无线电监测设施雷电危害

来源：职称阁分类：电子论文时间：2019-04-06 09:50热度：

　　这篇论文主要介绍的是无线电监测设施雷电危害的内容，本文作者就是通过对无线电监测设施的内容做出详细的阐述与介绍，特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

无线电监测设施雷电危害

　　关键词：无线电;监测系统;雷电;防护措施

　　无线电监测系统是无线电管理部门为管好频率、用好频率，对无线电信号进行监测的基础平台。出于空间覆盖和监测网分布的考虑，无线电监测系统的天线设备等不仅安装在建筑物顶上，而且也有相当一部分安装在高山、铁塔上，相对周围的环境而言，无线电监测系统成为容易遭受雷击的目标，雷击引起的设备损坏会造成难以估量的经济损失，甚至威胁工作人员的安全。因此，防雷对于无线电监测系统而言是十分重要的。

　　1雷电的简单认识

　　1.1雷电的形成

　　雷电是一种大气中的放电现象，产生于积雨云中，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25~30kV/cm)，开始游离放电，我们称之为“先导放电”。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面时，便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流(一般为几十千安到几百千安)，并随之发生强雷电闪电和巨响，这就形成雷电。

　　1.2电子设备易受雷击的原因

　　如今已是电子化时代，日益繁忙庞杂的事务通过高速电脑、自动化设备及通信设备得以井然有序，而这些敏感电子设备的工作电压却在不断降低，其数量和规模不断扩大，因而它们受到过压特别是雷电袭击而遭到损害的可能性就大大增加了，其后果可能使整个系统的运行中断，并造成难以估算的经济损失，雷电和浪涌电压成了电子化时代的一大公害。因此，避雷已成为具有时代特点的一项迫切要求。

　　1.3电子时代雷电灾害的特点

　　(1)受灾面扩大：从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系最密切的领域，如航天、航空、国防通信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。(2)从二维空间入侵变为三维空间入侵：从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落。(3)雷灾的经济损失和危害程度大大增加：雷灾袭击对象本身的直接经济损失有时并不太大，而由此产生的间接经济损失和影响则难以估计。(4)雷灾的主要对象已集中在微电子器件设备上：雷电的本身并没有变，而是科学技术的发展使得人类社会的生产、生活状况发生了变化，微电子技术的应用渗透到各种生产和生活领域，而微电子器件的极端灵敏又很容易受到无孔不入的感应雷和雷电电磁脉冲波(LEMP)的影响，造成微电子设备的失控或者损坏。

　　2一般雷击破坏的三种主要形式

　　2.1直击雷

　　雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应等混合力作用，直接摧毁建筑物、构架以及引起人员伤亡等。对于无线电监测系统而言，主要是指由铁塔、天线及电源端直接引入的雷击。直击雷只有在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，发生几率较低，而且一次只能袭击一个小范围的目标。但是由于放电现象发生过程迅猛，被直接击中的目标会由于放电电流过大或过电压造成设备损坏，危害最为严重。直击雷主要对室外物体产生破坏作用，所以把防直击雷的系统称为外部防雷系统。

　　2.2感应雷(二次雷)

　　雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、地埋电力线、设备间连接线上产生电磁感应并侵入设备，使串联在线路中间或终端的电子设备遭到损害的放电现象。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。感应雷不论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。监测机房中的监控设备、通信设备、计算机网络要特别注意对感应雷的防护，据资料显示微电子设备遭雷击损坏，80%以上是由感应雷击引起。感应雷发生时一般对室内的用电设备和电子元器件起到破坏作用，因此把防止感应雷和雷电电磁脉冲波(LEMP)破坏的系统称为内部防雷系统。

　　2.3球形雷

　　一种特殊的雷电现象，简称球形雷。一般是橙色或红色(也有带黄色、绿色、蓝色或紫色的)，或似红色火焰的发光球体，直径一般为10～20厘米，最大的直径可达1米，存在的时间大约为百分之几秒至几分钟，一般是3～5秒，一旦遇到物体或电气设备时会产生燃烧或爆炸，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。球形雷一般发生得较少，只有在一些特殊的地理环境或者特殊的位置上才会有球形雷的发生。面对雷击的多种破坏形式可以通过铁塔避雷系统、机房避雷系统、围墙避雷系统等构成多系统、多层次的整个站区防护系统，达到保护的目的。

　　3无线电监测站雷害入侵的途径

　　3.1直击雷

　　无线电监测站的机房及铁塔一般都建得较高，或在山区，从雷电理论来讲，高达100米的建筑物本身就有向上发出雷电先导的可能性。因此这样的建筑很容易将雷电引至监测铁塔顶上，产生直击雷，对通信设备造成破坏。

　　3.2天馈线引入雷击

　　为了扩大监测覆盖的范围，就要尽可能地增加天线架设高度，这样在增大信号监测范围的同时，也增加了铁塔引雷的概率。雷电流沿天馈系统进入监测设备系统，造成通信接口、接收系统、天线控制系统等主要监测设备的损坏，甚至报废。

　　3.3回路电磁感应过电压

　　由于监测站内大量布设各种导体线路，如电源线、数据通信线等，这些线路网络结构布局错综复杂，在不同空间位置上构成许多回路，当监测站所在的建筑物遭雷击或邻近地区雷电放电时，将在附近空间产生脉冲暂态磁场，这种快速变化的磁场交链到这些回路后，将在回路中感应出暂态过电压，危及与回路相接的电子设备。

　　3.4回路静电感应过电压

　　静电感应主要是指架空线路位于雷击点附近，雷云团先导通道中充满电荷，对架空线产生静电感应，积累大量相反电荷，当雷云主动放电开始，雷云中电荷迅速中和，从而使架空线上原先被束缚的电荷被迅速释放，形成暂态过电压波。这种过电压波向架空线两侧传播，侵入线路终端连接的监测设备，将其损坏。

　　3.5地电位反击

　　天线铁塔在遭受直接雷击时，雷电流将沿铁塔引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围设施绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致设备严重损坏。一般出现在山区存在近距离内有两个地网的情况。

　　4无线电监测站的常规防雷措施

　　根据上述情况分析，要达到良好的防雷保护效果，就首先必须根据雷电引起的电磁场空间分布特点，有效、合理地制定外部、内部防雷措施。一般来说主要包括外部系统防雷、电源系统防雷防过压保护、信号系统防雷防过压保护、等电位连接措施、屏蔽措施和共用接地等具体措施，下面将分开探讨。4.1外部系统防雷一般防止外部雷击破坏是通过避雷针、引下线和接地网络构成完整的电气通路后，将雷电流泄入大地，避免安装避雷针的物体本身受到直击雷的损毁。(1)避雷针：对监测站而言，天馈线系统和机房建筑物容易遭受直击雷的袭击，可以通过合理设计避雷针的保护角和良好的接地系统起到保护作用。但需要说明，避雷针必须足够可靠，并且有接地电阻尽量小的引下线和接地装置与其配套，否则，它不但起不到避雷的作用，反而会增大雷击的损害程度。(2)引下线：避雷器与接地装置之间的金属导体，其作用是把由避雷针和网络屏蔽引来的雷电流尽快地泄放到大地中去，以保护人员、设备和建筑物的安全。(3)接地网：是把需要接地的各系统统一接到一个地网上或者把各系统原来的接地网通过地下/地上用金属连接起来，使它们之间成为电气相通的统一接地网。在接地处理过程中，一定要有一个良好的接地系统，因为所有防雷系统都需要通过接地系统把雷电流泄入大地，从而保护设备和人身安全。如果无线电监测系统接地处理做得不好，不但会引起设备故障，烧坏元器件，严重的还将危害工作人员的生命安全。

　　4.2电源系统防雷防过压保护

　　(1)机房电源的进线方式工业和信息化部工程标准中要求电源线采用埋地引入机房的接入方式，然而现实中由于客观环境和经济投入等原因，相当数量的机房是采用市电架空直接引入或是电源线穿钢管埋地的长度小于15m，虽然这是标准中所不允许的，但又是现实中实际存在的问题。所以对于这类机房除了在防雷器选择上适当加大通流容量，将电源线盘绕成空心电感线圈并在两端做接地处理外，还要考虑改善机房电源线的进线方式。(2)电源避雷器按电压的不同，分为220V的单相电源避雷器和380V的三相电源避雷器。电源防雷器并接在电力线路上，可遏制瞬态过电压和泄放浪涌电流。从总进线到用电设备端通常配置分为三级，经过逐级限压和放电，逐步消除雷电能量，保证用电设备的安全。根据不同的需要可选用“可插拔模块型”“端子接线式”“移动插座式”等品种。由于传输线路会感应雷击电磁脉冲辐射(LEMP)，并且能量需要逐级泄放，这就要根据被保护设备的耐压等级作出不同级别的防雷级别选择。通常来说，对于拥有信息系统的建筑物，三级防雷是成本较低、保护较为充分的选择，假如设备的耐压水平较低，可能需要四级甚至更多级的保护。

　　4.3信号系统防雷防过压保护

　　(1)机房内信号系统的布线和接地方式要求通信电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部。通信电缆线以及地线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱，并与之保持较长的距离，通信电缆线槽以及地线槽的设计应尽可能远离建筑物立柱。(2)信号系统避雷器多数用于计算机网络、通信系统上，安装的方式是串联。信号防雷器接入信号接口后，一方面能切断雷电进入设备的通路，另一方面能迅速对大地放电，确保信号设备的正常工作。信号防雷器具有多种规格，分别可用于电话、网络、模拟通信、数字通信、有线电视及卫星天线等设备的防雷，各种设备的输入口特别是室外引入端，均应安装信号防雷器。

　　4.4等电位连接措施

　　监测站外部是直接雷击区域，建筑物内部及计算机机房所处的空间为雷击防护区，保护区的界面由外部的防雷系统、建筑物的钢筋混凝土及金属外壳等构成的屏蔽层形成。电器通道及金属管等金属构件，穿过各级雷电保护区时必须在每一穿过点做等电位连接。关于等电位措施，主要是室外和室内两部分。室外等电位连接措施要求楼面的金属设施就近与楼面避雷带相连，室外金属管道在进入室内前应可靠接地，金属门窗也要可靠接地。机房内部局部等电位接地措施要求在机房内敷设等电位连接网络。室内所有金属桥架、设备金属外壳、电缆进线的外屏蔽层、静电地板等均应就近接到该环形闭合均压环上，使机房内最大限度地满足均压等电位的要求。

　　4.5屏蔽措施

　　一套完善的防雷系统，除应防直击雷、感应雷外，还要具有良好的屏蔽措施。屏蔽措施主要有以下三点：一是建筑物和房间的屏蔽，即利用建筑物的结构钢筋网组成法拉第笼式的整体屏蔽网，所有的金属门、窗均应可靠接地;二是线路的屏蔽，进行合理化布线，即强/弱电线路应分别穿金属管进行可靠屏蔽、接地处理;三是设备的屏蔽，即设备的金属外壳应可靠接地，并提高设备本身的抗浪涌、抗干扰能力。

　　4.6共用接地

　　关于接地问题，根据我国及国际有关规范规定，同一系统整个接地装置应按均压等电位原则设计，即大楼建筑物防直击雷地网、供电系统交流工作地(N线)、保护地(PE线)、计算机机房设备接地(信号地、保护地、防静电接地、屏蔽接地)等应共用一个接地体，从而避免雷击时同一个设备的不同接地之间出现电位差，以保障设备及人身安全。IEC(国际电工委员会)中也提倡采用共用接地系统，接地母线从主钢筋多点引出，形成S形或M形局部均压等电位连接网络。

　　5结束语

　　无线电监测强功能、高价值设备的广泛使用，使得防雷工作成为安全工作的重要组成部分，但无线电监测站的防雷工作不能一劳永逸，需要不断探索创新。思想上要重视防雷工作。应学习雷电防护知识，掌握雷电的形成原理、造成雷击的原因及其危害，并将防雷工作作为无线电监测系统安全管理的重要组成部分予以重视，指定专人分管，定期检查分析，努力做到防患于未然。雷电防护要做到突出重点。雷电防护工作要从经济、实用的角度出发，应确定必须保护和重点保护的部位。从无线电监测系统防雷的工作实践看，接地网、电源进线路、信号进线路是必须防护的部位，机房的机柜、服务器是重点防护部件。只有抓住关键，才能建设实用、有效的防雷系统。加强与防雷部门的密切联系。首先，设计的方案应请防雷部门审查，确保经济、安全;其次，在建设过程中要对基础接地等进行检测，提出建设性建议，避免走弯路;最后，工程结束后防雷部门应进行验收，建设方应提供竣工报告等。必须在每年雷雨季节前进行检查，检测各防雷接地点和铁塔、设备的地网电阻是否合格等，只有各方面的工作都做好才能尽量降低雷害损失，确保无线电监测站的长期、安全运行。

　　作者：孙涛胡佳庆单位：山东省烟台市无线电监测站

文章名称：无线电监测设施雷电危害

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