衛星接收天線雷擊事故分析與改進

顧桂萍

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衛星接收天線雷擊事故分析與改進

顧桂萍

摘 要：雷電危害是自然災害之一，無法避免，而南方雨季頻繁，雷電事故對衛星接收天線及設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星接收天線雷擊事故原因，并提出改進措施，供大家學習交流。

關鍵詞：衛星接收天線；雷擊；雷電；防雷措施

衛星接收天線往往架設在開闊空曠且位置較高的場地，很容易遭受雷擊，加上衛星接收系統中的衛星接收天線、高頻頭、中頻電纜、功分器等均屬于精密設備，雷電對電源線、信號線等部位形成的瞬間過壓，造成設備嚴重損壞事故頻頻發生，特別是衛星、通信、室外天饋線設備的系統更是雷電的重災區，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象，產生于積雨中。積雨在形成過程中，某些云團帶正電荷，某些云團帶負電荷，這些電荷對大地產生靜電感應，使地面或建筑物表面產生異性電荷，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生了雷電。

1.2 雷電的危害

1.2.1 電效應的破壞

當雷云對地面放電時，能產生高達數萬伏甚至十萬伏的沖擊電壓，它可能毀壞發電機、變壓器等設備，造成大規模停電，還可能引起短路，導致可燃物著火、爆炸等。

1.2.2 熱效應的破壞

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

1.2.3 電磁感應危害

當雷云層相互之間或雷云與大地之間放電時，在放電點的周圍產生電磁感應、靜電感應，使從室外進入室內的電源線、信號線、天饋線等感應雷電高電壓并通過這些線路、金屬管道等引入室內造成放電，使電氣設備絕緣擊穿，造成設備損壞、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生瞬間放電的現象。很多單位或地方為了便于接收衛星信號，一般都會把衛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

衛星接收天線系統的有源設備都需要電源線路供電，一旦電源線路遭雷擊，由雷擊產生的大電流就會沿著電源線路進入，損壞衛星接收機或其他設備。

2.3 地電位反擊

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

3 衛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，衛星接收天線遭受雷擊，導致高頻頭、衛星接收機、功分器等設備嚴重受損，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），經接地電阻迅速地把雷電流泄放到大地。對于衛星天線，根據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，且避雷針的架設與受保護的天線之間的距離應大于5 m，因為避雷針及引下線受雷擊感應時能擊穿2～3 m厚的空氣，所以衛星天線的架設要求必須滿足“5m＜衛星天線與避雷針的距離＜30 m”，而實際2023臺避雷針到衛星天線不足5m，實際距離如圖1所示。

根據圖1可知2023臺衛星天線的接地是先與避雷塔接地串聯，再接至機房接地網上，實際測量接地電阻大約為1.5Ω。如直擊雷擊中避雷針，由雷擊產生的電流一般為30～300kA，當30kA的雷電通過避雷針時，經接地線接地電阻上產生的電壓為1.5×30 000=45kV，致使與之相連設備（即衛星天線）的金屬外殼保護接地端也為45kV。而一些微電子設備內部電路的直流接地電壓基本為0V，內外電位差為45kV，必然損壞與此直接相連的電子設備（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2023臺實際情況和設備的故障點，分析出造成此次事故發主要原因分別為：①地電位反擊造成高頻頭損壞；②雷擊產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，從而導致通訊模塊等設備受沖擊而損壞。

3.2 改進措施

圖1　避雷針與衛星天線的距離

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

第二，將衛星接收天線的接地與避雷針接地分開，各自設有集中接地裝置，衛星天線接地并聯至接地裝置。

第三，在第一中頻電纜與功放器間加裝75Ω避雷器。

第四，在衛星接收系統設備總配電箱加裝電涌保護器。

第五，高壓變壓器輸出端到衛星接收系統設備總配電箱電纜內芯線兩端對地加裝避雷器。

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

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 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、各系統，防雷系統的好壞關乎電臺節目傳輸設備和人身的安全。吸取慘痛教訓之后讓人們對防雷系統有了更深的認識，只要對雷電系統做到“整體防御、多重保護、整改落實”就能杜絕事故發生，避免不必要的損失。

參考文獻：

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

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

作者單位：（國家新聞出版廣電總局2023臺）