浅谈发射机房综合防雷工程的改造与维护

浅谈发射机房综合防雷工程的改造与维护摘要:本文通过结合某山发射机房防雷工程的改造，简要介绍了防雷的基本知识、工程改造的技术分析以及综合防雷系统的后期日常维护。

关键词：发射机房；防雷；改造；维护一、改造背景笔者所处发射台站位于福建沿海577米的山顶，年雷暴日大于40.0天，根据《GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范》第3.1.3条划分，属于多雷区，自建台以来，此发射台站每年都有直击雷和电源感应雷发生，设备损坏严重。

2011年初步构建防雷工程后，效果有所改善，但2014年机房改造后，总体机房布局、设备变动较大，并且新机器设备大量采用CMOS集成化电路和大功率模块，它们普遍对电网电压的质量要求较高，对浪涌电压承受能力较弱，因此对防雷体系有更高的要求，值此机房改造契机，对防雷系统进行了升级改造。

二、防雷工程技术分析（一）雷击对机房的破坏作用雷电按破坏作用分类有热效应破坏、电动力效应破坏、静电感应破坏以及雷电电磁感应破坏等，雷击电磁脉冲（LEMP）的主要侵入通道有电源线路、各类信号传输线路、天馈路线和进入系统的管、缆、桥架等导体侵入设备系统，造成电子设备失效或永久性损坏，此外，屏蔽不良的设备本身及元器件也极易因LEMP而造成损坏。

若没有一套可靠的防护体系，将对人身、设备以及播出安全带来巨大威胁。

（二）机房综合防雷的技术措施现代防雷技术强调全方位防护，综合治理，层层设防，把防雷看作是是一个系统工程，它分外部防雷和内部防雷。

外部防雷针对建筑物或构筑物，而内部防雷针对建筑物或构筑物内的电子信息系统。

1、注重防雷系统的整体性防雷系统由接闪器、引下线、屏蔽、接地装置、等电位连接、合理布线和安装浪涌过电压保护器等要素组成。

在处理发射机房的防雷问题上,应考虑整个系统。

例如，避雷针只能防直击雷，而对侵入建筑物的电流波和电磁波没有保护效力，而电流波和电磁波的影响要由其它要素如均压，屏蔽等来解决。

2、重视防雷系统的结构配置防雷系统的各要素通过结构才能组织为一个整体系统,结构越合理,系统的各要素之间的相互作用越协调,系统在总体上才能达到最优。

3、明确防雷系统的层次性层次性是系统的根本特征之一，发射机房防雷系统也是有层次性的。

将需要保护的空间分为几个防雷保护区，有利于指明对电磁感应有不同敏感度的空间，有利于根据设备的敏感性确定合适的避雷器。

根据《GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范》第3.2.2条并结合实际情况，本台站防雷区应按下列区域划分：图1 本发射台站防雷区划分如图1所示，这些保护区分别为：直击雷非防护区LPZ0A，区内电磁场未得到任何屏蔽衰减；直击雷防护区LPZ0B，区内电磁场仍未得到任何屏蔽衰减；第一屏蔽防护区LPZ1，电磁场强度已得到初步衰减；第二屏蔽防护区LPZ2，电磁场强度得到进一步衰减。

三、总体整改设计方案（一）原有防雷系统现场情况分析1、外部接闪器与引下线如图1、图2所示整个发射台站均在发射塔的直击雷防护区LPZ0B范围内，并在机房、油机房屋面四周采用Φ10mm镀锌钢筋焊接避雷针，沿四个墙角安装引下线，并将引下线与地网连接。

图2 本发射台站避雷带和接地系统平面示意图2、接地系统本台站实际接地电网如图2所示，材料水平接地体为40mm×4mm热镀锌扁钢，埋深0.5m，约380m；垂直接地体为50mm×5mm×2000mm热镀锌角钢，间距4m；500mm×500mm×5mm热镀锌散流板10片；使用物理降阻剂1000kg。

选取柴油机房、变压器室、发射设备、配电柜等十个接地测试点阻值均小于4Ω，符合《GB 50689-2011通信局（站）防雷与接地工程设计规范》要求。

3、存在隐患屏蔽隔离问题：发射机房室外信号线缆、通信光缆、卫星同轴线缆以及电源线缆等均无实施屏蔽穿金属管接地措施，虽然均处于在发射塔的LPZ0B区范围内，但也容易感应雷电电磁脉冲产生过电压而损坏电子设备；机房内部也未采取屏蔽措施，信号处理系统的设备机柜前门为玻璃门，后门因机柜深度不足无法关闭，甚至卸下后门敞开着，根本就没有屏蔽作用。

设备接地和等电位连接问题：机柜与设备之间未设置等电位连接均压排，仅从薄铜板用很细的导线连接至机柜作为保护接地和防雷接地，薄铜板由于表面积大适宜于高频接地，但由于铜板薄与其它物体接触的牢固度差，作为防雷接地就不太适宜；音频处理单元的输出端虽然安装了信号避雷器，但是几台避雷器的接地端全都串联起来后通过一根细导线接地，这样由音频同轴电缆传导过来的雷电波无法快速顺畅地泄放入地，造成部分雷电感应电流进入音频处理单元，击坏单元设备。

合理布线问题：信号线、光缆、卫星接收机馈线和电缆线进入建筑物后布设在同一电缆沟内，未采取任何屏蔽隔离措施，这样室外信号线缆遭受雷击后引入机房（击穿或通过避雷器）入地进而对相邻的电路产生二次雷击而损坏设备。

浪涌保护器问题：高低压供电线路、发射设备和信号柜均按防雷规范安装了浪涌保护器，但由于机房的总体改造，机房内的原发射设备、信号柜均发生较大改动，并新增了室外摄像头、水泵等设备，许多新设备的均未配置浪涌保护器或浪涌保护器被雷击穿失去泄放雷电流能力。

（二）改造项目及分析原有防雷系统的外部防雷包括接闪器、引下线和接地装置均比较完善，因此此次改造主要针对以上机房内部存在的隐患作防雷整改。

1、所有室外线缆实施分类穿镀锌线槽并接地措施为室外裸露的所有线缆进行分类并穿镀锌线槽处理，线槽两端就近接入地网；室外信号线全部更换为带金属屏蔽网，将光缆的金属加强筋、信号线的金属防护层两端接地。

2、更换信号机柜并等电位连接将原因深度不足无法关闭的机柜更新为纵深19英寸，前后门为金属网的机柜，采用BVR16mm2铜线就近接入地网，正常关闭柜体后达到屏蔽作用，使机柜内设备位于第二屏蔽防护区LPZ2的有效保护范围内；机柜内卫星接收机、音频处理器等各设备的接地线作等电位连接，不但可以降低设备间相互干扰、也能够有效降低因雷电电流引起的地电位反击。

3、通过合理布线加强防二次雷的能力光缆、卫星接收天线的馈线进入机房后与机房内部的信号线缆不走同一路由，尽量降低平行线走向的长度，防止室外信号线缆遭受雷击后引入机房对相邻的电路产生二次雷击而损坏设备。

机房内，电源线走地沟，信号线走机器顶部，并采取穿镀锌线槽并两端接地处理，将电源线与信号线分开以达到合理布线的要求。

4、加装防雷模块并提高雷电流泄放能力对所有进出机房的线路前后端加装浪涌保护器，将信号机柜内的所有设备的浪涌保护器的接地端单独就近接入机柜接地铜排，保证任意一个设备串入的雷电波能够快速顺畅地泄放入地，防止部分雷电感应电流进入并击坏设备。

（三）下一步改善由于机房自身未能形成法拉第笼，对雷电电磁脉冲没有屏蔽效果，对电磁波更没有屏蔽作用，结合机房下一步防辐射工程，将在外墙增加不大于10m×10m的金属屏蔽网格对机房实施屏蔽处理。

四、防雷系统后期日常维护（一）地线的维护接地网的接地电阻应列入年检项目，在辅助地极相对保持不变的情况下阻值不应有太大的变化，若测得的阻值有较大的变化应在半年内重复检测，若阻值成直线性上升则应找出原因。

每年雷雨季节前应对接地系统进行检查和维护。

主要检查连接处是否紧固、接触是否良好、接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，必要时应挖开地面抽查地下隐蔽部分锈蚀情况，如果发现问题应及时处理。

（二）设备等电位连接的维护设备的金属外壳、机框、机架的接地线应保持良好接地，特别是当维修或更换设备后应及时地将拆下的接地线恢复。

（三）浪涌保护器的维护1、电源浪涌保护器电源浪涌保护器相应的开关或熔断器应保证在合闸状态。

雷后应及时检查，雷雨季节每星期一次，非雷雨季节每月一次。

日常维护观察防雷模块窗口有无变红色，模块有无变形或拉电弧痕迹，模块相应的熔断器有无损坏，若出现异常应及时处理。

常用的检测方法如下：（1）压敏电阻测试仪法当模块流过1mA电流时表示该模块已导通，其两端电压为导通电压。

可用压敏电阻测试仪测得,当相应模块测的导通电压值超出以下范围即可认为已异常不可用：280V模块（387V-473V）、320V模块（465V-568V）、380 V模块（558V-682V）。

或者当压敏电阻测试仪测的漏电流≥20μA时、也可认为已异常不可用（如果厂家对漏电流有标定则应以厂家规定为准）。

（2）经验判断法因为模块具有电容特性，可用指针式万用表10K档瞬间测试法。

拔出模块，当测试瞬间表针向右微摆动，当表笔对调再测试时，向右摆动幅值会增大，但最后表针均应回到无穷大值位置，否则该浪涌保护器性能有异常。

2、信号浪涌保护器（1）排除法:当甩开浪涌保护器信号正常，则认为信号浪涌保护器有异常。

（2）信号浪涌保护器通常串接有小于10Ω的电阻或电感，当采用万用表测量同一条线的输入输出电阻其阻值大于10Ω则基本可认为该浪涌保护器有异常。

（3）信号浪涌保护器均有标称额定工作电压，当采用压敏电阻测试仪测试其导通电压值小于1.5或大于2.5倍的额定工作电压时则认为该浪涌保护器有异常（该方法不适合于单级真空放电管浪涌保护器的测试，因为真空放电管具有辉光放电的特性）。

（4）信号浪涌保护器当标称额定工作电压小于7.5V时可以用万用表1K欧姆档（大于12V时用10K档）测量，这时线间阻值不应有，否则该浪涌保护器有异常。

注意：以上测试均需断开线路及设备端。

五、结束语防雷一直是困扰众多高山发射台站的问题，进行广播发射机房的防雷保护，必须结合雷电入侵方式与特点，进行全面的雷电体系搭建，并认真做好后期日常维护，以保证机房设备工作运行安全稳定。

此次防雷工程的改造赶在夏季高雷雨时节前完成，并有效承受住了整个夏季以来数十次的雷击，为我台设备安全、节目播出提供了可靠有效地保障。

参考文献[1]《建筑物电子信息系统防雷技术规范》，GB 50343-2012；[2]《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》，GB 50689-2011；[3]《微波站防雷与接地设计规范》，YD2011-93。