高山发射台防雷改造论文
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高山发射台防雷改造
[摘要] 以丹山发射台改造为例,从现代防雷理论及高山发射台防雷改造实际效果出发,论述了高山发射台防雷改造中采用的“电缆埋地”、“综合性防治”两项措施具有的科学性、先进性、经济性和可推广性。
[关键词] 防雷技术防雷接地综合性防治
一、前言
城阳发射塔位于青岛崂山余脉丹山岭,海拔高度240米,为青岛广播电视局城阳电视台和城阳人民广播电台共同使用,1995年投入运行,主要用于广播电视传输发射,还有一些通讯公司租用。基础设施规模较小,抵御自然灾害的能力差,加之一面靠大山,一面靠平原且临近大海,气候变化剧烈、雷电活动频繁,很易遭受雷击,威胁人身安全,发射设备受损率一度很高。
从2011年开始,青岛广播电视局城阳广电中心对丹山发射台进行全面更新改造。以前电子设备一般使用电子管,其抗冲击电压为几百伏,甚至上千伏,对机房在防雷电、防静电方面无特殊要求。而今天的数字机房,固态模块设备则必须考虑防静电,防雷电措施,对机房的温度、湿度进行严格控制。设备的防雷性能的好坏直接影响到传输的质量。因此,认真对待设备的雷击防护问题,便成为必须注意的事情。经过精心设计施工,青岛广电局组织的工程验收,其主要工程指标都达到并超过上级的要求。
二、高山发射台遭雷击的主要原因分析
根据高山发射台的实际情况,设备遭雷击主要有以下几种可能的原因:
1、直击雷:发射台区内铁塔接闪时,雷电流没有完全入地,部分雷电流沿天馈线侵入机房,造成设备损坏。
2、感应雷:大量供电线路仍以架空为主体,高压架空线路进线端或远端遭受直击雷,雷电波由供电线路侵入机房,造成设备损坏。根据我省雷害事故的统计分析,在雷害事故中约60%以上是因供电线路防雷效果差而引入雷击的。
3、球形雷:其主要是沿建筑物的孔洞或开着的门窗进入室内,有的由烟囱或通气管道滚进楼房,多数沿带电体消失。
4、电磁脉冲:由于雷电电流有极大峰值和陡度,在它周围出现瞬变电磁场。因瞬变时间极短或感应的电压很高,以致产生电火花,其电磁脉冲往往超过2.4高斯。
5、地电位反击:建筑物的外部防雷系统(如避雷针、避雷网等)遭受直接雷击,在接地电阻的两端就会产生危险的过电压,由设备的接地线引入设备,造成设备的损坏。
根据高山发射台的设备之间连接情况,如果雷电流是沿着第一种可能的途径侵入机房,那么发射设备首当其冲。这是因为一方面发射设备直接与天馈线相连,另一方面,发射设备中的控制电路集成度较高,抗过电压的能力较弱。如果雷电流足够大,还可能沿直流供电线路对机房内的整流设备造成损坏。
如果雷电流是沿着第二种可能的途径侵入机房,那么机房内的供电设备首当其冲。配电机房内的调压器、备用机组、电转换器必遭损坏,主机房内的整流设备也会受损。由于整流回路中串联着变压器及滤波电感,在其直流输出端雷电波将受到很大的减弱,但是仍有可能使部分抗过电压能力较弱的直流用电设备遭受损坏。
三、高山发射台遭雷击的应对措施
1、多处接地
发射天线比较高,馈线较长,馈线接地良好是避雷的良好措施之一,因此要求馈线在天线端、中间、进机房前采取三处接地处理,馈线较长的可在中间增加接地点,保证接地良好,以进行多级防护。
2、接地电阻的降低
所有站内设备都连接到接地母线上,最好每一机架用一根接地直接连接到母线上,雷电发生时,跨越通信设备的跨步电压仍然会有,但由于所有设备外壳电位取自一点,设备之间不存在电位差,从而避免损坏设备。
地线的埋设要形成一个闭合的封闭环路,可以使电位均衡,不存在电位差,可以避免设备和人身遭受雷击。
3、电源线路的避雷
高压供电线路是高山发射遭雷击的主要途径。根据实际情况应着手解决以下三个问题:
(1)最大限度减小高压电力线进线端遭直击雷的概率。(2) 采取
防护措施防止雷电波沿供电线路侵入机房。(3)兼顾经济投入的问题。
同时,要加强高低压避雷阀的维护和测试,采取多种形式的避雷防护,保证电源供电线路路感应雷的雷击。
4、电话线、信号线的防雷
为防止雷电侵入信号线路,在线路上把雷电脉冲泄放掉或堵住它,一般信号避雷器采用分流,多级泄放、引流入地技术,将雷电泄放到大地,防止雷电波的侵入,保护设备和人身安全。
四、高山发射台防雷击的实施
针对以上具体分析,改造中进行了以下实施:
1、加强铁塔接地。在地线改造中,对旧坑进行了改造,更换了化学降阻剂,又增了新坑2个,使用化学降阻剂,增加接地体长度。经过地线改造后,接地电阻明显改善。
2、采用单点接地电位基准。所谓单点接地电位基准就是所有站内设备接地点在一点上,即所有站内设备取单一接地点的电位作为电位基准,且仅取自一点。
3、选用较好的避雷器。现在各厂生产的避雷设备较多,如中光公司的egb1电源系列电子避雷器,易事达的并联浪涌抑制器,玛斯特公司的浪涌抑制器,dk公司的系列电源避雷箱等。目前,经常使用的电源浪涌防护产品一般为金属氧化物压敏电阻材料,它的特点是一旦电压超过了箝位电压时,它立即进入箝位状态,限制了电压升高,从而保护了设备,每当进入箝位状态,就会有1ma左右的
电流通过压敏电阻入地。
4、在地势低处原有的电杆上加装2米高(直击雷电流小于50ka 时不发生反击)、跨度300多米的架空线。电缆两端安装高压氧化锌避雷器,将原架空线两端接地,作为埋地电缆架空避雷线。
5、在地势高处,对架空明线的进线段进行埋地处理。
6、将变压器低压侧原有的阀式避雷器改为德国避雷器。该避雷器动作时间为纳纱级,残压为900v,通流量可达30ka。雷击发生时,大部分的雷电流由此分流入地。
7、在柴油机房进、出线端以及主机房进线端加装德国obo v25/4避雷器。该避雷器动作时间为纳秒级,残压为600v,通流量可达10ka。安装在变压器低压侧的la60-b避雷器与油机房进线端的obo v25/4避雷器配合,可以将侵入柴油机房的雷电波瞬间电压抑制在600v以下,满足了ieec62.41的规定。
8、在主机房24v直流系统中安装两套korea直流避雷器,将直流母线间的瞬间过电压抑制在50v以下。
9、对采集器以及环控器上的信号线加装信号避雷器,避免信号线产生耦合雷电过电压对监控系统产生损坏。
10、在高频开关电源前端加装esp-415避雷器。高频开关电源抗过电压能力较弱,所以要加以特别保护。
以上改造方案中对系统的防雷改造,充分考虑到了经济原则。我们通过分析后发现电源部分的监控点是雷击的主要入侵点,雷击概率较大,因此仅对电源点作了分流改造。