使用提前放闪电避雷针对短波测向天线场直击雷防护

陈 良，梅 芳

（1.国家无线电监测中心成都监测站，成都 611136；2.国家无线电监测中心云南监测站，昆明 650031）



使用提前放闪电避雷针对短波测向天线场直击雷防护

陈 良1，梅 芳2

（1.国家无线电监测中心成都监测站，成都 611136；2.国家无线电监测中心云南监测站，昆明 650031）

摘要：本文对短波测向天线场直击雷防护的几种方法进行分析，提出了一种使用提前放闪电避雷针进行天线场直击雷防护的简单实用方法。

关键词：天线场；提前放闪电避雷针；直击雷防护

1 引言

短波测向天线场直击雷防护一直是业内的难点，主要原因是为保证测向精度，测向天线场内不能有金属障碍，传统直击雷防护方式是通过架设高于天线的金属避雷针，用以保护天线振子。笔者经过实际测试，在天线振子旁边架设金属避雷针后导致测向精度偏大，无法满足测向要求。另一种方法是采用临时架设的方式，通过人工或电气控制架设的方式[1]，雷雨天架设金属避雷针，雷雨天气过后人为或电气拆除金属避雷针，此方法称之为“躲避法”，这种的优点是符合目前国家和IEC的直击雷防护标准[2]，可以最大程度对天线进行直击雷防护，尤其是电气控制的方式，操作简便，可实现远距离操作，是理想的防护方式，缺点是工作量大且雷雨天架设不能保证工作人员人身安全，电气架设方式器件及后期维护成本较高，只有随着今后电气控制器件成本逐渐降低才可以广泛使用。笔者综合几种方式的优缺点，考察了国家无线电监测中心成都监测站短波测向天线场实际情况，并调研了类似防雷工程案例[3]，提出了一种使用提前放闪电避雷针改变天线场周围雷暴日的方法，低成本、设计和操作简便的实现短波固定测向天线场直击雷防护。

2 设计原理

法国实验室证实，提前放闪电避雷针比普通的避雷针的保护半径增大，在测向天线场外围一定距离迎季风方向架设提前放电避雷针，与天线场的距离经过实际测试对测向系统精度已无影响。架设提前放闪电避雷针后会将周围的雷电吸引过来主动放电，使避雷针周围一定区域内得到了保护，保护距离按法国标准NF C17-102 中应用提前放电接闪器向建筑物或开阔地区提供闪电保护计算[4]。这种利用提前放闪电避雷针主动改变现场雷暴日的方法已经在光伏发电厂中得到应用，并且得到了较好的防护效果。如图1所示。

图1 直击雷防护示意图

提前放闪电避雷针的工作原理是当雷电云层形成时，云层与地面之间产生一个电场，此电场强度可达到10kV/m甚至更高，从而使地面凸起部分或金属部件上开始出现电晕放电。当雷电云层内部形成一个下行先导时，闪电电击便开始了。下行先导电荷以阶梯形式向地面移动，当下行先导接近地面时，会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导。当迎面先导与下行先导相遇时，就产生了强烈的“中和”过程，出现极大的电流（数十到数百千安），这就是雷电的主放电阶段，伴随着出现雷鸣和闪光。地面上的其他建筑物可能会生成好几个迎面先导，与下行先导会合的第一个迎面先导决定了闪电雷击的地点。提前放电避雷针的工作原理就是产生一个比普通避雷针更快的迎面先导，在自然的迎面先导形成前，提前放电避雷针会率先产生一个先导，迅速地向雷电方向传播直至捕获雷电，并将其导入大地。提前放电避雷针比普通避雷针更早产生迎面先导，这个启动抢先时间称为△T，赋予了提前放电避雷针更加有效的防雷保护功能。

3 方案设计

以国家无线电监测中心成都监测站的短波测向天线场为实例进行方案设计，该天线场有9根天线振子组成一圆形天线阵，查阅资料并现场调查后得知，成都温江区域雷雨季节的季候风一般为东北至西南方向。从无线电测试中心到测向场天线阵，有一条由北向南的乡村道路直通天线阵，乡村道路上靠东有一排高大的树木。根据现场情况，为减少投资和尽量不增加人工金属支撑，考虑充分利用现有合理位置的树木作为支撑，如果该树木高度不够的情况下再设计适当增加金属支撑杆。

3.1 高度及位置

根据现场勘察，确定安装避雷针位置固定在一根相距最近测向天线48米的树木上，该树木离最远测向天线距离为98米。天线高度2.8米，这里取3米，也就是要求：提前放电避雷针安装完成后，在地平面3米高度上（测向天线高度）的保护半径Rp至少不能低于98米。

若 E.S.E避雷导体的抢先时间为ΔT，而ΔL= V•ΔT，可能的电击点为A与C（图2）、保护半径为Rp，则

式中，D 为电击距离；ΔL为上行先导的抢先距离，且由式 ΔL = V•ΔT 来定义；h为E.S.E避雷导体高出被保护表面的距离；ΔT为E.S.E避雷导体的启动抢先时间。

图2 保护半径示意图

如图2所示，V为上行先导的抢先速度，取1m/μs；ΔT为避雷针的启动抢先时间，计算时我们取值10μs，20μs，30μs，40μs，45μs，50μs，55μs，60μs计算，目前市场上最好的提前放闪电避雷针ΔT最高可到60μs；D为电击距离，这里按照二类保护级别取值为45米；h为避雷针尖高出被保护测向天线顶部的距离，设计h高差从7米开始，依次为7米、8米、9米、10米、11米、12米、13米、14米、15米、16米、17米、18米、19米、20米、21米、25米、30米、35米、40米进行计算。计算结果如表1所示。

从表1计算结果中可以看出，提前放闪电避雷针的上行先导抢先距离达到最高60米时，该避雷针的高度高出测向天线最顶端达到8米（即提前放电避雷针的高度为11米，其保护距离可以达到98.3米，就能实现完全覆盖保护整个测向天线场的目的。由于周围树木的高度会远远超过该高度，建议提前放闪电避雷针的高度至少与周边树木高度一致为好，现场测试后确定高度，再进行树木的截断，同时加支撑杆进行固定。如图3、图4所示。

图3 成都监测站提前放闪电避雷针架设位置图

表1 D＝45米，h＝7-40米的保护半径

图4 借助树木架设提前放闪电避雷针

3.2 杆体

支撑杆杆体采用φ50的镀锌钢管，顶端与提前放电避雷针底座配做法兰盘，提前放电避雷针用螺栓与支撑杆顶部法兰盘固定。支撑杆用抱箍（三个）上中下固定在树木主干上。

3.3 引下线

引下线用40×4的热镀锌扁钢两根对称从支撑杆下端焊接引出，沿树木主干引下至新建接地网，引下线固定用抱箍紧固在在树木主干上。

3.4 接地

直击雷的接地电阻要求≤10Ω，由于地形有限，设计从树干根部开始，沿沟渠边城条形分布做一字型接地网。垂直接地体采用ZGD-II型低电阻接地模块10块，水平接地体采用40×4热镀锌扁钢连接。如图5所示。

4 结束语

短波测向天线场及类似的架设避雷针，会影响天线接收和发射性能的天线的直击雷防护，一直是困扰我们的难题，本文提出的使用提前放闪电避雷针解决短波测向天线场直击雷方案，是基于法国实验室相关数据和其他行业的防雷经验，目前国家无线电监测中心成都监测站已按此方案进行了设计和施工，防雷效果还有待进一步实际验证，设计方法和今后效果可供同行参考。

图5 接地设计图

参考文献

[1] 陈良，万峻．对短波固定站测向系统防雷方案的探讨[J]．中国无线电，2014, 01:68-69

[2] 建筑物防雷设计规范[S]．GB50057-2010

[3] 潘忠林．现代防雷技术与工程[M]，成都：电子科技大学出版社，2012

[4] 法国（建筑物）防雷标准[S]．NF C17-102-1995

Xilinx演示56G PAM4收发器技术迎接下一代以太网部署

赛灵思公司（Xilinx, Inc.）近日宣布运用四级脉冲幅度调制(PAM4)传输机制并采用56G收发器技术开发了一款16nm FinFET+可编程器件。针对下一代线路速率，PAM4解决方案是业界公认的最具可扩展性的信令协议，其能够将现有基础架构的带宽提升一倍，从而助力推动新一轮光互联和铜线互联以太网的部署。赛灵思正在推广与展示超越一般PM4可用性的56G技术创新，协助培训供应商和生态系统成员，使其为相关技术转型做好准备。

赛灵思公司SerDes技术部副总裁Ken Chang说：“我们的客户早已翘首期盼如何加速下一代应用，这让我们认识到现在必须提升大家对56G PAM4技术解决方案的认知度，从而帮助他们更好地推进自身设计转型。我们也很高兴能够藉此展示我们的技术。”

随着云计算、工业物联网和软件定义网络等趋势的持续发展，不断加速并推动着对无限带宽的需求，技术创新必须扩展支持50G，100G，400G端口以及Tb接口，以在不增加单位比特成本和功耗的同时最大化端口密度。标准化线路速率对满足上述不断发展的下一代带宽要求至关重要。在光互联论坛（OIF）和电气与电子工程师学会（IEEE），赛灵思在56G PAM4标准化工作中发挥着领导作用。赛灵思所开发的56G PAM4收发器技术突破了传统以线路速率传输数据的物理局限性，解决了插入损失和串话等问题。该技术支持芯片与芯片、模块、直联线缆或背板等应用的铜线和光学互联，支持实现超越Tb级以上线路卡、400G乃至Tb机架背板的下一代系统设计。

台积公司（TSMC）北美副总裁Sajiv Dala说：“台积公司与赛灵思联手打造16nm FinFET+ PAM4器件。这一突破性的收发器技术是我们与赛灵思长期良好合作的又一里程碑。”

HF Direction Finding Antenna Field Lightning Protection Using Early Streamer Emission Lightning Rod

Chen Liang, Mei Fang
(1.Chengdu Monitoring Station of State Radio Monitoring Center, Chengdu, 611136; 2. Yunnan Monitoring Station of State Radio Monitoring Center, Kunming, 650031)

Abstract:In this paper, the HF direction finding antenna field of lightning protection methods were analyzed, putting forward a simple and practical method of using early streamer emission lightning rod for lighting protection.

Keywords:antenna field; early streamer emission lightning rod; lighting protection

作者简介：陈 良，1979年生，硕士研究生，国家无线电监测中心成都监测站工程师，从事无线电监测技术工作。梅 芳，1987年生，硕士研究生，国家无线电监测中心云南监测站助理工程师，从事无线电监测技术工作。

中图分类号：TN82 文献标示码：B 文章编码：1672-7274（2016）04-0052-04

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.015