播控机房防雷接地系统的设计及改造

陈雷敏

（江苏省宜兴市融媒体中心，江苏 宜兴 214200）

融媒体中心的播控机房中安装有大量的电气设备，如高清视频服务器、高清数字光端机、千兆网络交换机等，做好避雷保护对保障设备正常运行和避免融媒体中心的财产损失有重要意义。在熟悉播控机房防雷接地系统布局方式和防雷措施的基础上，根据防雷接地系统在实际运行中存在的一些问题，制定方案、加以改造，才能在雷电天气下更好地保障播控设备免遭雷击损坏。

1 播控机房防雷接地系统的设计

1.1 电源防雷设计

在以往的播控设备雷击事故中，雷电经供电线路损害播控设备的形式最为常见。电源防雷设计的原理是通过抑制或分流的方式，降低雷击电流对电气设备的冲击影响，将其控制在电气设备允许承受的最大电流范围内，从而防止损坏。在进行电源防雷设计时，应按照《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB5050343-2016中的规定，不同防护级别的各项指标如表1所示。

表1 电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值

参照上述标准，针对播控机房内不同类型的电气设备，采取相应的电源防雷方案。例如，在播控楼的总配电进线处安装HT380-A100B型电涌保护箱，达到A级防护标准；在各个播出机房的总配电进线处安装HT380-A080B型电涌保护箱，达到B级防护标准；在各个机房的UPS电源处安装HT220-B040B型电涌保护箱，达到C级防护标准；将其他电气设备的电源插排更换为具有防雷功能的HT231型专用插排，达到D级防护标准。布局方式如图1所示。

图1 播控楼电源防雷示意图

1.2 信号防雷设计

对于天馈系统、卫星天线等信号传输设备，雷电很容易沿着信号传输线路从外界进入到室内，进而对室内电气设备造成损害。在信号防雷设计中，针对该系统中的不同装置，采取差异化的设计方案。光缆传输线路采用的是外接屏蔽网可靠接地的方式，起到防雷保护效果；而卫星信号、GPS信号传输装置，则采用了并联HT139防雷器的方式达到保护效果；对于室外墙壁上的信号线，则采用外加钢管屏蔽的方式，达到防雷保护。

1.3 接地布线设计

在接地线的选型上，要求所有接地线均为铜质绝缘导线，并且截面积不得低于5mm2。室外接地线需要穿越钢管，并且要求钢管的两端有良好的接地，起到保护内部电线的作用。每个楼层均配备一条接地母线，并且与本楼层所有的配线柜连接，接地母线的选型上，也使用截面积不低于15mm2的铜质材料，外部通过电镀锡的方式减小电阻。接地干线的设计要依照建筑结构来考虑。除此之外，还有接地引入线、接地体等，在实际布局时均要采取相应的防雷屏蔽措施。

1.4 接地网设计

接地网主要包括3部分，分别是接地环、接地极与引下线。在接地网设计中，接地电阻（R）是需要考虑的关键因素。可以通过以下公式计算

上式中，ρ为土壤电阻率，S为接地网面积。根据公式（1）可知，在土壤电阻率ρ一定的情况下，通过扩大接地网面积的方式，能够降低接地电阻。但是在实际中，无论是出于工程量的考虑，还是出于建设成本考虑，这种方式均有一定的局限性。基于此，可以通过替换接地材料的方式达到预期效果。材料与接地电阻的关系可表示为：

上式中，L为接地极长度，d为钢材等效直径。根据公式（2），使用钢材作为接地材料，将有助于降低接地电阻。除此之外，像专用的降阻剂、离子接地系统等，也都会取得类似效果。

2 播控机房设备的防雷措施

播控机房的规模和布局虽然有较大差距，但是在播控系统的组成上大同小异，因此采取的防雷措施具有相似性。概括来说，大致有变压器防雷、通信设备防雷、电缆防雷等几种，如图2所示。

图2 播控机房电气设备的防雷措施

2.1 高压线明线防雷

对于额定电压在1.0×104V的输电线路上，高压线上方约50cm处，应平行设置1条金属避雷线，并且要求其接地电阻不低于20Ω；同时，在变压器之前，安装1台一级阈值避雷器，起到高压线防雷作用。

2.2 变压器防雷

通过安装避雷针的方式，保护电压器免遭雷击。避雷针的接地电阻不应低于20Ω，并且要保证变压器的金属外壳做好接地。

2.3 配电盘防雷

在配电盘前安装1台一级避雷器，同样要求配电盘的金属外壳要做好接地。对于内部保险丝，其额定负荷应参照负载功率来设计，理论上是负载功率的1.5 -2.0 倍。

2.4 电缆防雷

对于需要埋地的电缆，应提前挖掘一处深度在1.5 m左右的电缆沟，将接地电缆埋设于沟底。同时使用素土重新回填，在距离地表40cm处时，埋设2条避雷带，然后继续回填直到与周边地面齐平，踩踏压实。布局如图3所示。

此外，还有一种情况是电缆直接接地，将电缆中性线与地网连接，将芯线的外皮剥掉，露出内部的金属线，然后将其拧到地网的金属槽上固定，也会起到一定防雷作用。

3 播控机房防雷接地系统的改造

3.1 电源系统的防雷改造

结合广播电视系统的组成，理论上可以实现的防雷改造方案有多种，例如低压系统、直流系统的防雷改造，或者是特殊电源系统的防雷改造等等。现以低压系统为例，其改造方案为：（1）在变压器的低压侧，采用并联的方式，加入1台避雷器；（2）所有架空的室外低压线路，一律替换为直埋电缆。如果电缆长度超过10m，还应当在电缆外部增设钢管，且要求钢管两侧必须做好接地；（3）对于交流供电系统，各台易遭受雷击损害的电气设备上，也要分别安装地理的避雷器。

3.2 建筑物防雷接地与接地网的改造

方案一是利用将原来分散的接地线，全部集中到一起，实行统一管控，补齐短板，提高系统的整体防雷效果。例如，对于进线配电箱的母排、电气设备的接地线，以及钢筋网的引下线等，全部与进线箱的总母排相连，然后在总母排上做好防雷接地，既简化了防雷系统的结构，又提高了防雷保护效果。方案二是将播控机房内等电位连接铜排的数量，并且将所有铜排与发射站的主地网连接，形成若干个电位相等的连接点，通过消除电位差提高防雷效果。

3.3 信号线与接口设备及计算机网络防雷接地的改造

在改造时，要求将从室外引入到室内的各类信号线缆，全部在单独的进线室内做接地处理，避免因遭受雷击产生的瞬时超大电流直接进入室内，从而达到保护播控机房内部电气设备的效果；进入融媒体中心缆线在接入播控设备前，应先通过保安器，或者是做好对应接地，在保证安全的前提下连接播控设备；对于用于数据交换的数据线或用于信号传输的监控箱，应在线缆两端的传送设备上分别安装1台避雷器；计算机网络的控制箱，如果长度超过30m，应在终端计算机上并联避雷器。所有计算机、监测装置不得使用外墙壁电源插座。

4 结论

近年来，融媒体中心的播控机房因遭受雷击而发生故障的情况时有发生，对现有防雷系统进行改造优化迫在眉睫。结合雷电入侵形式以及分析现有防雷系统的设计缺陷，本文提出了基于电源系统以及建筑物防雷接地与接地网、信号线与接口设备等位置的防雷接地改造方案，将有助于进一步提升播控系统中各类电气设备的防雷能力，保障播控工作的正常开展。