广电防雷专项方案.doc

广电转播机房、电源、铁塔避雷方案

二○○七年六月一日

一、概述
1.1 背景简介
广电系统涉及了电视台、有线电视台、广播电台，是国家对公民进行宣传、教诲和娱乐媒体，在人们生活中十分重要。有线电视系统采用一套专用接受设备，用来接受各地电视广播节目，以有线方式（当前普通采用光缆和铜缆混合网络即HFC网络）将电视信号传送到各顾客，极大地改进了人们生活。随着科技发展，人们并不满足于有线电视系统仅接受传送广播电视信号这种单一功能，而还需要它能传送其他数字信号，如数字电视、VOD点播、计算机通信等新功能，人们对有线电视规定会越来越高，它稳定运营也就显得越来越重要。
但随着有线电视网络飞速发展，雷电对网络线路和设备损坏事故也越来越多。有线电视系统中既有矗立高空接受天线，又有大量暴露在原野金属电缆，遭雷击也许性很大，而大量精密电子设备在有线电视网络得到广泛应用，其富含CMOS半导体集成电路模块耐过压能力极低，而由电源线、信号传播线、地线甚至以波传播形式侵入雷电冲击波强度却很大。通过电源线、信号传播线引入雷电感应冲击大电流，足以使许多微电子设备遭受不同限度损坏，涉及到千家万户设备和人员安全，导致巨额直接经济损失。而更为重要是会导致整个网络瘫痪，导致重大运营事故，间接经济损失不可预计。
电视台和电台发射塔都在高山和高楼上，以无线电波形式向千家万户传播节目，其特殊位置又特别易遭至雷击，导致停播事故，甚至危及人身安全。
咱们不能由于没遭到过雷害而抱有侥幸心理，虽然雷电流强度局限性以打碎设备，频繁雷电冲击也会大大缩短电子设备寿命。此外内部操作过电压，如变压器空载、电机启动、开关启动等引起强大脉冲电流通过线缆引入，也会导致设备不同限度损坏。
为保障广电各系统安全可靠运营，减少损失，避免灾害，防雷保护办法必要要加强。作为有近年防雷工程实行经验专业公司，咱们愿与您共同做好防雷工作，使广电系统设备尽量避免雷损，这是咱们设计本方案目。
1.2雷电危害
雷电体现形式重要有两种，一种是直击雷，是指带电云层与大地上某一点之间发生迅猛放电现象。直击雷威力巨大，雷电压可达几万至几百万伏，瞬间电流可达十几万安，在雷电通路上，物体会被高温烧伤甚至融化。普通在建筑物顶部安装避雷针或避雷网等来防直击雷。
另一种是雷电感应，是指当直击雷发生后来，带电云层迅速消失，而地面上某些范畴由于散流电阻大，以致浮现局部高电压；或由于直击雷放电过程中，强大脉冲电流对周边导线或金属物因电磁感应而产生高电压以致发生闪击现象。雷电感应现象才是电子设备损坏重要因素。
众所周知，雷电具备极大破坏性，其电压可高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培，千百年来，世界各地人畜、建筑、设施受雷击而导致伤亡和破坏重大事故不计其数。当今世界高新技术发展和应用，高层建筑、设施大量涌现，特别是在各行各业中广泛大量使用电子设备，如大型计算机及网络、通讯系统、广播装置、供电设备、工业、国防、科研直至民用各种监视测控系统等设备，雷击会引起这些设备严重破坏，易燃易爆场合、仓库、气站受雷击会引起爆炸。在当代化生活中，雷电对人类存在着很大威胁。
当前，世界上有各种建筑、设施大多数防雷保护仍沿用富兰克林避雷原理，其特点是运用自身高耸位置使雷云下部电场发生转变，从而将雷电吸引于自身代替被保护物受雷击。这种老式避雷针已使用了几百年，对防止直接雷击收到了良好效果，实践证明是经济和有效。
但是，随着当代电子技术不断发展，大量精密电子设备使用及联网，避雷针对这些电子设备保护却显得无能为力。避雷针不能制止雷击过电压，开关过电压及其自身在泄放电流时会在其周边产生很强感应电压，而这些过电压却是破坏大量电子设备罪魁祸首。每年各种通信系统或网络因浪涌电压而受破坏事例屡见不鲜，轻者使终端计算机和通信接口设备损坏、通信中断，各种信息无法传递。重者使网络主机损坏、致使网络全网瘫痪，工作无法进行。不但导致巨大直接经济损失，并且导致巨大社会、政治、军事损失和影响。雷电和浪涌电压成了电子化时代一大公害。
1.3雷击选取及常用雷电干扰入侵途径
青海位于高原腹地，对流旺盛，利于雷雨云生成和发展，平均年雷暴日数在60天左右，个别年份超过70天，属于雷暴强烈区。
普遍调查表白建筑物所处地质状况对落雷概率关系密切，雷击经常发生在河湖岸旁、地下水出口处、有金属矿床地带、山坡与稻田接壤地上具备不同电阻率土壤交界地段；这都与雷雨云感应地面电荷状况密切有关。
在湖沼、低洼地区和地下水位高地方也容易受雷击。此处地面上设施状况，也是影响雷击选取性重要因素。
在旷野，虽然建筑物并不高，但是由于它比较孤立、突出，因而也比较容易受雷击。
建筑物构造、内部设备状况和状态，对雷击选取性均有很大关系。金属构造建筑物、内部有大型金属体厂房，或者内部经常潮湿房屋，由于具备良好导电性，都比较容易受雷击。
常用雷电干扰入侵途径及因素，有如下四种：

(1)当建筑物自身受雷电直击时，巨大雷电流入地会产生地电位抬升，导致地电位反击损毁设备；并且经下引线流过大量电流，亦产生磁场冲击波。如上图中①所示。
(2)当远端导线因雷电而产生感应电流会经导线传导过来，如图②所示。
(3)当云层间放电时，强大电磁冲击会在邻近地上金属导线感应出冲击电压，如图③所示。
(4)此外，内部操作过电压，如变压器空载，电机启动，开关启动等，也能引起强大脉冲冲击电流通过线缆引入，破坏电子设备。如上图中④所示。
由感应雷引起事故约占雷害事故80%至90%。针对感应雷破坏途径，咱们可采用接地、分流、屏蔽、均压等电位等办法进行有效防护，以保证人身和设备安全。
防雷器作用就是在最短时间内将线路上因感应雷产生大量浪涌电流释放到地网，使建筑物内各点之间电位差大体不变，从而保护设备。
二、设计目
随着国内广电业发展，计算机及通信设备在工作中发挥着日益重要作用。由于以往技术力量薄弱及注重限度不够等，使通信基站电源设备、计算机系统运营环境长期以来没有大改进，已经成为计算机系统安全工作瓶颈。要提高通信基站电源及网络系统安全性能，规范运营环境是非常重要方面。
实践和理论研究以为雷电侵入机房计算机网络系统途径重要三个方面：交流电源、信号传播通道、地电位反击等。为了切保机房设备及通信网络系统稳定可靠运营，以及保障机房工作人员有安全工作环境，在微波通信及机房防雷系统工程中，除了有良好避雷针、避雷带外，还必要在电源系统、信号系统进行可靠、有效防护工作，并具备可靠接地装置。
本方案旨在提高通信基站计算机通信系统安全性，建立优良工作环境平台，满足计算机及通信设备对电源等环境高规定，必须采用构造化布线，高可靠性UPS供电，先进防雷及接地技术。
三、雷电防护方案
3.1铁塔及天面某些
为防止和削弱直击雷危害，使铁塔及塔上发射和接受天线(微波天线)在防直击雷有效保护范畴之内，在塔上安装提前放电积极式避雷针，并作好所有等电位均压解决。将卫星天馈线屏蔽解决后与避雷带隔离引入机房。为增长泄流通量，从避雷针上连接两条引下线与自然接地体相连，预算见附件一。
3.2电源某些
从理论上看，电源防雷器是一种低压电源保护设备。当市电因雷击或其他因素引致产生高脉冲电压时，将会损坏电路上设备。电源防雷器作用，就是在最短时间（不大于25ns）内释放电路上因感应而产生在量脉冲能量到安全地线上，从而保护电路上顾客设备。该种防雷器正常状况下处在高阻状态，当三相四线供电线路是浮现瞬时脉冲电压时，防雷器瞬时对地导通释放脉冲，保存正常传播，脉冲过后又处在高阻状态。从而不影响顾客设备供电，亦可免除更换设备之费用，及保障系统持续运作不断。通信基站总配电柜处采用弱电一级保护，安装LAY-100GJ三相交流电避源雷箱，数量为1套，以防止感应雷沿电源线进入机房；在机房UPS前端进行弱电二级保护，安装LAY-40G三相交流电避源雷箱，数量为1套，预算见附件一。
3.3信号某些
微波与卫星设备是通信基站重要通信设备，此类设备天线某些均是架设在楼房顶层或通信铁塔外部，通过信号线引入机房。通过长期实践发现此类设备受雷电危害特别严重，故需在各条信号线进入设备前加装防雷器，以防止雷电过电压和过电流对设备损坏。
3.4接地某些
接地是避雷技术最重要环节，不论是直击雷、感应雷、或其她形式雷，最后都是把雷电流送入大地。因而，没有合理而良好接地装置是不能可靠地避雷。接地电阻越小，散流就越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性就越小。普通来说，接地电阻规定≤4欧姆，并且采用共用接地办法分别将避雷接地、电器安全接地、交流地、直流地统一为一种接地装置。地线往往是引入干扰导致设备故障重要因素，良好接地系统可以避免设备遭受窜入信号地线交流电流袭击而损坏或受到交流干扰而不正常工作，并且可以避免工作人员免受雷电袭击。依照《计算机房防雷设计规范》GB50174-93原则规定，计算机机房接地装置应满足下面地规定：
l 交流工作接地，接地电阻不不不大于4欧姆；
l 安全保护接地，接地电阻不不不大于4欧姆；
l 直流工作接地，接地电阻应按计算机系统详细规定定；
l 防雷接地，接地应按现行《建筑物防雷设计规范》 GB50057-94执行。
交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地宜共用一组接地装置时，其接地电阻按其中最小值拟定，为了避免对计算机系统电磁干扰，宜采用将各种接地接地线分别接到接地母线上，由接地母线采用一根接地线单点与接地体相连单点接地方式。由计算机设备至接地母线应采用多股编织铜线，且应尽量缩短连接距离；并采用格栅等办法，尽量使各接地点处在同一等电位上。机房内所有金属线槽、天花、铝合金门窗、防静电地板支架等进行接地和等电位解决，防止感应雷和雷电波侵入机房和设备，保证弱电设备正常运营和人身安全。对广电转播机房地网及铁塔避雷咱们准备采用环形接地带，预算见附件二。
3.5防雷等电位连接
等电位连接目，在于减少需要防雷空间内各金属部件和各系统之间电位差。穿过各防雷区交界金属部件和系统，以及在一种防雷区内部金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接。应采用等电位连接线和螺栓紧固线夹在等电位连接带做等电位连接，并且当需要时，应采用避雷器做暂态等电位连接。
雷电保护等电位棒

外部LPS

UPS

设备

电话

水管

基地接地极

防雷等电位连接示图
四、防雷设计根据
4.1国内原则
(1) GB 50057-94《建筑物防雷设计规范》
为使建筑物防雷设计因地制宜采用防雷办法，防止或减少雷击建筑物所发生人身伤亡和文物、财产损失，做到安全可靠，技术先进，经济合理，制定本规范。
(2) GB 50174-93《计算机房防雷设计规范》
本规范合用于陆地上新建、改建和扩建主机房建筑面积不不大于或等于140M2电子计算机机房设计。本规范不合用于工业控制用计算机房和微型计算机机房。为了使电子计算机机房保证电脑网络系统稳定可靠运营和保障机房安全使用，应符合现行关于原则规范规定。
(3)GB50200-94《有线电视系统工程技术规范》
为使有线电视系统工程设计与施工做到技术先进、经济合理、安全合用、保证质量，制定本规范。
(4)GB50198-94《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
为了在民用闭路监视电视系统工程设计与施工中、贯彻执行国家技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全合用、保证质量，制定本规范。
本规范合用于以监视为重要目民用闭路电视系统新建、扩建和改建工程设计、施工及验收。
4.2国际原则
(1)IEC1312《雷电电磁脉冲防护》
本原则提供了在直接雷击及邻近雷击状况下，装有信息系统诸如电子系统建筑物LEMP屏蔽办法有效性评估办法，并且给出与雷电电磁脉冲防护关于建筑物内各种等电位连接办法及各种接地办法规则。
(2)IEC 61643 《SPD电源防雷器》
本原则对用于额定电压在1000a.c.或1500d.c范畴内交直流电源电路和设备上电源防雷器分级分类测试和应用提出规范规定。