綜合防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

文/白衛(wèi)立

102臺地處高山，海拔1240米，是河南省主干廣播電視發(fā)射臺。廣播電視事業(yè)的發(fā)展和數(shù)字化、自動(dòng)化程度的提高，對系統(tǒng)進(jìn)行防雷的綜合設(shè)計(jì)越來越有必要，特別是小信號系統(tǒng)的綜合防雷，在廣播電視轉(zhuǎn)播臺使用的高頻頭、功分器、接收器、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星接收機(jī)等設(shè)備的抗雷擊能力越來越弱。由于102臺所屬地形比較特殊，易遭受雷電襲擊，雷電對廣播電視系統(tǒng)危害較大。防雷與接地系統(tǒng)是否可靠，關(guān)系到廣播電視節(jié)目的安全播出[1]。綜合防雷系統(tǒng)主要應(yīng)用于廣播電視、有線網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射臺站，對相關(guān)的設(shè)備如高頻頭、功分器、接收器、調(diào)制解調(diào)器等小信號設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行防雷保護(hù)顯得尤為重要。廣播電視轉(zhuǎn)播臺102臺有源設(shè)備多，地處高山，遭雷擊的機(jī)會(huì)多，雷擊給102臺的廣播電視設(shè)備造成的經(jīng)濟(jì)損失是無法估計(jì)的。

為確保102臺轉(zhuǎn)播的廣播電視信號安全、優(yōu)質(zhì)、完整播出，減少經(jīng)濟(jì)損失，充分發(fā)揮現(xiàn)有先進(jìn)設(shè)備的作用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，因此，需結(jié)合102臺自身的地理位置及地形，對防雷系統(tǒng)進(jìn)行了總體規(guī)劃設(shè)計(jì)并實(shí)施。

1.現(xiàn)場情況分析

隨著102臺設(shè)備的增加，臺上的防雷系統(tǒng)業(yè)已運(yùn)行多年未做相應(yīng)的調(diào)整和改造。2006年102臺連續(xù)遭遇雷擊侵害，造成因設(shè)備損壞而停播。其中衛(wèi)星接收系統(tǒng)連續(xù)兩次被雷擊，造成前端的高頻頭損壞，同時(shí)雷擊造成微波機(jī)房和監(jiān)控室多臺設(shè)備損壞，損壞設(shè)備清單如下：

（1）數(shù)字音頻分配器一臺；

（2）20寸液晶顯示器一臺；

（3）自動(dòng)化設(shè)備五個(gè)串口被擊毀；

（4）數(shù)字音頻智能切換器一臺；

（5）音頻信號監(jiān)測儀損壞14口；

（6）衛(wèi)星信號高頻頭2個(gè)。

另外，由于供電線路事故，高壓缺相造成部分設(shè)備遭受過電壓侵害而損壞。

對地網(wǎng)抽測了兩個(gè)點(diǎn)，分別為3.2Ω和0.4Ω。

通過現(xiàn)場勘察，102臺在下列方面存在防雷隱患：

衛(wèi)星接收天線與微波接收天線由于直接暴露在大氣中，有直擊或通過感應(yīng)遭受雷電流入侵的可能。

主要機(jī)房，如微波機(jī)房、監(jiān)控機(jī)房、電視機(jī)房、調(diào)頻機(jī)房以及配電機(jī)房由于設(shè)備更新改造后，沒有系統(tǒng)地做等電位連接，會(huì)造成雷電流入侵后泄放路徑不通暢，形成地電位反擊而造成設(shè)備損壞。

室外屋頂?shù)慕娱W裝置引下線間隔過大，不利于雷電流的泄放與分流。屋頂簡易的避雷針會(huì)造成落雷不夠準(zhǔn)確，會(huì)造成雷擊爆發(fā)在接收天線附近，而通過接收設(shè)備的傳輸電纜引入機(jī)房。

信號部分無防雷保護(hù)設(shè)備，而新增的設(shè)備大多采用集成電路，耐壓值低。

供電系統(tǒng)存在一定隱患，建議與供電部門協(xié)調(diào)定期檢測高壓電纜的絕緣性能。內(nèi)部低壓配電系統(tǒng)在原有的防雷設(shè)施及線路也要定期檢查。

綜合以上分析，造成102臺雷擊侵害事故的主要原因如下：

（1）爆發(fā)在機(jī)房附近的直擊雷、側(cè)擊雷的影響；（2）地電位反擊；

（3）高頻信號感應(yīng)；

（4）電源系統(tǒng)過電壓侵害。

因此，必須在直擊雷防護(hù)、配電系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、機(jī)房等電位連接等方面進(jìn)行防護(hù)和改善。

2.防雷改造工程方案

2.1 直擊雷、側(cè)擊雷防護(hù)

2.1.1 完善原室外機(jī)房屋頂原簡易接閃裝置

在整個(gè)建筑的屋頂設(shè)置避雷帶、避雷網(wǎng)。

為抗御直擊雷、側(cè)擊雷和降低雷電電磁干擾，在機(jī)房屋頂設(shè)置避雷網(wǎng)、避雷帶和引下線。機(jī)房屋頂原有的避雷網(wǎng)經(jīng)多年的自然損害，大部分銹蝕嚴(yán)重，需更新。

機(jī)房頂?shù)谋芾拙W(wǎng)由60cm×60cm的正方形網(wǎng)格構(gòu)成，每隔60cm與避雷帶焊接連通。網(wǎng)格由40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼交叉焊接構(gòu)成。熱鍍鋅鋼材的鍍鋅厚度為20～60μ m。

避雷帶采用不小于φ8mm熱鍍鋅圓鋼沿屋頂周邊設(shè)置一圈，距墻體高度15cm，并用熱鍍鋅圓鋼均勻設(shè)置避雷帶支撐柱，支撐柱間距不大于1m。

引下線是避雷帶與接地裝置的連接線。通過多根均勻分布的引下線將避雷網(wǎng)避雷帶就近入地與地網(wǎng)連通。引下線采用40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼或不小于φ8MM熱鍍鋅圓鋼，與其他電氣線路的距離大于1m。機(jī)房屋頂上其他金屬設(shè)施亦應(yīng)分別就近與避雷網(wǎng)帶焊接連通。

2.1.2 增設(shè)兩支避雷針

南坡因山勢相對陡峭，并有高壓架空電力線，遭受側(cè)擊雷和滾山雷侵襲的可能性較大。在此側(cè)機(jī)房衛(wèi)星接收天線因雷擊損壞高頻頭，為保護(hù)該設(shè)備和高壓線路，在該側(cè)安裝一支SATELIT+ESE2500提前放電避雷針。

2.2 機(jī)房等電位連接

為了完全能夠消除由雷電引起的毀壞性電位差，需要進(jìn)行等電位地線連接。102臺微波機(jī)房和監(jiān)控室、電視機(jī)房、調(diào)頻機(jī)房以及配電機(jī)房都要進(jìn)行局部的等電位連接，且各機(jī)房的等電位連接帶要相互連接，并通過多根引下線接入地網(wǎng)。機(jī)房內(nèi)的屏蔽網(wǎng)、機(jī)殼、電源、工作電路、保安、過壓保護(hù)等接地要進(jìn)行統(tǒng)一地、與就近機(jī)房共用地網(wǎng)進(jìn)行可靠的連接。機(jī)房內(nèi)的走線架、水管、暖氣管、門窗等各種導(dǎo)體要與母線或地網(wǎng)連接。

2.3 接地網(wǎng)完善

采用聯(lián)合接地，變壓器地網(wǎng)與機(jī)房地網(wǎng)或與鐵塔地網(wǎng)之間，應(yīng)每間隔3～5m相互焊接連通（至少有兩處連通），以相互組成一個(gè)周邊封閉的地網(wǎng)[2-3]。

102臺的地網(wǎng)因環(huán)境、地質(zhì)情況的限制，地網(wǎng)分布不均勻。本次改造，擬在機(jī)房建筑物周圍增設(shè)l圈或2圈環(huán)形接地裝置。環(huán)形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式[3-6]，通過環(huán)形接地裝置與原地網(wǎng)焊接連通；并在鐵塔四角設(shè)置輻射式延伸接地體，延伸接地體的長度宜限制在10～30米[4]。

2.4 配電系統(tǒng)防護(hù)

配電系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)分級設(shè)置防雷保安器，在配電室低壓側(cè)設(shè)第I級防護(hù)；在發(fā)射設(shè)備的配電柜電源進(jìn)線端，微波供電設(shè)備配電柜電源進(jìn)線端設(shè)第II級防護(hù)；在新增自動(dòng)化電子設(shè)備的監(jiān)控機(jī)房內(nèi)增設(shè)第III級防護(hù)。

2.4.1 第I級防護(hù)

原第一級防雷箱于2002年安裝，2006年已損壞，需更換新的防雷保安裝置。這里我們提高一級防雷箱的防護(hù)能力，在變壓器低壓端選用美國強(qiáng)世林的TK-SE200-3Y380防雷箱1臺，配合原有電源防雷箱構(gòu)成多級防護(hù)，將雷電流逐級泄放，以減小對設(shè)備的沖擊。原一級防雷箱修復(fù)后作為備用防雷箱。

JOSLYN產(chǎn)品具有新穎、可靠的模塊設(shè)計(jì)，多種抑制浪涌技術(shù)及熱保護(hù)技術(shù)，采用全模式保護(hù)，又是唯一帶自動(dòng)防故障裝置、唯一帶有后備保護(hù)能力的浪涌防護(hù)器[7]。它的使用能夠讓電源系統(tǒng)在零故障下運(yùn)作，可以有效地避免因浪涌而造成的斷電停工現(xiàn)象，固體發(fā)射機(jī)的電子元器件不易老化，延長發(fā)射機(jī)的使用壽命。

2.4.2 第II級防護(hù)

在原有的電源防雷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對新增設(shè)備未設(shè)二級防護(hù)的調(diào)頻機(jī)房其中一路設(shè)備增加一套二級防雷模塊，這里我們選用德國DEHNventil TT多相復(fù)合電涌保護(hù)器。

DEHNventil TT多相復(fù)合電涌保護(hù)器是電源多相一體化復(fù)合電涌保護(hù)器，用于將電源線接入防雷等電位系統(tǒng)中，安裝于調(diào)頻機(jī)房配電柜380V進(jìn)線端，防止低壓設(shè)備受到浪涌和直接雷擊的破壞[8]。

特點(diǎn)：

（1）節(jié)省空間設(shè)計(jì)，密封式火花間隙，動(dòng)作時(shí)不噴出氣體火花；

（2）采用限定后續(xù)電流的RADAX-Flow專利技術(shù)；

（3）低電壓保護(hù)等級；

（4）配有完整的接線，適用于一般的網(wǎng)絡(luò)配置；

（5）雙接線端，以及多功能端口可接導(dǎo)線和匯流排；

（6）可通過DEHNsignal遙信模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)察；

（7）配有工作狀態(tài)指示燈。

2.4.3 第III 級防護(hù)

由于監(jiān)控室微電子設(shè)備較多，設(shè)備自身耐壓性能差，在DEHNguard T與DEHNguard T…FM的基礎(chǔ)上，增加了電源三級保護(hù)模塊DEHNguard T275，該模塊是用于相線與地線之間等電位連接的電涌保護(hù)器[9]。

特點(diǎn)：

（1）使用時(shí)，應(yīng)配合第II級電涌保護(hù)器；

（2）泄放高壓電流；

（3）對于熱敏元件控制的雙重?zé)崦摰妊b置，應(yīng)進(jìn)行可靠的保護(hù)；

（4）響應(yīng)快速；

（5）當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，設(shè)備窗口將由綠色變?yōu)榧t色。

2.4.4 監(jiān)控室、微波室所有電源插座更換為法國CITEL公司的MS103防雷插座

MS103防雷插座提供三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插孔，可同時(shí)連接三臺需保護(hù)的設(shè)備，適合于工作電壓為單相220V的總功率最大為2400W的電子設(shè)備防雷保護(hù)，最大放電電流可為10KA，殘壓＜1KV。

2.5 信號防護(hù)

2.5.1 微波接收和衛(wèi)星接收設(shè)備

與機(jī)房的設(shè)備連接的饋線加裝DEHNgate FF TV同軸電纜保護(hù)器或DEHNgate G BNC或DEHNgate GN天饋線保護(hù)器。數(shù)量和型號待最終核實(shí)后確定。鐵塔饋線的接地處理需完善，在可能的情況下，天饋線的金屬外殼保護(hù)層，在進(jìn)入機(jī)房時(shí)的入口處就近接地。天饋線經(jīng)走線架上塔時(shí)，應(yīng)在其轉(zhuǎn)彎處的上方0.5～l米之間進(jìn)行良好的接地；在機(jī)房入口處和地網(wǎng)之間就近進(jìn)行引地線鏈接[10]。

DEHNgate FF TV是75Ω同軸系統(tǒng)首選的電涌保護(hù)器，可在DIN導(dǎo)軌上進(jìn)行安裝，也可以在墻體上直接安裝，并帶有便于檢查的測試口，頻率范圍適用于所有的衛(wèi)星和電視系統(tǒng)，尤其是對多頻道系統(tǒng)的應(yīng)用更加適合。接地通過DIN尋軌或地線夾。

DEHNgate G BNC或DEHNgate GN電涌保護(hù)器用于保護(hù)微波基站的同軸天饋系統(tǒng)。

2.5.2 自動(dòng)化設(shè)備的信號防護(hù)

由于自動(dòng)化設(shè)備直接在發(fā)射設(shè)備上采樣，有雷擊侵入的可能，所以考慮在設(shè)備的網(wǎng)口和串口增加防雷保護(hù)器。這里，網(wǎng)口選用愛勞的DLP-IV-RJ45型防雷保護(hù)器，DLPIV-RJ45防雷保護(hù)器用于保護(hù)交換機(jī)、集線器、網(wǎng)絡(luò)等自動(dòng)化設(shè)備，其內(nèi)部具有三級保護(hù)功能， 集高壓泄放、限流與箝位等功能于一體，是一種理想的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)裝置[11]。

2.6 合理布線

經(jīng)現(xiàn)場勘察，由于不同時(shí)期設(shè)備更新或增加，臺內(nèi)線路分布較為復(fù)雜。信號電纜種類多，有屏蔽也有非屏蔽的，都要按防雷標(biāo)準(zhǔn)做妥善處理。電源線和信號線要保持一定的間距，防雷標(biāo)準(zhǔn)中對電力電纜和信號電纜的最小間距的規(guī)定如下：當(dāng)380電力電纜＜2KVA，雙方都在接地的線槽中，且平行長度≤10米時(shí)，最小間距可以是10mm。

串口選用DLP-I-RS232型防雷保護(hù)器

采用金屬線槽分離不同類型的線纜，合理設(shè)置間距，并妥善做好接地和等電位連接，廢棄線纜全部做接地處理。

3.防雷系統(tǒng)的維護(hù)和管理

3.1 防雷系統(tǒng)的維護(hù)

防雷系統(tǒng)的維護(hù)分為日常性維護(hù)與周期性維護(hù)。應(yīng)對102臺防雷系統(tǒng)進(jìn)行日常性維護(hù)與周期性維護(hù)。日常性維護(hù)應(yīng)在雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)，每次雷擊之后進(jìn)行目測，周期性維護(hù)的周期為1年。

根據(jù)102臺實(shí)際工作情況，檢查外部防雷裝置的電氣絕緣性，如發(fā)現(xiàn)有銹蝕、松動(dòng)、脫焊等情況，則應(yīng)當(dāng)對電氣進(jìn)行連續(xù)性檢測。

根據(jù)102臺防雷帶、網(wǎng)、引下線以及機(jī)械損傷情況，雷擊放電造成的損傷情況，如有損傷應(yīng)及時(shí)更換。

應(yīng)檢查102臺的接地裝置的接地電阻，如果測試值比規(guī)定值大，則應(yīng)采取相應(yīng)措施對其進(jìn)行整改。

對內(nèi)部防雷裝置及等電位連接電氣連續(xù)性的進(jìn)行檢查，如果連接處發(fā)生松動(dòng)、斷路，應(yīng)及時(shí)修復(fù)。

對各類SPD運(yùn)行的情況進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)排除。

有劣化指示和報(bào)警功能的防雷保安器實(shí)行故障維修，在條件允許的情況下應(yīng)在每年的雷雨季節(jié)前進(jìn)行1次檢測。

3.2 防雷系統(tǒng)的管理

由102臺相關(guān)責(zé)任科室負(fù)責(zé)防雷事宜，進(jìn)行責(zé)任管理。

建立管理制度，對防雷裝置的隱蔽工程圖紙、年檢測試記錄、設(shè)計(jì)安裝等，均應(yīng)及時(shí)歸檔。

對每次發(fā)生雷擊事件，對設(shè)備的損壞情況應(yīng)及時(shí)總結(jié)事故原因和整改措施，并及時(shí)寫出整改意見。

結(jié)語

102臺的綜合防雷系統(tǒng)經(jīng)過總體規(guī)劃設(shè)計(jì)并實(shí)施之后，將確保102臺轉(zhuǎn)播的廣播電視信號安全、優(yōu)質(zhì)、完整播出，減少經(jīng)濟(jì)損失，充分發(fā)揮現(xiàn)有先進(jìn)設(shè)備的作用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。

[1]王紅葉.廣電設(shè)施防雷問題探討[J].廣播電視信息，2013.

[2]張憲.微波站的防雷[J].機(jī)電信息，2003.

[3]楊志宏.農(nóng)村有線電視機(jī)房的防雷措施[J].中國有線電視，2007.

[4] YD 2011－93.中華人民共和國通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 微波站防雷與接地設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：郵電部基建司，1994.

[5] GB50057-95. 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范 [S]. 中國中元國際工程公司.2000.

[6]微波站防雷規(guī)范.

[7]顏儒芬.雷電浪涌防護(hù)及浪涌防護(hù)器[J].電源世界，2002.

[8]DEHNventil TT多相復(fù)合電涌保護(hù)器技術(shù)說明書.

[9]DEHNguard T275技術(shù)說明書.

[10]DEHNgate FF TV同軸電纜保護(hù)器、DEHNgate G BNC或DEHNgate GN天饋線保護(hù)器技術(shù)說明書.

[11]DLP-IV-RJ45防雷保護(hù)器技術(shù)說明書.