衛(wèi)星接收天線雷擊事故分析與改進

顧桂萍

?

衛(wèi)星接收天線雷擊事故分析與改進

顧桂萍

摘 要：雷電危害是自然災(zāi)害之一，無法避免，而南方雨季頻繁，雷電事故對衛(wèi)星接收天線及設(shè)備容易造成不可估量的危害，影響安全播出。本文通過闡述雷電的形成及襲擊途徑等，分析實際工作中遇到的衛(wèi)星接收天線雷擊事故原因，并提出改進措施，供大家學(xué)習(xí)交流。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星接收天線；雷擊；雷電；防雷措施

衛(wèi)星接收天線往往架設(shè)在開闊空曠且位置較高的場地，很容易遭受雷擊，加上衛(wèi)星接收系統(tǒng)中的衛(wèi)星接收天線、高頻頭、中頻電纜、功分器等均屬于精密設(shè)備，雷電對電源線、信號線等部位形成的瞬間過壓，造成設(shè)備嚴重損壞事故頻頻發(fā)生，特別是衛(wèi)星、通信、室外天饋線設(shè)備的系統(tǒng)更是雷電的重災(zāi)區(qū)，故采取有效的防雷措施勢在必行。

1 雷電的形成及危害

1.1 雷電的形成

雷電是一種大氣放電現(xiàn)象，產(chǎn)生于積雨中。積雨在形成過程中，某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷，這些電荷對大地產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使地面或建筑物表面產(chǎn)生異性電荷，當積累到一定程度時某處空氣被擊穿，由于異性電荷相互劇烈中和便產(chǎn)生了雷電。

1.2 雷電的危害

1.2.1 電效應(yīng)的破壞

當雷云對地面放電時，能產(chǎn)生高達數(shù)萬伏甚至十萬伏的沖擊電壓，它可能毀壞發(fā)電機、變壓器等設(shè)備，造成大規(guī)模停電，還可能引起短路，導(dǎo)致可燃物著火、爆炸等。

1.2.2 熱效應(yīng)的破壞

當強大雷電流過導(dǎo)體時，在極短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換成大量的熱能，又來不及散發(fā)，以致物體內(nèi)部的水分大量變成蒸汽并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大爆炸力，如果擊中易燃物更容易引起火災(zāi)。

1.2.3 電磁感應(yīng)危害

當雷云層相互之間或雷云與大地之間放電時，在放電點的周圍產(chǎn)生電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)，使從室外進入室內(nèi)的電源線、信號線、天饋線等感應(yīng)雷電高電壓并通過這些線路、金屬管道等引入室內(nèi)造成放電，使電氣設(shè)備絕緣擊穿，造成設(shè)備損壞、人身傷亡。

1.2.4 電位危害

當雷電被引入大地時，在引入的地面上產(chǎn)生很高的沖擊電位，人在周圍時，可能遭受沖擊接觸電壓和沖擊跨步電壓而造成電擊傷害。

2 雷電襲擊的途徑

2.1 直擊雷侵入

直擊雷是雷云對大地或其他物體之間發(fā)生瞬間放電的現(xiàn)象。很多單位或地方為了便于接收衛(wèi)星信號，一般都會把衛(wèi)星接收天線裝在屋頂或制高點，而這也無形中形成了直擊雷侵入的條件。

2.2 電源線路的侵入

衛(wèi)星接收天線系統(tǒng)的有源設(shè)備都需要電源線路供電，一旦電源線路遭雷擊，由雷擊產(chǎn)生的大電流就會沿著電源線路進入，損壞衛(wèi)星接收機或其他設(shè)備。

2.3 地電位反擊

當雷電擊中避雷針時，雷電流經(jīng)避雷針引下線和接地網(wǎng)的接地電阻入地，建筑物或構(gòu)筑物到各地均有電位，有些點的電位高達幾千伏以上，遠遠高于電器設(shè)備所能承受的極限值。地電位反擊產(chǎn)生的條件一般為當外殼接地電位或GPR（即入地電流導(dǎo)致的大地表面的電位）升高時，且內(nèi)部設(shè)備電壓低，兩者之間存在電壓差，此時就會擊穿絕緣，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

3 衛(wèi)星接收天線雷擊事故分析及改進措施

3.1 事故分析

2015年5月受雷暴雨影響，衛(wèi)星接收天線遭受雷擊，導(dǎo)致高頻頭、衛(wèi)星接收機、功分器等設(shè)備嚴重受損，國家新聞出版廣電總局2023臺（以下簡稱2023臺）直擊雷防護方式都采用避雷針作為接入器，把雷電引入自身，然后通過下引線（接地線），經(jīng)接地電阻迅速地把雷電流泄放到大地。對于衛(wèi)星天線，根據(jù)避雷針保護范圍的計算方式可得出2023臺避雷針保護的最大范圍是30 m，且避雷針的架設(shè)與受保護的天線之間的距離應(yīng)大于5 m，因為避雷針及引下線受雷擊感應(yīng)時能擊穿2～3 m厚的空氣，所以衛(wèi)星天線的架設(shè)要求必須滿足“5m＜衛(wèi)星天線與避雷針的距離＜30 m”，而實際2023臺避雷針到衛(wèi)星天線不足5m，實際距離如圖1所示。

根據(jù)圖1可知2023臺衛(wèi)星天線的接地是先與避雷塔接地串聯(lián)，再接至機房接地網(wǎng)上，實際測量接地電阻大約為1.5Ω。如直擊雷擊中避雷針，由雷擊產(chǎn)生的電流一般為30～300kA，當30kA的雷電通過避雷針時，經(jīng)接地線接地電阻上產(chǎn)生的電壓為1.5×30 000=45kV，致使與之相連設(shè)備（即衛(wèi)星天線）的金屬外殼保護接地端也為45kV。而一些微電子設(shè)備內(nèi)部電路的直流接地電壓基本為0V，內(nèi)外電位差為45kV，必然損壞與此直接相連的電子設(shè)備（高頻頭的供電電壓為直流18V，最大承受電流時330mA）。

綜上所述，可根據(jù)2023臺實際情況和設(shè)備的故障點，分析出造成此次事故發(fā)主要原因分別為：①地電位反擊造成高頻頭損壞；②雷擊產(chǎn)生的電流沿中頻電纜侵入造成接收機、功分器損壞；③雷擊電流沿接地網(wǎng)進入到機房的配電箱，由于無電涌保護器將強大的雷電流泄流入地，從而導(dǎo)致通訊模塊等設(shè)備受沖擊而損壞。

3.2 改進措施

圖1　避雷針與衛(wèi)星天線的距離

第一，使用防雷接地即接地系統(tǒng)將雷電引入大地，從而達到保護設(shè)備和人身安全的目的。一般建筑物的接地系統(tǒng)按國標《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB50057-94）、《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規(guī)范》（GB50169-2006），2023臺機房屬于第二類防雷建筑物，應(yīng)重點考慮直擊雷及雷電感應(yīng)，在電氣接地裝置與防雷接地裝置共用或相連的情況下，應(yīng)在低壓電源線路引入的總配電箱、配電柜處裝設(shè)Ⅰ級試驗的電涌保護器，且對于獨立的避雷針（線）應(yīng)設(shè)置獨立的集中接地裝置。若達不到此條件時，該接地裝置也可與接地網(wǎng)連接，但避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點至35kV以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點，兩點之間長度≥15m，且應(yīng)選擇最短的接地距離與主接地網(wǎng)連接。每年雷雨季節(jié)前后應(yīng)定期用精密地阻儀檢測地阻，接地電阻≤4Ω。

第二，將衛(wèi)星接收天線的接地與避雷針接地分開，各自設(shè)有集中接地裝置，衛(wèi)星天線接地并聯(lián)至接地裝置。

第三，在第一中頻電纜與功放器間加裝75Ω避雷器。

第四，在衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)備總配電箱加裝電涌保護器。

第五，高壓變壓器輸出端到衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)備總配電箱電纜內(nèi)芯線兩端對地加裝避雷器。

第六，重新挪動避雷塔位置，使其與衛(wèi)星接收天線的距離保持在5～30 m之間，且保證衛(wèi)星接收天線處于避雷針的有效保護區(qū)內(nèi)（針體下45°～60°傘形區(qū)）。

第七，避雷針與大地連接時采用多個通道泄放能量，使每個通道的雷電能量盡量小，以保護防雷裝置的安全。

4 結(jié) 語

雷電的危害無處不在，防雷工作不容忽視，防雷知識、防雷措施要貫穿于各行業(yè)、各系統(tǒng)，防雷系統(tǒng)的好壞關(guān)乎電臺節(jié)目傳輸設(shè)備和人身的安全。吸取慘痛教訓(xùn)之后讓人們對防雷系統(tǒng)有了更深的認識，只要對雷電系統(tǒng)做到“整體防御、多重保護、整改落實”就能杜絕事故發(fā)生，避免不必要的損失。

參考文獻：

［1］田向東.如何調(diào)整衛(wèi)星接收天線接收衛(wèi)星信號［J］.實用影音技術(shù)，2010（5）.

［2］楊秀坤，楊秀玲.衛(wèi)星接收天線仰角計算新公式［J］.有線電視技術(shù)，2010（1）.

作者單位：（國家新聞出版廣電總局2023臺）