浅谈广播电视高山微波站防雷系统设计

王 星

(山西省广播电视无线管理中心，山西太原030001)

高山微波站一般都处在海拔一千多米的山峰上，由于山高树木少，极易造成雷击的目标。山上土少石头多，接地电阻很难降得很低，有的站达20 Ω～30 Ω，使雷电流的泄放造成很大困难。也有的站地线没有形成一个环形封闭网，难以做到电位均衡。因此各高山微波站均不同程度地遭受过雷击。

为保证广播电视微波电路传输安全，减少雷击对设备的损坏，应采用以下切实可行的防雷措施。

1 避雷针防雷

1752年富兰克林发明了世界上第一根避雷针，当时认为避雷针在雷雨云的感应下，产生尖端放电，能中和雷雨云中所带的电荷，从而避免雷击。但不足的是，避雷针在雷暴期间放电电流太小了，它的作用是把闪电引向自身，并沿着它流入大地。而避雷针所产生的副作用二次感应雷击效应，即感应过电压和反击过电压，避雷针本身无法解决。

避雷与接地装置可将绝大部分直击雷电流直接引入地下基础接地装置泄散，是防止直击雷破坏的主要手段。避雷与接地装置主要由避雷针(避雷网、避雷线和避雷带等接闪器)、引下线、接地体等构成。对通信设施而言，天(馈)线系统和机房建筑物易遭受直击雷的袭击，通过合理设计、安装避雷与接地装置可以起到有效的保护作用。

安装避雷针或接地装置应该注意以下几点:(1)避雷针应当高于天线尖端数米，间隔＞1.5个波长，防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果;(2)避雷地线的直流通路电阻要足够低，电感尽量小;(3)接地引入线长度应不大于30 m，其材料应采用热镀锌扁钢或铜排，截面积应不小于40 mm×4 mm;(4)为了增大地表层的过电压的泄放面积，可采用埋设有一定间隔的多根接地体，且相互焊接。

2 接地电阻的降低

在传统的接地工程中，通常使用扁铁、铜棒等作接地材料，山区沙石或高阻土壤使用时，需加入食盐、木炭等，后发展为化学降阻剂以及非金属接地模块，均使接地电阻有所降低。

(1)化学降阻剂是普遍使用的一种接地材料，接地电阻降低效果比较显著。因化学降阻剂中，主要合成高分子材料占5% ～8%，电解质物质占8% ～9%，水成份占80%左右，所以它的粘度较低，凝固前渗透性极强，在灌到接地体坑内，几分钟就可以通过沙石缝向土壤深层渗透。凝固后，它紧紧包裹在接地体周围，并与土壤紧密连接，形成一个较大的导电体，且导电体在大地中出现树枝状的延伸体，产生树枝效应，这样就可以大大降低接地电极与土壤表面的接触电阻，起到降阻的功效。但化学降阻剂具有时效性，数年失效后需要重新添加一定量的化学降阻剂，增加了日后的运行维护费用，且具有较强的污染扩散能力，不符合国家环保相关政策。

(2)非金属接地模块为2004年后出现的新型非金属接地材料，其基本构成为石墨、吸水剂、保水剂、凝固剂、环保离子等材料组合而成。具有较强的保湿性，吸湿性，充分发挥了接地体中电解质的导电作用，增大了接地体和土壤的接触面积，从而增大了接地体本身的散流面积，减少了接地体和土壤的接触电阻。接地模块自身呈弱碱性，且含有防腐剂可使其理论寿命大于30年，远远大于镀锌钢材的使用年限!较化学降阻剂最突出的优点是接地效果好，使用年限长、环保!

3 等电位连接

国家标准《建筑物防雷设计规范》GB/50057-94(局部修订条文)明确规定:各防雷区交接处，必须进行等电位联结。进入建筑物的所有金属导体、管道、电缆的外屏蔽层，应在LPZ0区与LPZ1区交界处或在LPZ1区与LPZ2区交界处作等电位连接与接地，不能直接连接时，应通过等电位连接体进行连接。配置有通信设备的机房内应设等电位连接端子板，端子板应可靠接地。机房内的电气和电子设备的金属外壳(包括机柜和机架)、屏蔽线外层以及各种SPD接地端均应以最短的距离就近与等电位连接端子板连接。

4 联合共用接地

一个完整的接地系统包含建筑物地网、铁塔地、电源地、逻辑地、防雷地等。接地网是把需要接地的各系统，统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下或者地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网，即共用接地。共用接地的接地电阻应以接入设备中最小值确定，一般不宜大于4 Ω。某些通信设备要求交直流工作地、安全保护地、防雷地必须独立时，根据国家JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》有关规定，地网间距离必须大于20 m。如果相互之间距离达不到规范的要求，则容易出现地电位反击事故。因此，各接地系统之间的距离达不到规范要求时，应尽可能使它们连接在一起，保证各类接地点的基准电位是惟一值。

5 安装避雷器

避雷器有高压和低压避雷器之分，在高压变压器后端我们一般用到的是低压配电系统中的避雷器，又称“电涌保护器(surge protective device SPD)”，能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘;电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。

5.1 避雷器(SPD)的分类

(1)电源保护器:交流电源保护器、直流电源保护器、开关电源保护器等。交流电源电涌保护器适用于配电室、配电柜、开关柜、交直流配电屏等系统的电源保护;直流电源电涌保护器适用于各种直流电源系统，如直流配电屏、直流供电设备、直流配电箱、电子信息系统柜。

(2)信号保护器:低频信号保护器、高频信号保护器、天馈保护器等。网络信号电涌保护器适用于10/100 Mbps SWITCH、HUB、ROUTER等网络设备的雷击和雷电电磁脉冲造成的感应过电压保护。

(3)视频信号电涌保护器:可保护各种视频传输设备免受来自信号传输线的感应雷击和电涌电压带来的危害，对相同工作电压下的RF传输同样适用;集成式多口视频防雷箱主要应用于综合控制柜内硬盘录像机、视频切割器等控制设备的集中防护。

5.2 信号避雷器的安装、接线

避雷器串联在被保护设备与信号通道之间;避雷器的输入端(IN)与信号通道相连，输出端(OUT)与被保护设备相连并紧靠被保护设备安装，不能接反;把避雷器的接地线与防雷系统接地排可靠连接，接线越短越好，最长不能超过1 m。

5.3 避雷器使用、维护

本产品无需特别维护。但应定期对避雷器进行检查，特别是在雷雨季节前及整个雷雨期。现在的避雷器上一般都有一个小窗口，用不同颜色来显示其工作状态:绿色表示正常，红色即表示损坏;当系统工作出现故障怀疑避雷器时，可拆除避雷器后再检查，若还原到使用前的状态后系统恢复正常，则说明避雷器已经损坏，必须立即更换。

此外，为进一步减小雷击损害，变压器室到机房的低压电线路应尽量避免架空而采用金属铠装电缆直接埋地，非金属铠装电缆穿金属套管埋地，且把金属套管可靠接地;铠装电缆入室后，金属外皮与接地网相连。馈线在塔顶与天线连接处接地，进机房前与地网就近接地，进入机房后，与设备连接处接地，馈线与设备接口处加装防雷器，天线铁塔和机房之前装设支撑电缆的金属过桥或悬挂电缆的钢绞线时，过桥和钢绞线在电气上与铁塔连通，在电缆进入机房外侧时，将过桥和钢铰线、电缆外护层连在一起，并通过最短路径与接地网相连，所有接地点应形成封闭环路;另外，为保证防雷设施工作正常，应在每年雷雨季节前后或春、秋检修时定期检测接地阻值和防雷器，确保完好。遇有雷暴天气应及时切断外电改用油机或电瓶供电;尽量关闭不用的电器等。

［1］国家标准.建筑物防雷接地规范，GB50057-94(2000年版)［S］.北京:中国计划出版社，2001.

［2］易秀成，肖稳安.电涌保护器(SPD)选型设计探讨［J］.建筑电气，2007(8):32 －36.

［3］朱林根.21世纪建筑电气设计手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［4］建设部标准定额研究所.GB50343－2004，建筑物电子信息系统防雷技术规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004.6.

［5］中华人民共和国信息产业部.YD 5078－98通信工程电源系统防雷技术规定［S］.北京:北京邮电大学出版社，1999.2.

［6］机械工业部.YD 2011－93微波站防雷与接地设计规范［S］.1994.6.1.

［7］中华人民共和国信息产业部通信行业标准.通信局(站)低压配电系统用电涌保护器测试方法(YD/T1235.2 2002)［S］.2002.11.8.