卫星天线的防雷.docx

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卫星天线的防雷

防雷避雷设施系统的建设介绍

一、概述

通过多年实践，人们发现雷电作为一种破坏因素时，其呈现的形式不是单一的，有直击雷、感应雷、雷电入侵波等，而雷电对现代某一特定对象的破坏渠道也不是单一的，有空间通道、馈线通道、信号通道、供电通道、地电位反击通道、地电流反冲通道和落雷点高位冲击通道等。

而人类社会发展至今，如防雷技术水平还局限于任何一个单一的防雷器件，就无法保证所有保护对象的防雷安全。

采用综合治理、整体防范、多重保护、层层设防的综合防治雷害的方针是行之有效的，或者说采用各种特定的防雷器件，构成特定的工程网络，在某一特定的保护空间的一切进雷通道上，采用引、泄、堵、消、防、避的方法，来保护被保护对象（通信设备、人身、房屋）安全。

要保证设备群体安全、操作人员，安全必须在该整体的一切进雷通道上消散、疏导、抑制掉直击雷、感应雷和雷电入侵波。

我局大部分测站地处偏远农村，又是雷电多发区域。

为保证设备的正常运行，我局领导非常重视，在进行设备安装的同时，就要求完成设备感应雷地网的建设。

设备安装人员也非常负责，认真完成每一个地网的建设，并且所有地网的接地电阻都在4Ω以下。

通过近三年的运行，没有一例室内设备被雷损坏的情况。

为了实现水文局118个中央报汛站7月1日全部自动报汛的目标，我局领导高度重视，在完成其他准备工作的同时，还拿出专门的经费来进行设备防直接雷的建设；就是防止雨量筒、卫星天线等设备遭受直接雷击。

二、建设依据

1．《建筑物防雷设计规范》GB50057-94

2．《移动通信基站防雷与接地设计规范》

3.《降雨量观测规范》SL21-90

4.《水文自动测报系统规范》SL61-94

三、避雷与接地

关于避雷针保护角度的理论，说法不一；有45度、60度、80度保护角的，还有落雷的理论。

我们一般采用60度保护角的方法。

设置避雷针应符合有关技术规范。

以下几点应注意：

　　1.避雷针和被保护物（如卫星天线、雨量筒等）的安全距离应符合下列表达式的要求，但不得小于3m。

1）.地上部分：

当hx<5Ri时,

Sa1≥0.4（Ri+0.1hx）

当hx≥5Ri时,

　Sa1≥0.1（Ri+hx）

2）.地下部分：

Se≥0.4Ri（3.2.1-3）

式中Sa1————空气中距离（m）；

Se————地中距离（m）；

Ri————独立避雷针接地装置的冲击接地电阻（Ω）；

hx————被保护物或计算点的高度（m）。

假如卫星天线的高度为1.0m，当避雷针高度为2.7m时，可将天线置于以避雷针为圆心、半径约3m的有效保护范围内（避雷针的保护角度按60°算）。

避雷针最好安装在海事卫星天线的东北方向，因西南方向为卫星登陆方向。

由于大部分测站的卫星天线和雨量筒都安装在自记井顶上,这一距离可能无法满足，只能尽量保持最大距离。

　　2.防直接雷击的防雷系统接地电阻一般要求不大于4Ω，防感应雷的防雷系统接地电阻一般要求不大于10Ω，在土壤电阻率高的地区，可适当增大接地电阻。

避雷针的引下线用不小于Φ10的圆钢或40×4mm扁铁把避雷针和接地网焊接起来，引下线的连接处应全方位牢固焊接，长度不得小于15cm。

若建筑物有防雷网，可将避雷针的引下线同时与建筑物的防雷网搭焊接起来。

3.置于避雷针保护范围的设备等也应与防雷系统连接，可用圆钢或扁铁将立柱和防雷网焊接起来，使天线与大地处于等电位状态。

　　4.对于强雷区，最好另设一条保护接地网（即感应地网），将它的引入线与室内设备的外壳及专用Modem、分中心电话避雷器、电源避雷器的地牢固连接。

保护地网的接地极应远离避雷针地网的接地极，越远越好，两者间在地中的距离应符合下列表达式的要求，但不应小于2m：

 Se2≥0.3kcRi     

式中Se2──地中距离（m）；

　　　kc──分流系数。

Ri——冲击接地电阻。

四、接地地网的布设

从本质讲，接地的目的是为了在正常和事故以及雷电的情况下，利用大地作为接地电流回路的一个元件，从而将设备接地固定为所允许的接地电位。

由于接地电阻越小，设备的避雷效果越好；所以应尽量降低地网的接地电阻。

接地电阻除与接地地网的面积、深度有关外，还与接地体处的地质构造（即地质的电阻率）有关；与接地地网的形状无关。

接地地网的布设原则是：

由于水和冲积土的电阻率比较低，所以，地网尽量布设在水或冲积土中。

土壤和水的电阻率如表４-１所示。

1． 接地体宜采用热镀锌钢材,其规格要求如下:

钢管 直径50mm,壁厚不应小于3.5mm。

角钢 不应小于50mm×50mm×mm。

扁钢 不应小于40mm×4mm。

2 ．垂直接地体的长度宜为1.5－2.5米,垂直接地体间距为其自身长度的1.5－2倍.若遇到土壤电阻率不均匀的地方,下层的土壤电阻率低,可以适当加长。

当垂直接地体埋设有困难时,可设多根环形水平接地体,彼此间隔为1－1.5米,且应每隔3－5米相互焊接连通一次。

当接地装置由多根水平或垂直接地体组成时，为了减小相邻接地体的屏蔽作用，接地体的间距一般为5m，相应的利用系数约为0.75～0.85。

当接地装置的敷设地方受到限制时，上述距离可以根据实际情况适当减小，但一般不小于垂直接地体的长度。

表４-１土壤和水的电阻率（Ω·m）

类别

名称

近似值

不同情况电阻率的变动范围

较湿时（多雨时）

较干时（少雨时）

地下含

盐碱时

泥

土

冲积土

陶粘土

泥炭、泥灰岩、沼泽地

黑土、田园土、陶土、白垩土

粘土

砂质粘土

黄土

含砂粘土、砂土

多石土壤

上层红色风化粘土、下层红色页岩

表层土夹石、下层石子

5

10

20

50

60

100

200

300

400

500

（30％湿度）

600

（15％湿度）

5-20

10-30

30-100

30-100

30-300

100-200

100-1000

10-100

50-300

50-300

50-300

80-1000

250

1000以上

1-5

3-10

3-30

10-30

10-30

10-30

30

30-100

砂

砂子、砂砾

地层深度大于10米，地下水在深处时草原的沙粒

地层深度不大于1.5米,位于多岩石基底上软质粘土

1000

1000

1000

岩

石

砾石、碎石

多岩石地

花岗岩

5000

4000

200000

水

海水

湖水、池水

泥水

泉水

地下水

溪水

河水

1-5

30

15-20

40-50

20-70

50-100

30-600

其

它

金属矿

0.01-1

混凝土

在水中

在湿土中

在干土中

在干燥的大气中

40-50

100-200

500-1300

12000-180000

捣碎的木炭

40

3 ．在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区,接地体宜采用具有耐腐,保湿性能好的非金属接地体。

　　4 ．接地体的上端距地面不应小于0.7m,在寒冷地区,接地体应埋设在冻土层以下。

五、接地电阻的测量

影响接地电阻的因素很多：

接地桩的大小（长度、粗细）、形状、数量、埋设深度、周围地理环境（如平地、沟渠、坡地是不同的）、土壤湿度、质地等等。

为了保证设备的良好接地，利用仪表对地电阻进行测量是必不可少的。

目前，接地电阻的测量方法很多，使用的测量设备也五花八门。

我们比较常用的测量仪器是测量精度较高的手摇式地阻表（ZC-8型），由北京电表厂制造。

测量原理：

手摇式地阻表是一种较为传统的测量仪表，它的基本原理是采用三点式电压落差法。

其测量手段是在被测地线接地桩（暂称为Ｘ）一侧地上打入两根辅助测试桩，要求这两根测试桩位于被测地桩的同一侧，三者基本在一条直线上，距被测地桩较近的一根辅助测试桩（称为Ｙ）距离被测地桩２０m左右，距被测地桩较远的一根辅助测试桩（称为Ｚ）距离被测地桩４０m左右。

测试时，按要求的转速转动摇把，测试仪通过内部磁电机产生电能，在被测地桩Ｘ和较远的辅助测试桩（称为Ｚ）之间“灌入”电流，此时在被测地桩Ｘ和辅助地桩Ｙ之间可获得一电压，仪表通过测量该电流和电压值，即可计算出被测接地桩的地阻。

六、降低接地电阻的方法

1、更换土壤

这种方法是采用电阻率较低的土壤（如：

粘土、黑土及砂质粘土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围0.5m以内和接地体的1/3处；但这种取土置换方法对人力和工时耗费都较大。

2、人工处理土壤（对土壤进行化学处理）

在接地体周围土壤中加入化学物，如食盐、木炭、炉灰、氮肥渣、电石渣、石灰等，提高接地体周围土壤的导电性。

采用食盐，对于不同的土壤其效果也不同，如砂质粘土用食盐处理后，土壤电阻率可减小1/3～1/2，砂土的电阻率减小3/5～3/4，砂的电阻率减小7/9～7/8；对于多岩土壤，用1%食盐溶液浸渍后，其导电率可增加70%。

这种方法虽然工程造价较低且效果明显，但土壤经人工处理后，会降低接地的热稳定性、加速接地体的腐蚀、减少接地体的使用年限。

因此，一般来说，是在万不得以的条件下才建议采用。

3、深埋接地极

当地下深处的土壤或水的电阻率较低时，可采取深埋接地极来降低接地电阻值。

这种方法对含砂土壤最有效果。

据有关资料记载，在3m深处的土壤电阻系数为100%，4m深处为75%，5m深处为60%，6m深处为60%，6.5m深处为50%，9m深处为20%，这种方法可以不考虑土壤冻结和干枯所增加的电阻系数，但施工困难，土方量大，造价高，在岩石地带困难更大。

4、多支外引式接地装置

如接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊，可采用此法。

但在设计、安装时，必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响，因此，外引式接地极长度不宜超过100m。

5、利用接地电阻降阻剂

在接地极周围敷设了降阻剂后，可以起到增大接地极外形尺寸，降低与起周围大地介质之间的接触电阻的作用，因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。

降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时，其降阻效果较为显著。

降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂，是具有导电性能良好的强电解质和水分。

这些强电解质和水分被网状胶体所包围，网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充，使它不致于随地下水和雨水而流失，因而能长期保持良好的导电作用。

这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。

6、采取伸长水平接地体

结合工程实际运用，经过分析，结果表明，当水平接地体长度增大时，电感的影响随之增大，从而使冲击系数增大，当接地体达到一定长度后，再增加其长度，冲击接地电阻也不再下降。

接地体的有效长度根据土壤电阻率确定如表1所示。

表1　在不同土壤电阻率下的水平接地体有效长度

土壤电阻率（Ωm）

500

1000

2000

水平接地体有效长度（m）

30～40

45～55

60～80

7、采取污水引入

为了降低接地体周围土壤的电阻率，可将污水引到埋设接地体处。

接地体采用钢管，在钢管上每隔20cm钻一个直径5mm的小孔，使水渗入土壤中。

8、采取深井接地

有条件时还可采用深井接地。

用钻机钻孔（也可利用勘探钻孔），把钢管接地极打入井孔内，并向钢管内和井内灌注泥浆。

在确定降低高土壤电阻率地区接地电阻的具体措施时，应根据当地原有运行经验、气候状况、地形地貌的特点和土壤电阻率的高低等条件进行全面、综合分析，通过技术经济比较来确定，因地制宜地选择合理的方法。

这样，既可保障线路、设备的正常运行，又可避免接地装置工程投资过