遙控臺(tái)防雷設(shè)計(jì)方案

宮翠鳳 宮新春

摘要 主要介紹了威海市遙控臺(tái)系統(tǒng)防直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波入侵的保護(hù)方案，在實(shí)際運(yùn)用中具有較強(qiáng)的可操作性，對(duì)以后此類工程的雷電防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 遙控臺(tái);雷電防護(hù);設(shè)計(jì)方案

中圖分類號(hào)：V351.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095–3305（2021）01–0025–02

雷擊是年復(fù)一年的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。目前通信設(shè)備越來越多，規(guī)模越來越大，防雷、過壓防護(hù)已成為具有時(shí)代特點(diǎn)的一項(xiàng)迫切要求。隨著設(shè)備的高度集成化和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，一方面系統(tǒng)設(shè)備耐過電流、耐過電壓的水平反而降低;另一方面由于信號(hào)來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災(zāi)害頻頻發(fā)生。

威海市遙控臺(tái)有很多大型的通信設(shè)備，大多數(shù)采取大規(guī)模集成電路、計(jì)算機(jī)化處理，對(duì)雷電電磁波特別敏感。因此，對(duì)其雷電防護(hù)的技術(shù)要求非常高，在做方案時(shí)應(yīng)以經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、綜合防護(hù)、層層設(shè)防的原則進(jìn)行。

1 雷電災(zāi)害

1.1 雷電的基本特征和對(duì)弱電設(shè)備的危害

雷云對(duì)大地之間的放電破壞性和危險(xiǎn)性最大，雷云對(duì)地之間的電位差可達(dá)幾十萬(wàn)伏，主放電的最大電流即幅值在幾微妙內(nèi)可達(dá)幾十至幾百千安。雷電危害的方式：直擊雷、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)和雷電波入侵。

由于直擊雷的電效應(yīng)，有可能使機(jī)房微電子設(shè)備遭受浪涌過電壓的危害。感應(yīng)雷擊對(duì)微電子設(shè)備，特別是通訊設(shè)備和電子通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的危害最大，據(jù)資料顯示，微電子設(shè)備遭雷擊損壞，80%以上是由感應(yīng)雷引起的，當(dāng)電流在導(dǎo)體上流動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)儲(chǔ)存能量，電流越大，導(dǎo)線越長(zhǎng)，儲(chǔ)能越多，所以當(dāng)負(fù)載（特別是電感性大負(fù)載）電器設(shè)備開關(guān)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)過電壓，操作過電壓同感應(yīng)雷擊一樣，可以間接損壞微電子設(shè)備。

1.2 遙控臺(tái)防雷存在的主要困難

（1）遙控臺(tái)所處區(qū)域雷電活動(dòng)較頻繁，雷擊概率高;

（2）遙控臺(tái)設(shè)備對(duì)雷電電磁波極度敏感。

2 直擊雷的防護(hù)

2.1 直擊雷的危害

當(dāng)直擊雷擊中機(jī)房的建筑物時(shí)會(huì)有很強(qiáng)的雷電流（平均60 kA左右），對(duì)于沒有做好直擊雷防備設(shè)施的建筑物，由于電壓降分布不均勻會(huì)造成局部高電位反擊，損壞設(shè)備，甚至傷害工作人員。由于強(qiáng)大的直擊雷電流會(huì)使機(jī)房的地電位升高到幾萬(wàn)伏甚至幾十萬(wàn)伏，并且通過電力系統(tǒng)和信號(hào)電纜的接地點(diǎn)反饋到其它地方，同時(shí)殃及接在電網(wǎng)和通信網(wǎng)絡(luò)上的通信設(shè)備，這種雷擊是對(duì)通信設(shè)施破壞最嚴(yán)重的一種。

甚高頻遙控臺(tái)的收發(fā)天線一般都處于建筑物頂部并高于周圍建筑，做好對(duì)直擊雷的防護(hù)和獨(dú)立接地引下線工程是防雷系統(tǒng)工程中的重要一環(huán)。

2.2 直擊雷的防護(hù)措施

用傳統(tǒng)避雷針防范直擊雷的避雷方式出現(xiàn)得最早，在使用中積累了大量統(tǒng)計(jì)資料，有較豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，又有多年的實(shí)驗(yàn)室模擬研究。

由于傳統(tǒng)避雷針在尖端放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電感效應(yīng)（二次雷擊）及強(qiáng)烈的電磁波輻射，并且由于電感藕合會(huì)在附近金屬物體上產(chǎn)生過電壓，過電流，從而破壞設(shè)備，即二次雷擊效應(yīng)和地電位反擊。為了克服傳統(tǒng)避雷針的這一弊端，我們采用法國(guó)Satelit+ESE提前放電避雷針。

2.3 威海遙控臺(tái)的直擊雷防護(hù)

甚高頻遙控臺(tái)屬于精密電子設(shè)備集中場(chǎng)站且為民航管制通信的重要保障，應(yīng)劃分為Ⅰ類防護(hù)場(chǎng)所，用“滾球法”計(jì)算接閃器的保護(hù)范圍。

2.3.1 評(píng)估保護(hù)級(jí)數(shù) 工地視察后，按NFC17102標(biāo)準(zhǔn)附錄內(nèi)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)和現(xiàn)場(chǎng)記錄數(shù)據(jù)，通過代理商提供的相關(guān)計(jì)算軟件，計(jì)算出保護(hù)級(jí)數(shù)為一級(jí)，并查出對(duì)應(yīng)滾球半徑D=20 m。

2.3.2 避雷針的選擇與安裝 威海遙控臺(tái)保護(hù)發(fā)天線的避雷針設(shè)計(jì)高5 m（獨(dú)立安裝，保護(hù)半徑約42 m）、保護(hù)收天線的避雷針設(shè)計(jì)高5 m（獨(dú)立安裝，保護(hù)半徑約42 m），此處安裝避雷針目的在于：保護(hù)遙控臺(tái)收發(fā)天線，保護(hù)收發(fā)天線下方的遙控臺(tái)（航管樓）建筑。

Rp²=h（2D-h）+ΔL（2D+ΔL）

Rp—與針尖垂直距離h的平面上的保護(hù)半徑;

h—被保護(hù)物體至PREVECTRON避雷針尖的垂直距離;

D—滾球半徑;

ΔL（m）=106×ΔT（μs）;

ΔL—提前放電距離;

ΔT—提前放電時(shí)間;

由此計(jì)算出符合保護(hù)半徑（Rp）之避雷針型號(hào)為ESE2500[1]。

避雷針必須與建筑物外墻結(jié)構(gòu)柱子主鋼筋可靠電氣連接，連接導(dǎo)體應(yīng)使用4 mm×40 mm熱鍍鋅角鋼或Φ12熱鍍鋅圓鋼，另外還須考慮設(shè)置專用的接地引下線。當(dāng)甚高頻天線基座的平臺(tái)高度較低時(shí)，可在地面（樓面）架設(shè)獨(dú)立避雷針或架空避雷線接閃。位于高山的甚高頻站宜根據(jù)環(huán)境情況設(shè)置水平狀接閃器防止自上而下的雷擊。

3 感應(yīng)雷防護(hù)

由于通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)高壓沖擊的韌性很弱，所以除了采用防直擊雷措施外，還要考慮雷擊時(shí)感應(yīng)雷沿電力線路、通訊線路入侵通信網(wǎng)的危害，甚至直擊雷放電入地時(shí)，地電位升高有可能沿地線干擾供電三相電網(wǎng)、電壓，同時(shí)在放電極附近產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，影響通信設(shè)備工作。

3.1 雷電侵入室內(nèi)設(shè)備的3種途徑

（1）直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi);

（2）來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即由于雷云對(duì)大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它們?cè)诟鞣N電線中感應(yīng)產(chǎn)生幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi);

（3）由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網(wǎng)入地時(shí)，在地網(wǎng)上會(huì)產(chǎn)生數(shù)十kV至數(shù)百kV的高電位，這高電位通過電力系統(tǒng)的零線、保護(hù)接地線和通訊系統(tǒng)的地線，也是以波的形式傳入室內(nèi)，并沿著導(dǎo)線傳播到遠(yuǎn)處，殃及更大的范圍。

3.2 威海遙控臺(tái)感應(yīng)雷防護(hù)的配置

3.2.1 電源系統(tǒng)的防護(hù) 遙控臺(tái)的供電方式，除市電采用雙回路或兩路供電外，通常還備有UPS不間斷電源。為了防止雷電過電壓波沿市電輸電路侵入室內(nèi)，現(xiàn)在給機(jī)場(chǎng)的供電一般都采用埋地電纜引入，并在航管樓的總配電房以數(shù)個(gè)回路并聯(lián)在配電母線上，這樣做，可使其波阻抗與輸電線路的波阻抗相比時(shí)盡可能地低，以便將雷電過電壓波反射出去，而不損壞室內(nèi)各設(shè)備的電

源[2-3]。

威海遙控臺(tái)電源系統(tǒng)（TN-S制）實(shí)行二級(jí)防雷防過壓保護(hù)，器件選用德國(guó)DEHN系列產(chǎn)品闡述如下：

（1）第一級(jí)保護(hù)器選用高能量避雷器（B級(jí)）：德國(guó)DEHNport/3+1二套分別安裝于低壓配電柜輸出端及轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入端，能夠有效瀉放大部分雷電流。

參數(shù)：雷電通流量100 KA;

殘壓≤4 KV;

響應(yīng)時(shí)間≤25 ns;

工作溫度：-40℃～+85℃;

最大持續(xù)工作電壓：440 V。

（2）第二級(jí)保護(hù)器為防雷防過壓組合保護(hù)器（C），選用DEHN guard TT 230/385二套安裝于UPS出線端，能有效控制落在終端設(shè)備上的殘留電壓以達(dá)到有效保護(hù)。

參數(shù)：雷電通流量40 KA;

殘壓≤1.5 KV;

響應(yīng)時(shí)間≤25 ns;

工作溫度：-40 ℃～+85 ℃;

最大持續(xù)工作電壓：385 V。

3.2.2 信號(hào)系統(tǒng)的防護(hù) （1）根據(jù)《移動(dòng)通信基站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范》，信號(hào)電纜應(yīng)由地下進(jìn)出通訊站點(diǎn)，電纜內(nèi)芯線在進(jìn)站處應(yīng)加裝相應(yīng)的信號(hào)避雷器，避雷器和電纜內(nèi)的空線對(duì)均應(yīng)做保護(hù)接地。站區(qū)內(nèi)嚴(yán)禁布放架空纜線。對(duì)于地處年雷暴日大于20 d，大地電阻率大于100 Ω·m地區(qū)的新建信號(hào)電纜，宜采用有金屬外護(hù)套的電纜（金屬外護(hù)套兩頭接地），亦可采用光纜，以防雷擊。

（2）對(duì)威海遙控臺(tái)收、發(fā)機(jī)房間配有科隆接線端子的雙絞線，由于威海為收發(fā)共用機(jī)房，可不作收發(fā)信號(hào)通信線路防護(hù)考慮。

（3）對(duì)與ATM網(wǎng)連接的Modem設(shè)備，采用DEHN信號(hào)避雷器Dehn Blitzduct，安裝于Modem設(shè)備的端口。

參數(shù)指標(biāo)：容通電流20KA（每線）;

帶寬1.6～10 MHz，串聯(lián)電阻/線2.2Ω;

工作電壓：5～110 V;

響應(yīng)時(shí)間：<1 ns。

（4）對(duì)于機(jī)房監(jiān)控終端設(shè)備，采用DEHN信號(hào)避雷器Dehn UGKF RJ45，安裝于采集器設(shè)備的端口。

參數(shù)指標(biāo)：容通電流400 A（每線）;

帶寬165 MHz，傳輸速率可達(dá)155 MHz;

工作電壓：5～110 V;

響應(yīng)時(shí)間：<1 ns。

3.3 甚高頻接收（發(fā)射）設(shè)備的防護(hù)

甚高頻饋線穿越LPZ0B—LPZ1區(qū)，極易將雷電流引入后端設(shè)備，而其后端的發(fā)射（接收）設(shè)備的耐過流過壓能力又極其脆弱，除了上文提到采用具有金屬外護(hù)套的鎧裝線纜并將護(hù)套兩端可靠接地外，還應(yīng)該選用參數(shù)匹配的饋線避雷器，采用DEHNgate AG N對(duì)甚高頻收發(fā)饋線作相應(yīng)防護(hù)。

參數(shù)指標(biāo)：容通電流30 KA;

頻率范圍：DC～2.5 MHz;

最大輸出功率：150 W;

插入損耗：<0.2 dB;

特性阻抗：50 Ω;

電壓保護(hù)級(jí)別：<870 V。

4 遙控臺(tái)通信主機(jī)房防護(hù)措施

4.1 等電位連接與接地

等電位連接是內(nèi)部防雷措施的一

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部分，其目的在于減少雷電流所引起的電位差。等電位，是用連接導(dǎo)線或過電壓（電涌）保護(hù)器，將處在需要防雷空間內(nèi)的防雷裝置和建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來導(dǎo)線、電氣裝置、電信裝置的外殼等連接起來，形成一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)均壓等電位，防止需要防雷空間內(nèi)的火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)和設(shè)備損壞。遙控臺(tái)主機(jī)房和控制室內(nèi)PE線、直流地、屏蔽地、防靜電地和SPD接地均應(yīng)與建筑物主鋼筋連接的等電位連接帶可靠電氣連接。

利用遙控臺(tái)建筑物的基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)作為自然接地體，威海遙控臺(tái)所在土壤電阻率大于1 000 Ω·m，宜在建筑物外埋設(shè)環(huán)形人工輔助接地網(wǎng)，該環(huán)形水平接地宜在散水坡以外，并在不同方向用四根以上

4 mm×40 mm的鍍鋅扁鋼或Φ12鍍鋅圓鋼與建筑物基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)焊接，此時(shí)共用接地系統(tǒng)的接地電阻值可適當(dāng)放寬。

4.2 屏蔽措施

利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在通信等設(shè)備上的電磁干擾或過電壓能量。

4.2.1 屏蔽管線的接地 入戶線采用地下電纜入戶，其電纜金屬護(hù)層，在前后兩端做良好接地。測(cè)量結(jié)果表明，電線（纜）屏蔽層一端接地時(shí)可將高頻干擾電壓降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，兩端接地時(shí)可降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

4.2.2 使用金屬絲編制網(wǎng)屏蔽電纜 因其重量輕，使用方便而被廣泛應(yīng)用，但是在電磁波頻率較高時(shí)，其波長(zhǎng)接近編織層網(wǎng)孔尺寸，波的透入增加，因此，最好再穿一層金屬管。

4.3 防閃絡(luò)措施

在外部沖擊電源的情況下，雷電引下線中的電流往往較大。因此，遙控臺(tái)應(yīng)盡可能避免將電纜布線設(shè)在建筑物四周。為防止閃絡(luò)，一般采用等電位連接或隔離距離的方法。威海遙控臺(tái)中裝有防雷裝置，防雷裝置與其它設(shè)施無(wú)法隔離，采用等電位連接。

5 運(yùn)行與維護(hù)

每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，接地網(wǎng)的接地電阻宜每年進(jìn)行一次測(cè)量。每年雷雨季節(jié)前應(yīng)利用元件老化測(cè)試儀對(duì)運(yùn)行中的避雷器進(jìn)行一次檢測(cè)，雷雨季節(jié)中要加強(qiáng)外觀巡視，發(fā)現(xiàn)電源避雷器出現(xiàn)問題須及時(shí)處理。

經(jīng)過三年多的運(yùn)行證明，威海遙控臺(tái)防雷措施既完整又經(jīng)濟(jì)，避雷器參數(shù)選擇正確，布置合理，能很好地保護(hù)線路，防止雷擊。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Design Scheme of Lightn-ing Protection for Remote Control Station

GONG Cui-feng et al （Weihai Mete-orological Bureau of Sandong Province， Weihai， Shandong 264200）

Abstract The article describes the lightning directly stroke prevention the Weihai remote system， lightning induction， the lightning wave intrusion protection program， has strong operability in the practical application of such works after the lightning protection system design has a certain referencevalue.

Key words Remote station; Lightning protection; Design