国内外通信防护技术的几个差异性问题

1、国内外通信防护技术的几个差异性问题 关键词: 电信局站 防护 电磁兼容 差异性 比较 摘 要: 在比较国内外电信系统和应用环境的差异基础上，对电信局站防直击雷（包括防LEMP）和用户线路防雷元件的选择及应用环境进行了对比分析，同时对国内外电信设备电磁兼容和人身安全标准问题进行了探讨。提出了要根据我国情况进行有针对性研究的迫切要求。 1 问题的提出 在我国和世界其它国家都存在各种通信局站和设备的防雷和防电磁干扰问题，也都有一整套的解决方案和标准。但由于通信网设备及地理环境的差异性，在许多方面存在一定程度的差异，导致在考虑防雷问题和制订防护标准时，有不同的要求和做法。这些差异主要集中在防直击雷（包

2、括防LEMP）和电磁兼容（EMC）的防护方面。 2 几个差异较大的问题2.1防直击雷和LEMP问题 在通信局站防雷方面，防直击雷及其产生的LEMP问题十分复杂，电信局站遭直击雷给我国通信设备带来了巨大的损失。尤其在我国南方，雷击已是影响电信网安全运行、优质服务的一个严重障碍。一次严重的瘫局事故可能要导致成千上万个电信用户停止电信业务，严重影响电信局的运行和声誉。在国外（主要指欧、美、日等发达国家）会怎样呢？笔者作为ITUT SG5（外界电磁环境影响防护）会议的中国代表，通过与国外一些参加ITUT会议的电信防雷专家反复交流和讨论，了解到国外电信局防雷方面的标准和做法与我国有很大的差异，而且这种差

3、异导致了我国电信网防雷的严重困难。2.1.1国外电信局站防雷技术特点 在许多发达国家（包括法国、英国、澳大利亚、日本、美国等），电信局站的建筑结构和防护要求有如下几个特点：（1） 电信局站大多数都是35层高的建筑物（只有日本有一些高的电信大楼），但占地面积会比较大。典型的小型局站的尺寸为10m10m左右。 （2） 电信局站建筑高度不高，且屋顶上很少有高耸的微波或无线通信用铁塔，因此相对其它建筑物来讲，也并不显得高人一头，直接落雷的几率极小。 （3） 建筑物采用良好的钢结构系统。 许多规模较小的局采用全钢板结构装置（不用混凝土），梁柱都是巨大的钢工件，楼面、墙体都是2mm左右的钢（铁）板，电磁屏

4、蔽效果会非常好；若采用钢筋混凝土结构，不但梁柱为钢结构，楼顶、楼面钢筋连接牢固可靠，连四侧墙面也采用钢筋混凝土预制件，同样焊接可靠，因此可以成为一个比较有屏蔽效果的法拉第笼；另外建筑顶上拉下来的防雷引下线均是铜线。 （4） 楼内设备的接地模式基本是按照网状隔离连接模式（MeshIBN）或网状连接模式（MeshBN），参考ITUT K.27建议书介绍的电信设备接地连接方法。 所有设备的安装都要求与建筑物金属绝缘，严禁设备与柱梁、楼面及墙面有任何电气上的连接。 设备机房有环型接地体和均压环，环型接地体与大地不搞单点连接，而是多处下地，各种设备就近连接到环上去。 （5） 所有有一定距离的电缆（电信、

5、电源和信号线缆）均采用全密封金属管道布放，尤其是从屋顶进局的电缆大多套金属管；管道可靠接地，这样做金属管道有很好的屏蔽作用。大型电信局的电缆从专门建造的线井布线，线井是在建造局站的同时，用钢筋混凝土现场浇筑或预制件焊接而成。 （6） 对于MeshIBN接地模式局站，严格按照接地要求进行系统间地线的连接，不同系统之间的连接电缆两端不同时接地（或接机壳下地）。例如，交换机和传输系统之间的PCM电缆，应一端接地（通过PCB板接机壳），另一端与机壳隔离或高频耦合接地。 应该说，以上6点是解决防直击雷和防LEMP的关键。解决了屏蔽、均压、隔离等问题，防直击雷是有保障的。这些都是我国电信局站目前没有做到的

6、地方。2.1.2我国电信局站的防雷技术特点 一般讲来，由于历史的原因，我国电信局站的土建设计、施工与内部机房的设计、安装无法一起综合考虑，造成防直击雷方面的先天不足。我国电信局站有如下特征： （1） 局站楼房越建越高，二三十层都不少见，而且楼顶往往还有高高的微波或无线通信铁塔，从雷电理论来讲，高达100m的建筑物本身就有向上发出雷电先导的可能性，因此这样的建筑很容易将雷电引至塔顶上，产生直接雷击，因此遭雷击的概率很大。 （2） 大多数电信局站楼房（极少数重要枢纽局除外）建造方式与一般楼房无异，都是先造钢筋混凝土梁柱和楼面（即只是个框架），然后用红（土）砖砌外墙和隔墙。从金属结构来看，也勉强算一

7、种法拉第笼，但金属网格45m的法拉第笼对防雷会有多大作用呢？国外很强调建筑物自身形成的法拉第笼的屏蔽作用，但我国的建筑体形成的法拉第笼作用甚微。 （3） 高层建筑内电信设备分布有高有低，连接电缆距离可能很长，而供走线的线槽不是全密封的管道，而是只起托线作用的开口铁槽，口开得很大，因此无屏蔽作用。 （4） 设备机架的楼面、梁柱固定钢架和螺栓与楼面、梁柱内钢筋碰触在一起，无法保证设备对建筑体的完全绝缘，导致直击雷发生时，雷电流侵入设备内。（5） 电缆屏蔽层或同轴缆外皮均无法与所连接的系统隔离，不能实现真正的IBN接地模式。 从上面对比和实际运行情况看，国外的电信局站其实很少有直击雷打在局站建筑上的

8、，而且即使万一遭雷击了，凭着上面提到的各种屏蔽、均压和等电位措施，也能将雷电磁脉冲对设备的影响降到很低的水平。国外电信防雷专家坦言：像中国这种复杂情况，确实不容易搞好防雷，他们也没有什么有效方法。这也是为什么一些从国外引进的电信设备的内部处理板（这些板与外线无任何直接联系）在中国常遭直击雷损坏，而在他们自己的国家却很少听到这类事故的一个原因。 笔者认为要真正解决防直击雷问题，必须从中国国情出发，修改和完善电信大楼建筑设计规范，从土建设计开始考虑防直击雷和LEMP问题：重要机房要用金属板（网）建造；管线槽井也用金属板（网）或剪力墙浇灌。最彻底的解决方法是应用与建筑体金属绝缘的独立式避雷针系统。2

9、.2用户环路的防雷及防雷器件的选择标准问题 前面讲到，发达国家的电信局站本身遭直击雷的现象极少，但在用户环路方面遭雷击的事故却比较严重，因为他们的环境条件也比较复杂。在这方面，他们也进行了十分深入的研究，并制订了一系列标准，如ITUT K.11，K.12，K.17，K.20，K.21，K.22，K.28，K.30，K.36等都是针对用户环路的线路和设备接口的防雷要求和防雷器件的指标要求。通过多次讨论和交流，从了解的情况来看，国外的用户环路防雷方面有如下特点： （1） 防雷措施和手段多，不但MDF有过压过流保安单元，交接箱和用户终端盒都有可靠的保护器件；还有屏蔽和接地措施。 （2） 用户终端有可

10、靠的接地。规定用户楼宇内都必须具备接地系统（电源和信息设备都能真正接地），终端的防雷可以做得比较好。 （3） 在电信中心，尤其是MDF上的保安单元，普遍不用气体放电管做防雷保护，大都改用保护效果更好的半导体器件了（在日本NTT花了10年时间完成改造任务）；而在所有电信终端，则使用气体放电管和压敏电阻做过压保护。 （4） 由于气体放电管都使用在雷电更严重的用户环境，因此对该类器件的性能要求是耐流能力进一步加大（要耐10/350s、4kA雷电流），残压进一步降低（至750V），且禁止使用放射性物质。 而在我国，用户环路的防雷问题仍没有很好解决，其原因也是某些地方做得不够。在我国的用户环路上，有如下

11、特征：（1） 在电信中心的MDF上有过压保护，但基本上使用的是气体放电管（且以二极管为主）；而在交接箱无保护，分线盒有碳精做保护（防雷效果极差），终端设备几乎没有防雷和防工频电压的保护措施。 （2） 用户楼宇的电信终端或网络终端设备一般都无防雷保护措施，也无接地条件。因为我国没有正式标准要求用户建筑（尤其是住宅楼）必须具有室内设备接地系统，即使装了防雷保护装置，也无法起很大作用。 （3） 由于国产半导体管生产技术没发展起来，半导体器件推广使用慢，尚没发挥真正作用。 从上面对比和实际情况来看，我国的用户环路防雷保护还落后发达国家很多，一方面MDF中半导体管的制造和推广使用进展较慢；另一方面，分线

12、盒和终端设备保护盒使用气体放电管的比例太低，导致用户终端遭雷击损坏的事故越来越多。这与终端保护没有相关标准、法规有密切关系。因为在我国，终端设备的布线、安装都无明确的规范约束，而且很多都是在建筑物土建和装修已完成之后才开始动工的，因此能省的尽量省，防雷设施、接地点、金属管屏蔽等都没有，只要当时能开通就行了。因此在电信中心的MDF中推广使用半导体管、在电信终端推广采用气体放电管加强保护并通过修改建筑规范强制改善用户楼宇接地条件是十分迫切的任务。2.3 通信系统电磁兼容与人身安全问题2.3.1通信系统电磁兼容问题 电子设备的电磁兼容问题已有很多完备的标准体系，但电信系统的电磁兼容问题却解决得较慢，

13、最近才比较重视。这个工作欧洲走在最前面，特别是ETSI组织，近年来，已制订了一系列电信设备EMC标准。在ITUT 也进行电信设备电磁兼容标准制订工作。国外所有电信设备尤其是终端设备，必须通过电磁兼容性能测试，因此无论是设备制造商还是电信运营商都建造标准的电磁兼容实验室（包括标准的电波暗室）。 但在中国，这几乎还是个空白。除了电话终端有EMC性能检测要求外，其它产品几乎都没有EMC测试的要求、或者即使有要求也因为无标准的EMC实验室而导致放弃这项试验。现在我国无线通信基站发射信号相互之间严重干扰的事件经常发生，其它高频或高速率通信设备相互影响也处处可见，因此尽快建造EMC实验室开展研究和测试工作

14、是十分迫切的。2.3.2 通信设备电磁辐射对人身安全影响问题 随着移动通信设备（特别是手机）的广泛使用，国外不但对设备之间的电磁兼容进行研究，而且对电磁辐射对人体的伤害也大力研究。WHO、FCC、ITU、ETSI都在紧锣密鼓地开展这方面的研究和标准制订工作。就移动通信基站设置来说，发达国家一般不允许有多家移动公司的基站集中在同一个位置上（如同一居民楼顶上），以免对外辐射过强影响人身健康。还禁止在医院和飞机上使用手机，以免对一些精密设备产生电磁干扰，影响人身安全。 在我国，电磁辐射对人体的影响研究，成果不多，标准规范更少。比如基站和直放站选点设置方面，可能会忽视人身安全方面的要求和限制。又比如出

15、于对手机辐射的恐惧，又缺乏科学研究，对一些所谓“手机辐射屏蔽体或吸波体”深信不疑，造成不小的经济浪费。 尽管我国卫生、环保部门都订了环境电磁辐射的限值，但应用到手机的辐射限值方面，却有很多问题。 第一，这些标准的科学依据在何处？为什么说这个限值才是安全的？ 第二，这些限值是针对空间远场（数十米至数百米远）电磁辐射的（比如大型电视塔、微波塔、广播塔及雷达站等的辐射），而像手机这样紧贴头部（约25cm距离）的局部近场电磁辐射与前面所提的远场电磁辐射对人体影响的差别有多大？限值要求方面可有多大变化？ 第三，近场（距离辐射源25cm）的测试与远场的测试原理截然不同，仪器手段也不同，如何去精确测试人脑旁边的近场电磁辐射是个十分复杂的问题。到目前为止，还没有很好的测试方法。 第四，若按照现有几个国标来评判，那么手机在人脑旁边的电磁辐射肯定是大大超标的（尽管目前还无法精确测试，但初步估测还是可以看出这点的），但是否真的就会产生严重的后果呢？从长达10年的使用时间（1988年广州最先开通模拟移动通信系统）来看，还没有明显结论。现实是大家知道辐射超标了，也依旧使用。既然超标了仍可以长期使用