1、 滨江学院毕业论文题 目 明光市广播电视发射基站防雷工程综合设计学生姓名 童子建学 号 20072345130院 系 滨江学院专 业 雷电防护科学与技术指导教师 施广全二一一 年 五 月 三十 日1目录引言 .41 工程概况 .51.1 工程所处地区的气象、地理概况 .51.2 工程土木概况 .82 设计要求和设计依据 .92.1 设计要求 .92.2 设计依据 .93 直击雷防护 .103.1 电视塔外部防雷设计 .103.1.1 接闪器和引下线设计 .103.1.2 接地极系统 .123.2 综合楼的外部防雷 .133.2.1 避雷带和引下线布设 .133.2.2 预留等电位接地端子 .1
2、43.2.3 跨步电压的防护 .143.2.4 联合接地 .153.3 结论 .164.发射基站电源系统雷电防护设计 .164.1、高压输电系统雷电防护 .174.1.1 架空高压线的防护 .174.1.2 变压器的防护 .1724.2、低压电源系统三级防护 .174.2.1 第一级保护 .184.2.2 第二级保护 .184.2.3 第三级保护 .194.2.4 SPD 的安装注意 .194.3 结论 .205.综合大楼中机房的 LEMP 防护 .205.1 机房的网络和通讯系统的各种防护 .215.1.1 接地母排设置 .215.1.2 联合接地和等电位连接 .225.1.3 保持安全距离
3、 .225.1.4 传输线路的屏蔽和接地 .225.1.5 综合布线 .225.1.6 网络通讯系统 SPD 的选择 .225.2 机房的天馈系统的防护 .245.2.1 天馈系统的外部接地 .245.2.2 天馈系统 SPD 的选择 .245.3 结论 .266.安全视频监控系统的防护 .266.1 前端设备的防护 .266.1.1 直击雷的防护 .276.1.2 瞬态过电压的防护 .2736.2 传输线路的防护 .276.2.1 室外线路的防护 .276.2.3 室内线路的防护 .286.3 终端设备的防护 .286.3.1 设备安放位置设定 .286.3.2 共用接地和等电位连接 .28
4、6.4 SPD 的选择 .286.5 结论 .307 结束语 .30参考文献 .31ABSTRACT.324明光市广播电视发射基站防雷工程综合设计童子建南京信息工程大学 滨江学院，南京 210044摘要：针对明光市广播电视发射基站的实地进行了地质勘测，气象资料收集和基站的各种设备情况的记录，结合电子信息系统在基站的大量应用及其易遭雷击的特点，通过科学有效的设计方法，依据国家 标准，针对明光市广播电视基站进行了直击雷、雷电波的入侵全面的防护设计。从外部防雷到内部的信息系 统的防雷，包括接闪器的布置、引下 线的材料的 选择、等 电位连接、接地系统的安装和内部信息系统的电源，信号系统，SPD 的选择
5、 和安装等。从而完成了对基站雷电综合防护。关键词：明光市广播电视发射基站；等电位连接；雷电综合防护引言进入二十一世纪，电子信息技术正在迅速地向人们生活的各个领域渗透，特别是广播电视基站离不开电子信息技术。该基站中有大量电子仪器传统的建筑防雷设计不再能满足建筑本身对雷电安全的需要。雷电防护已经不仅仅是对建筑本体的防护，更应当侧重于对建筑内人身和电气设备的安全的防护。防雷工作要从以传统的防直击雷为主向防雷电感应过电压对通讯、安防、自动控制等系统设备的损害而转变 1。雷电尤其是雷电过电压又开始危害这些精密的设备，特别是综合布线连接的网络交换机、服务器、计算机、监控系统、终端等各种信息设备。因雷电导致
6、的系统瘫痪以及设备损坏比比皆是，造成不计其数的人力和物力损失，雷电灾害和防雷又成为社会各界关注的焦点 2。地球上平均每秒就会发生100 次左右的闪电，其放电电流可高达数十千安培，甚至数百千安培，放电瞬间，巨大的雷电流可产生极大的破坏力和很强的电磁干扰。雷电造成的人员伤亡，财产损失触目惊心。据相关资料记载，全世界每年因雷击造成的经济损失达 10 亿美元以上，人员伤亡也相当严重，全国平均每年因雷击伤亡人数达 3000 人左右。2004年我市电信部门通信设备多次遭受雷击，造成直接经济损失一百多万元。致灾原因是设备等电位处理不当，没有安装完善的防雷装置；同年凤阳县东盾木业公司一次雷击造成20多万元的直
7、接经济损失，致灾原因是雷电波通过电力线路侵入厂区设备。2006年8月6日天长电信局因雷击造成26台交换机等设备损坏，直接和间接经损失惨重，原因同样是没有合格的综合防雷措施；2007年,我市西桥一移动通信基站因雷击不但造成自身大量设备损坏,而且雷击产生强大电磁场引起周围十几户居民家大量家用电器损坏，从而引发一场官司，使得该基站长久不能恢复正常工作2009年7月9日，滁州铜鑫矿业有限公司的电控系统和监控系统被雷击而瘫痪，给正常工作造成很大影响，该公司处于山区，地下有金属矿藏，属于雷电易发区，加之防雷措施不全面，所以几乎每年都有雷灾发生；2010年7月25日该基站附近安徽长丰扬子汽车制造有限公司网络
8、系统遭受雷电灾害，损坏电脑主机33台、显示器65台、24口交换机1台、16口交换机3台、8口交换机2台、集线器3台、光电收发器4台、监控录像机1台、监控摄像机1台。致灾原因是没有安装必要的雷电防护装置，系统接地不符合规范要求。为保障明光市广播电视基站的财产和工作人员人身安全确保工作能够正常进行，避免和减轻雷击灾害损失，现按照国际国内标准规范的要求，针对明光市广播电视机站的地理位置，地质情况，所处地区的气候特点，雷暴特征等对基站进行了全面设计，以提高基站的雷电灾害综合防御能力，切实消除安全隐患，保证日后日常工作的顺利开展。在该工程中防雷设计从外部防雷到内部防雷层层深入。本文在外部防雷中主要采用的
9、方法架设避雷针，同时建立有效的防雷接地系统。由于土壤电阻率很高给防雷设计施工带来很大麻烦，所以该设计中采用多种降阻处理。该基站在楼宇内部消防、安防、计算机网络等系统都运用了大量的微电子设备，这些设备大幅度提高自动化程度,但微电子元器件的耐过压、过流能力也相对较弱，对雷电干扰的防护能力较低，致使雷电灾害在逐年得到控制的情况下，社会经济损失却呈现逐年增大的趋势。因此在防雷设计中对各电子系统采用多种防雷方法，例如等电位连接，线路屏蔽，在重要设备前端加装 SPD 等。1 工程概况1.1 工程所处地区的气象、地理概况明光市位于长江中下游，江淮分水岭南侧，东、南、北三面丘陵地势低缓，市区及周边地区除靠近山
10、区部分外，海拔一般在 1240m 之间，地下有铜等金属矿藏，地表土壤层一般由弱膨胀的第四纪晚更新世粘性土组成，电阻率较低，局部为风化石或沙土石混合结构，电阻率较高。明光市属于亚热带季风湿润气候带,水热资源丰富。主要的气候特点是：气候温暖湿润，季风显著, 四季分明，气温适中, 日照充足，雨量丰沛，光温基本同步，气候资源配制多样，气象灾害繁多。一年四季具有冬夏长、春秋短，冬冷夏热的特点。由于位于中、低纬度的过渡地带，同时受西风带和东风带天气系统的双重影响，各种气象灾害频繁,时有发生, 是国内受台风、暴雨、干旱、寒潮、大风、雷暴、冰雹、冻害、龙卷风等灾害影响地区之一。表 1 明光市人工观测雷电资料年
11、 份 雷暴日数 年 份 雷暴日数 年 份 雷暴日数61954 32 1973 35 1992 341955 37 1974 40 1993 261956 49 1975 38 1994 281957 39 1976 33 1995 281958 42 1977 28 1996 221959 28 1978 22 1997 421960 35 1979 40 1998 361961 50 1980 25 1999 181962 49 1981 30 2000 231963 55 1982 26 2001 221964 46 1983 29 2002 271965 42 1984 28 2003
12、361966 32 1985 24 2004 241967 37 1986 19 2005 281968 37 1987 38 2006 401969 41 1988 27 2007 331970 33 1989 29 2008 321971 37 1990 33 2009 351972 35 1991 33 2010 38由表 1 中统计结果：我市平均年雷暴日数为 33.5 天，其中年最多雷暴日数为 55 天,最少为 18 天。表 2 明光市闪电定位仪观测到的雷电资料月份 累计雷电日 累计雷电小时 正闪数 负闪数 总闪数 正闪比 幅值均值 正闪幅值均值 负闪幅值均值01 7 55 6 63
13、69 8.7% 37.80109 29.132976 -28.340715 02 51 174 50 335 385 12.987% 33.09167 43.163855 -32.12674 03 80 322 85 2561 2646 3.2124% 45.79126 43.447775 -40.68128 04 91 491 694 12599 13293 5.22% 48.057537 41.76037 -38.530177 05 90 520 366 6159 6525 5.609% 58.446675 30.781967 -35.504855 06 116 940 2355 2689
14、2 29247 8.052% 54.998357 55.0246 -44.296095 07 124 1948 3029 115941 118970 2.546% 58.1588 50.334267 -50.376882 708 121 1733 1433 86400 87833 1.6315% 66.04339 50.95052 -66.54347 09 94 590 251 3826 4077 6.1565% 52.143132 53.761115 -59.412525 10 67 212 66 288 354 18.644% 39.471602 44.600422 -33.388915
15、11 63 203 214 758 972 22.016% 32.661445 40.06735 -39.99562 12 40 81 13 106 119 10.924% 31.757842 31.500526 -38.553385 由表 2 统计可以看出：滁州区域以负闪为主，占总闪电的 90%以上； 1 月份闪电发生的频数最少，从 3 月起闪电频率逐渐增大，至 7 月达最高值，8 月次之，9 月急剧下降，其中的月变化中最突出的是 4 月份的闪电发生次数反而比 5 月多. 图 1 明光市闪电日变化特征图如图 1 所示负闪与总电闪的趋势基本一致;日变化呈双峰分布,主峰突出,最高值是最低值的近
16、5 倍,最高值出现在 16-17 时;2 时和上午 11 时分别有一较小的低谷;正闪变化幅度小,负闪变化幅度大。8图 2 明光市闪电月变化特征图如图 2 图所示月变化中闪电次数主要出现在 3-9 月份，从 3 月起闪电频率逐渐增大，至 7 月达最高值，8 月次之，9 月快速下降。1.2 工程土木概况拟建的横山电视发射台位于皖东丘陵地带的横山山顶之上，北纬 32.72769、东经118.14118，海拔高度约 180m 左右。项目总占地面积约 10000。待建项目包括：约 118米高的电视发射塔一座，建筑面积约 400的 2 层综合楼一栋，在综合楼附近单独建变配电房一间。发射塔位于综合楼的东边，
17、距综合楼的直线距离约 25m，在综合楼的南面空地安装卫星天线 2-3 座，天线上边缘高度约 5m，综合楼的东边一间为一层平顶结构，用作主发射机房。卫星接收、节目编播及监控、信号传输、其它弱电机房以及值班人员办公生活用房等均设置在综合楼内。项目所在地为附近最高山头，山体以火山岩为主，地表为风化石与土壤混合构成。山的西南侧不远处为一标准的火山口地貌，东西两侧海拔高度缓慢降低延伸至农田（水田） ，西北侧约 1km 处为一座小型水库，北侧有一简易公路穿越几座小山头后与一县际公路相接。电视发射台项目平面示意图。2 设计要求和设计依据2.1 设计要求明光市广播电视基站是一处现代化的广播电视基站，信息化程度
18、高，传输设备先进，并包括了大型电子设备，位于郊区山地易受到雷电的危害，而且一旦受到雷电的危害可能造成大面积的电视广播中断现象,给人民群众的生活带来诸多不便,因此明光市广播电视基站的重要性、使用性质、发生雷击事故的可能性和后果，进行综合评定，确定明光市广播9电视基站的建筑物为第二类防雷建筑物；其内部信息系统的防雷等级为 A 级。所以该工程应具有完善的直击雷防护装置和雷电电磁脉冲防护装置，满足防直击雷、侧击雷、雷电感应、雷电波侵入和雷电地电位反击等的技术要求。具体的说，直击雷防护装置的技术要求：不仅能有效接闪雷电荷，并通过合理有效的最短路径将雷电向大地释放，接地装置吸收雷电荷后应保持其电位的均衡性
19、，而且应为其内部的各类电子信息系统（计算机网络系统、通信系统、安检系统、消防控制系统、有线电视系统、综合布线系统、天馈系统、各种精密信号传输设备等）提供良好的电磁环境条件（H2.4Gs）和为它们的雷电电磁脉冲防护提供必要的基础条件（MSB、SEB、FEB、LEB、接地干线、建筑屏蔽、线缆屏蔽及合理布线等） 。雷电电磁脉冲防护装置的技术要求：通过屏蔽、隔离、合理接地、正确布线和有源导体的等电位连接等一系列防护技术措施，将可能产生的耦合过电压、雷电感应过电压、雷电波侵入过电压、操作过电压及其电磁干扰所产生的过电压限制到被保护对象所能承受的安全值以下，有效保护相应的信息技术设备 4。2.2 设计依据
20、1)GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范2)GB/T50314-2000智能建筑设计规范3)GB/T50311-2000建筑和建筑群综合布线系统工程设计规范4)GB50348-2004安全防范工程技术规范5)GB/T19271.1-2003信息技术装置的接地配置和等电位连接6)GB/T16895.17-2002信息技术装置的接地配置和等电位连接7)GB50200-94有线电视系统工程设计规范8)GB50116-98火灾自动报警系统设计规范9)GB50174-93电子计算机机房设计规范10)GB50054-95低压配电设计规范11)GB50339-2003智能建筑工程验收规范12)YD5098-2001通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范13)防雷与接地安装（2003 合订本）：99（03）D501-1、02D501-2、03D501-3、03D501-4。3 直击雷防护直接雷击是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡 4。一般防直击雷是通过避雷装置即接闪器（针、带、网、线 、 ）引下线构成完整的电气通路后将雷电流泄入大地。然而接闪器、引下线和接地装置的导通只能保护建筑物本身免受直击雷的损毁 5。保护原理：当雷云放电接近地面时，
