淺談S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站通信設(shè)施雷電防護措施

陳　洲，邢　程，張秀樓（.尚志市氣象局，黑龍江尚志50600；.木蘭縣氣象局，黑龍江木蘭5900；.哈爾濱市空管局，黑龍江哈爾濱50000)

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淺談S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站通信設(shè)施雷電防護措施

陳洲1，邢程2，張秀樓3
（1.尚志市氣象局，黑龍江尚志150600；2.木蘭縣氣象局，黑龍江木蘭151900；3.哈爾濱市空管局，黑龍江哈爾濱150000)

摘要：目前各氣象局使用的靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)，由天線、高頻分機、接收機、數(shù)據(jù)攝入器（PCI進機卡）、計算機（前、后端）、接收及應(yīng)用產(chǎn)品處理軟件系統(tǒng)組成。雷電過電壓容易對這些設(shè)備內(nèi)大規(guī)模集成電路和精密元器件造成損壞。因此對這些設(shè)備防雷設(shè)施的把關(guān)顯得尤為重要，本文對靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)的防雷設(shè)施做深入探討，將雷電對設(shè)備的影響減到最小。

關(guān)鍵詞：通信設(shè)施;防雷措施;降低危害;光電隔離

1　引言

雷電是一種發(fā)生在大氣層中常見的大氣物理現(xiàn)象，而雷電在對大地釋放能量的過程中給人和物造成不小的損害，隨著電子設(shè)備、通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，雷電靜電感應(yīng)和雷擊電磁脈沖等瞬間過電壓已成為電子設(shè)備在雷擊發(fā)生過程中造成損毀的主因。因此，預(yù)防間接雷擊對電子設(shè)備造成的影響顯得尤為迫切和重要，只有了解它的形成原因、過程，探尋有效地防護措施才能減少雷電帶來的損失。氣象觀測資料統(tǒng)計結(jié)果表明，在地球上每一秒鐘約為100次左右的雷擊閃電來維持地球上的電荷平衡。按照靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范，將前端接收天線和放置后端設(shè)備的業(yè)務(wù)辦公樓都安裝接閃針、接閃網(wǎng)或接閃帶，并采取共用接地體的接地方式。從外部整體形式上看，它已具備了良好的防雷和抗外界電磁干擾的性能，然而事實上設(shè)備還是會遭受過壓、過電流而損壞。究其原因是由于雷電在向大地泄放雷電流的過程中，帶電荷的云層在通信設(shè)施的天線上產(chǎn)生感應(yīng)電荷或雷電感應(yīng)通過通信和電力線路侵入，如果這時天線和通信線纜與大地之間接地通路不暢，在天線和線纜上聚集著的大量電荷不能及時導(dǎo)入大地就會產(chǎn)生高電位而引起過電壓，致使通信設(shè)施無法承受強電流的侵入而損壞，甚至?xí)＜安僮魅藛T的人身安全，這也就是感應(yīng)雷擊。

2　S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)簡述和現(xiàn)有防雷工程概況

靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)是北京華云科技有限公司開發(fā)研制的實時接收靜止氣象衛(wèi)星資料接收處理系統(tǒng)。用于接收中國風(fēng)云系列任意一顆靜止氣象衛(wèi)星，靜止氣象衛(wèi)星利用站可完成靜止氣象衛(wèi)星資料的接收處理、圖象顯示、產(chǎn)品生成及網(wǎng)絡(luò)分發(fā)功能，使之用于氣象預(yù)報、災(zāi)害性天氣監(jiān)測，并為相關(guān)的決策支持服務(wù)、公眾服務(wù)、科學(xué)研究工作提供支持，隨著先進通信設(shè)備在靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)通信網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用，對現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)安全防護體系已由單一轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗉?，防雷措施的全面性勢必會加大資金投入，而氣象部門對雷電防護的重視也讓防護體系得以完善。氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)多級防護主要是防直擊雷、防感應(yīng)雷電、防地電位反擊引起的過電壓過電流的防護，應(yīng)根據(jù)數(shù)字程控、光電傳輸、交直流電源等所有微電子設(shè)備的不同功能、不同受保護程度確定防護要點和保護等級。根據(jù)雷電引起瞬間過電壓的危害的可能侵入的通道，從電源線到數(shù)據(jù)通信線路都應(yīng)該做到多級保護，力爭將其產(chǎn)生的危害降低到最低點。

眾所周知，防雷裝置有外部、內(nèi)部防雷裝置之分，靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)前端接收天線和業(yè)務(wù)辦公樓外部雷電防護已按照要求加裝接閃帶、接閃針、引下線，并將接收站接閃針引下線與辦公樓接地體連接（接收站與辦公樓距離小于6 m），做到共用接地。其保護原理是：接閃針比接收天線尖端高出數(shù)米，接閃針與接收天線存在的間隔距離可防止由于接閃針的存在而損壞天線的輻射圖形，來保證通信效果的質(zhì)量。當雷云帶有大量電荷在向大地放電的過程中，它影響地面的電場發(fā)生畸變，先驅(qū)放電容易在接閃針（接閃線）頂部發(fā)生電荷中和，再通過引下線、接地體將雷電流散入大地，從而使被保護物免受雷擊，這是防直擊雷的有效方法。也可在天線塔體周圍布設(shè)避雷塔來進行疏導(dǎo)，我國衛(wèi)星發(fā)射場一般采用3點布塔防御單個建筑物，不足之處成本高，用地多。然而，被動放電式避雷針存在反應(yīng)速度差、保護的范圍小以及導(dǎo)通量小等不足，靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)的通訊線纜均采用低損耗同軸線纜，從而導(dǎo)致通訊線纜遭受感應(yīng)雷擊，損壞通訊設(shè)備。而該系統(tǒng)內(nèi)部防雷裝置僅加裝了電涌保護器，還有很多不足之處需要改進。

3　靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)通信設(shè)施內(nèi)部防雷改進措施

靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)在業(yè)務(wù)辦公樓和天線基座邊上安裝接閃裝置的同時，還要注意消除雷電感應(yīng)、雷電電磁脈沖、球形閃電對機房室內(nèi)設(shè)備的影響，對靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)通信設(shè)備利用光纖不易遭受感應(yīng)雷的影響，具體外部防雷改進措施分為如下幾點：

(1)采用光電隔離的方法，將放大器后端與業(yè)務(wù)辦公樓內(nèi)的后端設(shè)備的同軸通訊線纜，改為在天線系統(tǒng)后端增加一個光轉(zhuǎn)器，將電信號轉(zhuǎn)為光信號,利用光纖傳至業(yè)務(wù)辦公樓內(nèi)的后端設(shè)備，同樣增加光轉(zhuǎn)器，再轉(zhuǎn)回電信號交由后端處理，機房與天伺饋的串口卡通信方式改為光纖傳輸，即在設(shè)備輸出輸入端加裝光纖轉(zhuǎn)換設(shè)備，利用光纖線纜替代原來的同軸線纜的通信方式。

(2)雷電電涌沿電纜對室內(nèi)電源系統(tǒng)的損害加以防范。首先應(yīng)用電涌保護器（SPD）對室內(nèi)防雷進行分級保護，在電源總配電箱處加裝電涌保護器作為一級防護。在所有需要防護的設(shè)備前端加裝電涌保護器作為二級防護，另外所有用電設(shè)備使用防雷插排供電來作為三級保護。目的是用分流（限流）技術(shù)將雷電過電壓（脈沖）能量分流疏導(dǎo)至大地，從而達到保護的目的。在選用電涌保護器對各設(shè)備進行雷電防護時，應(yīng)選擇質(zhì)量可靠、符合規(guī)范的產(chǎn)品。

(3)做好等電位連接、接地、屏蔽，機房室內(nèi)做法拉第電籠屏蔽，能夠有效屏蔽外界電場對室內(nèi)的影響，并將屏蔽網(wǎng)與等電位連接帶、接地裝置做可靠焊接，使之電氣貫通，從而對設(shè)備和人起到保護作用。為保證系統(tǒng)正常工作，在每年雷雨季節(jié)前后應(yīng)定期用精密地阻儀檢測地阻值，對出現(xiàn)的問題及時予以整改。

(4)機房內(nèi)加裝防靜電地板，機房靜電不僅會使計算機運行時出現(xiàn)故障、誤動作或運算錯誤，而且還可能會導(dǎo)致某些元器件，如CMOS、MOS電路、雙板性電路等的擊穿和毀壞。此外靜電對計算機的外部設(shè)備也有明顯的影響。帶陰極射線管的顯示設(shè)備，當受到靜電干擾時，會引起圖像紊亂，模糊不清。因此，應(yīng)做好防靜電地板，防止靜電引起設(shè)備故障。

4　小結(jié)

通信設(shè)備雷電防護是復(fù)雜和重要的工程，雷電防護工程的質(zhì)量直接關(guān)系到通信設(shè)備的穩(wěn)定和人身的安全。根據(jù)國家行業(yè)有關(guān)設(shè)計規(guī)范，可以明確以下幾點：

(1)無論是靜止氣象衛(wèi)星S-VISSR/HRIT數(shù)據(jù)單收站系統(tǒng)的業(yè)務(wù)辦公樓、天線基座，還是通信設(shè)施，按規(guī)范建立在聯(lián)合接地系統(tǒng)、均壓等電位分區(qū)保護的基礎(chǔ)上，采用多級防護的原則。

(2)防雷裝置的接地電阻應(yīng)符合《建筑物防雷接地規(guī)范》與通信行業(yè)防雷接地標準。根據(jù)各通信機房、基站等所處的環(huán)境，應(yīng)從電纜引入開始安裝多級保護器。

(3)防雷裝置的接地線盡量粗、短而直，禁止不必要的彎曲、打圈和迂回。

(4)注意避雷元器件使用是否正常，對檢測結(jié)果不合格應(yīng)及時更換避雷器。

第一作者簡介：陳洲（1988-），男，黑龍江省尚志市人，成都信息工程大學(xué)，本科生，助理工程師.

收稿日期：2016－1－1

文章編號：1002－252X(2016)01－0033－02