綜合防雷系統設計思路

文/白衛立

102臺地處高山，海拔1240米，是河南省主干廣播電視發射臺。廣播電視事業的發展和數字化、自動化程度的提高，對系統進行防雷的綜合設計越來越有必要，特別是小信號系統的綜合防雷，在廣播電視轉播臺使用的高頻頭、功分器、接收器、調制解調器、衛星接收機等設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危害較大。防雷與接地系統是否可靠，關系到廣播電視節目的安全播出[1]。綜合防雷系統主要應用于廣播電視、有線網絡、發射臺站，對相關的設備如高頻頭、功分器、接收器、調制解調器等小信號設備系統進行防雷保護顯得尤為重要。廣播電視轉播臺102臺有源設備多，地處高山，遭雷擊的機會多，雷擊給102臺的廣播電視設備造成的經濟損失是無法估計的。

為確保102臺轉播的廣播電視信號安全、優質、完整播出，減少經濟損失，充分發揮現有先進設備的作用，創造經濟及社會效益，因此，需結合102臺自身的地理位置及地形，對防雷系統進行了總體規劃設計并實施。

1.現場情況分析

隨著102臺設備的增加，臺上的防雷系統業已運行多年未做相應的調整和改造。2006年102臺連續遭遇雷擊侵害，造成因設備損壞而停播。其中衛星接收系統連續兩次被雷擊，造成前端的高頻頭損壞，同時雷擊造成微波機房和監控室多臺設備損壞，損壞設備清單如下：

（1）數字音頻分配器一臺；

（2）20寸液晶顯示器一臺；

（3）自動化設備五個串口被擊毀；

（4）數字音頻智能切換器一臺；

（5）音頻信號監測儀損壞14口；

（6）衛星信號高頻頭2個。

另外，由于供電線路事故，高壓缺相造成部分設備遭受過電壓侵害而損壞。

對地網抽測了兩個點，分別為3.2Ω和0.4Ω。

通過現場勘察，102臺在下列方面存在防雷隱患：

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

主要機房，如微波機房、監控機房、電視機房、調頻機房以及配電機房由于設備更新改造后，沒有系統地做等電位連接，會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備損壞。

室外屋頂的接閃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造成落雷不夠準確，會造成雷擊爆發在接收天線附近，而通過接收設備的傳輸電纜引入機房。

信號部分無防雷保護設備，而新增的設備大多采用集成電路，耐壓值低。

供電系統存在一定隱患，建議與供電部門協調定期檢測高壓電纜的絕緣性能。內部低壓配電系統在原有的防雷設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）爆發在機房附近的直擊雷、側擊雷的影響；（2）地電位反擊；

（3）高頻信號感應；

（4）電源系統過電壓侵害。

因此，必須在直擊雷防護、配電系統、信號系統、機房等電位連接等方面進行防護和改善。

2.防雷改造工程方案

2.1 直擊雷、側擊雷防護

2.1.1 完善原室外機房屋頂原簡易接閃裝置

在整個建筑的屋頂設置避雷帶、避雷網。

為抗御直擊雷、側擊雷和降低雷電電磁干擾，在機房屋頂設置避雷網、避雷帶和引下線。機房屋頂原有的避雷網經多年的自然損害，大部分銹蝕嚴重，需更新。

機房頂的避雷網由60cm×60cm的正方形網格構成，每隔60cm與避雷帶焊接連通。網格由40mm×4mm的熱鍍鋅扁鋼交叉焊接構成。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置一圈，距墻體高度15cm，并用熱鍍鋅圓鋼均勻設置避雷帶支撐柱，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避雷帶就近入地與地網連通。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。機房屋頂上其他金屬設施亦應分別就近與避雷網帶焊接連通。

2.1.2 增設兩支避雷針

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

2.2 機房等電位連接

為了完全能夠消除由雷電引起的毀壞性電位差，需要進行等電位地線連接。102臺微波機房和監控室、電視機房、調頻機房以及配電機房都要進行局部的等電位連接，且各機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。機房內的屏蔽網、機殼、電源、工作電路、保安、過壓保護等接地要進行統一地、與就近機房共用地網進行可靠的連接。機房內的走線架、水管、暖氣管、門窗等各種導體要與母線或地網連接。

2.3 接地網完善

采用聯合接地，變壓器地網與機房地網或與鐵塔地網之間，應每間隔3～5m相互焊接連通（至少有兩處連通），以相互組成一個周邊封閉的地網[2-3]。

102臺的地網因環境、地質情況的限制，地網分布不均勻。本次改造，擬在機房建筑物周圍增設l圈或2圈環形接地裝置。環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]，通過環形接地裝置與原地網焊接連通；并在鐵塔四角設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 配電系統防護

配電系統應分區分級設置防雷保安器，在配電室低壓側設第I級防護；在發射設備的配電柜電源進線端，微波供電設備配電柜電源進線端設第II級防護；在新增自動化電子設備的監控機房內增設第III級防護。

2.4.1 第I級防護

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能力，在變壓器低壓端選用美國強世林的TK-SE200-3Y380防雷箱1臺，配合原有電源防雷箱構成多級防護，將雷電流逐級泄放，以減小對設備的沖擊。原一級防雷箱修復后作為備用防雷箱。

JOSLYN產品具有新穎、可靠的模塊設計，多種抑制浪涌技術及熱保護技術，采用全模式保護，又是唯一帶自動防故障裝置、唯一帶有后備保護能力的浪涌防護器[7]。它的使用能夠讓電源系統在零故障下運作，可以有效地避免因浪涌而造成的斷電停工現象，固體發射機的電子元器件不易老化，延長發射機的使用壽命。

2.4.2 第II級防護

在原有的電源防雷系統的基礎上，對新增設備未設二級防護的調頻機房其中一路設備增加一套二級防雷模塊，這里我們選用德國DEHNventil TT多相復合電涌保護器。

DEHNventil TT多相復合電涌保護器是電源多相一體化復合電涌保護器，用于將電源線接入防雷等電位系統中，安裝于調頻機房配電柜380V進線端，防止低壓設備受到浪涌和直接雷擊的破壞[8]。

特點：

（1）節省空間設計，密封式火花間隙，動作時不噴出氣體火花；

（2）采用限定后續電流的RADAX-Flow專利技術；

（3）低電壓保護等級；

（4）配有完整的接線，適用于一般的網絡配置；

（5）雙接線端，以及多功能端口可接導線和匯流排；

（6）可通過DEHNsignal遙信模塊實現遠程監察；

（7）配有工作狀態指示燈。

2.4.3 第III 級防護

由于監控室微電子設備較多，設備自身耐壓性能差，在DEHNguard T與DEHNguard T…FM的基礎上，增加了電源三級保護模塊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器[9]。

特點：

（1）使用時，應配合第II級電涌保護器；

（2）泄放高壓電流；

（3）對于熱敏元件控制的雙重熱脫等裝置，應進行可靠的保護；

（4）響應快速；

（5）當發生故障時，設備窗口將由綠色變為紅色。

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

MS103防雷插座提供三個標準插孔，可同時連接三臺需保護的設備，適合于工作電壓為單相220V的總功率最大為2400W的電子設備防雷保護，最大放電電流可為10KA，殘壓＜1KV。

2.5 信號防護

2.5.1 微波接收和衛星接收設備

與機房的設備連接的饋線加裝DEHNgate FF TV同軸電纜保護器或DEHNgate G BNC或DEHNgate GN天饋線保護器。數量和型號待最終核實后確定。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層，在進入機房時的入口處就近接地。天饋線經走線架上塔時，應在其轉彎處的上方0.5～l米之間進行良好的接地；在機房入口處和地網之間就近進行引地線鏈接[10]。

DEHNgate FF TV是75Ω同軸系統首選的電涌保護器，可在DIN導軌上進行安裝，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星和電視系統，尤其是對多頻道系統的應用更加適合。接地通過DIN尋軌或地線夾。

DEHNgate G BNC或DEHNgate GN電涌保護器用于保護微波基站的同軸天饋系統。

2.5.2 自動化設備的信號防護

由于自動化設備直接在發射設備上采樣，有雷擊侵入的可能，所以考慮在設備的網口和串口增加防雷保護器。這里，網口選用愛勞的DLP-IV-RJ45型防雷保護器，DLPIV-RJ45防雷保護器用于保護交換機、集線器、網絡等自動化設備，其內部具有三級保護功能， 集高壓泄放、限流與箝位等功能于一體，是一種理想的網絡保護裝置[11]。

2.6 合理布線

經現場勘察，由于不同時期設備更新或增加，臺內線路分布較為復雜。信號電纜種類多，有屏蔽也有非屏蔽的，都要按防雷標準做妥善處理。電源線和信號線要保持一定的間距，防雷標準中對電力電纜和信號電纜的最小間距的規定如下：當380電力電纜＜2KVA，雙方都在接地的線槽中，且平行長度≤10米時，最小間距可以是10mm。

串口選用DLP-I-RS232型防雷保護器

采用金屬線槽分離不同類型的線纜，合理設置間距，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.防雷系統的維護和管理

3.1 防雷系統的維護

防雷系統的維護分為日常性維護與周期性維護。應對102臺防雷系統進行日常性維護與周期性維護。日常性維護應在雷電活動強烈的地區，每次雷擊之后進行目測，周期性維護的周期為1年。

根據102臺實際工作情況，檢查外部防雷裝置的電氣絕緣性，如發現有銹蝕、松動、脫焊等情況，則應當對電氣進行連續性檢測。

根據102臺防雷帶、網、引下線以及機械損傷情況，雷擊放電造成的損傷情況，如有損傷應及時更換。

應檢查102臺的接地裝置的接地電阻，如果測試值比規定值大，則應采取相應措施對其進行整改。

對內部防雷裝置及等電位連接電氣連續性的進行檢查，如果連接處發生松動、斷路，應及時修復。

對各類SPD運行的情況進行檢查，如發現異常應及時排除。

有劣化指示和報警功能的防雷保安器實行故障維修，在條件允許的情況下應在每年的雷雨季節前進行1次檢測。

3.2 防雷系統的管理

由102臺相關責任科室負責防雷事宜，進行責任管理。

建立管理制度，對防雷裝置的隱蔽工程圖紙、年檢測試記錄、設計安裝等，均應及時歸檔。

對每次發生雷擊事件，對設備的損壞情況應及時總結事故原因和整改措施，并及時寫出整改意見。

結語

102臺的綜合防雷系統經過總體規劃設計并實施之后，將確保102臺轉播的廣播電視信號安全、優質、完整播出，減少經濟損失，充分發揮現有先進設備的作用，創造經濟及社會效益。

[1]王紅葉.廣電設施防雷問題探討[J].廣播電視信息，2013.

[2]張憲.微波站的防雷[J].機電信息，2003.

[3]楊志宏.農村有線電視機房的防雷措施[J].中國有線電視，2007.

[4] YD 2011－93.中華人民共和國通信行業標準 微波站防雷與接地設計規范[S].北京：郵電部基建司，1994.

[5] GB50057-95. 中華人民共和國國家標準 建筑物防雷設計規范 [S]. 中國中元國際工程公司.2000.

[6]微波站防雷規范.

[7]顏儒芬.雷電浪涌防護及浪涌防護器[J].電源世界，2002.

[8]DEHNventil TT多相復合電涌保護器技術說明書.

[9]DEHNguard T275技術說明書.

[10]DEHNgate FF TV同軸電纜保護器、DEHNgate G BNC或DEHNgate GN天饋線保護器技術說明書.

[11]DLP-IV-RJ45防雷保護器技術說明書.