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某衛(wèi)星地面站雷擊事故原因分析及改造措施

文檔作者：程澍文檔來源：浙江省建筑設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年12月15日
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某衛(wèi)星地面站雷擊事故原因分析及改造措施
程澍(浙江省建筑設(shè)計研究院，杭州市310006)
Cause Analysis of Lightning Stroke Accident on a Satellite Ground Station
and Reconstruction M easures
Cheng Shu (Zhejiang Prov．Institute of Architectural Design and
Research，Hangzhou 310006，China)
Abstract By investigating the site of the lightning
stroke accident at a satellite ground station，the accident
causes are analyzed， the reconstruction measures for
lightning protection are proposed，and issues which need
to be paid attention and easily ignored during lightning
protection are summarized．
Key words Lightning stroke accident Site
investigation Lightning protection Satellite ground
station Satellite receiving antenna tower Computer room
摘要通過勘查某衛(wèi)星地面站雷擊事故現(xiàn)場，
分析事故原因，提出防雷改造措施，并總結(jié)雷電防護
一些需要重視及容易忽視的問題。
關(guān)鍵詞 雷擊事故現(xiàn)場勘查 雷電防護衛(wèi)星
地面站衛(wèi)星接收天線塔機房
1 雷擊事故損失
某衛(wèi)星地面站于2009年11月8日和2010年
2月9日兩次遭受雷擊．若干線路板損毀。受建設(shè)單
位邀請，筆者于2010年2月12日上午查勘了現(xiàn)場。
發(fā)現(xiàn)機房內(nèi)UPS機柜與金屬操作臺側(cè)面有雷擊痕跡，
UPS機柜殼體鋼板遭燒穿(見圖1)，靠近接閃桿的
側(cè)窗戶旁的衛(wèi)星天線專用設(shè)備機柜內(nèi)有線路板被損
毀(見圖2)． 同側(cè)操作臺上的顯示屏及手輪被損
毀，屋頂?shù)臄z像頭被損毀。據(jù)現(xiàn)場值班人員描述，雷
擊時UPS機柜與操作臺之間有火球產(chǎn)生，直接導(dǎo)致
UPS機柜殼體燒穿。
圖1 被擊穿的UPS機柜殼體
Fig．1 Thunderstriked UPS cabinet shell
中頻帶寬： 1MHz
時常數(shù)： lOOms 蠢
圖2 損壞的線路板故障狀態(tài)
Fig．2 Fault condition of damaged circuit board
作者信息
程澍，男，浙江省建筑設(shè)計研究院，高級工程師，主任工程師。
35
里呈 亙塑 重重量墊墾旦坌塹墨墮墮彗墮一 壁 -
http：／／WWW jzdq．net．cn 83
建箍電乞。
_I—_·—__—___ BUILDING
20 1 2 年第2 期l ELECTRICITY
2 事故現(xiàn)場查勘
該衛(wèi)星地面站建在魚塘旁邊。衛(wèi)星接收天線塔為
獨立建筑，頂部設(shè)極軌衛(wèi)星接收天線。機房租用當(dāng)?shù)?
村民自建的二層樓房的二樓。為防直擊雷，現(xiàn)場設(shè)置
了兩根高度為25 m的獨立接閃桿，雖然接閃桿頂部
為半球形，但是其彎曲半徑達到79．5 mm，遠遠超過
GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》5．2．3條：
“接閃桿的接閃端宜做成半球狀，其最小彎曲半徑宜
為4．8 mm，最大宜為12．7 mm” 的規(guī)定(見圖3)。
機房所在建筑屋頂未設(shè)置接閃帶，未設(shè)置防雷接地裝
置．機房內(nèi)未做等電位聯(lián)結(jié)，除UPS外所有機柜均
未接地，機房也未做屏蔽處理，僅鋪設(shè)防靜電地板，
但是未可靠接地。
圖3 衛(wèi)星接收天線與接閃桿
Fig．3 Satellite receiving antenna and air—termination rod
整個衛(wèi)星地面站基地平面布局見圖4。兩根接閃
桿中靠近機房建筑的一根距機房建筑4．758 in，距衛(wèi)
星接收天線塔10．029 m；另一根距衛(wèi)星接收天線塔
約15．1l in。距機房建筑最近點17．758m。
機房配電盤電源進線處已裝設(shè)SPD，而信號線
路進線處未加裝信號SPD。操作臺在機房的位置見
圖5(操作臺上的顯示屏及手輪在雷擊中被損毀，圖
中為已更換的)。
3 事故原因分析
根據(jù)設(shè)備受損情況，可以判定是閃電感應(yīng)導(dǎo)致了
設(shè)備的損壞，直擊雷并未直接擊中設(shè)備。原因如下：
36
~ Feb．2012 Vo1．31一
84 http：／／www．1zdq．net．(3n
由于直擊雷釋放的能量遠大于閃電感應(yīng)釋放的能量．
若是直擊雷造成的損壞，現(xiàn)場受損情況要遠遠大于目
前的狀況。
現(xiàn)場的情況表明，雖然接閃桿的半球狀接閃端半
徑遠遠超過GB 50057—2010的12．7ITlm的規(guī)定，但
接閃桿還是起到了防直擊雷的作用。由于接閃桿距離
建筑物較近，在接閃桿接閃．雷電流泄放人地的過程
中，由于閃電感應(yīng)在機房建筑內(nèi)形成大量的電荷聚
集，加上建筑物未設(shè)置防雷與接地系統(tǒng)，沒有完善的
等電位聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，所以在靠近接閃桿一側(cè)的金屬機柜
和操作臺表面產(chǎn)生較大的感應(yīng)電勢。由于金屬機柜和
操作臺旁邊的UPS機柜有接地措施，所以在金屬操
作臺與UPS機柜間形成強烈的電弧放電，產(chǎn)生火球
現(xiàn)象，造成UPS機柜和主控操作臺相對的兩側(cè)有明
顯燒焦痕跡。由于金屬機柜及操作臺未接地，機房內(nèi)
未設(shè)置等電位聯(lián)結(jié)．巨大的感應(yīng)電勢致使控制臺及近
窗側(cè)的機柜內(nèi)部的部分線路板、手輪板上產(chǎn)生高電
勢，超過線路板內(nèi)元件的耐壓，從而導(dǎo)致線路板的燒
毀。顯示器等其他機房內(nèi)弱電設(shè)備損壞的原因與線路
板損壞原因相同。
順便提及，室外攝像頭因為處于LPZ0 區(qū)，也易
受到閃電感應(yīng)的沖擊，因此在雷雨天易損壞。
4 防雷改造方案
筆者依據(jù)國家相關(guān)規(guī)范及現(xiàn)場條件，提 如下防
雷改造方案：
a． 設(shè)置聯(lián)合接地體．將機房的等電位聯(lián)結(jié)、
防靜電接地、防雷接地、電氣保護接地及衛(wèi)星接
收天線塔的接地用40 mm ×4 mm 熱鍍鋅扁鋼連
通。同時在機房建筑的屋頂增設(shè)接閃帶。具體做
法見圖6。
b． 用40film x 4mm扁銅排繞機房一周做機房
接地干線．該接地干線通過2根不小于35 mm 的銅
芯導(dǎo)線與第a條中的聯(lián)合接地體相連。機房內(nèi)所有機
柜及操作臺的金屬外殼用25 mm 的銅芯軟導(dǎo)線與接
地干線連通。
c． 機房做屏蔽處理。做法如下：將機房內(nèi)墻面
鋪一層彩鋼板(厚度1．0 mm)， 吊頂改用金屬吊頂
(材質(zhì)為0．8 mm厚熱鍍鋅鋼板外加涂料噴涂)，將窗
外的不銹鋼防盜窗增加金屬檁條(使得金屬外窗構(gòu)
圖4 衛(wèi)星地面站平面布局(單位：mm)
Fig．4 Layout of the satellite ground station
圖5 機房內(nèi)操作臺的位置
Fig．5 Location of the control board inside the computer room
成不大于100Inn×100mnl網(wǎng)格)，機房門采用金屬
門。機房內(nèi)所有的彩鋼板、靜電地板、金屬吊頂、
金屬門窗(包括防盜窗)均經(jīng)接地干線與聯(lián)合接地
體連通。
d． 機房設(shè)置總等電位聯(lián)結(jié)，所有進出機房的金
屬管道及金屬橋架均需與總等電位接地端子箱可靠連
接，連接導(dǎo)線可采用40 Film×4 mm熱鍍鋅扁鋼或
25 mm 的銅芯軟導(dǎo)線。
e． 電源進線處已增加SPD，但是所選SPD的
參數(shù)為：最大放電電流 =40 kA，標稱放電電流
厶=20 kA， 波形8／20 s， 最大持續(xù)運行電壓
： 385 V，電壓保護水平 =1．5 kV。
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http：／／www．jzdq．net cn 85
建虢電乞。
—l——I———I—I■ BUlLDING
2口1 2 年第2 期l ELECTRlCITY
里里堡些 垡
(R=2 200mm，天線高度約2m)
接閃稈
底部 =325mm
頂部 =159I／li11
日=25131
原天線塔接地體
、一，
原天線塔預(yù)留接地引出點
! 墊堡壁旦塑望堡!： !塑墮望 旦塑
所有水平接地扁鋼外包5O 80mitt厚瀝青層
? ? T～ I／ 一1～ 一一。7 一? ?
接閃桿
一一一～ ? 一? 一-t-- -- --一一+
i ：30o0mm ：3500mm } j
一一 土? ￡一 一j_．—二 三===：三ji 舌i乏二 囊
底部 =325mm
頂部 =159mm
H =25m
些堡： 塑壁壁魚塑
長2．5111，頂部埋深1．0in
一一 }：： 一一一一一一～一l一一一一～一一一一～一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一～一一一一一一一～一一一一一一一一一一一
一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一
一一一I 40iilm×4mm熱鍍鋅扁鋼埋深1．0m，作接地極之間連接
機房建筑
(高7．8Il1)
引下線位置，共4處
、! ! ： ! 墊壁壁塞 望 ： 雯!笙堡篁塑二旦堡墮重堡些堂一
距建筑基礎(chǔ)水平距離0．5m以內(nèi) 一
一 一一～ 一一一～ 一一一 一
一設(shè)在底層房間內(nèi)，距地0．3 m 一一一一一一一一一一! 一一。 一
星墮壁 堂! 墊壁壁圓塑!重壹 ：! !鯊星堂塑堡旦墼
引下線用 40lTlm×4mm熱鍍鋅扁鋼制成 四角設(shè)防雷引下線，與建筑物防雷接地帶連通
圖6 衛(wèi)星地面站防雷及接地平面圖
Fig．6 Layout of lightning protection and earthing in the satellite ground station
而進線電纜在室外是沿圍墻敷設(shè)后穿管人地，埋
地引入機房，電纜由LPZO區(qū)進入了LPZ1區(qū)。這種
情況下，此電涌保護器的選擇已經(jīng)不符合GB 50343
— 2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的要
求。為此重新選擇電源進線的SPD，由于機房配電盤
下無二級配電設(shè)備，故在選擇電涌保護器時特別注
意保護電壓參數(shù)的選擇．電源進線SPD的參數(shù)如
下：厶≥ 15kA，10／350Ixs， =1．5kV， ≥ 440V，
接線型式3P+N。
￡通信線路進戶時未加裝信號電涌保護器，雖
然衛(wèi)星接收天線塔至機房的線路距離不長，但是由于
接閃桿距離衛(wèi)星接收天線塔較近，為防止閃電感應(yīng)對
弱電線路的影響，要求弱電總包單位在弱電線路的進
線處設(shè)置信號電涌保護器。
g． 室外攝像頭視頻線在進戶時設(shè)置信號SPD
(此項最終并未實施)。
38
—■ 一2012 __N 名
86 http：／／W"NW．jzdq．net．t3rl
5 防雷改造效果
上述改造使用單位均按照筆者提出的改造方案做
了改造。經(jīng)過近2年的運行．未再出現(xiàn)雷擊導(dǎo)致設(shè)備
損壞的事故。
荔 越i_-
[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院，組編． 工業(yè)與民
用配電設(shè)計手冊[M 3． 第3版． 北京： 中國電力出版社，
2005．
[2] 中國中元國際工程公司． GB 50o57—2010 建
筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S]． 北京： 中國計劃出版社，2011．
[3] 中國建筑標準設(shè)計研究院， 四川中光高技術(shù)研究
所有限責(zé)任公司． GB 50343—2004 建筑物電子信息系統(tǒng)
防雷技術(shù)規(guī)范[S]． 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004．
2011—10—31來稿
2012—01—13修回

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