大功率发射台节传机房防雷技术实践
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摘 要：本文针对大功率广播发射台节传机房防雷技术工作展开了讨论，通过分析了雷电对卫星接收天线、电子设备危害，针对性的提出了有关防雷措施，例举了发射台新建节传机房防雷技术工作，从避雷针选用、卫星天线防雷接地、机房设备防雷技术等方面实践，论述了如何做好发射台节传机房防雷工作。
关键词：节传机房 直接雷电 防雷技术
中图分类号：TN948.6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0060-02
发射台节传机房是发射台的心脏，是发射机房播出节目信号的源头。如何确保节目源不间断、高质量是发射台播出工作的重中之重。保障和防范节传机房节目源不中断应从多方面考虑和防范。在此，从雷电对建筑物、电子设备危害等方面，分析节传机房应如何做好防雷工作。文中例舉了新建节传机房在防雷技术方面所做的工作和实践。希望对相关行业场所防雷技术工作有所帮助。
1 雷电产生的危害以及防范
1.1 雷电产生的危害
雷电是一种自然现象，也是自然灾害的一种且危害性极大。雷电灾害有许多种，直击雷是危害最大的一种，其次是雷电产生的电磁脉冲，这种现象将对电子设备危害极大;还有雷电引起的电磁感应、静电感应、雷电波侵入等等。由雷电引发的事故和造成的灾害始终是人类探索征服自然界的课题。这里着重讨论直击雷和雷电产生电磁脉冲的危害。
直接雷击对于它所经过的地方，无论是建筑物、树木或者机械设备都将遭到不同程度的破坏和损毁，如果人蓄遭遇直接雷击伤亡在所难免。直接雷击还会引起各种连锁反应，如：设备金属部分遭遇直接雷击仅静电感应就会使设备瞬间电位升高，如果使金属导体之间发生放电引起爆炸和火灾后果更是不堪设想。
雷电电磁脉冲LEMP。人们在享受电子应用的便利和先进的同时，对它的“脆弱”也极为担心。这些电子设备对电压波动，雷电引起的电磁脉冲干扰和破坏非常敏感。
1.2 雷电的防范
目前的防雷技术，常用的是接闪、均压、分流、搭接、屏蔽、接地等方法。也就是将雷击的能量通过安全泄放和转换，来防止雷电以各种方式对人类造成的危害。基于当前高层建筑成为城市发展的趋势，而高层建筑又是雷电直击的对象。如何解决这个问题，一是安装避雷针、二是可靠的接地、三是根据建筑物内设备的重要性，对建筑物划分若干个防雷保护区，分级加以保护和防范。在这里把防雷保护区分LPZO、LPZI、LPZ2。防雷保护区LPZO：是为防范物体或设备免遭直接雷的破坏，通过对于该区域导体采用传导全部雷电流的方法将直接雷能量快速安全泄放，但是区内电磁场未得到衰减;防雷保护区LPZI：该区物体不处在直接雷击下，雷电流与LPZO区相比将减小，如果建筑物本身屏蔽效果好的话，该区内的电磁场明显衰减;防雷保护区LPZ2：该区采取了高屏蔽如建筑物整体屏蔽或设备机壳屏蔽并可靠接地等措施。
以上介绍的几种方法，对防雷电电磁脉冲来说，在利于设备敏感性而确定合适连接点的同时，对防雷保护区内不同敏感度的空间，采取不同的防雷措施是当前技术上常用的方法。
2 节传机房防雷重要性
广播发射台节传机房担负发射台所有发射机节目源接收、分配。设备主要有卫星接收天线、LNB、功分器、卫星接收机、数字音频四选一、扩展接口箱、音周电缆、内网等。如果卫星接收天线遭遇雷击，首当其冲的是天线上的高频头（LNB），它一旦损坏节目源必然中断，而停播往往不只是一部发射机，极有可能造成所有发射机的节目源中断。如果雷电所产生高电压沿线路进入机房，击穿室内电气设备绝缘，设备遭受破坏在所难免，对在场工作同志也极有可能造成伤害。因此，节传机房防雷技术工作不容忽视。
3 节传机房防雷技术实例
广播发射台节传机房，基本配置两付C波段卫星天线、两付KU波段天线。KU波段是卫星广播专用频段，主要是能有效防止和避免与地面通信之间的相互干扰，KU天线采用2.5～3M为宜。C波段天线具有较强的抗雨衰，雪衰能力，这方面可弥补KU波段的不足，就目前卫星上行站功率而言，C波段采用的卫星天线为3.5～3.7M。卫星天线分布可根据发射台节传机房地理位置具体布局。下面从卫星提前放电避雷针选用，避雷网组成，防雷保护区划分，附属设备防雷，机房屏蔽等几方面举例谈谈防雷技术工作。
3.1 防雷保护区
发射台节传机房卫星天线属于一类防雷保护区，极易遭受雷击，应按LPZO设防。机房设备属于二类防雷保护区，可按LPZ1设防;但是节传机房设备基本属于低压、弱电设备，雷电电磁脉冲极易对它造成破坏，为避免这类设备遭受雷击，亦可将它归类为一类防雷保护区重点防范。对于线路可分为三类防雷保护区，按LPZ2设防。以上仅作为参考，具体工作中应根据当地雷电影响和危害性程度设防，尽可能按高标准防雷设防。
3.2 卫星提前放电避雷针
卫星提前放电避雷针是一种无源、免维且安全可靠的避雷针。它具有落雷准确、保护范围大、雷击点落于非避雷针概率小等特点。
通常衡量避雷针质量和效果的技术标准，就是取决于该避雷针能否产生最快的上行先导。也就是当空中雷电云层形成初时，地面与云层两者之间会产生一个5kV/M的电场，这个电场会使处在该区域内高凸的地方，如：建筑物、树、塔（杆）或物体顶端，逐渐形成电晕放电现象;当闪电电击开始，雷电云层所形成的一个，携带电荷的下行先导，会沿着地面高凸的（也就是最捷径）路径飞速入地，并在地面迅速建立起一个电场;此时，该区域地面所有建筑物或物体也会生成许许多多个上行先导，而第一个上行先导与下行先导会合点就是此次闪电的电击点。卫星提前放电避雷针就是能够产生一个比普通避雷针更快上行先导的避雷针。既卫星提前放电避雷针安装在何处，一旦此处发生雷击该避雷针就能够以最快的速度让闪电电流迅速流过此通道入地达到防雷击目的。 3.3 避雷针、卫星天线共用避雷网
节传机房可将卫星天线安装在楼顶，便于日常维护和管理。土建的时应将卫星天线设计安装在楼顶，同时将避雷针和天线防雷及接地系统一并考虑。如某机房在楼顶安装了4付卫星天线，为了对天线及建筑物形成防雷保护，选用了提前放电时间△T为25微秒的ESE2500卫星提前放电避雷针，安装高度15m，可对（Rp）45m的半径范围实现防雷保护。由于篇幅有限有关计算不再论述。
具体做法可根据建筑物楼顶面积，合理规划卫星天线、避雷杆位置，尽可能的将卫星天线、避雷针基座与建筑物施工时同时预埋。卫星天线、避雷针基座浇筑应高于楼面500～800mm，3.0～3.7M天线基座尺寸1000×1000mm，2.0～2.5M天线基座尺寸800×800mm，避雷针基座尺寸500×500mm;基座内分三层布设钢筋，底层与楼板钢筋相连，且靠近楼面，中间层和上层相连，中间层到楼面可预先设计安装4～6根φ24～36mm圓钢，圆钢底端加工成U型，焊接在中间层钢筋网上，圆钢上端预留应高出屋面100～150mm，高出屋面部分必须加工成螺杆，以便日后安装天线或避雷杆基座。这样设计施工使避雷杆、天线组成了共用避雷网和同一防雷系统，在天线和避雷针整体施工时，可将卫星天线和避雷针与屋面避雷网、连接线、防雷入地引线，用扁钢连接加工成两组焊接后沿最短路径接入接地体。关于避雷针高度、保护范围半径、接地电阻，土壤电阻率要求等许多文章都已论述，在此不做介绍。
3.4 节传机房附属设备防雷
节传机房虽然没有使用高电压设备，但是高频头、卫星接收机、计算机、内网终端系统、自台监控系统等都是低电压和弱电设备，对防雷、防雷电电磁脉冲来说这些设备表现的极其脆弱。因此，在防雷电技术方面：决不允许将防雷接地线与以上这些设备地线共用，机房机柜、控制桌的接地和屏蔽系统不能与卫星天线避雷系统相连，这样才能保证当雷击时，雷电流沿最低的电阻路径走防雷系统入地，尽量不使雷电流进入机房和机器设备，最大程度避免雷电流对设备造成危害。
3.5 节传机房防雷屏蔽措施
雷电电磁辐射对电子设备影响很大。资料显示雷电电磁辐射对1km以内的电子设备会形成不同程度影响，如果雷电波沿电气线路传播它的影响将更严重更远。这对于使用电子设备的节传机房来说，无论是本机房遭遇雷击，还是附近建筑物遭遇雷击，所产生的雷电电磁脉冲一旦侵入建筑物都会对电子设备带来灾难。因此，节传机房不仅要对机房建筑体加装屏蔽网，并且设备外壳也要采取必要的屏蔽措施，同时还要对设备的电源线和信号线等采取防过电压、等电位联结以及接地等保护措施。
⑴节传机房线路：首先是低压线路，通常该线路是由发射台低压配电室专线输送，此线路应采用金属铠装电缆或护套电缆通过地沟铺设到节传机房，同时对金属管两端作可靠接地处理，并且电力线不可与馈线和信号线同槽铺设;其次是输入和输出机房的网络线路和信号线路，这些网线、信号线应采用穿金属管入室，并对金属管两端作接地处理;再次是外部引线与内部接线铺设时，也不要同槽铺设，即使同槽铺设，应使用两条镀锌管分别将内外线路尽可能的加以屏蔽隔离。
⑵机房设备应有专属机柜，将功分器、卫星接收机、数字音频四选一、扩展接口箱、音频调度系统、交换机、服务器等安装在机柜中;计算机、显示器、控制按键等安装在专属控制桌。机柜、控制桌应安放在防静电地板上，并对金属外壳做可靠接地处理。
⑶机房线路的布局和线路走向。根据相关实验，当雷电击中建筑物时，建筑物柱子磁场最强，建筑物柱子极可能成为上行先导的导电体，成为引流的导体，当有雷电流流经该钢筋结构柱子时，柱子周围将形成空腔电磁振荡的高频信号，而这个信号产生的磁场，将对机房内设备尤其电子设备产生严重的干扰和损坏。因此，机房线路铺设应防止引流柱子可能形成的空腔电磁振荡干扰。建议尽量避开柱子，可在两根柱子之间设计地沟，地沟中安设数条镀锌管，作为穿各类线路使用。
4 结语
随着科学技术的飞速发展，电子信息时代将成为一个时代的特征，成为人们日常生活、工作的必备品，而防雷技术始终是人类征服大自然的课题。本文例举的发射台节传机房防雷技术工作，希望对同行能有所帮助，也恳请指教。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部《建筑物防雷设计规范[S].GB 50057-2010.北京：中国建设出版社，2008.
[2] 四川省住房和城市建设厅《建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].GB50343-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.
[3] 余春林.卫星接收系统防雷工程实践[J].百度文库，2011（9）.
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