卫星接收天线雷击事故分析与改进

2016-07-12顾桂萍

西部广播电视 2016年7期

关键词：雷击防雷措施雷电

顾桂萍

卫星接收天线雷击事故分析与改进

顾桂萍

摘要：雷电危害是自然灾害之一，无法避免，而南方雨季频繁，雷电事故对卫星接收天线及设备容易造成不可估量的危害，影响安全播出。本文通过阐述雷电的形成及袭击途径等，分析实际工作中遇到的卫星接收天线雷击事故原因，并提出改进措施，供大家学习交流。

关键词：卫星接收天线；雷击；雷电；防雷措施

卫星接收天线往往架设在开阔空旷且位置较高的场地，很容易遭受雷击，加上卫星接收系统中的卫星接收天线、高频头、中频电缆、功分器等均属于精密设备，雷电对电源线、信号线等部位形成的瞬间过压，造成设备严重损坏事故频频发生，特别是卫星、通信、室外天馈线设备的系统更是雷电的重灾区，故采取有效的防雷措施势在必行。

1 雷电的形成及危害

1.1 雷电的形成

雷电是一种大气放电现象，产生于积雨中。积雨在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷，这些电荷对大地产生静电感应，使地面或建筑物表面产生异性电荷，当积累到一定程度时某处空气被击穿，由于异性电荷相互剧烈中和便产生了雷电。

1.2 雷电的危害

1.2.1 电效应的破坏

当雷云对地面放电时，能产生高达数万伏甚至十万伏的冲击电压，它可能毁坏发电机、变压器等设备，造成大规模停电，还可能引起短路，导致可燃物着火、爆炸等。

1.2.2 热效应的破坏

当强大雷电流过导体时，在极短时间内转换成大量的热能，又来不及散发，以致物体内部的水分大量变成蒸汽并迅速膨胀，产生巨大爆炸力，如果击中易燃物更容易引起火灾。

1.2.3 电磁感应危害

当雷云层相互之间或雷云与大地之间放电时，在放电点的周围产生电磁感应、静电感应，使从室外进入室内的电源线、信号线、天馈线等感应雷电高电压并通过这些线路、金属管道等引入室内造成放电，使电气设备绝缘击穿，造成设备损坏、人身伤亡。

1.2.4 电位危害

当雷电被引入大地时，在引入的地面上产生很高的冲击电位，人在周围时，可能遭受冲击接触电压和冲击跨步电压而造成电击伤害。

2 雷电袭击的途径

2.1 直击雷侵入

直击雷是雷云对大地或其他物体之间发生瞬间放电的现象。很多单位或地方为了便于接收卫星信号，一般都会把卫星接收天线装在屋顶或制高点，而这也无形中形成了直击雷侵入的条件。

2.2 电源线路的侵入

卫星接收天线系统的有源设备都需要电源线路供电，一旦电源线路遭雷击，由雷击产生的大电流就会沿着电源线路进入，损坏卫星接收机或其他设备。

2.3 地电位反击

当雷电击中避雷针时，雷电流经避雷针引下线和接地网的接地电阻入地，建筑物或构筑物到各地均有电位，有些点的电位高达几千伏以上，远远高于电器设备所能承受的极限值。地电位反击产生的条件一般为当外壳接地电位或GPR（即入地电流导致的大地表面的电位）升高时，且内部设备电压低，两者之间存在电压差，此时就会击穿绝缘，导致设备损坏。

3 卫星接收天线雷击事故分析及改进措施

3.1 事故分析

2015年5月受雷暴雨影响，卫星接收天线遭受雷击，导致高频头、卫星接收机、功分器等设备严重受损，国家新闻出版广电总局2023台（以下简称2023台）直击雷防护方式都采用避雷针作为接入器，把雷电引入自身，然后通过下引线（接地线），经接地电阻迅速地把雷电流泄放到大地。对于卫星天线，根据避雷针保护范围的计算方式可得出2023台避雷针保护的最大范围是30 m，且避雷针的架设与受保护的天线之间的距离应大于5 m，因为避雷针及引下线受雷击感应时能击穿2～3 m厚的空气，所以卫星天线的架设要求必须满足“5m＜卫星天线与避雷针的距离＜30 m”，而实际2023台避雷针到卫星天线不足5m，实际距离如图1所示。

根据图1可知2023台卫星天线的接地是先与避雷塔接地串联，再接至机房接地网上，实际测量接地电阻大约为1.5Ω。如直击雷击中避雷针，由雷击产生的电流一般为30～300kA，当30kA的雷电通过避雷针时，经接地线接地电阻上产生的电压为1.5×30 000=45kV，致使与之相连设备（即卫星天线）的金属外壳保护接地端也为45kV。而一些微电子设备内部电路的直流接地电压基本为0V，内外电位差为45kV，必然损坏与此直接相连的电子设备（高频头的供电电压为直流18V，最大承受电流时330mA）。

综上所述，可根据2023台实际情况和设备的故障点，分析出造成此次事故发主要原因分别为：①地电位反击造成高频头损坏；②雷击产生的电流沿中频电缆侵入造成接收机、功分器损坏；③雷击电流沿接地网进入到机房的配电箱，由于无电涌保护器将强大的雷电流泄流入地，从而导致通讯模块等设备受冲击而损坏。

3.2 改进措施

图1　避雷针与卫星天线的距离

第一，使用防雷接地即接地系统将雷电引入大地，从而达到保护设备和人身安全的目的。一般建筑物的接地系统按国标《建筑物防雷设计规范》（GB50057-94）、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB50169-2006），2023台机房属于第二类防雷建筑物，应重点考虑直击雷及雷电感应，在电气接地装置与防雷接地装置共用或相连的情况下，应在低压电源线路引入的总配电箱、配电柜处装设Ⅰ级试验的电涌保护器，且对于独立的避雷针（线）应设置独立的集中接地装置。若达不到此条件时，该接地装置也可与接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV以下设备与主接地网的地下连接点，两点之间长度≥15m，且应选择最短的接地距离与主接地网连接。每年雷雨季节前后应定期用精密地阻仪检测地阻，接地电阻≤4Ω。

第二，将卫星接收天线的接地与避雷针接地分开，各自设有集中接地装置，卫星天线接地并联至接地装置。

第三，在第一中频电缆与功放器间加装75Ω避雷器。

第四，在卫星接收系统设备总配电箱加装电涌保护器。

第五，高压变压器输出端到卫星接收系统设备总配电箱电缆内芯线两端对地加装避雷器。

第六，重新挪动避雷塔位置，使其与卫星接收天线的距离保持在5～30 m之间，且保证卫星接收天线处于避雷针的有效保护区内（针体下45°～60°伞形区）。

第七，避雷针与大地连接时采用多个通道泄放能量，使每个通道的雷电能量尽量小，以保护防雷装置的安全。