電視臺（站）雷電解決方案
編輯：2021-12-01 10:26:09
一、雷電概述
雷電是一種極具破壞力的自然現象，其電壓可高達數百萬(wàn)伏，瞬間電流更可高達數百千安。千百年來(lái)，雷電所造成的破壞可謂不計其數。落雷后在雷擊中心1.5-2Km半徑的范圍內都可能產(chǎn)生危險過(guò)電壓，損害線(xiàn)路上的設備。在聯(lián)合國國際十年減災委員會(huì )公布的對人類(lèi)造成最嚴重危害的十大自然災害中，雷暴由于其對人類(lèi)生命、財產(chǎn)的巨大侵害，被列在了顯著(zhù)的地位。
近些年來(lái)，伴隨著(zhù)高新技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種先進(jìn)的測量、保護中心、電信和計算機等電子產(chǎn)品正日益廣泛的應用于各行各業(yè)中，人類(lèi)對電子產(chǎn)品尤其是計算機設備的依賴(lài)越來(lái)越嚴重。而電子元件的微型化、集成化程度越來(lái)越高，各類(lèi)電子設備的耐過(guò)電壓能力下降，造成雷電和過(guò)電壓破壞的比例呈上升的趨勢。美國研究報告[AD-722675]指出：當雷電活動(dòng)時(shí)，磁感應強度達到0.07GS時(shí)，無(wú)屏蔽的計算機會(huì )發(fā)生誤動(dòng)作，當磁感應強度超過(guò)2.4GS時(shí)，計算機將發(fā)生性損壞。也就是說(shuō)，按安培環(huán)路定理估算，離無(wú)屏蔽的計算機800m處落一個(gè)100kA的雷，計算機就可能發(fā)生誤動(dòng)作，距其83m處落一個(gè)100kA的雷，就要損壞。這些須實(shí)時(shí)運行而因中斷造成設備的癱瘓，必會(huì )帶來(lái)不可估量的直接或間接經(jīng)濟損失。對于金融、證券、醫療、保險、航空、航天、國防、廣電等國家重要關(guān)鍵部門(mén)尤其是這樣，根據統計，雷電對微電子設備的破壞而造成的損失，遠遠超過(guò)雷擊火災的損失，已成為當今電子時(shí)代的一大公害。因此，如何設置防雷措施和接地，如何保障通信設備運行完好及人身安全，以及如何有效抑制雷擊過(guò)電壓和電磁干擾成為一個(gè)全新的課題，也是大多數信息中心技術(shù)人員迫切需要解決的問(wèn)題。
中國作為雷電多發(fā)區，每年遭雷擊死亡數百人，傷幾千人，直接經(jīng)濟損失達幾十億元，而且每年的雷害損失逾100億美元。統計資料顯示： 80%以上的雷害損失是由雷擊電磁脈沖造成的。因此，對雷電的防護，尤其是雷擊電磁脈沖的防護，已成為人們重點(diǎn)關(guān)注和防范的課題。我們不能帶有任何的僥幸心理，若因雷擊而導致生命和財產(chǎn)的重大損失是很難用時(shí)間和金錢(qián)來(lái)彌補的，因此針對雷電防護的專(zhuān)項工程應是刻不容緩的。
因此，為確保通信設施、計算機信息系統等微電子設備的運行安全，很大限度地降低雷電災害給人們造成的直接和間接損失，國家、地方的相關(guān)部門(mén)相繼出臺了《中華人民共和國計算機信息系統安全保護條例》、《電子設備雷擊保護導則》、《山西省計算機信息系統安全管理辦法》和公安部《信息系統雷擊電磁脈沖防護辦法》等多項規定，要求各級部門(mén)切實(shí)做好對微電子設備的防雷措施，以免造成重大損失。
二、雷電侵入設備的途徑
直接雷擊：指雷電直接擊在建筑物、構架、樹(shù)木、動(dòng)植物上，由于電效應、熱效應和機械效應等混合力作用，直接摧毀建筑物、構筑物以及引起人員傷亡等。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(guò)電壓的危害。
根據建筑物防雷設計規范GB50057-94估算，雷電直接擊中建筑物，雷電的不到50%的能量將會(huì )從引下線(xiàn)等外部避雷設施泄放到大地，另外50%的能量將通過(guò)建筑物的供電系統、
通信網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)纜以及建筑物的其他金屬管道、纜線(xiàn)分流。
傳導雷（雷電波侵入）：在更大的范圍內（幾千米甚至幾十千米），雷電擊中電力或信息通訊線(xiàn)路，然后沿著(zhù)傳輸線(xiàn)路侵入設備。其中地電位反擊也是傳導雷中的一種：雷電擊中附近建筑物或附近其他物體、地面，導致地電壓升高，并在周?chē)纬删薮蟮目绮诫妷?。雷電可能通過(guò)接地系統或建筑物間的線(xiàn)路入侵到建筑物內部設備形成地電位反擊。
感應雷擊（又稱(chēng)二次雷擊）：指雷云之間或雷云對地之間的放電而在附近的架空線(xiàn)路、埋地線(xiàn)路、金屬管線(xiàn)或類(lèi)似的傳導線(xiàn)路上產(chǎn)生感應電壓，該電壓通過(guò)傳導體傳送至設備，間接摧毀微電子設備。在周?chē)?000m左右范圍內（有資料為 500m或 1500m，距離應隨著(zhù)雷擊大小和屏蔽措施而變化）發(fā)生雷擊時(shí)，LEMP（電磁脈沖）在上述有效范圍內，在所有的導體上產(chǎn)生足夠強度的感應浪涌。因此分布于建筑物內外的各種電力、信息線(xiàn)路將會(huì )感應雷電而對設備造成危害。
三、方案設計原則
由于電子設備雷電防護系統對所保護系統的業(yè)務(wù)正常運行具有非常重要的作用，因此，雷電防護系統應具備先進(jìn)性、可靠性、易維護、易升級等方面的突出特性。防雷工程設計及設備的選擇應遵從以下的原則：
1.可靠性原則
設計系統雷電防護工程應最先考慮的問(wèn)題就是可靠性。防雷保護技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，所選產(chǎn)品必須符合國際標準、國家標準及行業(yè)標準。這樣才能對網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)發(fā)展提供保證。
2.先進(jìn)性、可擴充性原則
采用當今國內、國際上最先進(jìn)和成熟的技術(shù)，使新建立的系統能夠大限度地適應今后技術(shù)發(fā)展變化和業(yè)務(wù)發(fā)展變化的需要，從目前國內發(fā)展來(lái)看，系統總體設計的先進(jìn)性原則主要體現在以下幾個(gè)方面：
采用的系統結構應當是先進(jìn)的、開(kāi)放的體系結構；
采用的技術(shù)應當是可擴充的，能滿(mǎn)足今后日益擴充的需要。
3.經(jīng)濟實(shí)用性原則
本著(zhù)一切從用戶(hù)實(shí)際角度出發(fā)，配置防雷保護系統的目的，在保證系統的正常運行下，整個(gè)防雷保護的建設要堅持實(shí)用為主，根據投資的強度結合實(shí)用價(jià)值，應盡可能選擇可靠性高，可維護性好的性能價(jià)格比高的產(chǎn)品，以便節省投資，以低成本來(lái)完成系統設備雷電防護的建設。
四、方案設計思想
一個(gè)完整的防雷系統包括兩個(gè)方面：直接雷擊的防護和感應雷擊的防護。
直接雷擊的防護主要使用避雷針、避雷網(wǎng)（帶）、避雷線(xiàn)和接地系統。它直接接閃，犧牲自己保護建筑物。要求保護范圍能保護到整個(gè)建筑物，且接地要良好。
感應雷擊的防護主要使用感應雷擊防雷器。建筑物本身防雷狀況良好的同時(shí)，并不能保證建筑物內部電子設備不受影響。而且，往往是因為避雷針（或避雷帶）遇到雷擊，雷電流沿 引下線(xiàn)泄放到大地時(shí)，電源線(xiàn)路、信號線(xiàn)路被感應雷電而產(chǎn)生瞬態(tài)過(guò)電壓，進(jìn)而損壞設備。一般來(lái)說(shuō)，雷擊過(guò)電壓對樓內部設備的損害主要有以下三個(gè)途徑：
① 進(jìn)出建筑物的電源線(xiàn)和通信線(xiàn)纜等在大樓外受直擊雷或感應雷而加載的雷電壓及過(guò)電流沿線(xiàn)路侵入室內。
② 雷電流沿建筑物引下線(xiàn)入地時(shí)，在引下線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，引下線(xiàn)周?chē)墓╇娋€(xiàn)路、信號通道電纜等各種金屬管線(xiàn)上，經(jīng)感應而產(chǎn)生過(guò)電壓。
③ 直擊雷經(jīng)過(guò)接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）入地時(shí)，導致地網(wǎng)地電位上升，高電位由設備接地線(xiàn)引入電子設備造成地電位反擊。
因此，我們必須對以上三種途徑入侵的雷電壓及過(guò)電流采用等電位連接、分流、接地、屏蔽和過(guò)電壓保護等方法進(jìn)行防護，并應把電源線(xiàn)、天饋線(xiàn),網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)進(jìn)入的端口或變電室的低壓側作為一級防護，樓層配電箱應作為二級防護，設備前端作為三級防護，把雷電壓達到其設備端子的殘壓控制在電子設備不被雷電損壞的范圍之內。
五、 設計依據
GB50057-1994《建筑物防雷設計規范》（2000年版）
GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術(shù)規范》
GA267-2000《計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范》
IEC 61024 《建筑物防雷》
GB/T 50314-2000《 智能建筑設計標準》
YD/T926-1~3(2000)《大樓綜合布線(xiàn)總規范》
GB/T50311-2000《建筑與建筑群綜合布線(xiàn)系統工程設計規范》
GB2887—89《計算機場(chǎng)地安全要求》
GB50198-94《民用閉路監視電視系統國內工程技術(shù)規范》
GB50174-93《電子計算機機房設計規范》
GB50200-94《有線(xiàn)電視系統工程技術(shù)規范》
六、防雷方案
直擊雷防護
（一）發(fā)射天線(xiàn)塔和建筑物防雷措施
無(wú)論廣播電視發(fā)射臺或微波站都設有發(fā)射天線(xiàn)或天線(xiàn)塔，一般鐵塔和天線(xiàn)位置是臺站地面建筑的高點(diǎn)。天線(xiàn)塔本身既可成為防雷的避雷塔，也可能變成“引雷器”或產(chǎn)生感應雷的導體，因此，它是臺站防雷的第一關(guān)。
（1）按照國家94年頒布的《建筑物防雷設計規范》（GB50057—94）及其它標準設置好天線(xiàn)塔避雷針。鐵塔接地網(wǎng)形狀，密度可根據地形、防雷等級、天線(xiàn)塔種類(lèi)來(lái)設計。重要發(fā)射臺或微波樞紐站天線(xiàn)塔接地電阻要≤5歐。一般臺站要≤10歐。條件允許的臺站可安裝AR限流避雷針。
（2）認真計算天線(xiàn)塔避雷針的保護范圍并留有充分余地，當其它建筑物不在保護范圍時(shí)，可考慮設計多支（等高或不等高）避雷針保護方案。在一些地形突出的高山發(fā)射臺（站），帶雷云層又低時(shí)，天線(xiàn)塔避雷針?lè )览资怯邢薜??？刹捎迷O置避雷針和消雷器相結合的方案（消雷器在石嶺關(guān)微波站安裝后收到很好的效果），并且在房頂女兒墻、房角或利用圍墻、柵欄裝設閉合的避雷帶、均壓網(wǎng)。引流線(xiàn)應視建筑物結構和布局進(jìn)行設計。一般說(shuō)，均壓網(wǎng)格不宜大于5M。均壓網(wǎng)、避雷帶應接有多根引流線(xiàn)，在建的房屋可考慮與建筑結構內的鋼筋良好連接。
（二）一般情況下，建筑物安裝有避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)，但是雷電的活動(dòng)規律是，對于發(fā)生過(guò)雷擊的地點(diǎn)和入侵通道，下次雷擊時(shí)，更容易再次遭受雷擊。如果外部防雷某一個(gè)環(huán)節做的不好，就會(huì )影響整體的防雷效果。如果外部防雷不能擔負直擊雷防護的任務(wù)，那么它將是一個(gè)“引雷工程”，而不是“防雷工程”，設備反受其害。直擊雷防護的完善與否，關(guān)系到感應雷防護的基礎是否牢固。因為直擊雷防護是感應雷防護的基礎。
在直擊雷比較完善的情況下，電視臺部分設備仍然遭受雷電流的光顧，足以說(shuō)明，防雷是一項系統工程。它包括屏蔽、等電位聯(lián)結、安裝浪涌保護器等等措施。全方位的防護中，感應雷的防護不可或缺啊。
感應雷的防護
感應雷的防護主要包括電源系統、天饋信號系統,計算機網(wǎng)絡(luò )系統的防護，等電位連接以及接地等。根據新鄉縣電視臺發(fā)射臺的情況需求，主要針對電源和天饋,網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行防護，同時(shí)為了均衡雷電流對于設備的沖擊，等電位聯(lián)結的措施必不可少。以下是詳細介紹：
(一)電源系統的防雷及過(guò)電壓保護
據統計，雷擊事故中，從電源線(xiàn)路侵入感應過(guò)電壓損壞設備占較大比例。所以電源的防護是所以設備防護的根本和基礎條件，沒(méi)有電源的安全防護，其他的措施都是舍本逐末。鑒于電視臺有過(guò)雷擊損壞設備的先例，所以對于系統的保護理應提高些防護等級。為實(shí)現多級配合，要計算各級SPD之間的能量配合，選用合適器件，擬對電源分為四級保護，使浪涌過(guò)電壓逐級泄放入地。
A 按照分級泄放原理，第一級防雷可在總配電箱端加裝1套電源三相一級高能量防雷器SPD1，使大部分雷電能量在此泄放。
B．在發(fā)射設備室的配電柜內安裝1套電源單相第二級防雷SPD2。
C．在在發(fā)射設備的開(kāi)光前端安裝1套電源第三級防雷SPD3。
D.室內所有設備的插座全部更換為具有防雷功能的插座作為第四級防護SPD4。
以上措施將有效防止雷電流從電源線(xiàn)路上侵入并損壞設備。但是不能保證計算機網(wǎng)卡等信號方面的雷擊的發(fā)生。所以，還需要進(jìn)一步對網(wǎng)絡(luò ),天饋信號系統的線(xiàn)路進(jìn)行防護。
(二) 網(wǎng)絡(luò )信號系統的防雷與過(guò)電壓保護
雷擊發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的巨大瞬變電磁場(chǎng)，在1Km范圍內的金屬環(huán)路內均會(huì )產(chǎn)生感應雷電流，另建筑物在避雷針（帶）接閃雷電時(shí)，在雷電流通過(guò)防雷引下線(xiàn)對地泄放同時(shí)，也會(huì )對建筑物內的網(wǎng)絡(luò )金屬環(huán)路產(chǎn)生雷電電磁脈沖，形成線(xiàn)路感應過(guò)電壓，易造成終端設備端口的損壞，嚴重影響網(wǎng)絡(luò )系統的正常運行。
機房?jì)鹊男盘柗览字饕轻槍W(wǎng)絡(luò )交換機的防護，網(wǎng)絡(luò )交換機根據端口的不同分為千兆交換機和百兆交換機，千兆端口采用千兆網(wǎng)絡(luò )信號防雷器，百兆端口采用百兆網(wǎng)絡(luò )防雷器，分別串接在交換機端口的前端，使雷電入侵波在端口前端通過(guò)防雷器泄流入地，保護端口的安全。
電腦、交換機等的網(wǎng)口根據傳輸率速率的不通分別采用單口千兆網(wǎng)絡(luò )防雷器和百兆網(wǎng)絡(luò )防雷器進(jìn)行防護。
網(wǎng)絡(luò )信號的防護措施及產(chǎn)品選型如下
A．在編輯室的24口網(wǎng)絡(luò )交換機前端串接帶有兩級防護的網(wǎng)絡(luò )防雷器。
B. 計算機單機的雙絞線(xiàn)線(xiàn)路上可在網(wǎng)卡的水晶頭前端串接單口網(wǎng)絡(luò )防雷器。
(三)天饋信號系統的防護
1.室外引入線(xiàn)防雷措施
室外引入線(xiàn)是指臺（站）內各種發(fā)射設備饋線(xiàn)、吊饋管的鋼絞線(xiàn)及波導固定架、鐵塔過(guò)橋和塔燈電源線(xiàn)、各類(lèi)管道、各種視音頻信號線(xiàn)、通信線(xiàn)等。在雷電天氣，引線(xiàn)外皮很容易將感應雷或感應電壓引入機房，必須采取措施進(jìn)行電氣阻塞。
（1）保證饋管兩端良好接地。饋管在進(jìn)入機房前，外皮還要就近與地網(wǎng)連接，吊饋管鋼絞線(xiàn)、固定架、過(guò)橋每隔一定距離逐點(diǎn)接地。
（2）各種引線(xiàn)要使用屏蔽電纜，進(jìn)入機房前屏蔽層應就近與地網(wǎng)連接。引線(xiàn)較長(cháng)或條件允許時(shí)，進(jìn)入機房前水平埋入地下，長(cháng)度在10M以上。若無(wú)屏蔽電纜，可將引線(xiàn)穿入鐵管，按 上述要求埋入地下。引入機房的電纜中如有不使用的芯線(xiàn)，也應在兩端良好接地。
2、室內設施的防雷措施
（1）機房?jì)雀鶕O備擺放情況，用銅皮鋪設地網(wǎng)，通過(guò)多點(diǎn)與室外地網(wǎng)良好連接，從而營(yíng)造等電位環(huán)境。
（2）根據國標GB7450—87《電子設備雷擊保護導則》和實(shí)際情況，科學(xué)的、有重點(diǎn)的采用防雷保護元件對電子設備進(jìn)行保護。
對于以上這些設備根據實(shí)際參數及接口形勢來(lái)選擇相對應的防雷保護器,
（3）機房?jì)绕帘谓拥?、機殼接地、電源接地（中性線(xiàn)、零線(xiàn)）、工作電路接地、保安接地、過(guò)壓保護接地等要統一、就近與機房共用地網(wǎng)可靠的電氣連接。高山臺站把機房鋁制門(mén)窗、暖氣管、水管、走線(xiàn)架等各種導體就近與母線(xiàn)或地網(wǎng)連接。
3. 等電位連接措施
電視臺的辦公樓處在180米的信號塔保護之下，遭受直擊雷的可能性極小。但是信號塔實(shí)際是個(gè)“引雷工程”，它在將強大的直擊雷電流泄放到地下的同時(shí)，會(huì )產(chǎn)生方圓20公里內的感應雷輻射。電視臺的辦公樓窗戶(hù)沒(méi)有屏蔽接地，這對于室內的設備來(lái)說(shuō)就相當于半露天了。所以室內的微電子設備，尤其是電腦的網(wǎng)卡，經(jīng)常遭受感應雷的破壞。
基于以上情況，我們首先有兩點(diǎn)建議：1、建議我們的窗戶(hù)全部安裝金屬屏蔽網(wǎng)，以減少電磁感應從窗口侵入室內設備，最次也應加裝網(wǎng)格較密集的金屬防盜網(wǎng)，并在其連接后接地。
2、建議我們室內所以設備盡量遠離窗戶(hù)，靠近樓道的墻壁。對于躲避感應雷的危害有一定效果。
同時(shí)，還要對室內設備采取M型或者S型等電位聯(lián)結措施。這有助于消除靜電和電磁感應對設備和人的危害。該措施將用到大量的多股
