基于閃電定位資料的太樸山廣電發(fā)射臺(tái)雷電防御分析

張　磊，許　勇，付亞平，王玉璽

(1.池州市氣象局，安徽池州　247000；2.山西省雷電防護(hù)監(jiān)測(cè)中心，太原　030002；

3.東至縣氣象局，安徽東至　247299)

?

基于閃電定位資料的太樸山廣電發(fā)射臺(tái)雷電防御分析

張磊1，許勇1，付亞平2，王玉璽3

(1.池州市氣象局，安徽池州247000；2.山西省雷電防護(hù)監(jiān)測(cè)中心，太原030002；

3.東至縣氣象局，安徽東至247299)

摘要：結(jié)合安徽省閃電定位監(jiān)測(cè)資料對(duì)池州市廣電發(fā)射臺(tái)所在地的雷電環(huán)境進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際情況提出了發(fā)射臺(tái)整體性的防雷裝置改進(jìn)建議，為發(fā)射臺(tái)防雷裝置的設(shè)計(jì)提供了一定的依據(jù)和借鑒。近年來實(shí)際運(yùn)行證明該套方案是切實(shí)可行的。

關(guān)鍵詞：閃電定位資料；雷災(zāi)事故；廣電發(fā)射臺(tái)

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國(guó)公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，雷擊會(huì)造成建筑物和發(fā)電、通訊等設(shè)備受損，擊傷人、畜，引發(fā)火災(zāi)。2007年5月24日凌晨4時(shí)，池州市出現(xiàn)強(qiáng)雷暴天氣，池州市原三臺(tái)山電視發(fā)射臺(tái)遭雷擊，電視播控機(jī)房由于雷擊起火，經(jīng)消防人員現(xiàn)場(chǎng)搶救后于5時(shí)45分左右撲滅大火。此次事故不僅燒毀了播控機(jī)房，造成了財(cái)產(chǎn)損失，還嚴(yán)重影響了池州市的電視轉(zhuǎn)播，間接損失不可估量。通過對(duì)太樸山新發(fā)射臺(tái)周圍雷電環(huán)境的分析，對(duì)防雷裝置的設(shè)計(jì)、改進(jìn)提出了建議，為池州市廣電發(fā)射臺(tái)正常運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

1發(fā)射臺(tái)概況

1.1地理位置

池州市位于安徽省西南部，屬暖溫帶與亞熱帶的過渡帶，氣候溫和濕潤(rùn)，年平均氣溫16 ℃左右，年降雨量約1 500 mm。太樸山地處池州市貴池區(qū),距主城區(qū)12 km，風(fēng)景秀麗的九華天池景區(qū)就在此地。太樸山綿延數(shù)百里，山勢(shì)高峻，最高山峰海拔734 m，池州太樸山廣電發(fā)射臺(tái)即建在太樸山山頂。

1.2雷電環(huán)境

池州市貴池區(qū)近50余年的氣象資料顯示，池州市年平均雷暴日為42.8 d，雷暴高發(fā)期集中在7—8月，其它月份也有雷暴發(fā)生，但相對(duì)較少。

利用2005—2011年安徽省閃電監(jiān)測(cè)資料對(duì)太樸山電視發(fā)射臺(tái)閃電密度及強(qiáng)度進(jìn)行了分析。以太樸山電視發(fā)射臺(tái)為中心，將周圍10 km×10 km內(nèi)的閃電數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，制成發(fā)射臺(tái)所在地閃電密度及強(qiáng)度的分布圖(圖1)。由圖1可看出發(fā)射臺(tái)所在地的閃電密度為7.5 次/(km2·a)，閃電平均電流為110 kA。發(fā)射臺(tái)屬于雷電活動(dòng)頻繁、閃電強(qiáng)度較高的區(qū)域。

2發(fā)射臺(tái)防雷狀況

2.1直擊雷防護(hù)

在現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)射臺(tái)主要接閃裝置基本具備；接閃帶及其引下線有不完善的部分，建筑物頂部及圍墻內(nèi)有孤立的金屬物。

2.2站內(nèi)低壓配電系統(tǒng)

機(jī)房的配電為三相五線制，宿舍樓有配電箱采用三相四線制，有兩個(gè)穩(wěn)壓裝置，一臺(tái)備用柴電機(jī)組，變壓器按農(nóng)用電配置。

圖1　發(fā)射臺(tái)周邊閃電密度(a)與強(qiáng)度(b)分布(+為太樸山發(fā)射臺(tái))

2.3通訊路徑

發(fā)射臺(tái)通訊路徑有光纜、電話線、地面微波接收、衛(wèi)星地面接收。天線均為拋物面天線，口徑在0.5～3.0 m，未完成安裝。

2.4機(jī)房?jī)?nèi)信號(hào)段線纜

機(jī)房?jī)?nèi)信號(hào)段線纜數(shù)量多，規(guī)格多，聯(lián)通的設(shè)備多，模擬信號(hào)幅值小(多為峰值1 V以下)易受干擾，環(huán)境電磁干擾強(qiáng)，是臺(tái)站功能的核心段。

2.5接地情況

接地體初步確定有4個(gè)：變壓器電力接地體、老塔的塔基接地體、新建的機(jī)房樓接地體、新塔的塔基接地體。老機(jī)房和圍墻及新做的門樓以及其他地方是否有接地金屬體待查。

3改進(jìn)措施

在三臺(tái)山發(fā)射臺(tái)被雷擊后，經(jīng)過對(duì)三臺(tái)山發(fā)射臺(tái)認(rèn)真的現(xiàn)場(chǎng)勘察，并結(jié)合規(guī)范對(duì)太樸山發(fā)射臺(tái)整體的防雷提出了改進(jìn)建議。結(jié)合太樸山發(fā)射臺(tái)雷電環(huán)境分析及規(guī)范規(guī)定，發(fā)射臺(tái)定為二類防雷對(duì)象。防雷措施主要包括接閃器和接地安裝、等電位連接、閃電電涌侵入防護(hù)三部分。經(jīng)過近年的運(yùn)行，防雷效果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)[1-2]。

3.1接閃器與接地系統(tǒng)

對(duì)宿舍樓及機(jī)房樓頂原有接閃帶進(jìn)行整改完善，對(duì)辦公樓及宿舍樓接閃帶原有引下線進(jìn)行整改并增設(shè)引下線，每隔18 m用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼做引下線，與接地裝置可靠連接。機(jī)房樓頂?shù)奈⒉ㄌ炀€支撐基礎(chǔ)用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼與接地體可靠連接。

將站內(nèi)所有的地下金屬體全部連成一體，形成一個(gè)接地體。新建發(fā)射塔接地與老發(fā)射塔接地體間，用50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼3條并行連接，用500 mm×400 mm×60 mm接地模塊做垂直接地體在其間間隔5 m設(shè)置，形成電氣連通。溝槽深度1 m。

將新機(jī)房的接地引出部分及電力接地體與新塔接地體用50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼連通；其他部分的接地體照此處理。

3.2等電位連接

將發(fā)射機(jī)房和設(shè)備機(jī)房作為一個(gè)整體，根據(jù)各設(shè)備的工作頻率，在防靜電地板下用300 mm×1 mm×400 mm的銅板構(gòu)筑網(wǎng)格型均壓裝置，兩個(gè)房間內(nèi)的所有設(shè)備PE線及所有金屬物均與其就近連接。均壓裝置通過25 mm2以上的多股銅纜連到接地匯接箱。

金屬門窗就近與機(jī)房的等電位裝置使用10 mm2多股銅纜連接。

3.3電源線路的閃電電涌侵入防護(hù)

高壓線路在山上經(jīng)過長(zhǎng)距離架空后雷擊概率顯著增高，因此電源系統(tǒng)采用多級(jí)電涌保護(hù)器保護(hù)[2-3]。

總配電選擇的電涌保護(hù)器開關(guān)為間隙型，參數(shù)為Ⅰ類試驗(yàn)，沖擊放電電流25 kA，電壓保護(hù)水平為2.0 kV。分配電選擇的電涌保護(hù)器為限壓型，參數(shù)為Ⅱ類試驗(yàn)，標(biāo)稱放電電流40 kA，電壓保護(hù)水平1.8 kV。設(shè)備配電選擇的電涌保護(hù)器為限壓型，參數(shù)為Ⅱ類試驗(yàn)，標(biāo)稱放電電流20 kA，電壓保護(hù)水平1.5 kV[3]。為防止電涌保護(hù)器遭雷擊損壞后，電源對(duì)地短路，在電涌保護(hù)器前端安裝空氣開關(guān)作為短路保護(hù)裝置[4]。

3.4信息線路的閃電電涌侵入防護(hù)

弱電系統(tǒng)過電壓保護(hù)主要是在發(fā)射機(jī)視頻線路、音頻線路、電話線路前端分別加裝信號(hào)電涌保護(hù)器，信號(hào)電涌保護(hù)器串聯(lián)安裝于通信線路上，在通信線路上設(shè)計(jì)安裝信號(hào)電涌保護(hù)器時(shí)，不但要考慮電涌保護(hù)器的保護(hù)作用，同時(shí)還要考慮電涌保護(hù)器與通信線路的匹配。選擇信號(hào)電涌保護(hù)器要正確確定三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的匹配[5]。

電壓匹配：信號(hào)電涌保護(hù)器的工作電壓應(yīng)該依據(jù)通信線路的工作電壓來確定，電涌保護(hù)器的最高工作電壓必須大于信號(hào)線路工作電壓的1.2倍。

速率匹配：安裝在通信線路上的電涌保護(hù)器，其支持的最高傳輸速率必須大于通信線路的傳輸速率，否則將引起通信中斷和誤碼增加等情況。

阻抗及接口匹配：信號(hào)電涌保護(hù)器是串聯(lián)安裝，應(yīng)選擇與通信設(shè)備同類型的接口，以保證阻抗的匹配，使衰減最小。

信號(hào)電涌保護(hù)器的常用參數(shù)參照表1[6]。

按照相關(guān)規(guī)范要求[3，5]，將信號(hào)同軸電纜屏蔽層、低壓線路電纜金屬鎧裝層兩端與接地裝置做了可靠的連接。

4結(jié)語(yǔ)

由于發(fā)射臺(tái)安裝的防雷裝置不完善，而且山區(qū)環(huán)境情況復(fù)雜，即過分強(qiáng)調(diào)低的接地阻值可提升防雷性能的問題，這樣做既不符合規(guī)范要求還耗費(fèi)了大量的人力物力。在雷擊事故發(fā)生后，發(fā)射臺(tái)方面認(rèn)識(shí)到了問題的嚴(yán)重性，并按照上述建議進(jìn)行了整體性的改進(jìn)。發(fā)射臺(tái)改造后沒有再發(fā)生雷擊事故，表明此次改造后的防雷裝置效果明顯。

表1　信號(hào)電涌保護(hù)器的常用選擇參數(shù)

參考文獻(xiàn)：

[1]岑剛.廣播電視發(fā)射塔防雷工程的質(zhì)量控制[J].沿海企業(yè)與科技,2010(10):137-138.

[2]廖才科，鄭世文，楊隆輝，等.泰寧縣峨眉峰電視發(fā)射臺(tái)防雷工程整改設(shè)計(jì)方案[J].福建氣象：2010(3):45-47.

[3]GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2011.

[4]GB 50054—95低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，1995.

[5]GB 50343—2012建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[6]虞吳，臧庚媛，趙大銅.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:氣象出版社，1995.

中圖分類號(hào)：P429

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

作者簡(jiǎn)介：張磊 (1988—)，男，漢族，山西陽(yáng)泉人，本科，助理工程師，主要從事防雷技術(shù)。

收稿日期：2015-10-03

文章編號(hào)：1006-4354(2016)01-0040-03

張磊，許勇，付亞平，等.基于閃電定位資料的太樸山廣電發(fā)射臺(tái)雷電防御分析[J].陜西氣象，2016(1)：40-42.