高山無線發(fā)射臺(tái)防雷經(jīng)驗(yàn)與思考

周 錕，秦 偉

(山西廣播電視無線管理中心228 臺(tái)，山西 太原 030001)

二二八臺(tái)位于太原市西南的廟前山主峰上，海拔1 868 m，是山西省廣播電視的中心發(fā)射臺(tái)，也是省內(nèi)數(shù)字微波干線最大的樞紐站。我臺(tái)共有十二套發(fā)射機(jī)組，擔(dān)負(fù)著中央人民廣播電臺(tái)和省臺(tái)調(diào)頻、電視的無線發(fā)射任務(wù)。

廟前山是太原市西面附近最高峰，周圍森林密布，空氣濕度大，山體主要為巖石，土壤電阻率高，臺(tái)內(nèi)還聳立著三座幾十米高的鐵塔通訊天線。每年的夏秋季是雷電高發(fā)期，常會(huì)因雷擊造成停電和設(shè)備的損壞，為此我臺(tái)采用綜合防雷手段，逐漸完善防雷措施以及制定防雷應(yīng)急預(yù)案，近年來收到了一定效果。

1 綜合防雷技術(shù)措施

一般雷電可以分為直擊雷和雷擊電磁脈沖(LEMP)，高山發(fā)射臺(tái)不僅有高功率、大電流的發(fā)射機(jī)，也有低電壓、小電流的信號(hào)的信號(hào)傳輸設(shè)備，因此要兼顧以上兩種雷擊形式。我臺(tái)屬于二類防雷建筑，綜合防雷工程包括:

1.1 直擊雷防護(hù)措施

在建筑物頂部安裝接閃帶和接閃網(wǎng)，沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)。我臺(tái)受地形限制部分電源線沒有埋地鋪設(shè)，架空部分穿入金屬管內(nèi)，金屬管兩端接地。鐵塔天線頂端安裝有接閃器，整個(gè)鐵塔天線處于直接雷防護(hù)區(qū)(LPZ0B)。

1.2 等電位連接措施

發(fā)射機(jī)外殼、信號(hào)柜、電子設(shè)備金屬外殼、線纜屏蔽層均應(yīng)以最短的距離與等電位端子板連接。雷電流在垂直的金屬導(dǎo)體上傳輸有梯度，在垂直相鄰的兩個(gè)金屬節(jié)點(diǎn)上能有數(shù)千伏電位差，等電位連接后可消除此危險(xiǎn)。我臺(tái)采取的措施見圖1。

圖1 等電位連接及共用接地系統(tǒng)

1.3 屏蔽措施

空間屏蔽，把建筑物內(nèi)的鋼筋網(wǎng)架通過焊接連為一體，構(gòu)成籠式屏蔽體。設(shè)備屏蔽，把電子設(shè)備金屬外殼接地。線纜屏蔽，將信號(hào)線金屬屏蔽層接地。

1.4 設(shè)計(jì)安裝SPD

級(jí)防護(hù)隨過大的雷擊電流而出現(xiàn)高概率損壞和產(chǎn)生高殘壓。建筑物電子信息防雷規(guī)范中要求開關(guān)型SPD1 和線壓型SPD2 之間的限距大于10 m，SPD2 和SPD3 之間的限距大于5 m，主要保證雷電流到達(dá)下一級(jí)SPD 時(shí)本級(jí)有足夠的相應(yīng)時(shí)間。

設(shè)計(jì)安裝多級(jí)SPD 防護(hù)，目的是達(dá)到分級(jí)泄流，避免單

1.5 完善合理的共用接地系統(tǒng)

將各部分防雷裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線(PE)、等電位端子板、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地及接地裝置連接在一起。

2 制定防雷應(yīng)急預(yù)案

除了技術(shù)上的防雷措施外，組織上的措施也是必不可少的。制定一套完善合理的、適合本臺(tái)(站)的防雷應(yīng)急預(yù)案，在雷雨形成初期就啟動(dòng)預(yù)案，例如關(guān)閉備用設(shè)備等，一旦遭到雷擊，可以將損失降到最小。

3 光纖可以阻斷沿信號(hào)線、數(shù)據(jù)線侵入的雷電過電壓波

光纖的基本成分是石英(SiO2)，只傳光，不導(dǎo)電，不受電磁場(chǎng)的作用，在其中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁場(chǎng)的影響，這個(gè)特性決定了光纖傳輸對(duì)電磁干擾、雷電侵襲有很強(qiáng)的抵御能力。

由于地形的限制，我臺(tái)分為微波機(jī)房和發(fā)射機(jī)房，兩機(jī)房相距80 m 左右，微波機(jī)房通過屏蔽銅導(dǎo)線為發(fā)射機(jī)房傳輸音頻和視頻信號(hào)。起初為了改善信號(hào)傳輸質(zhì)量，我們將部分銅導(dǎo)線改為光纜，用光端機(jī)進(jìn)行信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換。意外的發(fā)現(xiàn)是:使用銅導(dǎo)線的編解碼器和激勵(lì)器經(jīng)常因?yàn)槔讚舳鴵p壞，而使用光端機(jī)的編解碼器和激勵(lì)器經(jīng)過多年使用也沒有發(fā)生因雷擊而損壞的情況。受此啟發(fā)我們將其余銅導(dǎo)線全部改造成光纜，包括信號(hào)傳輸系統(tǒng)、電話、視頻監(jiān)控系統(tǒng)。經(jīng)過改造后的相關(guān)設(shè)備受雷擊的損壞的情況大幅下降。信號(hào)線的第二種防雷方法是在銅導(dǎo)線上串接SPD，這種方法適合短距離和衛(wèi)星接收機(jī)饋線使用。和銅線加SPD 防雷方式比較，采用光纜防雷具有信號(hào)不失真，傳輸距離長(zhǎng)，擴(kuò)容性高的優(yōu)點(diǎn)。一些光纜中有鋼絲作為加強(qiáng)元件，必須將鋼絲在尾纖盒處做可靠接地。

4 使用避雷針弊大于利

避雷針現(xiàn)在稱作“接閃桿”，是利用尖端放電的原理，將空中的雷電流吸引到金屬棒上，再通過引下線和接地裝置釋放到大地。避雷針在過去被作為防雷的主要技術(shù)手段被大量使用，至今許多建筑物附近和頂部還有高大的避雷針，其防雷效果有限，反倒是安裝避雷針后頻頻遭受雷擊的案例不少。避雷針的高度H 與雷擊概率N 存在以下關(guān)系:

式中:T－年雷暴日數(shù)(日)。K1—落雷不平均系數(shù)，易受雷擊的建筑物，K1=1.5～2.0。K2—建筑物材料的影響系數(shù)，金屬材料，K2=1.5。H—避雷針的高度(米)。

可以看出雷擊概率與避雷針的高度平方成正比。當(dāng)雷電流被吸引至避雷針附近，電流強(qiáng)度不足以大到接閃時(shí)，會(huì)出現(xiàn)繞擊和散擊現(xiàn)象，使得避雷針周圍的落雷密度比該處平均落雷密度大很多。避雷針在有限的保護(hù)范圍內(nèi)雖然防住了直擊雷，但是也帶來了周圍雷擊概率大幅增加的問題，尤其是雷擊電磁脈沖造成的影響遠(yuǎn)大于直擊雷，所以使用避雷針如果不考慮其負(fù)面效應(yīng)(LEMP、雷擊概率增加等)很可能變防雷為“造雷”。

著名防雷專家謝廣潤(rùn)教授早在1982 年就提出:“用避雷針能有效地進(jìn)行防雷嗎?答曰:否。避雷針的功與過哪一個(gè)更大?答曰:在很多情況下過大于功。因此避雷針一般應(yīng)當(dāng)停用?！彪S著對(duì)避雷針認(rèn)識(shí)的逐漸增加，其功能不能避雷只能引雷，避雷針這一名稱使用不妥，應(yīng)用“接閃桿”代替。在必須使用接閃器的地方最好使用接閃帶、接閃網(wǎng)、接閃短針。對(duì)于高架接閃桿應(yīng)該安裝在地勢(shì)較高、遠(yuǎn)離人員密集處、遠(yuǎn)離被保護(hù)建筑，吸引經(jīng)過的雷云在此放電，減少保護(hù)區(qū)域內(nèi)的落雷頻率，這樣接閃桿才能起到攔截作用又避免了負(fù)面效果的危害。

5 結(jié)束語

防雷工程是個(gè)系統(tǒng)工程，應(yīng)該做到緊握規(guī)范，整體設(shè)計(jì)，注重細(xì)節(jié)，因地制宜，才能起到良好的防雷效果，保證人員和設(shè)備的安全。

［1］中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).GB 50057－2010，建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2011－08－01.

［2］中華人民共和國建設(shè)部公告第215 號(hào).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，2004－5－01.

［3］應(yīng)洪正.電子信息系統(tǒng)的防雷保護(hù)［J］.中國防雷，2008(2) ：12－15.

［4］王巨豐，齊沖，范李莉，等.避雷針使用中的相關(guān)問題的探討［J］.廣西電力，2006(4) ：60－63.