高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷

黃衍龍

（作者單位：福建省長(zhǎng)汀縣廣播電視發(fā)射臺(tái)）

?

高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷

黃衍龍

（作者單位：福建省長(zhǎng)汀縣廣播電視發(fā)射臺(tái)）

摘 要：高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的地理位置、環(huán)境以及氣象條件等比較特殊，加之發(fā)射系統(tǒng)逐漸朝著信息化和電子化的方向發(fā)展，使雷電危害的程度逐漸增加，原有的高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷電技術(shù)措施已經(jīng)不能維護(hù)設(shè)備以及工作人員的安全。因此，需要高山廣播電視發(fā)射臺(tái)積極探索新的防雷電技術(shù)措施，提高發(fā)射臺(tái)的防雷電水平，既能保證廣播電視發(fā)射系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，也能維護(hù)工作人員的生命安全。本文就高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷電技術(shù)進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：高山廣播電視；發(fā)射臺(tái)；防雷電技術(shù)

雷電的破壞力極強(qiáng)，能夠產(chǎn)生幾百萬(wàn)伏的電壓、幾百千安的瞬間沖擊電流，而且雷電流帶來(lái)的熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)有著極強(qiáng)的破壞力，會(huì)造成嚴(yán)重的危害。廣播電視發(fā)射臺(tái)一般建在高山頂上，主要是為了擴(kuò)大覆蓋的面積，提高收視質(zhì)量，但是這些地區(qū)的地形以及氣象條件等比較復(fù)雜，雷電活動(dòng)頻繁，再加上發(fā)射塔高度比較高，電源以及信息的遠(yuǎn)距離輸送等問(wèn)題，更容易受到雷擊。因此，需要采取更為嚴(yán)格和合適的防雷電技術(shù)措施，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的雷電產(chǎn)生及危害

1.1 雷電的產(chǎn)生

雷電是一種自然現(xiàn)象，具有巨大的能量，是帶電云層對(duì)大地進(jìn)行放電的過(guò)程。云層的上部主要是正電荷，下部主要是負(fù)電荷，云層上部以及下部之間有電位差，在形成雷云層時(shí)[1]，由于受到大氣電場(chǎng)以及溫差起電的影響，正負(fù)電荷會(huì)在云層中出現(xiàn)不同部位的堆積，電位差到達(dá)一定程度時(shí)，云與云以及云與大地之間就會(huì)出現(xiàn)放電的現(xiàn)象，放電時(shí)，閃電中的溫度瞬間升高，出現(xiàn)強(qiáng)烈的雷鳴聲，放電地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)閃電以及爆炸聲。

1.2 雷電造成的危害

1.2.1 雷電對(duì)人的危害

首先，直接性的雷擊，出現(xiàn)雷電現(xiàn)象時(shí)，閃電直接襲擊到人的身上，人也是一個(gè)導(dǎo)體，幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)安培的雷電電流從人的頭部，流經(jīng)人體到雙腳再流入大地。人遭到雷擊時(shí)會(huì)受傷，甚至出現(xiàn)死亡現(xiàn)象[3]。其次，接觸電壓。雷電電流在建筑物、樹木等泄放下來(lái)，雷電電流會(huì)在導(dǎo)體上產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至十幾萬(wàn)的電壓，如果人接觸到這些物體時(shí)，就會(huì)受到電擊，發(fā)生事故。最后，旁側(cè)閃擊，雷電擊中物體時(shí)，會(huì)通過(guò)物體泄入到大地，由于人體的電阻比較小，若是人在雷擊物體附近，雷電電流就會(huì)擊穿人頭頂高度的空氣，經(jīng)人體進(jìn)行泄放，使人受到電擊。

1.2.2 雷電對(duì)機(jī)房設(shè)備的危害

高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的高壓線路、機(jī)房設(shè)備、天線、水管等都時(shí)刻處于雷電的威脅下，由于閃電脈沖放電峰值的電流比較大，有著較強(qiáng)的電場(chǎng)，隨著時(shí)間的變化，電力的變化率比較大，放電過(guò)程中會(huì)形成比較寬的頻譜范圍，因此雷電侵入波對(duì)微博傳輸電路會(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)的感應(yīng)過(guò)電壓和過(guò)電流。如果感應(yīng)過(guò)電壓或過(guò)電流進(jìn)入到微波設(shè)備的內(nèi)部，就會(huì)嚴(yán)重干擾設(shè)備運(yùn)行。由于微波設(shè)備的元器件缺少耐壓能力，并且電源線路和信號(hào)線路沒(méi)有設(shè)置電壓保護(hù)，微波設(shè)備線路管道、結(jié)構(gòu)件布置不合理，出現(xiàn)開口的導(dǎo)電環(huán)，如果遠(yuǎn)處出現(xiàn)雷電，地面電磁場(chǎng)在環(huán)內(nèi)就會(huì)感應(yīng)過(guò)電壓，環(huán)路包繞的面積越大，危害就越大。

2 高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷電技術(shù)措施

2.1 機(jī)房建筑的防雷

機(jī)房外部的防雷主要是防護(hù)直擊雷，使用提前放電避雷針，及配套避雷接地裝置，使雷電能夠安全地進(jìn)入大地。廣播電視發(fā)射臺(tái)的接地電阻要＜4Ω。需要將發(fā)射機(jī)的工作地點(diǎn)與其他接地分開，從而避免受到電磁干擾。將避雷裝置設(shè)置在高山廣播電視發(fā)射臺(tái)上，能夠有效地避免機(jī)房設(shè)備以及人體受到直擊雷的危害。

對(duì)于室內(nèi)防雷，首先，需要做好等電位連接，就是將不帶電、不接地或者是沒(méi)有良好接地的設(shè)備金屬外殼、金屬框架以及接地系統(tǒng)等進(jìn)行電氣連接，避免物體感應(yīng)雷高電壓損壞設(shè)備。連接等電位主要是使防雷空間內(nèi)的各金屬部件以及系統(tǒng)間的電位差得以減小，避免出現(xiàn)雷電的反擊。其次，進(jìn)行金屬屏蔽及重復(fù)接地。通過(guò)屏蔽以及重復(fù)接地的方法，防止架空導(dǎo)線進(jìn)入到建筑物的內(nèi)部，影響配電以及信號(hào)系統(tǒng)，將電纜進(jìn)行埋地并引入，使用金屬導(dǎo)管進(jìn)行屏蔽，避免金屬管重復(fù)接地，減少電纜帶入的雷電高壓電。需要統(tǒng)一機(jī)殼、電源、過(guò)壓保護(hù)接地等，高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的機(jī)房門窗、水管等導(dǎo)體需要就近與地網(wǎng)進(jìn)行連接。

2.2 鐵塔防雷

鐵塔頂部的天線平臺(tái)位置，塔身的中間部位以及塔基的應(yīng)預(yù)留接地孔，塔身緊固螺栓使用長(zhǎng)緊固螺栓當(dāng)作接地點(diǎn)。由于鐵塔的高度比較高，連接點(diǎn)的數(shù)量需要得到保障，并且具有一定的分散性，使雷擊流能夠被分散。如果鐵塔是落地塔，鐵塔的地網(wǎng)以及機(jī)房地網(wǎng)之間需要間隔一定的距離，大約為3～5米，并相互焊接連通1次。鐵塔的四腳和其他地網(wǎng)應(yīng)就近焊接連通。天線也需要做好防止直擊雷襲擊的措施，天線鐵塔的避雷針需要與鐵塔進(jìn)行焊接。將避雷針與鐵塔連接是為了保護(hù)接地線的良好，能夠及時(shí)將雷電流泄入大地。

2.3 發(fā)射機(jī)以及相關(guān)設(shè)施防雷

保護(hù)雷電過(guò)電壓需要對(duì)首次雷擊電流以及后續(xù)雷擊電流進(jìn)行分流，采取有效的保護(hù)措施，解決各能量之間產(chǎn)生的問(wèn)題。

電源設(shè)備防雷的防護(hù)是前提和基礎(chǔ)，如果電源的安全防護(hù)不到位，其他措施的使用也無(wú)法起到根本性的作用。電源防雷系統(tǒng)是為了避免雷電經(jīng)過(guò)電源對(duì)設(shè)備造成危害。為了出現(xiàn)高電壓經(jīng)過(guò)防雷器對(duì)地泄放后出現(xiàn)殘余、更大的雷電流在破壞防雷器之后繼續(xù)毀壞設(shè)備，避免線纜出現(xiàn)二次感應(yīng)，就需要做好分級(jí)保護(hù)工作，遵循逐級(jí)泄流的原則，安裝浪涌保護(hù)器。浪涌抑制器的組成部分需要包括高能密住器件以及濾波網(wǎng)絡(luò)電路。遇到雷擊時(shí)，在30ms內(nèi)雷電流通過(guò)到地通道多次放電，原件上的熱量會(huì)快速聚集，如果單個(gè)原件的熱量超過(guò)其電能值時(shí)，就會(huì)逐個(gè)與主電路斷開，其他電源就能夠被保護(hù)。

發(fā)射站的第一級(jí)浪涌保護(hù)應(yīng)當(dāng)設(shè)立在站內(nèi)總配電側(cè)。第一級(jí)浪涌保護(hù)目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區(qū)傳導(dǎo)進(jìn)入LPZ1區(qū)（典型方式即為雷電擊中架空高壓線入侵），將數(shù)萬(wàn)至數(shù)十萬(wàn)伏的浪涌電壓限制到2500～3000V。該級(jí)電源防雷器應(yīng)是連接在天線站供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級(jí)電源防雷器具備每相100kA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓＜1500V，稱之為SPD1電源浪涌保護(hù)器。SPD1浪涌保護(hù)器是專為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設(shè)計(jì)的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過(guò)電源防雷器時(shí)，線路上出現(xiàn)的最大電壓稱為限制電壓）為中等級(jí)別的保護(hù)，因?yàn)镾PD1級(jí)保護(hù)器主要是對(duì)大浪涌電流進(jìn)行吸收，僅靠它們是不能完全保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備的。

具體的實(shí)施方法：首先，在發(fā)射機(jī)房的電源總進(jìn)線處安裝放電電流比較大的浪涌保護(hù)器，型號(hào)的選擇應(yīng)可防范10/350μs、100kA的雷電波，達(dá)到IEC規(guī)定的最高防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。其技術(shù)參考為：雷電通流量≥100kA（10/350μs）；殘壓值≤2.5kV；響應(yīng)時(shí)間≤100ns。

其次，在發(fā)射機(jī)和信號(hào)源的電源進(jìn)線處加裝二級(jí)或三級(jí)浪涌保護(hù)器。二級(jí)浪涌保護(hù)器目的是進(jìn)一步將通過(guò)第一級(jí)浪涌保護(hù)器的殘余浪涌電壓的值限制到1500～2000V，對(duì)LPZ1—LPZ2實(shí)施等電位連接。第三級(jí)浪涌保護(hù)目的是最終保護(hù)設(shè)備的手段，將殘余浪涌電壓的值降低到1000V以內(nèi)，使浪涌的能量不致?lián)p壞設(shè)備。對(duì)于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備具備第三級(jí)保護(hù)是必要的，同時(shí)也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓影響。一級(jí)和二級(jí)浪涌保護(hù)器之間的距離要超過(guò)10～15m，保證受到雷擊時(shí)，高電壓能夠先經(jīng)過(guò)一級(jí)浪涌保護(hù)器，再經(jīng)過(guò)二級(jí)浪涌保護(hù)器，防止二級(jí)浪涌保護(hù)器先受到雷擊發(fā)生損壞。

2.4 天饋系統(tǒng)防雷

室外引入線就是站內(nèi)發(fā)射設(shè)備的饋線、吊饋管的鋼絞線、波導(dǎo)固定架以及鐵塔過(guò)橋。雷電天氣中，感應(yīng)雷和感應(yīng)電壓很容易通過(guò)引線外皮進(jìn)入到機(jī)房中，因此需要做好相應(yīng)的保護(hù)措施，阻塞電氣。使饋管的兩端能夠良好地接地。饋管在進(jìn)入機(jī)房之前，外皮需要與就近的地網(wǎng)進(jìn)行連接，吊饋管的鋼絞線、波導(dǎo)固定架以及鐵塔過(guò)橋需要每隔一段距離進(jìn)行接地。

2.5 接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)的作用是為雷電泄放建立通道，確保雷電流快速、安全地泄放到大地之中，依據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，防直擊雷接地裝置其工頻接地電阻≤10Ω，弱電信號(hào)接地≤4Ω。

發(fā)射站內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)電阻值＜10Ω的直擊雷防雷保護(hù)地網(wǎng)，將鐵塔、提前放電避雷針與宿舍樓、庫(kù)房接閃裝置連接至保護(hù)地網(wǎng)中，站內(nèi)原有地網(wǎng)作為弱電工作地網(wǎng)，與等電位連接系統(tǒng)、變壓器中性點(diǎn)對(duì)接。

當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)的接地電阻值達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)擴(kuò)大其面積，具體做法是：在地網(wǎng)外圍增設(shè)1圈或2圈環(huán)形接地裝置。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，水平接地體與地網(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3～5m相互焊接連通1次；也可在鐵塔四角設(shè)置輻射式延伸接地體，延伸接地體的長(zhǎng)度宜限制在10～30m。

被保護(hù)衛(wèi)星接收無(wú)線高頻頭處在邊遠(yuǎn)處，時(shí)常被擊壞。實(shí)際操作做法：在距它5～10米處，兩邊增設(shè)各一套簡(jiǎn)易避雷裝置，避雷針1.5m，直徑16mm鍍鋅圓鋼，引下線直徑高15m，直徑10cm的鍍鋅鋼管，接地體與附近等電位地網(wǎng)用40×40×4鍍鋅扁鐵焊接，這樣經(jīng)應(yīng)用效果良好。

3 結(jié)語(yǔ)

高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷電工作與很多工作密切相關(guān)，需要明確雷電產(chǎn)生原因以及雷電對(duì)人體和機(jī)房的危害，深入分析和研究后再根據(jù)實(shí)際情況采取科學(xué)有效的防雷電技術(shù)措施，做好機(jī)房建筑的防雷、鐵塔防雷、發(fā)射機(jī)以及相關(guān)設(shè)施防雷，天饋系統(tǒng)防雷等，科學(xué)有效地開展保護(hù)工作，使高山廣播電視發(fā)射臺(tái)能夠減少被雷擊的機(jī)率，保證發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備能夠正常運(yùn)行，維護(hù)工作人員的生命安全，使廣播電視節(jié)目順利播出。

參考文獻(xiàn)：

[1]任和平.高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷電措施探討[J].中國(guó)傳媒科技,2013(6).

[2]特木日朝日格,于洪濤.廣播電視發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)探討[J].電子測(cè)試,2013(17).

[3]李少伯.試論廣播電視高山臺(tái)站的雷電損害成因和防雷措施[J].甘肅科技,2013(17).