高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)的研究與探討

梁景峰

1.中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院河北分院

2.河北省信息工程學(xué)校，河北 保定 071000

1 概述

廣播電視發(fā)射臺為覆蓋較大范圍、提高收視質(zhì)量，一般建在高山頂上，而這些區(qū)域地形和氣象條件復(fù)雜，土壤電阻率高，雷電活動強(qiáng)烈且頻繁，加之發(fā)射塔高聳，電源、信息遠(yuǎn)距離輸送等因素，使其容易遭受雷擊，因而必須采取嚴(yán)格的防雷措施[1]。近年來隨著發(fā)射臺系統(tǒng)向固態(tài)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，電子設(shè)備集成度高，雷電對系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響日益嚴(yán)重；大量高山發(fā)射臺建臺年代久遠(yuǎn)，防雷裝置出現(xiàn)嚴(yán)重老化和破壞，防雷效果減弱，雷擊已成為直接威脅到工作人員的人身安全和播出設(shè)備安全的主要因素。因此非常有必要對發(fā)射臺防雷系統(tǒng)進(jìn)行全面的改造。

2 高山廣播電視發(fā)射臺雷擊類型

高山發(fā)射臺遭受雷擊破壞主要是由于雷電流幅值極高、變化梯度極大的特點(diǎn)引起的，具體危害形式如下。

（1）直擊雷，即高山發(fā)射臺室外設(shè)施直接被雷電擊中，產(chǎn)生劇烈熱效應(yīng)、電效應(yīng)和機(jī)械力效應(yīng)造成破壞。由于高山發(fā)射臺獨(dú)特的地理位置和空曠的周邊環(huán)境，雷電活動頻繁，直接雷擊概率是平原地區(qū)的2倍。

（2）雷電感應(yīng)，即雷電流產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)對發(fā)射系統(tǒng)造成危害。由雷云在架空線路和設(shè)備上感應(yīng)出大量電荷，雷云放電電荷中和，架空線路和設(shè)備上的感應(yīng)電荷得到釋放，如不能就近泄入地中就會產(chǎn)生很高的電位，造成空氣間隙擊穿，產(chǎn)生火花。雷電放電時(shí)巨大的沖擊電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場，感應(yīng)出很高的電動勢，電磁能量若不及時(shí)泄入地中，也可能產(chǎn)生，造成事故。

（3）雷電波侵入，即雷電波沿各種管線侵入室內(nèi)造成危害。主要由于架空線路遭雷擊或雷電感應(yīng)產(chǎn)生的高電位沖擊波，對廣電的播出環(huán)節(jié)造成干擾，嚴(yán)重時(shí)對電源或信息終端系統(tǒng)造成損壞。

（4）雷擊電磁脈沖，即雷電流經(jīng)電阻、電感、電容耦合產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，對廣電發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)部造成過電流和過電壓現(xiàn)象的破壞。目前發(fā)射系統(tǒng)多是由大規(guī)模集成電路組成的設(shè)備，其耐電壓水平低，抗電磁脈沖干擾能力差。

（5）地電位反擊，即雷電擊中信號發(fā)射鐵塔后，會造成附近地網(wǎng)電位的迅速升高，損壞電器和設(shè)備。

3 高山廣播電視發(fā)射臺防雷現(xiàn)狀分析

高山發(fā)射臺站一般將發(fā)射鐵塔作為避雷針使用，通過塔身向接地裝置泄放雷電流，在施工時(shí)將生活區(qū)地網(wǎng)和機(jī)房地網(wǎng)進(jìn)行等電位連接，形成共用接地系統(tǒng)[2]。但雷擊事故常有發(fā)生，防雷措施存在一定問題。

高山發(fā)射臺地網(wǎng)由于受地形影響一般面積不大，山區(qū)的土壤電阻率偏高，因此接地電阻值一般較高。接地體由于埋設(shè)年代久遠(yuǎn)銹蝕嚴(yán)重，地網(wǎng)連接扁鐵的斷裂及各處接地電阻的變大等，使原有系統(tǒng)的防雷能力大打折扣。廣播電視發(fā)射臺采用雙電源供電，10kV主電源由山下高空架設(shè)至高壓配電房，只在終端配置高壓避雷器，無直擊雷防護(hù)。雷電波極易侵入高壓配電房，低壓側(cè)電涌保護(hù)器通流容量低，連線細(xì)且長，敷設(shè)不合理，已造成雷擊災(zāi)害。發(fā)射臺備用電源采用柴油發(fā)電機(jī)組，沒有采取必要的防雷措施，存在安全隱患。鐵塔和機(jī)房的接地采用薄銅板，其厚度和牢靠性無法滿足防雷要求。配電屏穩(wěn)壓器前常未設(shè)置等電位連接均壓排存在安全隱患。值班機(jī)房玻璃夾層屏蔽銅絲網(wǎng)一般未可靠接地，機(jī)房內(nèi)電源線與信號線同槽鋪設(shè)現(xiàn)象普遍存在。室外設(shè)施有監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星天線，機(jī)房空調(diào)室外機(jī)、微波天線、電話線路等，雖均處于鐵塔防直擊雷保護(hù)范圍內(nèi)，但未采取屏蔽措施，往往由于雷電感應(yīng)造成嚴(yán)重?fù)p壞。

4 高山廣播電視發(fā)射臺防雷改進(jìn)措施

根據(jù)高山廣播電視發(fā)射臺雷擊類型，針對原有防雷系統(tǒng)的不足，設(shè)計(jì)了新的改造措施。從主要從外部防雷和內(nèi)部防雷兩個方面進(jìn)行改進(jìn)。

4.1 外部防雷整改措施

外部防雷主要是防直擊雷，由接閃器、引下線和接地裝置組成。高山發(fā)射臺的接閃器和引下線一般較為完善，往往是接地裝置存在問題。為滿足發(fā)射臺接地電阻小于4Ω的要求，需對原有接地系統(tǒng)進(jìn)行修繕改造，除將機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)連接組成共用地網(wǎng)擴(kuò)大地網(wǎng)面積外，還可以在地網(wǎng)外圍增設(shè)1圈或2圈環(huán)形接地裝置[3]。環(huán)形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式，與地網(wǎng)宜在同一水平面上，環(huán)形接地裝置與地網(wǎng)之間以及環(huán)形接地裝置之間均應(yīng)每間隔3至5m相互焊接一次；也可在鐵塔四角設(shè)置輻射式延伸接地體，長度宜限制在10至30米。必要時(shí)可在接地體周圍添加降阻劑降低土壤電阻率。對各地網(wǎng)的連接處采取防腐處理，每年應(yīng)注意檢查地網(wǎng)腐蝕狀況。

4.2 內(nèi)部防雷整改措施

內(nèi)部防雷主要是防止雷電感應(yīng)、雷電波侵入和雷擊電磁脈沖等危害，主要措施有安裝電涌保護(hù)器、等電位連接、合理布線和屏蔽等。針對高山廣播電視發(fā)射臺供配電、信息系統(tǒng)防雷措施不足，結(jié)合其特點(diǎn)，采取以下改進(jìn)措施。

4.2.1 電源系統(tǒng)防雷措施。

在配電房低壓進(jìn)線柜處安裝一組Ⅰ級試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，每個電涌保護(hù)器的通流容量宜為100kA，保護(hù)水平2.5kV，響應(yīng)時(shí)間小于25ns，連接導(dǎo)線相線大于16mm2，接地線大于25mm2。發(fā)電機(jī)組輸出端安裝一組Ⅱ級試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，通流容量為40kA，保護(hù)水平2.2kV，響應(yīng)時(shí)間小于25ns，相線大于16mm2，接地線大于16mm2。在機(jī)房穩(wěn)壓電源輸入端安裝一組Ⅱ級試驗(yàn)電涌保護(hù)器，通流容量為40kA，相線大于16mm2，接地線大于16mm2，在設(shè)備機(jī)房高頻發(fā)射柜電源輸入端安裝一組Ⅲ級試驗(yàn)電涌保護(hù)器，通流容量為20kA，相線大于16mm2，接地線大于16mm2。

4.2.2 等電位連接措施

由于設(shè)備機(jī)房的高頻接地采用薄銅板，為滿足保護(hù)接地和防雷等電位連接的要求增加接地母排2處（穩(wěn)壓電源處、發(fā)射機(jī)設(shè)備處）采用截面積不小于50mm2的銅帶，從接地體適當(dāng)?shù)奈恢糜?5mm2銅線分2路接于母排，設(shè)備或部件就近接于母排[4]。在值班機(jī)房處設(shè)局部等電位連接母排排，接地形式為Mn型。配電屏穩(wěn)壓電源、柴油發(fā)電機(jī)組等部位也要設(shè)母排并做好連接。室外設(shè)備和部件與避雷帶用焊接并作防腐處理。

4.2.3 屏蔽及合理布線措施

由于室外線纜均未穿金屬管，因此監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星天線，機(jī)房空調(diào)室外機(jī)、微波天線、電話的信號線和電源線在LPZ0B區(qū)和LPZ1區(qū)分界處增設(shè)電涌保護(hù)器。按合理布線的要求將機(jī)房內(nèi)的信號線和電源線分槽敷設(shè)，當(dāng)難以分開時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況將電源線與信號線分開綁扎。值班機(jī)房玻璃夾層的銅絲網(wǎng)應(yīng)可靠接地。

5 結(jié)束語

雷電對高山廣播電視發(fā)射臺的危害是多方面的，本文根據(jù)其防雷措施中存在的缺陷和局限性，提出了符合要求的改進(jìn)措施。隨著高山發(fā)射設(shè)備電子化、信息化程度大幅度的提升，防雷措施必須多措并舉，綜合考慮，多級防護(hù)，才能確保高山廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的準(zhǔn)確、高效、安全、可靠運(yùn)行。

[1]林正坤，陳泓熙，蘭婷. 福州董鳳山發(fā)射臺綜合防雷改造方案[J]. 有線電視技術(shù)，2011，264（12）

[2]陳金順. 廣播電視發(fā)射臺的防雷技術(shù)[J]. 電聲技術(shù)，2001，193（7）

[3]劉吉克. GB50689-2011通信局（站）防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2012

[4]林維勇. GB50343-2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S]. 北京:中國計(jì)劃出版社，2011