發(fā)射臺雷電風(fēng)險(xiǎn)評估及防雷方案設(shè)計(jì)

【摘要】本文結(jié)合我臺調(diào)頻發(fā)射臺易受雷擊導(dǎo)致設(shè)備受損情況，通過對發(fā)射臺所處地理位置雷電風(fēng)險(xiǎn)評估，進(jìn)而形成防雷技術(shù)方案。

【關(guān)鍵詞】 防雷 風(fēng)險(xiǎn)評估 方案

一.概況

海峽臺有一調(diào)頻發(fā)射臺位于廈門島內(nèi)一高山頂，根據(jù)廈門市氣象局資料顯示，該臺位于廈門市三條雷電多發(fā)帶上，廈門市年平均雷暴日為47天，屬于“高雷區(qū)”。據(jù)資料不完全統(tǒng)計(jì)，2012年以來廈門市有記錄共發(fā)生雷災(zāi)6起，造成1死3傷及其他直接經(jīng)濟(jì)損失。從這幾年的數(shù)據(jù)來看，廈門市每年雷災(zāi)次數(shù)都在10起左右，每年均有人員傷亡。

發(fā)射臺天線塔位于62米山上鐵塔高24米，為周邊視覺最高點(diǎn)，因此雷擊次數(shù)會更多，根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343-2012第3.1.3.3條規(guī)定，年雷暴日大于40天不超過90天屬于強(qiáng)雷區(qū)。根據(jù)GB50343-2012第4.3.1建筑物電子信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級的選擇表中型通信樞紐、移動通信基站雷電防護(hù)等級應(yīng)為B級，防雷工作非常重要。

2012年10月，雷擊造成發(fā)射臺接收機(jī)柜的衛(wèi)星接收機(jī)、音頻處理機(jī)、UPS電源和自備電源、值班機(jī)房多處生活用電設(shè)備損壞。

二.雷電風(fēng)險(xiǎn)評估

1.建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估

發(fā)射臺天線塔位于62米山上，鐵塔高24（形狀為等邊三角形邊長0.4米），建筑物為彩鋼瓦5×5×4米，鐵塔與建筑物間距4米，電源為架空線1路，1公里外引入，信號線衛(wèi)星2路，1路20米處引入，一路30米處引入。鐵塔有波導(dǎo)管1路引入，長度約30米。

（1）雷擊大地的年平均密度根據(jù)公式Ng=0.1×Td，

Td=47.4代入得Ng=4.74次/a.km²

（2）等效面積計(jì)算

總體建筑物分建筑物A和天線塔B兩部分。A為彩鋼瓦建筑物5×5×4m，天線塔橫截面為每邊長0.4米等邊三角形，高為24米。

式擴(kuò)展寬度D= [H（200-H）]^1/2 計(jì)算得：

DA=28m DB=65m

分析，建筑物總體等效面積等于B天線塔的等效面積。

公式Ae≈π（R+ DA）2×10-6

用R=0.2，DA=65m，代入得Ae=0.013km2

（3）建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)

根據(jù)公式N1=k.Ng.Ae用k=2，Ng=4.74，Ae=0.013

代入得 N1=0.123次/a

根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》該建筑物屬重要建筑物。

因?yàn)镹1≥0.05，所以列為第二類防雷建筑物。

2.建筑物電子信息系統(tǒng)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估及雷電防護(hù)等級

（1）從上述建筑物雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估可知，發(fā)射臺年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N1=0.123次/年，其年平均密度Ng=4.74次/a.km²。

（2）建筑物入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)：

N2=Ng（Ae1/+Ae2/）

電源線入戶設(shè)施的截收面積：

Ae1’=2000×L×10-6用L=1000代入得Ae1=2km²

兩根衛(wèi)星信號線入戶設(shè)施的截收面積：

Ae2’=2×2000×L×10-6用L=25代入得Ae2=0.1km²

N2=Ng（Ae1/+Ae2/）=4.74×（2+0.1）=9.954次/年。

（3）建筑物及入戶設(shè)施年預(yù)計(jì)雷擊數(shù)N=N1+N2=10.077次/年。

（4）電子信息系統(tǒng)能承受的最大年平均雷擊次數(shù)：

Nc=5.8×10-1/C

C=C1+C2+C3+C4+C5+C6=8.2

取C1=1 C2=1 C3=3 C4=1 C5=1 C6=1.2

Nc=0.071

（5）比較N和Nc

因N>Nc，應(yīng)安裝雷電防護(hù)裝置。

（6）確定雷電防護(hù)等級

防雷裝置攔截效率E=1-Nc/N=1-0.071/10.077=0.993

因?yàn)镋大于9.8，所以雷電防護(hù)等級定為A級。

三.防雷方案

1.設(shè)計(jì)規(guī)范

（1）GB50057-94（2010年版）《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

（2）GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

（3）廣電技術(shù)規(guī)范要求及現(xiàn)場查勘資料

2.現(xiàn)場情況及防雷處理

（1）接地網(wǎng)

發(fā)射臺地處石頭山頂，周邊只有簡易地網(wǎng)接地滿足不了設(shè)備的工作及防雷需要，需對接地網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充改造。

按防雷規(guī)范要求接地為綜合接地，設(shè)計(jì)要求綜合接地電阻≤4Ω。現(xiàn)有地面均為巖石，設(shè)計(jì)沿機(jī)房至油機(jī)房相關(guān)設(shè)備安裝接地網(wǎng)，接地網(wǎng)材料水平接地體為40×4熱鍍鋅扁鋼，埋深500，垂直接地體為50×5×2000熱鍍鋅角鋼+降阻模塊10塊，降阻劑1噸，接地泄流板若干，垂直接地體安裝的間距為打入深度的2倍，以上設(shè)計(jì)如仍達(dá)不到≤4Ω要求時(shí)可采用接地網(wǎng)延伸的方法，及其它輔助降阻措施來達(dá)到要求。

（2）接閃裝置

機(jī)房房體為彩鋼瓦但未接地，機(jī)房邊的天線塔有避雷針可以保護(hù)到建筑物，衛(wèi)星天線也可以被天線塔頂?shù)谋芾揍槺Ｗo(hù)到。

為了防止球形雷，機(jī)房彩鋼瓦應(yīng)按照規(guī)范要求可靠接地，架空線的支撐電桿拉線接地，每根電桿均安裝避雷短針并應(yīng)接地。

（3）接地線

現(xiàn)有設(shè)備由室外簡易地網(wǎng)引入接地線，需增加接地線。對設(shè)備機(jī)房、自備電源機(jī)房補(bǔ)充接地引入線，接地引入線材料為BV35mm²銅線。

（4）屏蔽等電位連接、安全間距

發(fā)射臺內(nèi)等電位接地不規(guī)范，各相關(guān)設(shè)備需增加接地均壓排，設(shè)備按照規(guī)范要求等電位接地，小系統(tǒng)按S型接地處理。

（5）浪涌過電壓保護(hù)器

A.電源浪涌過電壓保護(hù)器

電源浪涌過電壓保護(hù)器是此次改造的重點(diǎn)，發(fā)射臺內(nèi)設(shè)備機(jī)房、自備電源機(jī)房，按照A級防雷配置至少安裝三級浪涌過電壓保護(hù)器。

第一級電源浪涌過電壓保護(hù)器為德國菲尼克斯，型號VAL80/3+1FM，每線雷電通流量為80KA（8/20μS），UP≤1.85KV，響應(yīng)時(shí)間≤25ns。連接導(dǎo)線相線為BVR16mm2，接地線為BVR25mm2，配置3P100A空氣開關(guān)。為了防止雷電對自備電源油機(jī)ATS檢測線路的破壞，該級浪涌過電壓保護(hù)器應(yīng)安裝于線路的開關(guān)前。

第二三級電源浪涌過電壓保護(hù)器為菲尼克斯浪涌過電壓保護(hù)器組合，型號VAL230IT/3+1+VAL320/3+1+退藕電感，每線雷電通流量為40KA（8/20μS），UP≤1.2KV，響應(yīng)時(shí)間≤25nS，模塊具有損壞脫扣顯示功能，更換方便，連接導(dǎo)線相線為BVR16mm2，接地線為BVR16mm2，配置3P60A空氣開關(guān)。

設(shè)備級電源浪涌過電壓保護(hù)器利用設(shè)備現(xiàn)有配置。

為了防止油機(jī)發(fā)電時(shí)雷擊的反向引入，在油機(jī)房開關(guān)輸出端安裝一組菲尼克斯浪涌過電壓保護(hù)器型號為VAL230IT/3+1。

為了防止值班機(jī)房反向引入雷電設(shè)計(jì)在配電箱開關(guān)輸出端安裝一組菲尼克斯浪涌過電壓保護(hù)器型號為VAL320/3+1。

B.信號浪涌過電壓保護(hù)器

對衛(wèi)星接收機(jī)機(jī)房端安裝浪涌過電壓保護(hù)器。加裝1臺同軸饋線浪涌過電壓保護(hù)器d4 CN-UB-280DC，在視頻監(jiān)控機(jī)房端安裝3臺BNC接口的浪涌過電壓保護(hù)器d7 C-UFB-5DC/E。

四.結(jié)束語

本文給出了雷電風(fēng)險(xiǎn)評估相關(guān)數(shù)據(jù)和方法步驟、結(jié)合實(shí)際形成防雷技術(shù)方案，并按方案進(jìn)行了工程施工，對于高山發(fā)射臺，工程施工難點(diǎn)在于接地網(wǎng)的良好接地，施工中，對地網(wǎng)鋪設(shè)進(jìn)行延伸處理，使實(shí)際接地電阻符合設(shè)計(jì)規(guī)范。防雷系統(tǒng)安裝后，有效減少了雷擊損壞設(shè)備的頻數(shù)，同時(shí)，本文對其他類似的發(fā)射臺、傳輸站點(diǎn)或設(shè)于高山的電子信息系統(tǒng)單位具有一定的參考價(jià)值。