播控機房防雷接地系統的設計及改造

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備，如高清視頻服務器、高清數字光端機、千兆網絡交換機等，做好避雷保護對保障設備正常運行和避免融媒體中心的財產損失有重要意義。在熟悉播控機房防雷接地系統布局方式和防雷措施的基礎上，根據防雷接地系統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備免遭雷擊損壞。

1 播控機房防雷接地系統的設計

1.1 電源防雷設計

在以往的播控設備雷擊事故中，雷電經供電線路損害播控設備的形式最為常見。電源防雷設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備的沖擊影響，將其控制在電氣設備允許承受的最大電流范圍內，從而防止損壞。在進行電源防雷設計時，應按照《建筑物電子信息系統防雷技術規范》GB5050343-2016中的規定，不同防護級別的各項指標如表1所示。

表1 電源線路浪涌保護器標稱放電電流參數值

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

圖1 播控樓電源防雷示意圖

1.2 信號防雷設計

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

1.3 接地布線設計

在接地線的選型上，要求所有接地線均為銅質絕緣導線，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的銅質材料，外部通過電鍍錫的方式減小電阻。接地干線的設計要依照建筑結構來考慮。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的防雷屏蔽措施。

1.4 接地網設計

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

上式中，ρ為土壤電阻率，S為接地網面積。根據公式（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到預期效果。材料與接地電阻的關系可表示為：

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、離子接地系統等，也都會取得類似效果。

2 播控機房設備的防雷措施

播控機房的規模和布局雖然有較大差距，但是在播控系統的組成上大同小異，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、通信設備防雷、電纜防雷等幾種，如圖2所示。

圖2 播控機房電氣設備的防雷措施

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，應平行設置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。對于內部保險絲，其額定負荷應參照負載功率來設計，理論上是負載功率的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，將接地電纜埋設于溝底。同時使用素土重新回填，在距離地表40cm處時，埋設2條避雷帶，然后繼續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連接，將芯線的外皮剝掉，露出內部的金屬線，然后將其擰到地網的金屬槽上固定，也會起到一定防雷作用。

3 播控機房防雷接地系統的改造

3.1 電源系統的防雷改造

結合廣播電視系統的組成，理論上可以實現的防雷改造方案有多種，例如低壓系統、直流系統的防雷改造，或者是特殊電源系統的防雷改造等等。現以低壓系統為例，其改造方案為：（1）在變壓器的低壓側，采用并聯的方式，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，還應當在電纜外部增設鋼管，且要求鋼管兩側必須做好接地；（3）對于交流供電系統，各臺易遭受雷擊損害的電氣設備上，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，實行統一管控，補齊短板，提高系統的整體防雷效果。例如，對于進線配電箱的母排、電氣設備的接地線，以及鋼筋網的引下線等，全部與進線箱的總母排相連，然后在總母排上做好防雷接地，既簡化了防雷系統的結構，又提高了防雷保護效果。方案二是將播控機房內等電位連接銅排的數量，并且將所有銅排與發射站的主地網連接，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 信號線與接口設備及計算機網絡防雷接地的改造

在改造時，要求將從室外引入到室內的各類信號線纜，全部在單獨的進線室內做接地處理，避免因遭受雷擊產生的瞬時超大電流直接進入室內，從而達到保護播控機房內部電氣設備的效果；進入融媒體中心纜線在接入播控設備前，應先通過保安器，或者是做好對應接地，在保證安全的前提下連接播控設備；對于用于數據交換的數據線或用于信號傳輸的監控箱，應在線纜兩端的傳送設備上分別安裝1臺避雷器；計算機網絡的控制箱，如果長度超過30m，應在終端計算機上并聯避雷器。所有計算機、監測裝置不得使用外墻壁電源插座。

4 結論

近年來，融媒體中心的播控機房因遭受雷擊而發生故障的情況時有發生，對現有防雷系統進行改造優化迫在眉睫。結合雷電入侵形式以及分析現有防雷系統的設計缺陷，本文提出了基于電源系統以及建筑物防雷接地與接地網、信號線與接口設備等位置的防雷接地改造方案，將有助于進一步提升播控系統中各類電氣設備的防雷能力，保障播控工作的正常開展。