衛星地球站天饋電子設備防雷探討

4、避雷針
4．1 避雷針是引雷針
避雷針實(shí)際是引雷針。俄羅斯叫其為“接閃器”，美、英稱(chēng)為“導電針”。接受直擊雷的防雷裝置稱(chēng)為接閃器，例如：避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線(xiàn)、法拉第籠等等。避雷針是接閃器的一種。避雷針的保護作用是攔截閃電，使閃電打在自已身上，從而使建筑物避免遭受直接雷擊而受到保護。避雷針把雷電的能量沿鐵塔或引下線(xiàn)安全地導入地中。避雷針的保護范圍采用滾球法。避雷針的上部空間是其引雷空域，下部空間是其保護范圍，使不直接遭受雷擊。
4．2避雷針應用環(huán)境
4．2．1避雷針防雷不宜用在山區建筑物
在雷雨低于山頭的坡地上往往產(chǎn)生側向雷擊。應采用避雷帶或避雷網(wǎng)。
4．2．2避雷針防雷不宜用在高層建筑物
按防雷《規范》，避雷針高度大于60米，其滾球法保護范圍已無(wú)效。高架避雷針上部有一段落可能自身受側向雷擊的空間（稱(chēng)為對針桿的側擊區）。高架避雷針引雷能力強，使得高架避雷針附近地面的落雷密度較該處平均落雷密度大，（稱(chēng)為雷電閃擊區）。防雷應盡量采用避雷帶或避雷網(wǎng)，只有天線(xiàn)等用短針?lè )览住?br />4．2．3避雷針宜用于平原地區矮小建筑物防雷

5、雷電感應高電壓和和雷電電磁脈沖
5．1雷電產(chǎn)生雷電感應高電壓和和雷電電磁脈沖
避雷針可防直擊雷，保護建筑物。但隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現在大量的使用電氣、電子、微電子設備。 在打雷閃電時(shí)，在放電通道周?chē)a(chǎn)生電磁感應、雷電電磁脈沖使電源線(xiàn)，信號傳輸線(xiàn)、天饋線(xiàn)等感應的雷電高電壓通過(guò)這些線(xiàn)路造成放電，損壞電氣、電子、微電子設備。
5．2防雷電感應用高電壓和和雷電電磁脈沖采用浪涌保護器（SPD）。
浪涌保護器安裝在電子設備的外連線(xiàn)路（電源線(xiàn)路、信號線(xiàn)路、天饋線(xiàn)路）中，將雷電過(guò)電壓、過(guò)電流泄放入地，起到保護設備目的。防雷器件主要由放電間隙、放電管、高頻二極管、壓敏電阻、瞬態(tài)二極管、晶閘管高低通濾波器根據不同頻率、功率、傳輸速率、阻抗、駐波、插損、帶寬、電壓、電流等要求，做成各系列浪涌保護器。
5．2．1 波導分流器型電子避雷器
傳統避雷器在工作頻率（F）、承受功率（W）、通流容量（I）三者之間不能兼顧、不可調和、互相制約。眾所周知，雷電沖擊波能量的99%以上分布在100KHz以下頻域，而有用信號波的能量分布在幾百仟赫以上頻域，因此，完全可以用由集中或分布參數電路元件構成高低通濾波器組合網(wǎng)絡(luò )（無(wú)源、互易網(wǎng)絡(luò )）。將雷電波和有用信號分流，使雷電波入地，有用信號正常傳輸。

6、電子信息防雷系統必須有一個(gè)合格的接地網(wǎng)
接地系統有多種做法。比較好的一種是選用中光防雷公司的低電阻非金屬接地模塊。其優(yōu)點(diǎn)是適合于高土壤電阻率的土壤，腐蝕性強的土壤，高寒地區凍土。西藏乃堆拉某哨所海拔4500米高，屬高寒火山石地面，如圖2所示。以前該地區多次做的電子設備或營(yíng)房建筑的防雷地網(wǎng)，多的到960Ω，低的到180Ω。經(jīng)多車(chē)泥土和降阻劑，最低的也只能做到53Ω。遠達不到國家標準小于4Ω的要求。采用中光防雷公司低電阻非金屬接地模塊。經(jīng)計算，用了60個(gè)模塊。經(jīng)用日本儀表4102型地阻儀測試，地網(wǎng)電阻由原來(lái)的53Ω降低至3.5Ω，達到了避雷針地網(wǎng)電阻小于10Ω，設備地網(wǎng)電阻小于4Ω的國家標準。攻克了西藏高海拔火山石質(zhì)地面長(cháng)期未能解決的防雷地網(wǎng)問(wèn)題。

圖2 海拔4500米西藏乃堆拉火山石質(zhì)地面

7、綜合防雷
近年來(lái)，雷電防護由富蘭克林式的避雷針?lè )乐睋衾?，發(fā)展到綜合防雷工程新階段。電子信息防雷系統應該是一個(gè)綜合防雷工程。由直擊雷防護措施、等電位連措施、屏蔽措施、規范的綜合布線(xiàn)、設計安裝SPD、完善合理的接地系統。

8、雷擊原因勘察探討
根據前述綜合防雷的六個(gè)要素，對雷擊原因進(jìn)行了勘查。并主要對防直擊雷，防感應雷擊和地網(wǎng)進(jìn)行了重點(diǎn)勘查。地網(wǎng)電阻符合《規范》。三個(gè)高高的鐵塔避雷針正常。配電房，主機房設備，天線(xiàn)場(chǎng)高功放設備正常。配電房進(jìn)行了電源一級防雷，主機房進(jìn)行了二級電源防雷，天線(xiàn)場(chǎng)高功放機房進(jìn)行了三級電源防雷。被雷擊壞的是2個(gè)KU波段天線(xiàn)的電子設備，其工作頻率為12GHZ頻段。經(jīng)查，連接該電子設備的電源線(xiàn)路、信號線(xiàn)路、天饋線(xiàn)路都沒(méi)有安裝防感應雷擊的避雷器件（即SPD）。避雷塔離傳輸電纜距離不到2米。
避雷針是一個(gè)接閃器，即引雷器。它可以防直擊雷，但不能防感應雷擊。良好的地網(wǎng)可以使雷電流經(jīng)避雷針及塔或引下線(xiàn)進(jìn)入地。閃電產(chǎn)生的雷電波是速變電磁場(chǎng)，會(huì )在信號線(xiàn)路、電源線(xiàn)路、天饋線(xiàn)路感應出過(guò)電壓，傳入線(xiàn)路兩端的電子設備；變化的雷電流經(jīng)避雷針塔或下引線(xiàn)入地時(shí)，會(huì )產(chǎn)生變化的感應電磁場(chǎng)，也會(huì )在信號線(xiàn)路、電源線(xiàn)路、天饋線(xiàn)路感應出過(guò)電壓，傳入線(xiàn)路兩端的電子設備。如果上述線(xiàn)路兩端電子設備不安裝浪涌保護器，感應的過(guò)電壓電流就會(huì )損壞電子設備。電子設備防雷，只安避雷針，不安裝防感應雷擊的防雷器件，是防不到雷擊的。避雷針越高，越容易把遠處的雷引過(guò)來(lái)，增加了感應雷擊次數，又不裝防感應雷擊的器件，無(wú)異于把雷引過(guò)來(lái)打電子設備。因此，找電子設備防雷工程的設計單位和施工單位都應當是有設計資質(zhì)和施工資質(zhì)的單位。施工過(guò)程應嚴格監督把關(guān)，竣工時(shí)要嚴格驗收?？⒐ず笠獧z查維護。

9、結束語(yǔ)
綜上所述，閃電的雷電波是速變電磁場(chǎng)。衛星地球站防雷系統應采取綜合防雷措施。即直擊雷防護措施、等電位連接措施、屏蔽措施、規范的綜合布線(xiàn)、設計安裝SPD、完善合理的接地系統。避雷針是引雷針，可防直擊雷，但也把雷引過(guò)來(lái)，增加了電子設備的感應雷擊次數，不安裝防感應雷擊器件，電子設備會(huì )更容易被雷擊。防雷工程設計及施工應找有設計資質(zhì)和有施工資質(zhì)的單位。施工中應嚴格監督把關(guān)，竣工時(shí)應嚴格驗收。某衛星站防雷系統應進(jìn)行改造。防直擊雷措施可進(jìn)行適當改造。避雷塔的位置、高度和數量可從新計算和施工。天線(xiàn)場(chǎng)到室內設備的電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、天饋線(xiàn)兩端都應當增裝防感應雷擊的浪涌保護器。（祥細防雷改造成方案另文敘述）。