大功率中短波廣播發(fā)射臺防雷技術(shù)與注意事項

【摘要】本文主要以雷擊主要種類及危害為出發(fā)點，闡述大功率中短波廣播發(fā)射臺防雷技術(shù)，并提出防雷的注意事項，確保人身安全和設(shè)備安全。

【關(guān)鍵詞】雷擊;防雷;接地;接地電阻

1.前言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，中短波廣播發(fā)射機發(fā)射臺的各種播出設(shè)備陸續(xù)更新，數(shù)字化、智能化、自動化控制系統(tǒng)的使用越來越廣，在提高發(fā)射機效率和指標(biāo)，減輕值機人員工作強度的同時，往往對于自動控制系統(tǒng)的防雷考慮不夠的情況較多，一旦有雷電波侵入，設(shè)備損壞一般是巨大的，有的甚至使整個發(fā)射機系統(tǒng)癱瘓，造成無可挽回的損失。并且大功率中短波廣播發(fā)射臺一般都遠離城區(qū)，建立偏遠山區(qū)，發(fā)射機房建筑物較高，容易遭受雷擊，如果防雷系統(tǒng)做的不好，就會造成發(fā)射機器件損壞，導(dǎo)致停播事故。為此針對中短波廣播電臺實際情況，進行防雷技術(shù)設(shè)計，將雷擊損害降為最低，保障人身和設(shè)備安全。

2.雷擊主要種類及危害

雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電。放電過程產(chǎn)生強烈的閃電并伴隨巨大的聲音。云層對大地的放電，對建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜危害甚大，這是電氣防雷設(shè)計的主要對象。

雷擊的危害主要有四個方面：

（1）直擊雷：帶電的云層對大地上的某一點發(fā)生猛烈的放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。破壞力十分巨大，若不能迅速將其瀉放入大地，將導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、建筑物、設(shè)施、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人、畜的生命安全。

（2）雷電波侵入：雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過電壓沿著電纜線路擴散，侵入并危及室內(nèi)電子設(shè)備和自動化控制等系統(tǒng)。往往在聽到雷聲之前，電子設(shè)備控制系統(tǒng)可能已損壞。

（3）感應(yīng)過電壓：雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過電壓。輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動作;嚴(yán)重時可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個系統(tǒng)陷于癱瘓。

（4）地電位反擊：雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或設(shè)施，接地網(wǎng)的地電位會在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬或數(shù)十萬伏。雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電或控制信號系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或控制信號系統(tǒng)，反擊破壞電子設(shè)備。

由于雷電危害是無孔不入的，可侵襲微電子設(shè)備，因此現(xiàn)代防雷技術(shù)原則強調(diào)全方位防護、綜合治理、層層設(shè)防?！胺览住辈⒎鞘穷A(yù)防雷電的發(fā)生，而是給雷電流設(shè)計出一條流入大地的通道，而不是讓它流過被保護的建筑物和設(shè)備，全方位地堵截雷電的入侵。

3.雷擊的防護方法

（1）防直擊雷的方法和技術(shù)

避雷針、避雷帶可以防止直擊雷擊中建筑本體及內(nèi)部設(shè)備，是靠把雷雨云所帶的異種電荷引導(dǎo)到自身上來，通過良好的接地裝置，把雷電流泄入大地，保護建筑物不受雷擊的一種金屬裝置。

避雷針處于建筑物的最高處，與雷雨云的距離最近，它與建筑物的鋼筋網(wǎng)有良好的電氣連接，再通過引下線與基礎(chǔ)接地連接，它與大地有相同電位，容易吸引雷電先驅(qū)，使主放電都集中到它的上面，從而使附近比它低的物體遭受雷擊的幾率大大減少，而避雷針被雷擊的幾率卻大大的提高。由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把雷雨云層中積存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使因雷擊而造成的過電壓時間大大的縮短，所以從很大程度上降低了雷擊的危害性。避雷針必須有足夠可靠和接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的損害程度。

對于發(fā)射機房來講，安裝避雷針或避雷帶后，控制設(shè)備依然受到損壞。說明除直接雷擊以外，還有雷電流進入設(shè)備。有可能是通過天饋線引來的雷電流和室外架空輸電線路引來的雷電流。接地技術(shù)在廣播工程中起著舉足輕重的作用，接地系統(tǒng)性能的好壞直接影響到系統(tǒng)的調(diào)試工作量及運行質(zhì)量。

（2）防感應(yīng)雷的方法和技術(shù)

感應(yīng)雷也稱為雷電感應(yīng)。分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。靜電感應(yīng)雷是由于帶電積云接近地面，在架空線路導(dǎo)線或其他導(dǎo)電凸出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起的。它將產(chǎn)生很高的電位。電磁感應(yīng)雷：是由于雷電放電時，巨大的沖擊雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的強磁場引起的。這種迅速變化的磁場能在鄰近的導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電動勢。雷電感應(yīng)引起的電磁能量若不及時泄入地下，可能產(chǎn)生放電火花，引起火災(zāi)、爆炸或造成觸電事故。

感應(yīng)雷的外部防護主要為連接建筑趕緊混凝土內(nèi)鋼筋或?qū)ＴO(shè)金屬網(wǎng)格，以形成法拉第籠，使建筑處于靜電屏蔽罩內(nèi)部。

接地就是讓已經(jīng)流入防雷系統(tǒng)的閃電電流順利地流入大地，而不能讓雷電能量集中在防雷系統(tǒng)的某處對被保護物體產(chǎn)生破壞作用，良好的接地才能有效地泄放雷電能量，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生反擊。

過去一些舊規(guī)范要求電子設(shè)備單獨接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流干擾設(shè)備的正常工作。但現(xiàn)在，防雷工程設(shè)計已不提倡單獨接地，而是更多的與防雷接地系統(tǒng)共用接地裝置，但接地電阻要由原來的小于4Ω減少到1Ω。如果發(fā)射機設(shè)備接地裝置采用專用的高頻接地系統(tǒng)，則其與防雷接地系統(tǒng)的地中距離要大于20m。防雷接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發(fā)揮出來。

（3）內(nèi)部防雷的方法和技術(shù)

建筑物內(nèi)部防雷工程涉及面較寬，面對的是包括感應(yīng)雷、傳導(dǎo)雷和因線路上浪涌高電壓所造成電網(wǎng)波動在內(nèi)的眾多損害，歸納起來危害最大的主要方面是高電壓的引入。高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導(dǎo)到室內(nèi)造成破壞的雷害現(xiàn)象。高電壓引入的電源有三種：其一是直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線，讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi)，即雷電波侵入;第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖，即感應(yīng)過電壓;第三是地電位反擊，這種反擊會沿著電力系統(tǒng)的零線，保護接地線和各種形式的接地線，以波的形式傳入室內(nèi)或傳播到更大的室內(nèi)范圍，造成大面積的危害。

針對以上三種雷害內(nèi)部防雷系統(tǒng)主要有屏蔽、安裝防雷器SPD和等電位連接等三種措施。

①屏蔽接地，一類是靜電屏蔽：通常是用完整的金屬屏蔽體將帶電導(dǎo)體包圍起來，并將金屬屏蔽體接地，這樣在屏蔽體的外側(cè)感應(yīng)出與帶電導(dǎo)體等量同種的電荷將流入大地，金屬殼外側(cè)將不會存在電場，相當(dāng)于殼內(nèi)帶電體的電場被屏蔽起來了。另一類是交變電場屏蔽：通常也是用完整的金屬屏蔽體將帶電導(dǎo)體包圍起來，并將金屬屏蔽體接地，可以有效地減少交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓。在干擾源和敏感電路之間設(shè)置導(dǎo)電性好的金屬屏蔽體，或?qū)⒏蓴_源、敏感電路分別屏蔽，并將金屬屏蔽體良好接地，減小交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，這樣電路就能正常工作了。

②防雷器SPD也稱電涌保護器，電涌保護器主要是指抑制傳導(dǎo)來的線路過電壓和過電流的裝置。它的組成器件主要包括放電間隙、壓敏電阻、二極管、濾波器等。根據(jù)構(gòu)成組件和使用部位的不同，電涌保護器可分為電壓開關(guān)型SPD、限壓型SPD和組合型SPD。而根據(jù)應(yīng)用場合分類，電涌保護器又可分成電力系統(tǒng)SPD和信息系統(tǒng)SPD。

電力系統(tǒng)防雷主要是為防止雷電波通過電源線路而對發(fā)射機設(shè)備造成危害。為避免高電壓經(jīng)過避雷器對地泄放后的殘壓過大，或因更大的雷電流在擊毀避雷器后繼續(xù)毀壞后續(xù)設(shè)備，以及防止線纜遭受二次感應(yīng)，應(yīng)采取分級保護、逐級泄流的原則。

③等電位連接是綜合防雷系統(tǒng)中的最重要的一項基本措施。等電位連接是為減小在需要防雷的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、爆炸、生命危險的一項很重要的措施，特別是在建筑物內(nèi)部防雷空間防止發(fā)生生命危險的最重要的措施。

建筑物等電位連接設(shè)計主要有以下幾種：總等電位連接和局部等電位連接，總等電位連接的作用在于降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險故障電壓的危害，它主要通過進線配電箱近旁的總等電位聯(lián)結(jié)端子板將下列導(dǎo)電部分互相連通：進線配電箱的母排;公用設(shè)施的金屬管道，如上、下水等管道;建筑物金屬結(jié)構(gòu);如果做了人工接地，也包括其接地極引線。建筑物每一電源進線都應(yīng)做總等電位連接，各個總等電位連接端子板應(yīng)互相連通。信息系統(tǒng)的等電位連接，對信息系統(tǒng)的外露可導(dǎo)電部件也要建立等電位連接網(wǎng)絡(luò)，并與共用接地系統(tǒng)相連。綜上所述，樓層下部有接地網(wǎng)，樓層里有等電位均壓網(wǎng)，樓頂物體與避雷裝置連接在一起形成等電位，這樣就在電氣上成為法拉第籠式結(jié)構(gòu)，人和設(shè)備在此環(huán)境中絕無雷擊危險。因此，等電位連接在建筑物及其電子信息系統(tǒng)中是最重要的一項電氣安全措施。

4.大功率中短波廣播電臺防雷接地注意事項

大功率中短波廣播發(fā)射機設(shè)備的使用，會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電場和磁場干擾，在電源和導(dǎo)線之間形成相互耦合的干擾是比較突出的，它們往往表現(xiàn)為電容性耦合、電感性耦合、電磁場輻射3種形式，系統(tǒng)接地就是使系統(tǒng)建立與大地的連接，使設(shè)備能有效地抵抗這些干擾并正常工作。

（1）在廣電工程設(shè)計接地時，通常不僅有防雷接地，還有交流電源接地、設(shè)備安全保護接地、信號接地等。為了防止各系統(tǒng)之間的互相干擾，以往都強調(diào)將各種接地各自獨立，它的好處是不會造成互相干擾，但獨立接地必然引起各接地系統(tǒng)不同的電位，尤其是發(fā)生雷擊的時候，各系統(tǒng)的接地點的電位可能相差很大，而過大的電位差正是電子設(shè)備工作失常和損壞等事故的起因。

（2）發(fā)射機房的防雷接地是整個系統(tǒng)防雷工程的重中之重，機房建筑物外墻采用植入金屬網(wǎng)屏蔽、門窗也進行了防雷接地，將機房做成法拉第式的屏蔽機房，防止?jié)L雷、感應(yīng)雷擊對機器設(shè)備的侵襲。在機房內(nèi)，將信號地線、配電保護線、設(shè)備外殼、防雷接地、屏蔽地線、地板支架、金屬管道、金屬門窗等分別單獨用導(dǎo)線或扁鋼引入基礎(chǔ)接地網(wǎng)，避免雷電引下時對機器和信號設(shè)備的沖擊，最大限度地保護機房內(nèi)部人員的人身安全。

（3）在防雷工程中，避雷針或避雷帶與引下線可靠焊接，室外連接點采用螺栓連接，保證連接點接觸可靠。機房建筑物的等電位的鋼筋及各種金屬物的所有焊接點涂兩遍防銹漆和銀粉漆進行防腐防銹處理。

（4）對于音頻設(shè)備，要注意系統(tǒng)信號地和其他接地的連接次序，安全地和功率地要求接地電阻比較小，而信號地的接地電阻可以稍大，如果不注意這些則可能對系統(tǒng)處理信號帶來一些麻煩。目前隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛應(yīng)用，有些數(shù)字設(shè)備分別有獨立的模擬地和數(shù)字地時，要分別接地后再匯聚，盡量在靠近公共接地母線的地方接地;信號設(shè)備外殼采用設(shè)備外殼地線和機柜外殼相連;機柜外殼采用機柜外殼地線和系統(tǒng)外殼相連;對于整個系統(tǒng)，安全接地螺栓設(shè)在系統(tǒng)金屬外殼上，并保持良好的電氣連接;接地不應(yīng)該僅僅理解成設(shè)備外殼的簡單連接。

（5）降低防雷接地和高頻接地電阻值，并且專人負(fù)責(zé)，用接地電阻測試儀定期測試電阻值是否符合要求，確保防雷接地可靠。

5.結(jié)束語

為保證大功率中短波廣播發(fā)射系統(tǒng)穩(wěn)定工作，保護人身和設(shè)備安全不受雷電侵害，規(guī)范良好的接地是廣播設(shè)備安全運行的可靠保證，在日常的維護中不定期、多頻次對防雷系統(tǒng)認(rèn)真檢查，定期測量接地電阻，可以將雷電對發(fā)射系統(tǒng)的危害降到最低。

參考文獻

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作者簡介：劉克明（1971—），男，陜西寶雞人，高級工程師，現(xiàn)供職于國家新聞出版廣電總局724臺，研究方向：大功率短波廣播發(fā)射機維護管理。