廣播電視發(fā)射臺(tái)防雷接地實(shí)踐

范曉俊

衢州廣電傳媒集團(tuán)發(fā)射中心 浙江省 衢州市 324000

廣播電視發(fā)射臺(tái)防雷接地實(shí)踐

范曉俊

衢州廣電傳媒集團(tuán)發(fā)射中心 浙江省 衢州市 324000

本文介紹了衢州廣電傳媒集團(tuán)姜家山發(fā)射臺(tái)在實(shí)施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程防雷接地項(xiàng)目過程中，如何通過防雷、接地的設(shè)計(jì)規(guī)范來提高發(fā)射臺(tái)防雷效果。

防雷 接地 等電位

隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)字發(fā)射機(jī)等精密電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用，這些設(shè)備普遍絕緣強(qiáng)度低、抗過壓、過電流及電磁脈沖的能力低，特別容易遭受雷電侵害。

從2015年起，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程全面鋪開。2016年，第二期農(nóng)村補(bǔ)點(diǎn)項(xiàng)目開始實(shí)施，小型無人轉(zhuǎn)播發(fā)射臺(tái)站的數(shù)量越來越多，分布區(qū)域越來越廣，設(shè)計(jì)上不重視，防雷不完善造成發(fā)射臺(tái)站遭雷擊的事故也越來越多。因此，對(duì)防雷、接地做較為深入的研究探討，對(duì)于做好廣播電視安全播出工作，減少不必要的損失十分必要。

1 雷電侵入方式及防護(hù)

雷電主要有直擊雷和間接雷。間接雷又分為傳導(dǎo)雷和感應(yīng)雷，雷害防護(hù)方案應(yīng)包括對(duì)直擊雷和間接雷的防護(hù)，兩者缺一不可。

1.1 直擊雷及地電位反擊

雷雨云塊對(duì)地上物體發(fā)生猛烈的放電，稱為直擊雷。對(duì)于直擊雷的防護(hù)措施主要是在鐵塔頂部架設(shè)避雷針，避雷針、鐵塔、地網(wǎng)鋼結(jié)構(gòu)等形成一個(gè)屏蔽“法拉第網(wǎng)”，引導(dǎo)雷云放電，將雷電流引入大地。用避雷針防雷，要求放電通路有較高的整體耐雷水平，避雷針和鐵塔具有良好的接地，接地電阻很小以承受雷電產(chǎn)生的雷電過電壓和大電流，否則會(huì)由于雷電流幅值大，使鐵塔、地網(wǎng)的電位升高，對(duì)絕緣子和線路造成地電位反擊。

1.2 傳導(dǎo)雷

雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)建筑物外部的金屬線纜、管道放電，由此產(chǎn)生的沖擊電壓沿線纜或管道傳入建筑物內(nèi)，稱為傳導(dǎo)雷。雷電波產(chǎn)生的過電壓幾乎以光速擴(kuò)散，沿線路侵入并危及室內(nèi)所連接的電子設(shè)備。對(duì)于傳導(dǎo)雷的防護(hù)措施主要是在金屬線纜上間隔安裝避雷器，讓雷電流逐級(jí)分流泄放，電壓逐級(jí)降低，減少對(duì)線路及設(shè)備的沖擊。

1.3 感應(yīng)雷及過電壓

雷電在放電過程中，產(chǎn)生的強(qiáng)大靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)，形成過電壓稱為感應(yīng)雷。雷電放電時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)烈瞬變磁場(chǎng)，會(huì)在周邊的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出過電壓，造成設(shè)備數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓。如果電子設(shè)備或線路的屏蔽及絕緣措施做得不夠好，還會(huì)在電子設(shè)備內(nèi)部感應(yīng)出局部過電壓，引起元器件擊穿及電路板燒毀。感應(yīng)雷造成的損失達(dá)雷害事故總損失的80%以上，但其帶來的直接危害相對(duì)要小一些。感應(yīng)雷過電壓的幅值大小跟雷云對(duì)地放電時(shí)的電流大小、雷擊點(diǎn)周圍的環(huán)境、線路長(zhǎng)度、設(shè)備接地裝置的電阻、雷擊點(diǎn)與線路間的相對(duì)位置有關(guān)。預(yù)防感應(yīng)雷的基本措施就是做好屏蔽工作，簡(jiǎn)單的說就是用接地良好的金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包圍起來，避免線路感應(yīng)過電壓。

2 衢州發(fā)射臺(tái)防雷接地現(xiàn)狀

衢州廣電傳媒集團(tuán)姜家山發(fā)射臺(tái)經(jīng)度為118E52，緯度為29N00，海拔100米，位于衢州市城區(qū)西部姜家山鄉(xiāng)，地處雷電多發(fā)地帶，雷暴出現(xiàn)的時(shí)間主要集中在6～9月份。發(fā)射塔高168米，為六角鋼塔結(jié)構(gòu)，機(jī)房建筑為兩層現(xiàn)澆圓形結(jié)構(gòu)，設(shè)備機(jī)房位于二樓，辦公室在一樓，上下層面積約700平方米，如圖1所示。供電線路為農(nóng)用電，10KV高壓電經(jīng)架空線路至200KVA油浸變壓器后，送至配電房配電柜（配電房距離機(jī)房約200米），經(jīng)分配后地埋至機(jī)房一樓，沿管道向上到二樓二級(jí)配電柜。

圖1 鐵塔與機(jī)房建筑

1994年建成至今，雖未因雷擊而遭受重大事故，但也先后多次遭雷電襲擊，尤其是衛(wèi)星接收高頻頭多次遭雷擊損害。此次防雷接地工程建設(shè)，經(jīng)過防雷技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)勘查分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

（1）在發(fā)射臺(tái)建設(shè)時(shí)，鐵塔、機(jī)房建筑部分分別做了一些防雷接地措施，但都做得不夠到位。六個(gè)塔腳各打一根角鋼加降阻劑作為接地極，無真正的地網(wǎng)。由于鐵塔所處區(qū)域土質(zhì)差又多雷電，這樣的接地效果不理想。

（2）塔腳之間用一根4mm寬的扁鋼連接作為等電位環(huán)，埋深30cm，效果不好。塔腳和二樓配電柜外殼只用一根φ12的鋼筋連接。

（3）受多方面限制，機(jī)房設(shè)備沒有等電位連接措施，一般與二次配電柜相連。設(shè)備都是由技術(shù)人員自行安裝，接地線到處拉，接地阻值大，沒有系統(tǒng)性的形成一套整體的雷電防護(hù)體系。

（4）高壓變壓器及一次配電房距離鐵塔較遠(yuǎn)，保護(hù)效果下降，200米電源電纜地埋，兩端沒有做好屏蔽接地，未加裝避雷器，使防雷效果大打折扣，很容易受到雷電電磁干擾及傳導(dǎo)雷的沖擊。

（5）衛(wèi)星接收天線基座簡(jiǎn)單接了一根鋼筋至附近塔腳，而衛(wèi)星信號(hào)線進(jìn)入機(jī)房外殼未屏蔽，也未安裝浪涌保護(hù)器，使衛(wèi)星接收天線與信號(hào)線、設(shè)備地線、塔腳形成一個(gè)閉合回路，極易在雷電放電時(shí)感應(yīng)出過電壓，損壞脆弱的高頻頭。

3 防雷整改措施

3.1 防雷設(shè)計(jì)依據(jù)

（1）GB50057--2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

（2）GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

（3）YD5098--2005《通信局(站)防雷接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》

（4）IEC61312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》

（5）GB7450-87《電子設(shè)備累積保護(hù)導(dǎo)則》

3.2 具體防雷措施

3.2.1 重做地網(wǎng)

接地是防雷工程最重要的一個(gè)分項(xiàng)，接地不好所有防雷措施都不能有效的發(fā)揮作用。對(duì)原有接地極進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過二十多年，部分金屬已銹蝕。雖然測(cè)試接地電阻為4Ω，但這是小電流狀態(tài)，在雷擊大電流情況下，將影響到地網(wǎng)的均壓效果和雷電流的散流，勢(shì)必產(chǎn)生地電位反擊現(xiàn)象，影響弱電系統(tǒng)的電子元件正常運(yùn)行。

圖2 地網(wǎng)、接地示意圖

此次重做地網(wǎng)采用閉合環(huán)型與輻射型相結(jié)合的方式，如圖2所示。沿鐵塔塔腳外圍6～7m，一圈采用40×4mm熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體設(shè)置等電位均壓環(huán)，等電位均壓環(huán)的埋深不小于0.5m。每個(gè)塔腳就近與等電位均壓環(huán)用40×4mm熱鍍鋅扁鋼相連，保證鐵塔六個(gè)塔腳的電位平衡。采用熱鍍鋅角鋼作為垂直接地體，在等電位均壓環(huán)地溝內(nèi)打入深度不小于2m，保證接地電阻≤4Ω，兩垂直接地體間距為接地深度的2倍（4m左右）。為保證良好的電氣連通，垂直接地體、等電位均壓環(huán)的連接應(yīng)采用多邊搭接焊，確保連接牢靠，焊接部位清除焊渣后，用含鋅量30%以上的環(huán)氧富鋅防銹漆涂覆兩層防腐。

鐵塔東西兩側(cè)空地處設(shè)置輻射式外引接地體，開挖4×4×3mm深坑，用熱鍍鋅扁鋼搭焊形成“田”字型輻射地網(wǎng)，等電位環(huán)與輻射地網(wǎng)的水平連接采用40×4mm的鍍鋅扁鋼?？紤]到發(fā)射臺(tái)為沙質(zhì)巖土，保水性差，地網(wǎng)回填土改為粘土回填，并分層覆蓋長(zhǎng)效降阻劑，灌水夯實(shí)。如圖3、4所示。

圖3 等電位均壓環(huán)及垂直接地體

圖4 塔腳接地

3.2.2 建筑物接地

機(jī)房建筑物在鐵塔中間，受鐵塔保護(hù)，可以有效防止直擊雷的侵入，如圖1所示。機(jī)房采用的是框架結(jié)構(gòu)，因此，我們將建筑物基礎(chǔ)鋼筋的接地線引出線與等電位環(huán)連接起來，組成聯(lián)合地網(wǎng)加以利用，有效防止雷擊所造成的破壞。

塔腳外側(cè)的四面衛(wèi)星接收天線單獨(dú)做接地，不與鐵塔總地網(wǎng)連接（僅利用鐵塔保護(hù)，采用懸浮接地的方式，避免形成電流回路產(chǎn)生地電位反擊損壞高頻頭）。

3.2.3 機(jī)房等電位連接

在機(jī)房?jī)?nèi)部用30×3mm扁銅沿墻邊設(shè)置接地環(huán)，接地環(huán)與墻體用絕緣子隔離。采用三點(diǎn)引出的方式與機(jī)房外水平等電位均壓環(huán)連接，如圖2所示。機(jī)房?jī)?nèi)所有設(shè)備外殼、防雷器、金屬管線、金屬通風(fēng)管道等均采用BVR16平方的銅纜接至接地環(huán)上，減小機(jī)房?jī)?nèi)各金屬部件及各設(shè)備系統(tǒng)相互間的電位差。使用接線銅鼻子壓接，以保證連接可靠性，用熱縮管將銅鼻子的根部做絕緣處理，在接地端螺絲涂凡士林防止銹蝕，如圖5所示。

圖5 室內(nèi)接地環(huán)

圖6 橋架走線

3.2.4 線纜屏蔽整理

衛(wèi)星信號(hào)線、電話線、有線電視線等，采用穿熱鍍鋅管地埋入戶的方式，并在其入戶端加氧化鋅避雷器，防止雷電波侵入。熱鍍鋅管接在防雷電感應(yīng)的接地裝置上，作等電位連接，削弱雷電靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)對(duì)線路的影響。

所有光纜因原有線路為架空線，因空間限制無法入地，整理后用鋼絲繩支撐，從二樓屋頂延墻而下進(jìn)入二樓機(jī)房。光纜本身為非金屬線纜，在進(jìn)入機(jī)房的光分線盒處將內(nèi)部金屬加強(qiáng)芯及金屬的防潮層做接地處理。

因原來建筑設(shè)計(jì)原因，線路均走橋架，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的部分線路重新整理布置，避免線路互相交錯(cuò)，消除線路耦合產(chǎn)生互感電流。所有的金屬導(dǎo)線，包括電力電纜、信號(hào)電纜均采用高質(zhì)量屏蔽線纜或穿金屬管屏蔽，并將金屬外皮兩端做接地處理，如圖6所示。

3.2.5 抗浪涌防護(hù)

二樓機(jī)房配電柜的空調(diào)（抽水）用電、設(shè)備總電、穩(wěn)壓器、UPS、發(fā)射機(jī)、電視墻等電源輸入端，均安裝電源浪涌保護(hù)器，作為電源系統(tǒng)的防護(hù)，每路進(jìn)線安裝1套。為防止保護(hù)器損壞造成短路故障，在電源浪涌保護(hù)器前端分別加裝空氣開關(guān)。

信號(hào)線路在進(jìn)入設(shè)備前首先接入信號(hào)避雷器，信號(hào)避雷器的選擇，應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數(shù)，選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的信號(hào)避雷器。

3.2.6 供配電防雷改進(jìn)

10KV供電線路在野外采用架空線路，變壓器高壓側(cè)安裝了避雷器，防止雷電從架空線路侵入，而變壓器低壓側(cè)未裝避雷器保護(hù)。由于變壓器配電房與鐵塔之間有200m的距離，因此，雷電波容易從電力電纜入侵，由于低壓側(cè)絕緣度比高壓側(cè)大，雷電波不一定損壞低壓側(cè)絕緣，而會(huì)通過繞組電磁耦合，在高壓側(cè)產(chǎn)生過電壓造成變壓器高壓側(cè)的絕緣損壞。

發(fā)射中心已啟動(dòng)電力增容改造工程，新配電房設(shè)在鐵塔的西南面，在鐵塔的有效防雷保護(hù)范圍內(nèi)，配電房的防雷接地均按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，不再敘述。在新裝的變壓器低壓側(cè)三根相線加裝氧化鋅電涌保護(hù)器，在變壓器高壓側(cè)的三根相線采用閥型電涌保護(hù)器，接地端直接與變壓器的金屬外殼相連，同時(shí)與配電房建筑地線、鐵塔外圍的等電位均壓環(huán)連接。低壓傳輸電纜采用帶有金屬鎧裝層的電纜，電纜的鎧裝與接地排連接。

結(jié)束語

完成防雷接地系統(tǒng)，還要進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)，才能保證系統(tǒng)的可靠有效。例如加強(qiáng)接地線路的檢查，接地連接是否可靠；定期對(duì)防雷設(shè)備進(jìn)行外觀檢查，及時(shí)更換失效設(shè)備；每年雷雨季節(jié)來臨之前,由專業(yè)防雷機(jī)構(gòu)測(cè)量地阻，對(duì)防雷系統(tǒng)進(jìn)行一次安全檢測(cè)，減少雷擊所帶來的危害；認(rèn)真做好技術(shù)資料的匯總保存，通過對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題解決問題等等。

防雷工作是一項(xiàng)復(fù)雜而細(xì)致的系統(tǒng)工程,沒有任何一種產(chǎn)品可以全面防止雷害，要實(shí)現(xiàn)有效的防雷，我們必須提高對(duì)防雷工作的認(rèn)識(shí)，結(jié)合發(fā)射臺(tái)的實(shí)際情況，從雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、防雷工程設(shè)計(jì)到防雷工程施工各方面采用相對(duì)應(yīng)的措施，才能取得良好的防雷效果。

［1］劉剛，鄧春林著.《防雷與接地技術(shù)概論》.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2011年6月

［2］白徐潮.高山發(fā)射臺(tái)防雷方案的設(shè)計(jì)及具體措施. 視聽科技，2016，6

審稿人：徐振媛 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局781臺(tái)正高級(jí)工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

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2096-0751（2017）09-0019-05

范曉俊 衢州廣電傳媒集團(tuán)發(fā)射中心 高級(jí)工程師