淺談廣播電視高山微波站防雷系統(tǒng)設(shè)計

王 星

(山西省廣播電視無線管理中心，山西太原030001)

高山微波站一般都處在海拔一千多米的山峰上，由于山高樹木少，極易造成雷擊的目標。山上土少石頭多，接地電阻很難降得很低，有的站達20 Ω～30 Ω，使雷電流的泄放造成很大困難。也有的站地線沒有形成一個環(huán)形封閉網(wǎng)，難以做到電位均衡。因此各高山微波站均不同程度地遭受過雷擊。

為保證廣播電視微波電路傳輸安全，減少雷擊對設(shè)備的損壞，應采用以下切實可行的防雷措施。

1 避雷針防雷

1752年富蘭克林發(fā)明了世界上第一根避雷針，當時認為避雷針在雷雨云的感應下，產(chǎn)生尖端放電，能中和雷雨云中所帶的電荷，從而避免雷擊。但不足的是，避雷針在雷暴期間放電電流太小了，它的作用是把閃電引向自身，并沿著它流入大地。而避雷針所產(chǎn)生的副作用二次感應雷擊效應，即感應過電壓和反擊過電壓，避雷針本身無法解決。

避雷與接地裝置可將絕大部分直擊雷電流直接引入地下基礎(chǔ)接地裝置泄散，是防止直擊雷破壞的主要手段。避雷與接地裝置主要由避雷針(避雷網(wǎng)、避雷線和避雷帶等接閃器)、引下線、接地體等構(gòu)成。對通信設(shè)施而言，天(饋)線系統(tǒng)和機房建筑物易遭受直擊雷的襲擊，通過合理設(shè)計、安裝避雷與接地裝置可以起到有效的保護作用。

安裝避雷針或接地裝置應該注意以下幾點:(1)避雷針應當高于天線尖端數(shù)米，間隔＞1.5個波長，防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形影響通信效果;(2)避雷地線的直流通路電阻要足夠低，電感盡量小;(3)接地引入線長度應不大于30 m，其材料應采用熱鍍鋅扁鋼或銅排，截面積應不小于40 mm×4 mm;(4)為了增大地表層的過電壓的泄放面積，可采用埋設(shè)有一定間隔的多根接地體，且相互焊接。

2 接地電阻的降低

在傳統(tǒng)的接地工程中，通常使用扁鐵、銅棒等作接地材料，山區(qū)沙石或高阻土壤使用時，需加入食鹽、木炭等，后發(fā)展為化學降阻劑以及非金屬接地模塊，均使接地電阻有所降低。

(1)化學降阻劑是普遍使用的一種接地材料，接地電阻降低效果比較顯著。因化學降阻劑中，主要合成高分子材料占5% ～8%，電解質(zhì)物質(zhì)占8% ～9%，水成份占80%左右，所以它的粘度較低，凝固前滲透性極強，在灌到接地體坑內(nèi)，幾分鐘就可以通過沙石縫向土壤深層滲透。凝固后，它緊緊包裹在接地體周圍，并與土壤緊密連接，形成一個較大的導電體，且導電體在大地中出現(xiàn)樹枝狀的延伸體，產(chǎn)生樹枝效應，這樣就可以大大降低接地電極與土壤表面的接觸電阻，起到降阻的功效。但化學降阻劑具有時效性，數(shù)年失效后需要重新添加一定量的化學降阻劑，增加了日后的運行維護費用，且具有較強的污染擴散能力，不符合國家環(huán)保相關(guān)政策。

(2)非金屬接地模塊為2004年后出現(xiàn)的新型非金屬接地材料，其基本構(gòu)成為石墨、吸水劑、保水劑、凝固劑、環(huán)保離子等材料組合而成。具有較強的保濕性，吸濕性，充分發(fā)揮了接地體中電解質(zhì)的導電作用，增大了接地體和土壤的接觸面積，從而增大了接地體本身的散流面積，減少了接地體和土壤的接觸電阻。接地模塊自身呈弱堿性，且含有防腐劑可使其理論壽命大于30年，遠遠大于鍍鋅鋼材的使用年限!較化學降阻劑最突出的優(yōu)點是接地效果好，使用年限長、環(huán)保!

3 等電位連接

國家標準《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB/50057-94(局部修訂條文)明確規(guī)定:各防雷區(qū)交接處，必須進行等電位聯(lián)結(jié)。進入建筑物的所有金屬導體、管道、電纜的外屏蔽層，應在LPZ0區(qū)與LPZ1區(qū)交界處或在LPZ1區(qū)與LPZ2區(qū)交界處作等電位連接與接地，不能直接連接時，應通過等電位連接體進行連接。配置有通信設(shè)備的機房內(nèi)應設(shè)等電位連接端子板，端子板應可靠接地。機房內(nèi)的電氣和電子設(shè)備的金屬外殼(包括機柜和機架)、屏蔽線外層以及各種SPD接地端均應以最短的距離就近與等電位連接端子板連接。

4 聯(lián)合共用接地

一個完整的接地系統(tǒng)包含建筑物地網(wǎng)、鐵塔地、電源地、邏輯地、防雷地等。接地網(wǎng)是把需要接地的各系統(tǒng)，統(tǒng)一接到一個地網(wǎng)上或者把各系統(tǒng)原來的接地網(wǎng)通過地下或者地上用金屬連接起來，使它們之間成為電氣相通的統(tǒng)一接地網(wǎng)，即共用接地。共用接地的接地電阻應以接入設(shè)備中最小值確定，一般不宜大于4 Ω。某些通信設(shè)備要求交直流工作地、安全保護地、防雷地必須獨立時，根據(jù)國家JGJ/T16-92《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，地網(wǎng)間距離必須大于20 m。如果相互之間距離達不到規(guī)范的要求，則容易出現(xiàn)地電位反擊事故。因此，各接地系統(tǒng)之間的距離達不到規(guī)范要求時，應盡可能使它們連接在一起，保證各類接地點的基準電位是惟一值。

5 安裝避雷器

避雷器有高壓和低壓避雷器之分，在高壓變壓器后端我們一般用到的是低壓配電系統(tǒng)中的避雷器，又稱“電涌保護器(surge protective device SPD)”，能釋放雷電或兼能釋放電力系統(tǒng)操作過電壓能量，保護電工設(shè)備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續(xù)流，不致引起系統(tǒng)接地短路的電器裝置。避雷器通常接于帶電導線與地之間，與被保護設(shè)備并聯(lián)。當過電壓值達到規(guī)定的動作電壓時，避雷器立即動作，流過電荷，限制過電壓幅值，保護設(shè)備絕緣;電壓值正常后，避雷器又迅速恢復原狀，以保證系統(tǒng)正常供電。

5.1 避雷器(SPD)的分類

(1)電源保護器:交流電源保護器、直流電源保護器、開關(guān)電源保護器等。交流電源電涌保護器適用于配電室、配電柜、開關(guān)柜、交直流配電屏等系統(tǒng)的電源保護;直流電源電涌保護器適用于各種直流電源系統(tǒng)，如直流配電屏、直流供電設(shè)備、直流配電箱、電子信息系統(tǒng)柜。

(2)信號保護器:低頻信號保護器、高頻信號保護器、天饋保護器等。網(wǎng)絡(luò)信號電涌保護器適用于10/100 Mbps SWITCH、HUB、ROUTER等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的雷擊和雷電電磁脈沖造成的感應過電壓保護。

(3)視頻信號電涌保護器:可保護各種視頻傳輸設(shè)備免受來自信號傳輸線的感應雷擊和電涌電壓帶來的危害，對相同工作電壓下的RF傳輸同樣適用;集成式多口視頻防雷箱主要應用于綜合控制柜內(nèi)硬盤錄像機、視頻切割器等控制設(shè)備的集中防護。

5.2 信號避雷器的安裝、接線

避雷器串聯(lián)在被保護設(shè)備與信號通道之間;避雷器的輸入端(IN)與信號通道相連，輸出端(OUT)與被保護設(shè)備相連并緊靠被保護設(shè)備安裝，不能接反;把避雷器的接地線與防雷系統(tǒng)接地排可靠連接，接線越短越好，最長不能超過1 m。

5.3 避雷器使用、維護

本產(chǎn)品無需特別維護。但應定期對避雷器進行檢查，特別是在雷雨季節(jié)前及整個雷雨期?，F(xiàn)在的避雷器上一般都有一個小窗口，用不同顏色來顯示其工作狀態(tài):綠色表示正常，紅色即表示損壞;當系統(tǒng)工作出現(xiàn)故障懷疑避雷器時，可拆除避雷器后再檢查，若還原到使用前的狀態(tài)后系統(tǒng)恢復正常，則說明避雷器已經(jīng)損壞，必須立即更換。

此外，為進一步減小雷擊損害，變壓器室到機房的低壓電線路應盡量避免架空而采用金屬鎧裝電纜直接埋地，非金屬鎧裝電纜穿金屬套管埋地，且把金屬套管可靠接地;鎧裝電纜入室后，金屬外皮與接地網(wǎng)相連。饋線在塔頂與天線連接處接地，進機房前與地網(wǎng)就近接地，進入機房后，與設(shè)備連接處接地，饋線與設(shè)備接口處加裝防雷器，天線鐵塔和機房之前裝設(shè)支撐電纜的金屬過橋或懸掛電纜的鋼絞線時，過橋和鋼絞線在電氣上與鐵塔連通，在電纜進入機房外側(cè)時，將過橋和鋼鉸線、電纜外護層連在一起，并通過最短路徑與接地網(wǎng)相連，所有接地點應形成封閉環(huán)路;另外，為保證防雷設(shè)施工作正常，應在每年雷雨季節(jié)前后或春、秋檢修時定期檢測接地阻值和防雷器，確保完好。遇有雷暴天氣應及時切斷外電改用油機或電瓶供電;盡量關(guān)閉不用的電器等。

［1］國家標準.建筑物防雷接地規(guī)范，GB50057-94(2000年版)［S］.北京:中國計劃出版社，2001.

［2］易秀成，肖穩(wěn)安.電涌保護器(SPD)選型設(shè)計探討［J］.建筑電氣，2007(8):32 －36.

［3］朱林根.21世紀建筑電氣設(shè)計手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［4］建設(shè)部標準定額研究所.GB50343－2004，建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2004.6.

［5］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部.YD 5078－98通信工程電源系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)定［S］.北京:北京郵電大學出版社，1999.2.

［6］機械工業(yè)部.YD 2011－93微波站防雷與接地設(shè)計規(guī)范［S］.1994.6.1.

［7］中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部通信行業(yè)標準.通信局(站)低壓配電系統(tǒng)用電涌保護器測試方法(YD/T1235.2 2002)［S］.2002.11.8.