大功率發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)實踐

毛琳

摘 ? 要：本文針對大功率廣播發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)工作展開了討論，通過分析了雷電對衛(wèi)星接收天線、電子設(shè)備危害，針對性的提出了有關(guān)防雷措施，例舉了發(fā)射臺新建節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)工作，從避雷針選用、衛(wèi)星天線防雷接地、機(jī)房設(shè)備防雷技術(shù)等方面實踐，論述了如何做好發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房防雷工作。

關(guān)鍵詞：節(jié)傳機(jī)房 ?直接雷電 ?防雷技術(shù)

中圖分類號：TN948.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0060-02

發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房是發(fā)射臺的心臟，是發(fā)射機(jī)房播出節(jié)目信號的源頭。如何確保節(jié)目源不間斷、高質(zhì)量是發(fā)射臺播出工作的重中之重。保障和防范節(jié)傳機(jī)房節(jié)目源不中斷應(yīng)從多方面考慮和防范。在此，從雷電對建筑物、電子設(shè)備危害等方面，分析節(jié)傳機(jī)房應(yīng)如何做好防雷工作。文中例舉了新建節(jié)傳機(jī)房在防雷技術(shù)方面所做的工作和實踐。希望對相關(guān)行業(yè)場所防雷技術(shù)工作有所幫助。

1 ?雷電產(chǎn)生的危害以及防范

1.1 雷電產(chǎn)生的危害

雷電是一種自然現(xiàn)象，也是自然災(zāi)害的一種且危害性極大。雷電災(zāi)害有許多種，直擊雷是危害最大的一種，其次是雷電產(chǎn)生的電磁脈沖，這種現(xiàn)象將對電子設(shè)備危害極大;還有雷電引起的電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)、雷電波侵入等等。由雷電引發(fā)的事故和造成的災(zāi)害始終是人類探索征服自然界的課題。這里著重討論直擊雷和雷電產(chǎn)生電磁脈沖的危害。

直接雷擊對于它所經(jīng)過的地方，無論是建筑物、樹木或者機(jī)械設(shè)備都將遭到不同程度的破壞和損毀，如果人蓄遭遇直接雷擊傷亡在所難免。直接雷擊還會引起各種連鎖反應(yīng)，如：設(shè)備金屬部分遭遇直接雷擊僅靜電感應(yīng)就會使設(shè)備瞬間電位升高，如果使金屬導(dǎo)體之間發(fā)生放電引起爆炸和火災(zāi)后果更是不堪設(shè)想。

雷電電磁脈沖LEMP。人們在享受電子應(yīng)用的便利和先進(jìn)的同時，對它的“脆弱”也極為擔(dān)心。這些電子設(shè)備對電壓波動，雷電引起的電磁脈沖干擾和破壞非常敏感。

1.2 雷電的防范

目前的防雷技術(shù)，常用的是接閃、均壓、分流、搭接、屏蔽、接地等方法。也就是將雷擊的能量通過安全泄放和轉(zhuǎn)換，來防止雷電以各種方式對人類造成的危害?；诋?dāng)前高層建筑成為城市發(fā)展的趨勢，而高層建筑又是雷電直擊的對象。如何解決這個問題，一是安裝避雷針、二是可靠的接地、三是根據(jù)建筑物內(nèi)設(shè)備的重要性，對建筑物劃分若干個防雷保護(hù)區(qū)，分級加以保護(hù)和防范。在這里把防雷保護(hù)區(qū)分LPZO、LPZI、LPZ2。防雷保護(hù)區(qū)LPZO：是為防范物體或設(shè)備免遭直接雷的破壞，通過對于該區(qū)域?qū)w采用傳導(dǎo)全部雷電流的方法將直接雷能量快速安全泄放，但是區(qū)內(nèi)電磁場未得到衰減;防雷保護(hù)區(qū)LPZI：該區(qū)物體不處在直接雷擊下，雷電流與LPZO區(qū)相比將減小，如果建筑物本身屏蔽效果好的話，該區(qū)內(nèi)的電磁場明顯衰減;防雷保護(hù)區(qū)LPZ2：該區(qū)采取了高屏蔽如建筑物整體屏蔽或設(shè)備機(jī)殼屏蔽并可靠接地等措施。

以上介紹的幾種方法，對防雷電電磁脈沖來說，在利于設(shè)備敏感性而確定合適連接點(diǎn)的同時，對防雷保護(hù)區(qū)內(nèi)不同敏感度的空間，采取不同的防雷措施是當(dāng)前技術(shù)上常用的方法。

2 ?節(jié)傳機(jī)房防雷重要性

廣播發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房擔(dān)負(fù)發(fā)射臺所有發(fā)射機(jī)節(jié)目源接收、分配。設(shè)備主要有衛(wèi)星接收天線、LNB、功分器、衛(wèi)星接收機(jī)、數(shù)字音頻四選一、擴(kuò)展接口箱、音周電纜、內(nèi)網(wǎng)等。如果衛(wèi)星接收天線遭遇雷擊，首當(dāng)其沖的是天線上的高頻頭（LNB），它一旦損壞節(jié)目源必然中斷，而停播往往不只是一部發(fā)射機(jī)，極有可能造成所有發(fā)射機(jī)的節(jié)目源中斷。如果雷電所產(chǎn)生高電壓沿線路進(jìn)入機(jī)房，擊穿室內(nèi)電氣設(shè)備絕緣，設(shè)備遭受破壞在所難免，對在場工作同志也極有可能造成傷害。因此，節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)工作不容忽視。

3 ?節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)實例

廣播發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房，基本配置兩付C波段衛(wèi)星天線、兩付KU波段天線。KU波段是衛(wèi)星廣播專用頻段，主要是能有效防止和避免與地面通信之間的相互干擾，KU天線采用2.5～3M為宜。C波段天線具有較強(qiáng)的抗雨衰，雪衰能力，這方面可彌補(bǔ)KU波段的不足，就目前衛(wèi)星上行站功率而言，C波段采用的衛(wèi)星天線為3.5～3.7M。衛(wèi)星天線分布可根據(jù)發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房地理位置具體布局。下面從衛(wèi)星提前放電避雷針選用，避雷網(wǎng)組成，防雷保護(hù)區(qū)劃分，附屬設(shè)備防雷，機(jī)房屏蔽等幾方面舉例談?wù)劮览准夹g(shù)工作。

3.1 防雷保護(hù)區(qū)

發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房衛(wèi)星天線屬于一類防雷保護(hù)區(qū)，極易遭受雷擊，應(yīng)按LPZO設(shè)防。機(jī)房設(shè)備屬于二類防雷保護(hù)區(qū)，可按LPZ1設(shè)防;但是節(jié)傳機(jī)房設(shè)備基本屬于低壓、弱電設(shè)備，雷電電磁脈沖極易對它造成破壞，為避免這類設(shè)備遭受雷擊，亦可將它歸類為一類防雷保護(hù)區(qū)重點(diǎn)防范。對于線路可分為三類防雷保護(hù)區(qū)，按LPZ2設(shè)防。以上僅作為參考，具體工作中應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)乩纂娪绊懞臀：π猿潭仍O(shè)防，盡可能按高標(biāo)準(zhǔn)防雷設(shè)防。

3.2 衛(wèi)星提前放電避雷針

衛(wèi)星提前放電避雷針是一種無源、免維且安全可靠的避雷針。它具有落雷準(zhǔn)確、保護(hù)范圍大、雷擊點(diǎn)落于非避雷針概率小等特點(diǎn)。

通常衡量避雷針質(zhì)量和效果的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，就是取決于該避雷針能否產(chǎn)生最快的上行先導(dǎo)。也就是當(dāng)空中雷電云層形成初時，地面與云層兩者之間會產(chǎn)生一個5kV/M的電場，這個電場會使處在該區(qū)域內(nèi)高凸的地方，如：建筑物、樹、塔（桿）或物體頂端，逐漸形成電暈放電現(xiàn)象;當(dāng)閃電電擊開始，雷電云層所形成的一個，攜帶電荷的下行先導(dǎo)，會沿著地面高凸的（也就是最捷徑）路徑飛速入地，并在地面迅速建立起一個電場;此時，該區(qū)域地面所有建筑物或物體也會生成許許多多個上行先導(dǎo)，而第一個上行先導(dǎo)與下行先導(dǎo)會合點(diǎn)就是此次閃電的電擊點(diǎn)。衛(wèi)星提前放電避雷針就是能夠產(chǎn)生一個比普通避雷針更快上行先導(dǎo)的避雷針。既衛(wèi)星提前放電避雷針安裝在何處，一旦此處發(fā)生雷擊該避雷針就能夠以最快的速度讓閃電電流迅速流過此通道入地達(dá)到防雷擊目的。

3.3 避雷針、衛(wèi)星天線共用避雷網(wǎng)

節(jié)傳機(jī)房可將衛(wèi)星天線安裝在樓頂，便于日常維護(hù)和管理。土建的時應(yīng)將衛(wèi)星天線設(shè)計安裝在樓頂，同時將避雷針和天線防雷及接地系統(tǒng)一并考慮。如某機(jī)房在樓頂安裝了4付衛(wèi)星天線，為了對天線及建筑物形成防雷保護(hù)，選用了提前放電時間△T為25微秒的ESE2500衛(wèi)星提前放電避雷針，安裝高度15m，可對（Rp）45m的半徑范圍實現(xiàn)防雷保護(hù)。由于篇幅有限有關(guān)計算不再論述。

具體做法可根據(jù)建筑物樓頂面積，合理規(guī)劃衛(wèi)星天線、避雷桿位置，盡可能的將衛(wèi)星天線、避雷針基座與建筑物施工時同時預(yù)埋。衛(wèi)星天線、避雷針基座澆筑應(yīng)高于樓面500～800mm，3.0～3.7M天線基座尺寸1000×1000mm，2.0～2.5M天線基座尺寸800×800mm，避雷針基座尺寸500×500mm;基座內(nèi)分三層布設(shè)鋼筋，底層與樓板鋼筋相連，且靠近樓面，中間層和上層相連，中間層到樓面可預(yù)先設(shè)計安裝4～6根φ24～36mm圓鋼，圓鋼底端加工成U型，焊接在中間層鋼筋網(wǎng)上，圓鋼上端預(yù)留應(yīng)高出屋面100～150mm，高出屋面部分必須加工成螺桿，以便日后安裝天線或避雷桿基座。這樣設(shè)計施工使避雷桿、天線組成了共用避雷網(wǎng)和同一防雷系統(tǒng)，在天線和避雷針整體施工時，可將衛(wèi)星天線和避雷針與屋面避雷網(wǎng)、連接線、防雷入地引線，用扁鋼連接加工成兩組焊接后沿最短路徑接入接地體。關(guān)于避雷針高度、保護(hù)范圍半徑、接地電阻，土壤電阻率要求等許多文章都已論述，在此不做介紹。

3.4 節(jié)傳機(jī)房附屬設(shè)備防雷

節(jié)傳機(jī)房雖然沒有使用高電壓設(shè)備，但是高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)、計算機(jī)、內(nèi)網(wǎng)終端系統(tǒng)、自臺監(jiān)控系統(tǒng)等都是低電壓和弱電設(shè)備，對防雷、防雷電電磁脈沖來說這些設(shè)備表現(xiàn)的極其脆弱。因此，在防雷電技術(shù)方面：決不允許將防雷接地線與以上這些設(shè)備地線共用，機(jī)房機(jī)柜、控制桌的接地和屏蔽系統(tǒng)不能與衛(wèi)星天線避雷系統(tǒng)相連，這樣才能保證當(dāng)雷擊時，雷電流沿最低的電阻路徑走防雷系統(tǒng)入地，盡量不使雷電流進(jìn)入機(jī)房和機(jī)器設(shè)備，最大程度避免雷電流對設(shè)備造成危害。

3.5 節(jié)傳機(jī)房防雷屏蔽措施

雷電電磁輻射對電子設(shè)備影響很大。資料顯示雷電電磁輻射對1km以內(nèi)的電子設(shè)備會形成不同程度影響，如果雷電波沿電氣線路傳播它的影響將更嚴(yán)重更遠(yuǎn)。這對于使用電子設(shè)備的節(jié)傳機(jī)房來說，無論是本機(jī)房遭遇雷擊，還是附近建筑物遭遇雷擊，所產(chǎn)生的雷電電磁脈沖一旦侵入建筑物都會對電子設(shè)備帶來災(zāi)難。因此，節(jié)傳機(jī)房不僅要對機(jī)房建筑體加裝屏蔽網(wǎng)，并且設(shè)備外殼也要采取必要的屏蔽措施，同時還要對設(shè)備的電源線和信號線等采取防過電壓、等電位聯(lián)結(jié)以及接地等保護(hù)措施。

⑴節(jié)傳機(jī)房線路：首先是低壓線路，通常該線路是由發(fā)射臺低壓配電室專線輸送，此線路應(yīng)采用金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜通過地溝鋪設(shè)到節(jié)傳機(jī)房，同時對金屬管兩端作可靠接地處理，并且電力線不可與饋線和信號線同槽鋪設(shè);其次是輸入和輸出機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)線路和信號線路，這些網(wǎng)線、信號線應(yīng)采用穿金屬管入室，并對金屬管兩端作接地處理;再次是外部引線與內(nèi)部接線鋪設(shè)時，也不要同槽鋪設(shè)，即使同槽鋪設(shè)，應(yīng)使用兩條鍍鋅管分別將內(nèi)外線路盡可能的加以屏蔽隔離。

⑵機(jī)房設(shè)備應(yīng)有專屬機(jī)柜，將功分器、衛(wèi)星接收機(jī)、數(shù)字音頻四選一、擴(kuò)展接口箱、音頻調(diào)度系統(tǒng)、交換機(jī)、服務(wù)器等安裝在機(jī)柜中;計算機(jī)、顯示器、控制按鍵等安裝在專屬控制桌。機(jī)柜、控制桌應(yīng)安放在防靜電地板上，并對金屬外殼做可靠接地處理。

⑶機(jī)房線路的布局和線路走向。根據(jù)相關(guān)實驗，當(dāng)雷電擊中建筑物時，建筑物柱子磁場最強(qiáng)，建筑物柱子極可能成為上行先導(dǎo)的導(dǎo)電體，成為引流的導(dǎo)體，當(dāng)有雷電流流經(jīng)該鋼筋結(jié)構(gòu)柱子時，柱子周圍將形成空腔電磁振蕩的高頻信號，而這個信號產(chǎn)生的磁場，將對機(jī)房內(nèi)設(shè)備尤其電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾和損壞。因此，機(jī)房線路鋪設(shè)應(yīng)防止引流柱子可能形成的空腔電磁振蕩干擾。建議盡量避開柱子，可在兩根柱子之間設(shè)計地溝，地溝中安設(shè)數(shù)條鍍鋅管，作為穿各類線路使用。

4 ?結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子信息時代將成為一個時代的特征，成為人們?nèi)粘Ｉ?、工作的必備品，而防雷技術(shù)始終是人類征服大自然的課題。本文例舉的發(fā)射臺節(jié)傳機(jī)房防雷技術(shù)工作，希望對同行能有所幫助，也懇請指教。

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