遙控臺防雷設計方案

宮翠鳳 宮新春

摘要 主要介紹了威海市遙控臺系統防直擊雷、雷電感應、雷電波入侵的保護方案，在實際運用中具有較強的可操作性，對以后此類工程的雷電防護系統的設計具有一定的參考價值。

關鍵詞 遙控臺;雷電防護;設計方案

中圖分類號：V351.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2021）01–0025–02

雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。目前通信設備越來越多，規模越來越大，防雷、過壓防護已成為具有時代特點的一項迫切要求。隨著設備的高度集成化和通信網絡的發展，一方面系統設備耐過電流、耐過電壓的水平反而降低;另一方面由于信號來源路徑增多，系統較以前更容易遭受雷電波的侵入，致使雷電災害頻頻發生。

威海市遙控臺有很多大型的通信設備，大多數采取大規模集成電路、計算機化處理，對雷電電磁波特別敏感。因此，對其雷電防護的技術要求非常高，在做方案時應以經濟合理、技術先進、安全可靠、綜合防護、層層設防的原則進行。

1 雷電災害

1.1 雷電的基本特征和對弱電設備的危害

雷云對大地之間的放電破壞性和危險性最大，雷云對地之間的電位差可達幾十萬伏，主放電的最大電流即幅值在幾微妙內可達幾十至幾百千安。雷電危害的方式：直擊雷、電磁感應、靜電感應和雷電波入侵。

由于直擊雷的電效應，有可能使機房微電子設備遭受浪涌過電壓的危害。感應雷擊對微電子設備，特別是通訊設備和電子通信網絡系統的危害最大，據資料顯示，微電子設備遭雷擊損壞，80%以上是由感應雷引起的，當電流在導體上流動時，會產生磁場儲存能量，電流越大，導線越長，儲能越多，所以當負載（特別是電感性大負載）電器設備開關時，會產生瞬時過電壓，操作過電壓同感應雷擊一樣，可以間接損壞微電子設備。

1.2 遙控臺防雷存在的主要困難

（1）遙控臺所處區域雷電活動較頻繁，雷擊概率高;

（2）遙控臺設備對雷電電磁波極度敏感。

2 直擊雷的防護

2.1 直擊雷的危害

當直擊雷擊中機房的建筑物時會有很強的雷電流（平均60 kA左右），對于沒有做好直擊雷防備設施的建筑物，由于電壓降分布不均勻會造成局部高電位反擊，損壞設備，甚至傷害工作人員。由于強大的直擊雷電流會使機房的地電位升高到幾萬伏甚至幾十萬伏，并且通過電力系統和信號電纜的接地點反饋到其它地方，同時殃及接在電網和通信網絡上的通信設備，這種雷擊是對通信設施破壞最嚴重的一種。

甚高頻遙控臺的收發天線一般都處于建筑物頂部并高于周圍建筑，做好對直擊雷的防護和獨立接地引下線工程是防雷系統工程中的重要一環。

2.2 直擊雷的防護措施

用傳統避雷針防范直擊雷的避雷方式出現得最早，在使用中積累了大量統計資料，有較豐富的使用經驗，又有多年的實驗室模擬研究。

由于傳統避雷針在尖端放電時，會產生電感效應（二次雷擊）及強烈的電磁波輻射，并且由于電感藕合會在附近金屬物體上產生過電壓，過電流，從而破壞設備，即二次雷擊效應和地電位反擊。為了克服傳統避雷針的這一弊端，我們采用法國Satelit+ESE提前放電避雷針。

2.3 威海遙控臺的直擊雷防護

甚高頻遙控臺屬于精密電子設備集中場站且為民航管制通信的重要保障，應劃分為Ⅰ類防護場所，用“滾球法”計算接閃器的保護范圍。

2.3.1 評估保護級數 工地視察后，按NFC17102標準附錄內的各項風險指標和現場記錄數據，通過代理商提供的相關計算軟件，計算出保護級數為一級，并查出對應滾球半徑D=20 m。

2.3.2 避雷針的選擇與安裝 威海遙控臺保護發天線的避雷針設計高5 m（獨立安裝，保護半徑約42 m）、保護收天線的避雷針設計高5 m（獨立安裝，保護半徑約42 m），此處安裝避雷針目的在于：保護遙控臺收發天線，保護收發天線下方的遙控臺（航管樓）建筑。

Rp²=h（2D-h）+ΔL（2D+ΔL）

Rp—與針尖垂直距離h的平面上的保護半徑;

h—被保護物體至PREVECTRON避雷針尖的垂直距離;

D—滾球半徑;

ΔL（m）=106×ΔT（μs）;

ΔL—提前放電距離;

ΔT—提前放電時間;

由此計算出符合保護半徑（Rp）之避雷針型號為ESE2500[1]。

避雷針必須與建筑物外墻結構柱子主鋼筋可靠電氣連接，連接導體應使用4 mm×40 mm熱鍍鋅角鋼或Φ12熱鍍鋅圓鋼，另外還須考慮設置專用的接地引下線。當甚高頻天線基座的平臺高度較低時，可在地面（樓面）架設獨立避雷針或架空避雷線接閃。位于高山的甚高頻站宜根據環境情況設置水平狀接閃器防止自上而下的雷擊。

3 感應雷防護

由于通信網絡對高壓沖擊的韌性很弱，所以除了采用防直擊雷措施外，還要考慮雷擊時感應雷沿電力線路、通訊線路入侵通信網的危害，甚至直擊雷放電入地時，地電位升高有可能沿地線干擾供電三相電網、電壓，同時在放電極附近產生感應磁場，影響通信設備工作。

3.1 雷電侵入室內設備的3種途徑

（1）直擊雷直接擊中金屬導線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內;

（2）來自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應，它們在各種電線中感應產生幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導線傳播而引入室內;

（3）由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網入地時，在地網上會產生數十kV至數百kV的高電位，這高電位通過電力系統的零線、保護接地線和通訊系統的地線，也是以波的形式傳入室內，并沿著導線傳播到遠處，殃及更大的范圍。

3.2 威海遙控臺感應雷防護的配置

3.2.1 電源系統的防護 遙控臺的供電方式，除市電采用雙回路或兩路供電外，通常還備有UPS不間斷電源。為了防止雷電過電壓波沿市電輸電路侵入室內，現在給機場的供電一般都采用埋地電纜引入，并在航管樓的總配電房以數個回路并聯在配電母線上，這樣做，可使其波阻抗與輸電線路的波阻抗相比時盡可能地低，以便將雷電過電壓波反射出去，而不損壞室內各設備的電

源[2-3]。

威海遙控臺電源系統（TN-S制）實行二級防雷防過壓保護，器件選用德國DEHN系列產品闡述如下：

（1）第一級保護器選用高能量避雷器（B級）：德國DEHNport/3+1二套分別安裝于低壓配電柜輸出端及轉換開關輸入端，能夠有效瀉放大部分雷電流。

參數：雷電通流量100 KA;

殘壓≤4 KV;

響應時間≤25 ns;

工作溫度：-40℃～+85℃;

最大持續工作電壓：440 V。

（2）第二級保護器為防雷防過壓組合保護器（C），選用DEHN guard TT 230/385二套安裝于UPS出線端，能有效控制落在終端設備上的殘留電壓以達到有效保護。

參數：雷電通流量40 KA;

殘壓≤1.5 KV;

響應時間≤25 ns;

工作溫度：-40 ℃～+85 ℃;

最大持續工作電壓：385 V。

3.2.2 信號系統的防護 （1）根據《移動通信基站防雷與接地設計規范》，信號電纜應由地下進出通訊站點，電纜內芯線在進站處應加裝相應的信號避雷器，避雷器和電纜內的空線對均應做保護接地。站區內嚴禁布放架空纜線。對于地處年雷暴日大于20 d，大地電阻率大于100 Ω·m地區的新建信號電纜，宜采用有金屬外護套的電纜（金屬外護套兩頭接地），亦可采用光纜，以防雷擊。

（2）對威海遙控臺收、發機房間配有科隆接線端子的雙絞線，由于威海為收發共用機房，可不作收發信號通信線路防護考慮。

（3）對與ATM網連接的Modem設備，采用DEHN信號避雷器Dehn Blitzduct，安裝于Modem設備的端口。

參數指標：容通電流20KA（每線）;

帶寬1.6～10 MHz，串聯電阻/線2.2Ω;

工作電壓：5～110 V;

響應時間：<1 ns。

（4）對于機房監控終端設備，采用DEHN信號避雷器Dehn UGKF RJ45，安裝于采集器設備的端口。

參數指標：容通電流400 A（每線）;

帶寬165 MHz，傳輸速率可達155 MHz;

工作電壓：5～110 V;

響應時間：<1 ns。

3.3 甚高頻接收（發射）設備的防護

甚高頻饋線穿越LPZ0B—LPZ1區，極易將雷電流引入后端設備，而其后端的發射（接收）設備的耐過流過壓能力又極其脆弱，除了上文提到采用具有金屬外護套的鎧裝線纜并將護套兩端可靠接地外，還應該選用參數匹配的饋線避雷器，采用DEHNgate AG N對甚高頻收發饋線作相應防護。

參數指標：容通電流30 KA;

頻率范圍：DC～2.5 MHz;

最大輸出功率：150 W;

插入損耗：<0.2 dB;

特性阻抗：50 Ω;

電壓保護級別：<870 V。

4 遙控臺通信主機房防護措施

4.1 等電位連接與接地

等電位連接是內部防雷措施的一

（下轉第頁）

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部分，其目的在于減少雷電流所引起的電位差。等電位，是用連接導線或過電壓（電涌）保護器，將處在需要防雷空間內的防雷裝置和建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來導線、電氣裝置、電信裝置的外殼等連接起來，形成一個等電位連接網絡，以實現均壓等電位，防止需要防雷空間內的火災、爆炸、生命危險和設備損壞。遙控臺主機房和控制室內PE線、直流地、屏蔽地、防靜電地和SPD接地均應與建筑物主鋼筋連接的等電位連接帶可靠電氣連接。

利用遙控臺建筑物的基礎鋼筋網作為自然接地體，威海遙控臺所在土壤電阻率大于1 000 Ω·m，宜在建筑物外埋設環形人工輔助接地網，該環形水平接地宜在散水坡以外，并在不同方向用四根以上

4 mm×40 mm的鍍鋅扁鋼或Φ12鍍鋅圓鋼與建筑物基礎鋼筋網焊接，此時共用接地系統的接地電阻值可適當放寬。

4.2 屏蔽措施

利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在通信等設備上的電磁干擾或過電壓能量。

4.2.1 屏蔽管線的接地 入戶線采用地下電纜入戶，其電纜金屬護層，在前后兩端做良好接地。測量結果表明，電線（纜）屏蔽層一端接地時可將高頻干擾電壓降低一個數量級，兩端接地時可降低兩個數量級。

4.2.2 使用金屬絲編制網屏蔽電纜 因其重量輕，使用方便而被廣泛應用，但是在電磁波頻率較高時，其波長接近編織層網孔尺寸，波的透入增加，因此，最好再穿一層金屬管。

4.3 防閃絡措施

在外部沖擊電源的情況下，雷電引下線中的電流往往較大。因此，遙控臺應盡可能避免將電纜布線設在建筑物四周。為防止閃絡，一般采用等電位連接或隔離距離的方法。威海遙控臺中裝有防雷裝置，防雷裝置與其它設施無法隔離，采用等電位連接。

5 運行與維護

每年雷雨季節前應對接地系統進行檢查和維護，接地網的接地電阻宜每年進行一次測量。每年雷雨季節前應利用元件老化測試儀對運行中的避雷器進行一次檢測，雷雨季節中要加強外觀巡視，發現電源避雷器出現問題須及時處理。

經過三年多的運行證明，威海遙控臺防雷措施既完整又經濟，避雷器參數選擇正確，布置合理，能很好地保護線路，防止雷擊。

參考文獻

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[2] GB50343-2012.建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] GB50174-2008.電子信息系統機房設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[4] GB/T9361-2011.計算機場地安全要求[S].北京：中國標準出版社，2012.

[5] GB/T2887-2011.計算機場地通用規范[S].北京：中國標準出版社，2011.

責任編輯：黃艷飛

Design Scheme of Lightn-ing Protection for Remote Control Station

GONG Cui-feng et al （Weihai Mete-orological Bureau of Sandong Province， Weihai， Shandong 264200）

Abstract The article describes the lightning directly stroke prevention the Weihai remote system， lightning induction， the lightning wave intrusion protection program， has strong operability in the practical application of such works after the lightning protection system design has a certain referencevalue.

Key words Remote station; Lightning protection; Design