RBN-DGNSS臺站的防雷技術(shù)

文/楊弘曧

RBN-DGNSS的全稱為無線電指向標(biāo)-差分全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，英文為radio beacondifferential global navigation satellite system，RBN-DGNSS臺站是我國重要的航海無線電指向標(biāo)播發(fā)臺，通過將DGNSS差分信息以特定格式播發(fā)給用戶，向用戶提供高精度的助航定位服務(wù)。

1 RBN-DGNSS臺站防雷的必要性

眾所周知，雷電是在短時(shí)間內(nèi)以脈沖的形式通過強(qiáng)大的電流，直擊雷可導(dǎo)致人員傷亡，雷電產(chǎn)生的熱效應(yīng)會導(dǎo)致建筑物構(gòu)件或各類設(shè)備的瞬間熱量過大導(dǎo)致爆炸。由此可見，雷電流對于人員、物體具有較大的危害。沿海RBN-DGNSS臺站除了擁有建筑物、設(shè)備和人員之外還有其特殊性，具體如下：

（1）RBN-DGNSS臺站是為船舶進(jìn)出港口及沿海航道航行安全服務(wù)的重要設(shè)施。因其發(fā)射信號的需要，為保證發(fā)射天線的高度，臺站通常選址在沿海島嶼、島邊等高聳、孤立的地區(qū)。這些地區(qū)是雷電多發(fā)地區(qū)，臺站設(shè)施較為容易遭受雷害。

（2）臺站的發(fā)射天線場附近地面土壤導(dǎo)電性將影響雷電的傳導(dǎo)。如果地面下層為巖石，則導(dǎo)電性能較差，地阻較大，不利于雷擊電流的擴(kuò)散，容易造成發(fā)射天線設(shè)備的雷擊損壞。

（3）如果臺站的雷擊防護(hù)措施不當(dāng)，發(fā)生雷擊后，不但會導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)、信號發(fā)射中斷，還會造成站內(nèi)值班人員的傷亡和臺站設(shè)備的財(cái)產(chǎn)損失。

根據(jù)中華人民共和國海事局2005年發(fā)布的《海事系統(tǒng)助航設(shè)施防雷技術(shù)規(guī)范》，臺站屬于第一類防雷助航設(shè)施。因此，RBNDGNSS臺站的雷電防護(hù)工作是十分必要的。

2 RBN-DGNSS臺站防雷工作現(xiàn)狀

RBN-DGNSS臺站防雷主要包括防直擊雷、防雷電感應(yīng)和防雷電波侵入。對于直擊雷，一般考慮安裝避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)；對于雷電感應(yīng)和雷電波侵入電氣線路引起的過電壓，一般在電氣設(shè)備或信息設(shè)備上安裝避雷器或電涌保護(hù)器來進(jìn)行防護(hù)。不論何種防雷方式，都必須考慮接地裝置，以保障設(shè)備和人員的安全。目前存在的問題如下：

2.1 發(fā)射天線機(jī)房的雷擊防范措施不夠完善

發(fā)射天線機(jī)房又稱天線調(diào)諧機(jī)房，是臺站發(fā)射數(shù)據(jù)信號的重要設(shè)施，數(shù)據(jù)信號通過天線調(diào)諧機(jī)房中的天線調(diào)諧器處理后經(jīng)饋線傳輸至發(fā)射天線鐵塔。如果未對饋線采取有效的屏蔽接地措施，雷擊發(fā)生后，天線鐵塔引下的雷電流極容易從饋線侵入天線調(diào)諧機(jī)房而直接導(dǎo)致設(shè)備的損壞，因此迫切需要完善天線調(diào)諧機(jī)房的防雷措施。

2.2 臺站的接地地網(wǎng)無法達(dá)到預(yù)期的泄流導(dǎo)電效果

臺站的防雷區(qū)域有兩個(gè)，分別為發(fā)射天線區(qū)域和數(shù)據(jù)機(jī)房區(qū)域。根據(jù)防雷規(guī)范，這兩個(gè)區(qū)域都應(yīng)配套防雷接地裝置。臺站早期的接地裝置的布設(shè)過于簡易，接地線徑和布局不規(guī)范，可能僅有垂直接地體和接地井，或者接地地網(wǎng)年久殘損，缺乏整修，致使接地網(wǎng)的接地電阻值過大，超過標(biāo)準(zhǔn)值（一般為4.0Ω），一旦遭受雷擊，將無法達(dá)到預(yù)期的泄流導(dǎo)電效果。

2.3 臺站機(jī)房內(nèi)部未按規(guī)范安裝三級防雷保護(hù)裝置

傳統(tǒng)的建筑防雷措施主要針對直擊雷，包括接閃器、引下線和接地體等防雷裝置，而對于過電壓的防護(hù)措施考慮較少。臺站機(jī)房的信息系統(tǒng)和電子設(shè)備極易受到感應(yīng)雷和雷電波侵入而產(chǎn)生過電壓，需通過安裝避雷器、防浪涌保護(hù)器的方式來達(dá)到避雷的效果。目前，部門臺站的數(shù)據(jù)機(jī)房和天調(diào)機(jī)房內(nèi)部未安裝避雷裝置，機(jī)房配電柜、機(jī)柜未采取分級電源防雷保護(hù)，給機(jī)房設(shè)備增加了雷擊損壞的概率，影響機(jī)房設(shè)備和人員的安全。

2.4 防雷施工單位未完全按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)，存在“防雷投資大，卻見效少”的現(xiàn)象

一般來說，防雷工程須由具有防雷施工資質(zhì)的公司負(fù)責(zé)實(shí)施，但在現(xiàn)場施工過程中，如果管理松懈，會導(dǎo)致施工人員為圖方便應(yīng)付了事，比如地網(wǎng)挖溝不夠深，接地井位置太近、地網(wǎng)布局不合理等。由于防雷接地工程大部分是隱蔽工程，因此施工過程管理很大程度將決定工程的質(zhì)量和臺站防雷的最終效果。

3 RBN-DGNSS臺站防雷技術(shù)實(shí)務(wù)分析

防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不可能依靠一、二種先進(jìn)的防雷設(shè)備和防雷措施就能完全消除雷擊過電壓和感應(yīng)過電壓的影響，必須針對雷害侵入途徑和各類可能產(chǎn)生雷擊的因素，采用綜合防治的現(xiàn)代防雷手段，才能將雷害減輕到最低。下面從四個(gè)方面對RBN-DGNSS臺站防雷技術(shù)實(shí)務(wù)進(jìn)行分析：

3.1 發(fā)射天線系統(tǒng)的防雷保護(hù)

發(fā)射天線系統(tǒng)的防雷保護(hù)是要將整個(gè)天線工作系統(tǒng)作為一個(gè)整體保護(hù)對象來進(jìn)行考慮。既要考慮各個(gè)子系統(tǒng)的防雷保護(hù)，又要考慮各個(gè)子系統(tǒng)之間的有效銜接，做到系統(tǒng)配置、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、適當(dāng)冗余。主要措施如下：

（1）天線發(fā)射塔的避雷系統(tǒng)由避雷針、放電裝置和底部避雷球組成。在天線根部安裝一對避雷球，在無雷電的正常工作電壓下，避雷球處于開路，發(fā)射機(jī)正常工作。當(dāng)雷電壓加到天線上之后，避雷球瞬間被擊穿而處于短路，雷電壓經(jīng)下部避雷球而接地，大量雷電流經(jīng)接地系統(tǒng)而得到及時(shí)泄放，保護(hù)了發(fā)射機(jī)及天線底座絕緣子不致?lián)p壞。

（2）在天線調(diào)諧機(jī)房的屋頂采用熱鍍鋅圓鋼上做一圈閉合圈避雷帶，對角接引下線引致接地裝置。機(jī)房內(nèi)部沿著內(nèi)墻做屏蔽網(wǎng)處理，設(shè)計(jì)采用熱鍍鋅圓鋼做屏蔽網(wǎng)格，焊接成一個(gè)屏蔽籠固定在內(nèi)墻上，讓設(shè)備處在這個(gè)等電位籠里，確保設(shè)備安全。在機(jī)房內(nèi)安裝一個(gè)等電位接地排，提供設(shè)備外殼及防雷器接地，室外接地網(wǎng)對角兩點(diǎn)引入機(jī)房。

在發(fā)射信號傳輸饋線接出天線調(diào)諧設(shè)備的前端安裝一個(gè)一級防雷器，確保機(jī)房配電設(shè)施的安全。安裝時(shí)連接導(dǎo)線長度滿足規(guī)范要求，并在防雷器前加裝防浪涌保護(hù)器。

（3）對接收和發(fā)射饋線的線路進(jìn)行屏蔽接地處理，采用鋼管通長連接并進(jìn)行通長接地處理。對發(fā)射信號的控制線及電源線路進(jìn)行穿鋼管屏蔽接地處理，并與地網(wǎng)連通。

3.2 發(fā)射天線區(qū)域和數(shù)據(jù)機(jī)房區(qū)域的防雷接地網(wǎng)建設(shè)

接地網(wǎng)建設(shè)是臺站防雷最重要的環(huán)節(jié)，目的是使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放，從而保護(hù)建筑物、人員和設(shè)備的安全。因此，在發(fā)射天線塔和數(shù)據(jù)機(jī)房周邊的適當(dāng)位置應(yīng)布設(shè)接地裝置，一般由外層接地環(huán)（網(wǎng)）、水平接地體和垂直接地體組成。

天線場所處周邊的土壤電阻率通常較高，為了達(dá)到降低接地網(wǎng)接地電阻之目的，首先需要從理論上研究降低接地電阻的方法。由公式接地電阻計(jì)算公式R=ρε/C可以看出，降低接地電阻有以下兩種途徑：

第一種途徑是通過增大接地體幾何尺寸，即擴(kuò)大地網(wǎng)面積，以增大接地體的電容C，從而達(dá)到降低接地電阻的目的，這不但需要耗費(fèi)大量的征地費(fèi)用，而且還增加了地網(wǎng)建成后的維護(hù)成本。

第二種途徑是通過在地網(wǎng)中增加降阻模塊來以改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，降低電阻率ρ和介電系數(shù)ε，進(jìn)而降低接地電阻。降阻模塊內(nèi)置的防腐金屬電極、周圍密實(shí)包裹這物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的低電阻導(dǎo)電材料，保證了降阻模塊的導(dǎo)電性不受季節(jié)影響。它具有吸濕、保溫特性，接地模塊電阻低且能保持長期穩(wěn)定，在高土壤電阻率地區(qū)，能有效降低地網(wǎng)接地電阻。埋設(shè)降阻模塊時(shí)，應(yīng)盡量選擇適合的土層。

3.3 機(jī)房設(shè)備電源系統(tǒng)的三級防雷保護(hù)

建筑物內(nèi)信息設(shè)備的電源系統(tǒng)防雷是以建筑物為一個(gè)供電單元，在供電線路的各部位（防雷區(qū)交接處）逐級安裝雷電保護(hù)裝置，以消除雷擊過電壓。一般來說，第一級保護(hù)設(shè)置在總配電柜處，第二級保護(hù)設(shè)置在分配電柜線路輸入端，第三級保護(hù)設(shè)置在電子信息設(shè)備電源進(jìn)線端。

臺站機(jī)房設(shè)備的電源系統(tǒng)防雷的具體步驟如下：

（1）在臺站的總配電房市電供電線路上設(shè)計(jì)安裝一級防雷器和防浪涌保護(hù)器，確保機(jī)房配電設(shè)施的安全。

（2）在中心機(jī)房配電總開關(guān)處安裝二級電源防雷器和防浪涌保護(hù)器，將工作區(qū)內(nèi)電源線路與地線之間形成等電位，保護(hù)工作區(qū)間內(nèi)的人身安全，順便保護(hù)設(shè)備安全。

（3）在中心機(jī)房各機(jī)柜上防雷插排代替機(jī)柜上的普通插排，作為機(jī)房電源線路三級防雷保護(hù)。

3.4 加強(qiáng)防雷工程施工現(xiàn)場監(jiān)管

防雷工程不同于其他的建筑工程，防雷施工必須保證專業(yè)的施工工序和施工工藝，才能確保防雷工程防雷效果的可靠性。建議考慮以下兩點(diǎn)：

（1）施工前必須進(jìn)行設(shè)計(jì)交底和現(xiàn)場確認(rèn)，現(xiàn)場確認(rèn)內(nèi)容包括地網(wǎng)布設(shè)走向、接地井位置、防雷裝置規(guī)格等。如設(shè)計(jì)方案與現(xiàn)場實(shí)際情況不符，需設(shè)計(jì)、施工、業(yè)主三方共同確認(rèn)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)變更。

（2）防雷工程中隱蔽項(xiàng)目的施工質(zhì)量很大程度上決定了項(xiàng)目竣工后的整體防雷效果，參建各方應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行隱蔽項(xiàng)目簽證制度。

4 結(jié)束語

RBN-DGNSS臺站防雷工作是臺站管理的重要內(nèi)容，直接影響臺站業(yè)務(wù)運(yùn)行和人員設(shè)備安全。本文從臺站防雷的現(xiàn)狀出發(fā)，分別就發(fā)射天線系統(tǒng)防雷、機(jī)房設(shè)備電源系統(tǒng)防雷、防雷接地網(wǎng)建設(shè)以及防雷施工過程監(jiān)管等技術(shù)實(shí)務(wù)進(jìn)行分析，以有效提升RBN-DGNSS臺站防雷工作水平。

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