播控機房防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計及改造

陳雷敏

（江蘇省宜興市融媒體中心，江蘇 宜興 214200）

融媒體中心的播控機房中安裝有大量的電氣設(shè)備，如高清視頻服務(wù)器、高清數(shù)字光端機、千兆網(wǎng)絡(luò)交換機等，做好避雷保護對保障設(shè)備正常運行和避免融媒體中心的財產(chǎn)損失有重要意義。在熟悉播控機房防雷接地系統(tǒng)布局方式和防雷措施的基礎(chǔ)上，根據(jù)防雷接地系統(tǒng)在實際運行中存在的一些問題，制定方案、加以改造，才能在雷電天氣下更好地保障播控設(shè)備免遭雷擊損壞。

1 播控機房防雷接地系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 電源防雷設(shè)計

在以往的播控設(shè)備雷擊事故中，雷電經(jīng)供電線路損害播控設(shè)備的形式最為常見。電源防雷設(shè)計的原理是通過抑制或分流的方式，降低雷擊電流對電氣設(shè)備的沖擊影響，將其控制在電氣設(shè)備允許承受的最大電流范圍內(nèi)，從而防止損壞。在進(jìn)行電源防雷設(shè)計時，應(yīng)按照《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB5050343-2016中的規(guī)定，不同防護級別的各項指標(biāo)如表1所示。

表1 電源線路浪涌保護器標(biāo)稱放電電流參數(shù)值

參照上述標(biāo)準(zhǔn)，針對播控機房內(nèi)不同類型的電氣設(shè)備，采取相應(yīng)的電源防雷方案。例如，在播控樓的總配電進(jìn)線處安裝HT380-A100B型電涌保護箱，達(dá)到A級防護標(biāo)準(zhǔn)；在各個播出機房的總配電進(jìn)線處安裝HT380-A080B型電涌保護箱，達(dá)到B級防護標(biāo)準(zhǔn)；在各個機房的UPS電源處安裝HT220-B040B型電涌保護箱，達(dá)到C級防護標(biāo)準(zhǔn)；將其他電氣設(shè)備的電源插排更換為具有防雷功能的HT231型專用插排，達(dá)到D級防護標(biāo)準(zhǔn)。布局方式如圖1所示。

圖1 播控樓電源防雷示意圖

1.2 信號防雷設(shè)計

對于天饋系統(tǒng)、衛(wèi)星天線等信號傳輸設(shè)備，雷電很容易沿著信號傳輸線路從外界進(jìn)入到室內(nèi)，進(jìn)而對室內(nèi)電氣設(shè)備造成損害。在信號防雷設(shè)計中，針對該系統(tǒng)中的不同裝置，采取差異化的設(shè)計方案。光纜傳輸線路采用的是外接屏蔽網(wǎng)可靠接地的方式，起到防雷保護效果；而衛(wèi)星信號、GPS信號傳輸裝置，則采用了并聯(lián)HT139防雷器的方式達(dá)到保護效果；對于室外墻壁上的信號線，則采用外加鋼管屏蔽的方式，達(dá)到防雷保護。

1.3 接地布線設(shè)計

在接地線的選型上，要求所有接地線均為銅質(zhì)絕緣導(dǎo)線，并且截面積不得低于5mm2。室外接地線需要穿越鋼管，并且要求鋼管的兩端有良好的接地，起到保護內(nèi)部電線的作用。每個樓層均配備一條接地母線，并且與本樓層所有的配線柜連接，接地母線的選型上，也使用截面積不低于15mm2的銅質(zhì)材料，外部通過電鍍錫的方式減小電阻。接地干線的設(shè)計要依照建筑結(jié)構(gòu)來考慮。除此之外，還有接地引入線、接地體等，在實際布局時均要采取相應(yīng)的防雷屏蔽措施。

1.4 接地網(wǎng)設(shè)計

接地網(wǎng)主要包括3部分，分別是接地環(huán)、接地極與引下線。在接地網(wǎng)設(shè)計中，接地電阻（R）是需要考慮的關(guān)鍵因素。可以通過以下公式計算

上式中，ρ為土壤電阻率，S為接地網(wǎng)面積。根據(jù)公式（1）可知，在土壤電阻率ρ一定的情況下，通過擴大接地網(wǎng)面積的方式，能夠降低接地電阻。但是在實際中，無論是出于工程量的考慮，還是出于建設(shè)成本考慮，這種方式均有一定的局限性。基于此，可以通過替換接地材料的方式達(dá)到預(yù)期效果。材料與接地電阻的關(guān)系可表示為：

上式中，L為接地極長度，d為鋼材等效直徑。根據(jù)公式（2），使用鋼材作為接地材料，將有助于降低接地電阻。除此之外，像專用的降阻劑、離子接地系統(tǒng)等，也都會取得類似效果。

2 播控機房設(shè)備的防雷措施

播控機房的規(guī)模和布局雖然有較大差距，但是在播控系統(tǒng)的組成上大同小異，因此采取的防雷措施具有相似性。概括來說，大致有變壓器防雷、通信設(shè)備防雷、電纜防雷等幾種，如圖2所示。

圖2 播控機房電氣設(shè)備的防雷措施

2.1 高壓線明線防雷

對于額定電壓在1.0×104V的輸電線路上，高壓線上方約50cm處，應(yīng)平行設(shè)置1條金屬避雷線，并且要求其接地電阻不低于20Ω；同時，在變壓器之前，安裝1臺一級閾值避雷器，起到高壓線防雷作用。

2.2 變壓器防雷

通過安裝避雷針的方式，保護電壓器免遭雷擊。避雷針的接地電阻不應(yīng)低于20Ω，并且要保證變壓器的金屬外殼做好接地。

2.3 配電盤防雷

在配電盤前安裝1臺一級避雷器，同樣要求配電盤的金屬外殼要做好接地。對于內(nèi)部保險絲，其額定負(fù)荷應(yīng)參照負(fù)載功率來設(shè)計，理論上是負(fù)載功率的1.5 -2.0 倍。

2.4 電纜防雷

對于需要埋地的電纜，應(yīng)提前挖掘一處深度在1.5 m左右的電纜溝，將接地電纜埋設(shè)于溝底。同時使用素土重新回填，在距離地表40cm處時，埋設(shè)2條避雷帶，然后繼續(xù)回填直到與周邊地面齊平，踩踏壓實。布局如圖3所示。

此外，還有一種情況是電纜直接接地，將電纜中性線與地網(wǎng)連接，將芯線的外皮剝掉，露出內(nèi)部的金屬線，然后將其擰到地網(wǎng)的金屬槽上固定，也會起到一定防雷作用。

3 播控機房防雷接地系統(tǒng)的改造

3.1 電源系統(tǒng)的防雷改造

結(jié)合廣播電視系統(tǒng)的組成，理論上可以實現(xiàn)的防雷改造方案有多種，例如低壓系統(tǒng)、直流系統(tǒng)的防雷改造，或者是特殊電源系統(tǒng)的防雷改造等等。現(xiàn)以低壓系統(tǒng)為例，其改造方案為：（1）在變壓器的低壓側(cè)，采用并聯(lián)的方式，加入1臺避雷器；（2）所有架空的室外低壓線路，一律替換為直埋電纜。如果電纜長度超過10m，還應(yīng)當(dāng)在電纜外部增設(shè)鋼管，且要求鋼管兩側(cè)必須做好接地；（3）對于交流供電系統(tǒng)，各臺易遭受雷擊損害的電氣設(shè)備上，也要分別安裝地理的避雷器。

3.2 建筑物防雷接地與接地網(wǎng)的改造

方案一是利用將原來分散的接地線，全部集中到一起，實行統(tǒng)一管控，補齊短板，提高系統(tǒng)的整體防雷效果。例如，對于進(jìn)線配電箱的母排、電氣設(shè)備的接地線，以及鋼筋網(wǎng)的引下線等，全部與進(jìn)線箱的總母排相連，然后在總母排上做好防雷接地，既簡化了防雷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，又提高了防雷保護效果。方案二是將播控機房內(nèi)等電位連接銅排的數(shù)量，并且將所有銅排與發(fā)射站的主地網(wǎng)連接，形成若干個電位相等的連接點，通過消除電位差提高防雷效果。

3.3 信號線與接口設(shè)備及計算機網(wǎng)絡(luò)防雷接地的改造

在改造時，要求將從室外引入到室內(nèi)的各類信號線纜，全部在單獨的進(jìn)線室內(nèi)做接地處理，避免因遭受雷擊產(chǎn)生的瞬時超大電流直接進(jìn)入室內(nèi)，從而達(dá)到保護播控機房內(nèi)部電氣設(shè)備的效果；進(jìn)入融媒體中心纜線在接入播控設(shè)備前，應(yīng)先通過保安器，或者是做好對應(yīng)接地，在保證安全的前提下連接播控設(shè)備；對于用于數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)線或用于信號傳輸?shù)谋O(jiān)控箱，應(yīng)在線纜兩端的傳送設(shè)備上分別安裝1臺避雷器；計算機網(wǎng)絡(luò)的控制箱，如果長度超過30m，應(yīng)在終端計算機上并聯(lián)避雷器。所有計算機、監(jiān)測裝置不得使用外墻壁電源插座。

4 結(jié)論

近年來，融媒體中心的播控機房因遭受雷擊而發(fā)生故障的情況時有發(fā)生，對現(xiàn)有防雷系統(tǒng)進(jìn)行改造優(yōu)化迫在眉睫。結(jié)合雷電入侵形式以及分析現(xiàn)有防雷系統(tǒng)的設(shè)計缺陷，本文提出了基于電源系統(tǒng)以及建筑物防雷接地與接地網(wǎng)、信號線與接口設(shè)備等位置的防雷接地改造方案，將有助于進(jìn)一步提升播控系統(tǒng)中各類電氣設(shè)備的防雷能力，保障播控工作的正常開展。