摘要：敘述在通信系統中過電壓產生的原因、雷電的形成、防護的措施以及各種防護器件。

    關鍵詞：過電壓  雷電  防護  器件

1 引言

    隨著經濟和科技的發展，人們對現代化的通信手段的依賴程度越來越強烈。現代通信正向大規模、高速度、網絡化方向發展。這就要求通信設備和通信網絡能夠安全可靠的運行。但在日常工作中由于雷擊和電磁感應等各種原因產生的過電壓，時常破壞和干擾通訊系統及其附屬設施（如交換機、遠端模塊、傳真機、電話機、調制解調器、開關電源、機房空調等），造成財產損失、設備停用，嚴重時甚至威脅維護人員和用戶的人身安全，給通信部門和用戶帶來巨大損失。因此，如何防止過電壓的產生，減輕過電壓造成的危害，一直是通信部門十分關注的問題。在具體的維護工作中，我們應針對不同的過電壓產生的原因，采取相應的保護措施，以確保通信設備安全可靠的運行。

2 過電壓產生的原因

    過電壓的產生有多種原因，其中最常見的是靜電放電、電磁感應等。

    靜電放電所產生的過電壓中，最具代表性的是雷擊過電壓。電磁感應過電壓包括雷電感應過電壓和其它感應過電壓等。

2.1 雷擊過電壓的形成

    密集于大地上空的帶有大量正電荷或負電荷的云，稱為雷云。當雷云中的電荷聚集量很大且具有較高的電場強度時，周圍的正、負雷云之間或雷云與大地之間，可能發生強烈的放電現象，稱之為雷電現象。

    習慣上把大地的電位視為零，雷云的電位遠高于大地的電位，由于靜電感應而使大地感應出大量的與雷云電荷異號的電荷，兩者類似于一個巨大的空間電容器。雷云中的電荷分布并不均勻，常常形成多處電荷聚集中心，當它的電場強度達到（25～30）kV/cm時，雷云就會開始向大地方向擊穿空氣，形成一個導電的空氣通道，稱為雷電先導。當雷電先導進展到離地面100m～300m時，地面上感應出來的異號電荷也在相對集中，尤其是向地面上較高的突出物上集中，于是形成了迎雷先導。迎雷先導和雷電先導在空中相互靠近，當兩者接觸時，正、負電荷強烈中和，出現極大的電流并伴有雷鳴和閃光，這就是雷電的主放電階段，時間很短，一般為50μs～100μs。主放電階段過后，雷云中的剩余電荷沿主放電通道繼續流向大地，稱為放電的余輝階段，時間約為0.03s～0.15s，但電流較小，約幾百安。

    雷電波具有很高的電壓幅值和電流幅值，前者難以測量，后者則可測得雷電流的幅值和增長速率（即雷電流陡度），這兩個參數是防雷設計的重要依據。圖1是在實驗中得到的雷電波的波形，從圖中可以看出雷電流從先導放電開始到最大值時間很短，一般約1μs～4μs，稱為波頭the；雷電流從最大幅值開始衰減，到幅值之半所經歷的時間tta稱為波尾，約需數十微秒。波頭和波尾的整體波形為雷電流波形，通常可用斜角波頭表示。雷電流（或雷電壓）波形是一種脈沖波，所以常稱為沖擊波，它是有極性的。

    雷電流陡度a=di/dt，是波頭部分的增長速度，單位為kA/μs。雷電流陡度越大，產生的過電壓（u=Ldi/dt）越大，對電氣設備絕緣的破壞性越嚴重。如何設法降低雷電流的陡度是防雷設計中的關鍵。

2.2 雷電感應過電壓的形成

    在架空線路附近發生對地雷擊時，架空導線上有可能感應出很高的電壓，其幅值可達300V～400V，對電氣絕緣的破壞性很大，必須設法加以防范。

在雷云放電的起始階段，雷電先導中有大量電荷向地面挺進，這些電荷形成的電場對架空導線發生靜電感應，于是導線上逐漸聚集起大量與雷云電荷異號的束縛電荷Q，見圖