的幾率相當大。當10 kV線路落雷時,雷電沿線路侵入電力局的配電變壓器,配電變壓器的高壓側避雷器動作,在配電變壓器的接地電阻上產生壓降。雷電流以5 kA計(5 kA雷電流出現的概率大于86%),配電變的接地電阻以3 Ω計,則接地電阻上的壓降為15 kV。
      通信大樓供電的配電變壓器,其380 V側沒有安裝低壓避雷保護,低壓屏的各路380 V出線也沒有安裝低壓避雷器。由于配電變壓器低壓側無避雷器保護,這一壓降作用在配電變壓器低壓側中性點上,而低壓側出線此時相當于經導線波阻接地,低壓繞組的阻抗遠大于波阻抗,故壓降的絕大部分都加在低壓繞組上。
      10 kV架空線遭感應雷擊后,變壓器380 V側產生進波過電壓,且隨交流電源進入機房,因它具有零序的性質,故經通信機房整流變壓器一、二次繞組間的電容,耦合到通信電源直流+48 V端。由于 +48 V錯誤地經7~8 m長引線接機房的地,而不是按建筑防雷規范的要求,以最短的路徑接地。這段引線在雷電波作用下,相當于經電感接地。
      由于機房內的48 V正極與地母線之間出現了沖擊電位差,48 V正極電位的振蕩變化,使得通信機上脆弱的集成電路元件損壞。特別是對于運行年久的2 M板,更易損壞。

     
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