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摘要：通过对卫星地球站(上传系统)的防雷技术措施探讨为实例，详细介绍雷电的入侵原理、防雷方案的规划与卫星地球站的具体防雷措施，并对在防雷改造过程中的实施新技术离子接地极进行介绍。
关键词：雷电入侵；接地系统；离子接地极
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010>1210033-01
1、雷电入侵概述
按雷电产生机理分析，可分为三种情况：
1)直击雷。是指雷云对地面突出物体或电力装置的直接放电，其特点是所含能量巨大，在放电区域时间极短(ms级)。主放电电流可高达几百kA，电压高达数百万伏，强大的雷电流通过地面突出的易导电物体入地，瞬间产生破坏性极大的热效应和机械效应。
2)感应雷。是指当雷云接近放电物体时，由于静电感应和电磁感应共同作用，由雷电流向物体放电，从而在金属体上产生极高电压的放电过程。在卫星地球站(上传系统)中感应雷主要表现为两种形式：一是电网感应雷；二是传输电缆感应雷。
3)雷电波。是指输电架空线路因为遭雷击或发生雷电感应雷时而产生的沿各个方向迅速传播的感应高电位冲击波。其传播速度在150m/s左右，它与感应雷所产生的压降原理相同，危害相似，同的是雷电侵入波向各个方向均传播。对卫星地球站的上传信息造成干扰，形成干扰源，严重时将对电源终端系统造成损坏。
在卫星地球站(上传系统)中，雷电的袭入途径以直击雷和感应雷为主，主要通过以下几种途径侵入系统设备：供电线路侵入、信号线缆侵入和地电位反击电压经接地导体侵入等。
2、防雷新方案的规划
根据雷电的特点，针对卫星地球站(上传系统)防雷系统的不足，卫星地球站(上传系统)设计了一套新的防雷方案。新方案重点从防雷、引雷和接地三个方面考虑。
1)防雷系统
防雷系统重点从防感应雷和雷电波的角度来考虑，这两种雷电入侵及破坏形式相近，都是通过电网对所连接的系统设备等造成损坏，损坏主要集中在电源部份，如：变压器、整流滤波电路以及开关电路等；也可通过传输电缆对与之相连的元器件造成损害。针对其特点。我们采取的主要措施包括：①对供电线路进行改造；②对信号电缆系统进行处理；⑧加装避雷器，④建立和完善机房三级防雷系统；⑤旧设备更新时重点考虑防雷设计的产品。通过以上的措施将雷电侵入对系统的危害降到最低。
2)引雷系统
对于大电流、超强电压的直击雷与侧击雷，主要考虑用独立避雷针，对单塔保护无法保护的区域加装一些高度合适的避雷针。避雷针的高度及位置根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000版)中规定的电气几何法即我们常说的滚球法设置。
3)接地系统
接地措施是减小雷电危害的方法，大地作为电气系统的基准零点，雷电最终的扩散终点，任何避雷设施的作用都是将雷电引入大地，在雷电的流径之路上利用路径的低阻抗接地体向大地泄放电荷。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000版)中规定天线塔及机房防雷接地电阻参考值，发射台的天线塔接地电阻应小于5Ω；机房接地电阻应小于5Ω；电器设备对接地也有不同要求，如：100kVA以上的变压器应小于等于4Ω；独立避雷针应小于10Ω等。卫星地球站(上传系统)的接地措施主要从三方面考虑：①维护和修缮原发射台各建筑的下地通道，特别是对新建建筑及天线，一定要将其接地和老系统联结；②将机房所有设备接地与机房公共地连接起来，其工频接地电阻不应大于5Ω；③对新建避雷针架设初期就在接地上充分考虑，并与原接地系统相连。通过以上措施建立一个完整的等电位共用地网。
3、具体防雷措施
1)机房防雷系统。机房防雷系统是项目的核心部分，是保障雷电危害的最后环节，该系统工主要包括以下几个部分：①机房屋顶装设避雷网，其网格尺寸不大于3m×3m，且与屋顶四周敷设的闭合环形避雷带一一焊接导通。机房四角应装设雷电引下线。②在机房及电力室内在墙面、地槽或走线架上敷设环形接地汇集线。机房及电力室接地汇集线之间采用40mmx4mm镀锌扁钢导通连接。⑧机房设备的工作接地、保护接地采用共用接地并做等电位联结。进出机房的电力线、通信线及其他缆线采用穿金属管埋地敷设，并在接地端装设电涌保护器。此外屋内所有金属构件都要采取等电位连接。
2)改造供电线路，减小雷电波的传递。措施：在供电线路顶终端线杆加装了抗雷击效果好的FZW512/630-20型高压油闸开关和避雷器，此装置能有效地抑制了电网串入的雷电影响。氧化锌避雷器是以电工碳化硅钢片组装而成的，与普遍阀型避雷器相比，具有动作迅速、通流容量大、残压低、无续流、对大气过电压和操作过电压都能起保护作用、结构简单、可靠性高、寿命长维护简单等优点。
3)信号机房及控制系统的防雷体系
信号机房及控制系统是卫星地球站(上传系统)的心脏，为确保其绝对安全，我们为其增加了两台大功率UPS电源，为信号系统及控制系统的提供不间断供电，并在输出端还加装避雷器一组，此外在高压侧、低压侧、UPS防雷的基础上又加装了电涌保护器防护。用于保障两部分供电及设备不被雷电侵入和其它干扰。
4)减小接地电阻的阻值，提高防雷效果
由于我卫星地球站所处地区为山地，降低接地电阻的阻值困难，因此为解决这一技术难题，我站采用了新型的接地技术——离子接地极，是一种新的防雷器件。离子接地极外表是紫铜合金，以确保最高导电性能及较长使用寿命，内部填充含高导电活性离子化合物，顶部与底部分别设有呼吸孔和离子释放孔。它突破传统接地方式单位面积接地电阻过高的限制，大幅度地减小了接地单元的占地面积。
理论分析与工程实践均表明，影响接地电阻大小主要是接地极周围的土壤电阻率，90％的接地电阻一般都近邻接地体周围的范围内，接地体直径对接地电阻的影响不大。土壤电阻率是由土壤中水分含量和可自由移动的离子浓度所确定的。土壤电阻率高的直接原因就是缺乏可自由移动的离子的辅助导电作用。接地电阻随着土壤中离子浓度降低而上升。根据这一理论，我们从改变接地体周围土壤电阻率入手。通过引入高导电活性离子的方法使土壤电阻率下降，最终大幅度降低接地体的接地电阻。
离子接地极设有呼吸孔和离子释放孔，呼吸孔用于吸收空气中的水份并通过潮解作用，将电解地极中的化学晶体变为电解溶液从该孔排出，使其液体均匀的流入土壤，使得活性电离子有效释放到土壤中形成多层面导电介质。这一措施特别是在石头山土壤少的地区，可将电解液沿石山纵深方向渗透，使得原来导电率极差的高山地质结构形成类似树根状良好的导电通道。能大大的降低了接地极周围土壤的电阻率。管外离子通过管内不断得以补充，达到接地电阻长期稳定在标准范围内。当导体内的缓释填充剂埋设后，接地电阻会逐渐下降，半年至一年内达到稳定值，整个缓释过程可以长达30年。高导电活性离子化合物采用的无腐蚀无污染材料。对周围环境不会造成污染，无须维护及保养。
关键词：雷电入侵；接地系统；离子接地极
中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010>1210033-01
1、雷电入侵概述
按雷电产生机理分析，可分为三种情况：
1)直击雷。是指雷云对地面突出物体或电力装置的直接放电，其特点是所含能量巨大，在放电区域时间极短(ms级)。主放电电流可高达几百kA，电压高达数百万伏，强大的雷电流通过地面突出的易导电物体入地，瞬间产生破坏性极大的热效应和机械效应。
2)感应雷。是指当雷云接近放电物体时，由于静电感应和电磁感应共同作用，由雷电流向物体放电，从而在金属体上产生极高电压的放电过程。在卫星地球站(上传系统)中感应雷主要表现为两种形式：一是电网感应雷；二是传输电缆感应雷。
3)雷电波。是指输电架空线路因为遭雷击或发生雷电感应雷时而产生的沿各个方向迅速传播的感应高电位冲击波。其传播速度在150m/s左右，它与感应雷所产生的压降原理相同，危害相似，同的是雷电侵入波向各个方向均传播。对卫星地球站的上传信息造成干扰，形成干扰源，严重时将对电源终端系统造成损坏。
在卫星地球站(上传系统)中，雷电的袭入途径以直击雷和感应雷为主，主要通过以下几种途径侵入系统设备：供电线路侵入、信号线缆侵入和地电位反击电压经接地导体侵入等。
2、防雷新方案的规划
根据雷电的特点，针对卫星地球站(上传系统)防雷系统的不足，卫星地球站(上传系统)设计了一套新的防雷方案。新方案重点从防雷、引雷和接地三个方面考虑。
1)防雷系统
防雷系统重点从防感应雷和雷电波的角度来考虑，这两种雷电入侵及破坏形式相近，都是通过电网对所连接的系统设备等造成损坏，损坏主要集中在电源部份，如：变压器、整流滤波电路以及开关电路等；也可通过传输电缆对与之相连的元器件造成损害。针对其特点。我们采取的主要措施包括：①对供电线路进行改造；②对信号电缆系统进行处理；⑧加装避雷器，④建立和完善机房三级防雷系统；⑤旧设备更新时重点考虑防雷设计的产品。通过以上的措施将雷电侵入对系统的危害降到最低。
2)引雷系统
对于大电流、超强电压的直击雷与侧击雷，主要考虑用独立避雷针，对单塔保护无法保护的区域加装一些高度合适的避雷针。避雷针的高度及位置根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000版)中规定的电气几何法即我们常说的滚球法设置。
3)接地系统
接地措施是减小雷电危害的方法，大地作为电气系统的基准零点，雷电最终的扩散终点，任何避雷设施的作用都是将雷电引入大地，在雷电的流径之路上利用路径的低阻抗接地体向大地泄放电荷。根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-1994(2000版)中规定天线塔及机房防雷接地电阻参考值，发射台的天线塔接地电阻应小于5Ω；机房接地电阻应小于5Ω；电器设备对接地也有不同要求，如：100kVA以上的变压器应小于等于4Ω；独立避雷针应小于10Ω等。卫星地球站(上传系统)的接地措施主要从三方面考虑：①维护和修缮原发射台各建筑的下地通道，特别是对新建建筑及天线，一定要将其接地和老系统联结；②将机房所有设备接地与机房公共地连接起来，其工频接地电阻不应大于5Ω；③对新建避雷针架设初期就在接地上充分考虑，并与原接地系统相连。通过以上措施建立一个完整的等电位共用地网。
3、具体防雷措施
1)机房防雷系统。机房防雷系统是项目的核心部分，是保障雷电危害的最后环节，该系统工主要包括以下几个部分：①机房屋顶装设避雷网，其网格尺寸不大于3m×3m，且与屋顶四周敷设的闭合环形避雷带一一焊接导通。机房四角应装设雷电引下线。②在机房及电力室内在墙面、地槽或走线架上敷设环形接地汇集线。机房及电力室接地汇集线之间采用40mmx4mm镀锌扁钢导通连接。⑧机房设备的工作接地、保护接地采用共用接地并做等电位联结。进出机房的电力线、通信线及其他缆线采用穿金属管埋地敷设，并在接地端装设电涌保护器。此外屋内所有金属构件都要采取等电位连接。
2)改造供电线路，减小雷电波的传递。措施：在供电线路顶终端线杆加装了抗雷击效果好的FZW512/630-20型高压油闸开关和避雷器，此装置能有效地抑制了电网串入的雷电影响。氧化锌避雷器是以电工碳化硅钢片组装而成的，与普遍阀型避雷器相比，具有动作迅速、通流容量大、残压低、无续流、对大气过电压和操作过电压都能起保护作用、结构简单、可靠性高、寿命长维护简单等优点。
3)信号机房及控制系统的防雷体系
信号机房及控制系统是卫星地球站(上传系统)的心脏，为确保其绝对安全，我们为其增加了两台大功率UPS电源，为信号系统及控制系统的提供不间断供电，并在输出端还加装避雷器一组，此外在高压侧、低压侧、UPS防雷的基础上又加装了电涌保护器防护。用于保障两部分供电及设备不被雷电侵入和其它干扰。
4)减小接地电阻的阻值，提高防雷效果
由于我卫星地球站所处地区为山地，降低接地电阻的阻值困难，因此为解决这一技术难题，我站采用了新型的接地技术——离子接地极，是一种新的防雷器件。离子接地极外表是紫铜合金，以确保最高导电性能及较长使用寿命，内部填充含高导电活性离子化合物，顶部与底部分别设有呼吸孔和离子释放孔。它突破传统接地方式单位面积接地电阻过高的限制，大幅度地减小了接地单元的占地面积。
理论分析与工程实践均表明，影响接地电阻大小主要是接地极周围的土壤电阻率，90％的接地电阻一般都近邻接地体周围的范围内，接地体直径对接地电阻的影响不大。土壤电阻率是由土壤中水分含量和可自由移动的离子浓度所确定的。土壤电阻率高的直接原因就是缺乏可自由移动的离子的辅助导电作用。接地电阻随着土壤中离子浓度降低而上升。根据这一理论，我们从改变接地体周围土壤电阻率入手。通过引入高导电活性离子的方法使土壤电阻率下降，最终大幅度降低接地体的接地电阻。
离子接地极设有呼吸孔和离子释放孔，呼吸孔用于吸收空气中的水份并通过潮解作用，将电解地极中的化学晶体变为电解溶液从该孔排出，使其液体均匀的流入土壤，使得活性电离子有效释放到土壤中形成多层面导电介质。这一措施特别是在石头山土壤少的地区，可将电解液沿石山纵深方向渗透，使得原来导电率极差的高山地质结构形成类似树根状良好的导电通道。能大大的降低了接地极周围土壤的电阻率。管外离子通过管内不断得以补充，达到接地电阻长期稳定在标准范围内。当导体内的缓释填充剂埋设后，接地电阻会逐渐下降，半年至一年内达到稳定值，整个缓释过程可以长达30年。高导电活性离子化合物采用的无腐蚀无污染材料。对周围环境不会造成污染，无须维护及保养。