遥控台防雷设计方案

宫翠凤 宫新春

摘要 主要介绍了威海市遙控台系统防直击雷、雷电感应、雷电波入侵的保护方案，在实际运用中具有较强的可操作性，对以后此类工程的雷电防护系统的设计具有一定的参考价值。

关键词 遥控台;雷电防护;设计方案

中图分类号：V351.3 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2021）01–0025–02

雷击是年复一年的严重自然灾害之一。目前通信设备越来越多，规模越来越大，防雷、过压防护已成为具有时代特点的一项迫切要求。随着设备的高度集成化和通信网络的发展，一方面系统设备耐过电流、耐过电压的水平反而降低;另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频频发生。

威海市遥控台有很多大型的通信设备，大多数采取大规模集成电路、计算机化处理，对雷电电磁波特别敏感。因此，对其雷电防护的技术要求非常高，在做方案时应以经济合理、技术先进、安全可靠、综合防护、层层设防的原则进行。

1 雷电灾害

1.1 雷电的基本特征和对弱电设备的危害

雷云对大地之间的放电破坏性和危险性最大，雷云对地之间的电位差可达几十万伏，主放电的最大电流即幅值在几微妙内可达几十至几百千安。雷电危害的方式：直击雷、电磁感应、静电感应和雷电波入侵。

由于直击雷的电效应，有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害。感应雷击对微电子设备，特别是通讯设备和电子通信网络系统的危害最大，据资料显示，微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷引起的，当电流在导体上流动时，会产生磁场储存能量，电流越大，导线越长，储能越多，所以当负载（特别是电感性大负载）电器设备开关时，会产生瞬时过电压，操作过电压同感应雷击一样，可以间接损坏微电子设备。

1.2 遥控台防雷存在的主要困难

（1）遥控台所处区域雷电活动较频繁，雷击概率高;

（2）遥控台设备对雷电电磁波极度敏感。

2 直击雷的防护

2.1 直击雷的危害

当直击雷击中机房的建筑物时会有很强的雷电流（平均60 kA左右），对于没有做好直击雷防备设施的建筑物，由于电压降分布不均匀会造成局部高电位反击，损坏设备，甚至伤害工作人员。由于强大的直击雷电流会使机房的地电位升高到几万伏甚至几十万伏，并且通过电力系统和信号电缆的接地点反馈到其它地方，同时殃及接在电网和通信网络上的通信设备，这种雷击是对通信设施破坏最严重的一种。

甚高频遥控台的收发天线一般都处于建筑物顶部并高于周围建筑，做好对直击雷的防护和独立接地引下线工程是防雷系统工程中的重要一环。

2.2 直击雷的防护措施

用传统避雷针防范直击雷的避雷方式出现得最早，在使用中积累了大量统计资料，有较丰富的使用经验，又有多年的实验室模拟研究。

由于传统避雷针在尖端放电时，会产生电感效应（二次雷击）及强烈的电磁波辐射，并且由于电感藕合会在附近金属物体上产生过电压，过电流，从而破坏设备，即二次雷击效应和地电位反击。为了克服传统避雷针的这一弊端，我们采用法国Satelit+ESE提前放电避雷针。

2.3 威海遥控台的直击雷防护

甚高频遥控台属于精密电子设备集中场站且为民航管制通信的重要保障，应划分为Ⅰ类防护场所，用“滚球法”计算接闪器的保护范围。

2.3.1 评估保护级数 工地视察后，按NFC17102标准附录内的各项风险指标和现场记录数据，通过代理商提供的相关计算软件，计算出保护级数为一级，并查出对应滚球半径D=20 m。

2.3.2 避雷针的选择与安装 威海遥控台保护发天线的避雷针设计高5 m（独立安装，保护半径约42 m）、保护收天线的避雷针设计高5 m（独立安装，保护半径约42 m），此处安装避雷针目的在于：保护遥控台收发天线，保护收发天线下方的遥控台（航管楼）建筑。

Rp²=h（2D-h）+ΔL（2D+ΔL）

Rp—与针尖垂直距离h的平面上的保护半径;

h—被保护物体至PREVECTRON避雷针尖的垂直距离;

D—滚球半径;

ΔL（m）=106×ΔT（μs）;

ΔL—提前放电距离;

ΔT—提前放电时间;

由此计算出符合保护半径（Rp）之避雷针型号为ESE2500[1]。

避雷针必须与建筑物外墙结构柱子主钢筋可靠电气连接，连接导体应使用4 mm×40 mm热镀锌角钢或Φ12热镀锌圆钢，另外还须考虑设置专用的接地引下线。当甚高频天线基座的平台高度较低时，可在地面（楼面）架设独立避雷针或架空避雷线接闪。位于高山的甚高频站宜根据环境情况设置水平状接闪器防止自上而下的雷击。

3 感应雷防护

由于通信网络对高压冲击的韧性很弱，所以除了采用防直击雷措施外，还要考虑雷击时感应雷沿电力线路、通讯线路入侵通信网的危害，甚至直击雷放电入地时，地电位升高有可能沿地线干扰供电三相电网、电压，同时在放电极附近产生感应磁场，影响通信设备工作。

3.1 雷电侵入室内设备的3种途径

（1）直击雷直接击中金属导线，让高压雷电以波的形式沿着导线两边传播而引入室内;

（2）来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，它们在各种电线中感应产生几千伏到几十千伏的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内;

（3）由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会产生数十kV至数百kV的高电位，这高电位通过电力系统的零线、保护接地线和通讯系统的地线，也是以波的形式传入室内，并沿着导线传播到远处，殃及更大的范围。

3.2 威海遥控台感应雷防护的配置

3.2.1 电源系统的防护 遥控台的供电方式，除市电采用双回路或两路供电外，通常还备有UPS不间断电源。为了防止雷电过电压波沿市电输电路侵入室内，现在给机场的供电一般都采用埋地电缆引入，并在航管楼的总配电房以数个回路并联在配电母线上，这样做，可使其波阻抗与输电线路的波阻抗相比时尽可能地低，以便将雷电过电压波反射出去，而不损坏室内各设备的电

源[2-3]。

威海遥控台电源系统（TN-S制）实行二级防雷防过压保护，器件选用德国DEHN系列产品阐述如下：

（1）第一级保护器选用高能量避雷器（B级）：德国DEHNport/3+1二套分别安装于低压配电柜输出端及转换开关输入端，能够有效泻放大部分雷电流。

参数：雷电通流量100 KA;

残压≤4 KV;

响应时间≤25 ns;

工作温度：-40℃～+85℃;

最大持续工作电压：440 V。

（2）第二级保护器为防雷防过压组合保护器（C），选用DEHN guard TT 230/385二套安装于UPS出线端，能有效控制落在终端设备上的残留电压以达到有效保护。

参数：雷电通流量40 KA;

残压≤1.5 KV;

响应时间≤25 ns;

工作温度：-40 ℃～+85 ℃;

最大持续工作电压：385 V。

3.2.2 信号系统的防护 （1）根据《移动通信基站防雷与接地设计规范》，信号电缆应由地下进出通讯站点，电缆内芯线在进站处应加装相应的信号避雷器，避雷器和电缆内的空线对均应做保护接地。站区内严禁布放架空缆线。对于地处年雷暴日大于20 d，大地电阻率大于100 Ω·m地区的新建信号电缆，宜采用有金属外护套的电缆（金属外护套两头接地），亦可采用光缆，以防雷击。

（2）对威海遥控台收、发机房间配有科隆接线端子的双绞线，由于威海为收发共用机房，可不作收发信号通信线路防护考虑。

（3）对与ATM网连接的Modem设备，采用DEHN信号避雷器Dehn Blitzduct，安装于Modem设备的端口。

参数指标：容通电流20KA（每线）;

带宽1.6～10 MHz，串联电阻/线2.2Ω;

工作电压：5～110 V;

响应时间：<1 ns。

（4）对于机房监控终端设备，采用DEHN信号避雷器Dehn UGKF RJ45，安装于采集器设备的端口。

参数指标：容通电流400 A（每线）;

带宽165 MHz，传输速率可达155 MHz;

工作电压：5～110 V;

响应时间：<1 ns。

3.3 甚高频接收（发射）设备的防护

甚高频馈线穿越LPZ0B—LPZ1区，极易将雷电流引入后端设备，而其后端的发射（接收）设备的耐过流过压能力又极其脆弱，除了上文提到采用具有金属外护套的铠装线缆并将护套两端可靠接地外，还应该选用参数匹配的馈线避雷器，采用DEHNgate AG N对甚高频收发馈线作相应防护。

参数指标：容通电流30 KA;

频率范围：DC～2.5 MHz;

最大输出功率：150 W;

插入损耗：<0.2 dB;

特性阻抗：50 Ω;

电压保护级别：<870 V。

4 遥控台通信主机房防护措施

4.1 等电位连接与接地

等电位连接是内部防雷措施的一

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部分，其目的在于减少雷电流所引起的电位差。等电位，是用连接导线或过电压（电涌）保护器，将处在需要防雷空间内的防雷装置和建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置的外壳等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均压等电位，防止需要防雷空间内的火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。遥控台主机房和控制室内PE线、直流地、屏蔽地、防静电地和SPD接地均应与建筑物主钢筋连接的等电位连接带可靠电气连接。

利用遥控台建筑物的基础钢筋网作为自然接地体，威海遥控台所在土壤电阻率大于1 000 Ω·m，宜在建筑物外埋设环形人工辅助接地网，该环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的鍍锌扁钢或Φ12镀锌圆钢与建筑物基础钢筋网焊接，此时共用接地系统的接地电阻值可适当放宽。

4.2 屏蔽措施

利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在通信等设备上的电磁干扰或过电压能量。

4.2.1 屏蔽管线的接地 入户线采用地下电缆入户，其电缆金属护层，在前后两端做良好接地。测量结果表明，电线（缆）屏蔽层一端接地时可将高频干扰电压降低一个数量级，两端接地时可降低两个数量级。

4.2.2 使用金属丝编制网屏蔽电缆 因其重量轻，使用方便而被广泛应用，但是在电磁波频率较高时，其波长接近编织层网孔尺寸，波的透入增加，因此，最好再穿一层金属管。

4.3 防闪络措施

在外部冲击电源的情况下，雷电引下线中的电流往往较大。因此，遥控台应尽可能避免将电缆布线设在建筑物四周。为防止闪络，一般采用等电位连接或隔离距离的方法。威海遥控台中装有防雷装置，防雷装置与其它设施无法隔离，采用等电位连接。

5 运行与维护

每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护，接地网的接地电阻宜每年进行一次测量。每年雷雨季节前应利用元件老化测试仪对运行中的避雷器进行一次检测，雷雨季节中要加强外观巡视，发现电源避雷器出现问题须及时处理。

经过三年多的运行证明，威海遥控台防雷措施既完整又经济，避雷器参数选择正确，布置合理，能很好地保护线路，防止雷击。

参考文献

[1] GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011.

[2] GB50343-2012.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，2012.

[3] GB50174-2008.电子信息系统机房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[4] GB/T9361-2011.计算机场地安全要求[S].北京：中国标准出版社，2012.

[5] GB/T2887-2011.计算机场地通用规范[S].北京：中国标准出版社，2011.

责任编辑：黄艳飞

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