淺談S-VISSR/HRIT數據單收站通信設施雷電防護措施

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數據單收站通信設施雷電防護措施

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星S-VISSR/HRIT數據單收站系統，由天線、高頻分機、接收機、數據攝入器（PCI進機卡）、計算機（前、后端）、接收及應用產品處理軟件系統組成。雷電過電壓容易對這些設備內大規模集成電路和精密元器件造成損壞。因此對這些設備防雷設施的把關顯得尤為重要，本文對靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統的防雷設施做深入探討，將雷電對設備的影響減到最小。

關鍵詞：通信設施;防雷措施;降低危害;光電隔離

1　引言

雷電是一種發生在大氣層中常見的大氣物理現象，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，隨著電子設備、通訊技術的迅猛發展和廣泛應用，雷電靜電感應和雷擊電磁脈沖等瞬間過電壓已成為電子設備在雷擊發生過程中造成損毀的主因。因此，預防間接雷擊對電子設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。氣象觀測資料統計結果表明，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。按照靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統設計規范，將前端接收天線和放置后端設備的業務辦公樓都安裝接閃針、接閃網或接閃帶，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施的天線上產生感應電荷或雷電感應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入大地就會產生高電位而引起過電壓，致使通信設施無法承受強電流的侵入而損壞，甚至會危及操作人員的人身安全，這也就是感應雷擊。

2　S-VISSR/HRIT數據單收站系統簡述和現有防雷工程概況

靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統是北京華云科技有限公司開發研制的實時接收靜止氣象衛星資料接收處理系統。用于接收中國風云系列任意一顆靜止氣象衛星，靜止氣象衛星利用站可完成靜止氣象衛星資料的接收處理、圖象顯示、產品生成及網絡分發功能，使之用于氣象預報、災害性天氣監測，并為相關的決策支持服務、公眾服務、科學研究工作提供支持，隨著先進通信設備在靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統通信網的大規模應用，對現代通信網絡安全防護體系已由單一轉變為多級，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。氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統多級防護主要是防直擊雷、防感應雷電、防地電位反擊引起的過電壓過電流的防護，應根據數字程控、光電傳輸、交直流電源等所有微電子設備的不同功能、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，從電源線到數據通信線路都應該做到多級保護，力爭將其產生的危害降低到最低點。

眾所周知，防雷裝置有外部、內部防雷裝置之分，靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統前端接收天線和業務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生畸變，先驅放電容易在接閃針（接閃線）頂部發生電荷中和，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避雷塔來進行疏導，我國衛星發射場一般采用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速度差、保護的范圍小以及導通量小等不足，靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統的通訊線纜均采用低損耗同軸線纜，從而導致通訊線纜遭受感應雷擊，損壞通訊設備。而該系統內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　靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統通信設施內部防雷改進措施

靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統在業務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、雷電電磁脈沖、球形閃電對機房室內設備的影響，對靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統通信設備利用光纖不易遭受感應雷的影響，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，將放大器后端與業務辦公樓內的后端設備的同軸通訊線纜，改為在天線系統后端增加一個光轉器，將電信號轉為光信號,利用光纖傳至業務辦公樓內的后端設備，同樣增加光轉器，再轉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，即在設備輸出輸入端加裝光纖轉換設備，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電源系統的損害加以防范。首先應用電涌保護器（SPD）對室內防雷進行分級保護，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備前端加裝電涌保護器作為二級防護，另外所有用電設備使用防雷插排供電來作為三級保護。目的是用分流（限流）技術將雷電過電壓（脈沖）能量分流疏導至大地，從而達到保護的目的。在選用電涌保護器對各設備進行雷電防護時，應選擇質量可靠、符合規范的產品。

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

(4)機房內加裝防靜電地板，機房靜電不僅會使計算機運行時出現故障、誤動作或運算錯誤，而且還可能會導致某些元器件，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備也有明顯的影響。帶陰極射線管的顯示設備，當受到靜電干擾時，會引起圖像紊亂，模糊不清。因此，應做好防靜電地板，防止靜電引起設備故障。

4　小結

通信設備雷電防護是復雜和重要的工程，雷電防護工程的質量直接關系到通信設備的穩定和人身的安全。根據國家行業有關設計規范，可以明確以下幾點：

(1)無論是靜止氣象衛星S-VISSR/HRIT數據單收站系統的業務辦公樓、天線基座，還是通信設施，按規范建立在聯合接地系統、均壓等電位分區保護的基礎上，采用多級防護的原則。

(2)防雷裝置的接地電阻應符合《建筑物防雷接地規范》與通信行業防雷接地標準。根據各通信機房、基站等所處的環境，應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，對檢測結果不合格應及時更換避雷器。

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，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