陳 良，梅 芳

（1.國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站，成都 611136；2.國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，昆明 650031）

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使用提前放閃電避雷針對短波測向天線場直擊雷防護

陳 良1，梅 芳2

（1.國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站，成都 611136；2.國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，昆明 650031）

摘要：本文對短波測向天線場直擊雷防護的幾種方法進行分析，提出了一種使用提前放閃電避雷針進行天線場直擊雷防護的簡單實用方法。

關(guān)鍵詞：天線場；提前放閃電避雷針；直擊雷防護

1 引言

短波測向天線場直擊雷防護一直是業(yè)內(nèi)的難點，主要原因是為保證測向精度，測向天線場內(nèi)不能有金屬障礙，傳統(tǒng)直擊雷防護方式是通過架設(shè)高于天線的金屬避雷針，用以保護天線振子。筆者經(jīng)過實際測試，在天線振子旁邊架設(shè)金屬避雷針后導(dǎo)致測向精度偏大，無法滿足測向要求。另一種方法是采用臨時架設(shè)的方式，通過人工或電氣控制架設(shè)的方式[1]，雷雨天架設(shè)金屬避雷針，雷雨天氣過后人為或電氣拆除金屬避雷針，此方法稱之為“躲避法”，這種的優(yōu)點是符合目前國家和IEC的直擊雷防護標準[2]，可以最大程度對天線進行直擊雷防護，尤其是電氣控制的方式，操作簡便，可實現(xiàn)遠距離操作，是理想的防護方式，缺點是工作量大且雷雨天架設(shè)不能保證工作人員人身安全，電氣架設(shè)方式器件及后期維護成本較高，只有隨著今后電氣控制器件成本逐漸降低才可以廣泛使用。筆者綜合幾種方式的優(yōu)缺點，考察了國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站短波測向天線場實際情況，并調(diào)研了類似防雷工程案例[3]，提出了一種使用提前放閃電避雷針改變天線場周圍雷暴日的方法，低成本、設(shè)計和操作簡便的實現(xiàn)短波固定測向天線場直擊雷防護。

2 設(shè)計原理

法國實驗室證實，提前放閃電避雷針比普通的避雷針的保護半徑增大，在測向天線場外圍一定距離迎季風(fēng)方向架設(shè)提前放電避雷針，與天線場的距離經(jīng)過實際測試對測向系統(tǒng)精度已無影響。架設(shè)提前放閃電避雷針后會將周圍的雷電吸引過來主動放電，使避雷針周圍一定區(qū)域內(nèi)得到了保護，保護距離按法國標準NF C17-102 中應(yīng)用提前放電接閃器向建筑物或開闊地區(qū)提供閃電保護計算[4]。這種利用提前放閃電避雷針主動改變現(xiàn)場雷暴日的方法已經(jīng)在光伏發(fā)電廠中得到應(yīng)用，并且得到了較好的防護效果。如圖1所示。

圖1 直擊雷防護示意圖

提前放閃電避雷針的工作原理是當雷電云層形成時，云層與地面之間產(chǎn)生一個電場，此電場強度可達到10kV/m甚至更高，從而使地面凸起部分或金屬部件上開始出現(xiàn)電暈放電。當雷電云層內(nèi)部形成一個下行先導(dǎo)時，閃電電擊便開始了。下行先導(dǎo)電荷以階梯形式向地面移動，當下行先導(dǎo)接近地面時，會從地面較突出的部分發(fā)出向上的迎面先導(dǎo)。當迎面先導(dǎo)與下行先導(dǎo)相遇時，就產(chǎn)生了強烈的“中和”過程，出現(xiàn)極大的電流（數(shù)十到數(shù)百千安），這就是雷電的主放電階段，伴隨著出現(xiàn)雷鳴和閃光。地面上的其他建筑物可能會生成好幾個迎面先導(dǎo)，與下行先導(dǎo)會合的第一個迎面先導(dǎo)決定了閃電雷擊的地點。提前放電避雷針的工作原理就是產(chǎn)生一個比普通避雷針更快的迎面先導(dǎo)，在自然的迎面先導(dǎo)形成前，提前放電避雷針會率先產(chǎn)生一個先導(dǎo)，迅速地向雷電方向傳播直至捕獲雷電，并將其導(dǎo)入大地。提前放電避雷針比普通避雷針更早產(chǎn)生迎面先導(dǎo)，這個啟動搶先時間稱為△T，賦予了提前放電避雷針更加有效的防雷保護功能。

3 方案設(shè)計

以國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站的短波測向天線場為實例進行方案設(shè)計，該天線場有9根天線振子組成一圓形天線陣，查閱資料并現(xiàn)場調(diào)查后得知，成都溫江區(qū)域雷雨季節(jié)的季候風(fēng)一般為東北至西南方向。從無線電測試中心到測向場天線陣，有一條由北向南的鄉(xiāng)村道路直通天線陣，鄉(xiāng)村道路上靠東有一排高大的樹木。根據(jù)現(xiàn)場情況，為減少投資和盡量不增加人工金屬支撐，考慮充分利用現(xiàn)有合理位置的樹木作為支撐，如果該樹木高度不夠的情況下再設(shè)計適當增加金屬支撐桿。

3.1 高度及位置

根據(jù)現(xiàn)場勘察，確定安裝避雷針位置固定在一根相距最近測向天線48米的樹木上，該樹木離最遠測向天線距離為98米。天線高度2.8米，這里取3米，也就是要求：提前放電避雷針安裝完成后，在地平面3米高度上（測向天線高度）的保護半徑Rp至少不能低于98米。

若 E.S.E避雷導(dǎo)體的搶先時間為ΔT，而ΔL= V?ΔT，可能的電擊點為A與C（圖2）、保護半徑為Rp，則

式中，D 為電擊距離；ΔL為上行先導(dǎo)的搶先距離，且由式 ΔL = V?ΔT 來定義；h為E.S.E避雷導(dǎo)體高出被保護表面的距離；ΔT為E.S.E避雷導(dǎo)體的啟動搶先時間。

圖2 保護半徑示意圖

如圖2所示，V為上行先導(dǎo)的搶先速度，取1m/μs；ΔT為避雷針的啟動搶先時間，計算時我們?nèi)≈?0μs，20μs，30μs，40μs，45μs，50μs，55μs，60μs計算，目前市場上最好的提前放閃電避雷針ΔT最高可到60μs；D為電擊距離，這里按照二類保護級別取值為45米；h為避雷針尖高出被保護測向天線頂部的距離，設(shè)計h高差從7米開始，依次為7米、8米、9米、10米、11米、12米、13米、14米、15米、16米、17米、18米、19米、20米、21米、25米、30米、35米、40米進行計算。計算結(jié)果如表1所示。

從表1計算結(jié)果中可以看出，提前放閃電避雷針的上行先導(dǎo)搶先距離達到最高60米時，該避雷針的高度高出測向天線最頂端達到8米（即提前放電避雷針的高度為11米，其保護距離可以達到98.3米，就能實現(xiàn)完全覆蓋保護整個測向天線場的目的。由于周圍樹木的高度會遠遠超過該高度，建議提前放閃電避雷針的高度至少與周邊樹木高度一致為好，現(xiàn)場測試后確定高度，再進行樹木的截斷，同時加支撐桿進行固定。如圖3、圖4所示。

圖3 成都監(jiān)測站提前放閃電避雷針架設(shè)位置圖

表1 D＝45米，h＝7-40米的保護半徑

圖4 借助樹木架設(shè)提前放閃電避雷針

3.2 桿體

支撐桿桿體采用φ50的鍍鋅鋼管，頂端與提前放電避雷針底座配做法蘭盤，提前放電避雷針用螺栓與支撐桿頂部法蘭盤固定。支撐桿用抱箍（三個）上中下固定在樹木主干上。

3.3 引下線

引下線用40×4的熱鍍鋅扁鋼兩根對稱從支撐桿下端焊接引出，沿樹木主干引下至新建接地網(wǎng)，引下線固定用抱箍緊固在在樹木主干上。

3.4 接地

直擊雷的接地電阻要求≤10Ω，由于地形有限，設(shè)計從樹干根部開始，沿溝渠邊城條形分布做一字型接地網(wǎng)。垂直接地體采用ZGD-II型低電阻接地模塊10塊，水平接地體采用40×4熱鍍鋅扁鋼連接。如圖5所示。

4 結(jié)束語

短波測向天線場及類似的架設(shè)避雷針，會影響天線接收和發(fā)射性能的天線的直擊雷防護，一直是困擾我們的難題，本文提出的使用提前放閃電避雷針解決短波測向天線場直擊雷方案，是基于法國實驗室相關(guān)數(shù)據(jù)和其他行業(yè)的防雷經(jīng)驗，目前國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站已按此方案進行了設(shè)計和施工，防雷效果還有待進一步實際驗證，設(shè)計方法和今后效果可供同行參考。

圖5 接地設(shè)計圖

參考文獻

[1] 陳良，萬峻．對短波固定站測向系統(tǒng)防雷方案的探討[J]．中國無線電，2014, 01:68-69

[2] 建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S]．GB50057-2010

[3] 潘忠林．現(xiàn)代防雷技術(shù)與工程[M]，成都：電子科技大學(xué)出版社，2012

[4] 法國（建筑物）防雷標準[S]．NF C17-102-1995

Xilinx演示56G PAM4收發(fā)器技術(shù)迎接下一代以太網(wǎng)部署

賽靈思公司（Xilinx, Inc.）近日宣布運用四級脈沖幅度調(diào)制(PAM4)傳輸機制并采用56G收發(fā)器技術(shù)開發(fā)了一款16nm FinFET+可編程器件。針對下一代線路速率，PAM4解決方案是業(yè)界公認的最具可擴展性的信令協(xié)議，其能夠?qū)F(xiàn)有基礎(chǔ)架構(gòu)的帶寬提升一倍，從而助力推動新一輪光互聯(lián)和銅線互聯(lián)以太網(wǎng)的部署。賽靈思正在推廣與展示超越一般PM4可用性的56G技術(shù)創(chuàng)新，協(xié)助培訓(xùn)供應(yīng)商和生態(tài)系統(tǒng)成員，使其為相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)型做好準備。

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隨著云計算、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)等趨勢的持續(xù)發(fā)展，不斷加速并推動著對無限帶寬的需求，技術(shù)創(chuàng)新必須擴展支持50G，100G，400G端口以及Tb接口，以在不增加單位比特成本和功耗的同時最大化端口密度。標準化線路速率對滿足上述不斷發(fā)展的下一代帶寬要求至關(guān)重要。在光互聯(lián)論壇（OIF）和電氣與電子工程師學(xué)會（IEEE），賽靈思在56G PAM4標準化工作中發(fā)揮著領(lǐng)導(dǎo)作用。賽靈思所開發(fā)的56G PAM4收發(fā)器技術(shù)突破了傳統(tǒng)以線路速率傳輸數(shù)據(jù)的物理局限性，解決了插入損失和串話等問題。該技術(shù)支持芯片與芯片、模塊、直聯(lián)線纜或背板等應(yīng)用的銅線和光學(xué)互聯(lián)，支持實現(xiàn)超越Tb級以上線路卡、400G乃至Tb機架背板的下一代系統(tǒng)設(shè)計。

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HF Direction Finding Antenna Field Lightning Protection Using Early Streamer Emission Lightning Rod

Chen Liang, Mei Fang
(1.Chengdu Monitoring Station of State Radio Monitoring Center, Chengdu, 611136; 2. Yunnan Monitoring Station of State Radio Monitoring Center, Kunming, 650031)

Abstract:In this paper, the HF direction finding antenna field of lightning protection methods were analyzed, putting forward a simple and practical method of using early streamer emission lightning rod for lighting protection.

Keywords:antenna field; early streamer emission lightning rod; lighting protection

作者簡介：陳 良，1979年生，碩士研究生，國家無線電監(jiān)測中心成都監(jiān)測站工程師，從事無線電監(jiān)測技術(shù)工作。梅 芳，1987年生，碩士研究生，國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站助理工程師，從事無線電監(jiān)測技術(shù)工作。

中圖分類號：TN82 文獻標示碼：B 文章編碼：1672-7274（2016）04-0052-04

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.04.015