高山發(fā)射臺(tái)弱電系統(tǒng)的防雷

劉 超

（作者單位：四川廣播電視臺(tái)704發(fā)射傳輸臺(tái)）

1 概述

發(fā)射臺(tái)站弱電系統(tǒng)范圍：弱電系統(tǒng)沒有明顯的界限，主要指36 VAC以下和24 VDC以下，高山發(fā)射臺(tái)站一般包括用直流（24 V以下）供電的設(shè)備如衛(wèi)星接收設(shè)備，微波設(shè)備以及激勵(lì)器中的音頻處理部分或音頻﹑視頻線路﹑網(wǎng)絡(luò)線路﹑電話線路等。同時(shí)，還包括設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)﹑安全防范系統(tǒng)（攝像以及煙感﹑水浸報(bào)警系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)等）。隨著對(duì)廣播電視安全播出要求的不斷增高，弱電系統(tǒng)設(shè)備也不斷增多。弱電設(shè)備的工作電壓較低，過電壓和過電流的耐受能力也很低，雷擊容易損壞設(shè)備。而704發(fā)射傳輸臺(tái)地處海拔1400 m以上的山頂，處于雷電多發(fā)區(qū)，雷擊經(jīng)常損壞高頻頭，PBI，激勵(lì)器﹑解調(diào)機(jī)等設(shè)備，對(duì)安全播出有嚴(yán)重影響。因此，如何保護(hù)弱電系統(tǒng)，防止雷擊對(duì)其損壞，保證播出安全，就顯得十分重要。

1.1 發(fā)射臺(tái)站弱電系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀

高山發(fā)射臺(tái)一般建設(shè)有鐵塔和完善的接地網(wǎng)絡(luò)，對(duì)雷電起到較好的保護(hù)作用，直擊雷風(fēng)險(xiǎn)大大降低，損傷設(shè)備的雷擊主要有交流供電系統(tǒng)以及空間感應(yīng)雷。

第一，電源線引入感應(yīng)雷擊，雷電頻譜中的主要能量集中在電源工頻附近，雷電與市電的耦合概率較高，通過耦合到各類傳輸線而破壞設(shè)備。

第二，避雷針通過鐵塔放電產(chǎn)生二次雷擊效應(yīng)，雷電電流通過鐵塔時(shí)感應(yīng)到傳輸線上使電子設(shè)備受到損壞。

第三，地點(diǎn)位的反擊引入雷擊，過阻性耦合方式經(jīng)數(shù)據(jù)線，中性線及地線破壞設(shè)備，各種耦和會(huì)產(chǎn)生高達(dá)6 kV（根據(jù)IEEE）的瞬間電壓而破壞電子設(shè)備。

1.2 防止雷擊的原理

為防止雷擊要通過一定合理有效的方法將雷電流的能量引入地網(wǎng)，不能堵截或消除，而要疏導(dǎo)。感應(yīng)雷的防護(hù)和直擊雷的防護(hù)可以構(gòu)成一個(gè)完整的防雷系統(tǒng)。

防雷有外部防雷和內(nèi)部防雷兩種。外部防雷系統(tǒng)從上到下由避雷針（或避雷帶﹑避雷網(wǎng)）﹑引下線和地網(wǎng)構(gòu)成，可以保護(hù)人身安全和建筑物不受雷擊。防止雷電或其他種類的過電壓損壞設(shè)備的系統(tǒng)，即內(nèi)部防雷系統(tǒng)。外部防雷系統(tǒng)不能保證設(shè)備安全。內(nèi)部防雷保護(hù)應(yīng)遵循下面的原則：多級(jí)分類保護(hù)原則，即根據(jù)保護(hù)對(duì)象的不同功能和不同的保護(hù)區(qū)域確定防護(hù)重點(diǎn)作分類保護(hù)；對(duì)電源線和信號(hào)源線等可能是雷電或瞬間過電壓危害入侵通道做多級(jí)保護(hù)。

1.2.1 室外部份的無源保護(hù)

室外部份主要依靠避雷針和接地裝置，要對(duì)它們做無源保護(hù)。保護(hù)基本原理：當(dāng)接近地面的雷云放電時(shí)，它能使地面電場產(chǎn)生變化。電場畸變在避雷針頂部的局部形成，從而影響雷電先導(dǎo)放電的方向，避雷針引導(dǎo)雷電向其放電，而接地引下線和接地裝置立即把雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物不受雷擊[1]①。這種防直擊雷的方法是人們長期實(shí)踐證明的有效方法，受保護(hù)物的所有外露金屬物都必須和防雷網(wǎng)有良好的連接。

1.2.2 內(nèi)部防護(hù)

如果沒有防雷保護(hù)措施，衛(wèi)星高頻頭﹑環(huán)境采集攝像頭等安裝裝在室外的設(shè)備，極易被雷擊損壞。雷電發(fā)生時(shí)瞬間的高壓電流極易通過電纜損壞室內(nèi)的的衛(wèi)星接收設(shè)備等，對(duì)廣播電視弱電系統(tǒng)造成損壞。在雷擊電磁波涌入時(shí)，未單獨(dú)加裝雷電防護(hù)裝置的弱電系統(tǒng)，大地電位瞬間升高從而使零線電位瞬間升高，瞬間的大電壓和大電流可能損壞設(shè)備內(nèi)部模塊。

2 弱電系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)思路

由于本臺(tái)地網(wǎng)和接地系統(tǒng)經(jīng)過專業(yè)的改造，較為完善，本文就不做介紹。重點(diǎn)在弱電系統(tǒng)中的信號(hào)源設(shè)備電源防雷和信號(hào)接收防雷的探討。

2.1 電源部分的防雷措施

針對(duì)每次雷擊，弱電系統(tǒng)各設(shè)備電源部分是最容易損壞的部位，對(duì)弱電部分的交流供電在配電機(jī)房三級(jí)防雷的基礎(chǔ)上加裝隔離變壓器。隔離變壓器連接系統(tǒng)所有設(shè)備的電源（如圖1所示）。和機(jī)房等電位連接的隔離變壓器的屏蔽層采用0.3×200（mm）的銅帶。選用上海松豐電源設(shè)備有限公司的SGB三相隔離變壓器。該隔離變壓器具有輸出計(jì)量功能，計(jì)量準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到與多功能電子表相同的1.0級(jí)。

SGB隔離變壓器采用先進(jìn)的溫度控制器具有以下特點(diǎn)。

（1）能夠顯示超溫跳閘﹑超溫報(bào)警﹑三相溫度巡回等。

（2）能夠測量干式變壓器三相繞組的溫度，三相溫度值用數(shù)字循環(huán)顯示或三相溫度最大值定點(diǎn)顯示。

（3）儀器可以用按鍵設(shè)定輸入4種溫度值。當(dāng)測量溫度超過各設(shè)定值時(shí)，能夠超溫報(bào)警和控制風(fēng)機(jī)啟停，可以隨時(shí)修改溫度設(shè)定值。

（4）儀器可以提供3付PTC元件輸入，當(dāng)鉑電阻與PTC元件所測溫度入﹑輸出電壓三相均為380 V，功率20 kVA。采用進(jìn)口防雷器，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組完全隔離，抗雷擊能力強(qiáng)；鐵心采用優(yōu)質(zhì)晶粒硅鋼片，減少變壓器損耗﹑提高變壓器效率；變壓器機(jī)箱防護(hù)等級(jí)為IP20，有儀表顯示輸入輸出現(xiàn)電壓﹑指示燈狀態(tài)指示。當(dāng)變壓器出現(xiàn)故障時(shí)可手動(dòng)切換至市電直通供電，不影響設(shè)備正常使用。冷卻方式采用低噪聲的橫流風(fēng)機(jī)；溫度控制采用溫控自動(dòng)風(fēng)扇散熱。變壓器進(jìn)線配有開關(guān)為空氣斷路器，具有瞬時(shí)脫扣﹑短延時(shí)脫扣﹑長延時(shí)脫扣三段保護(hù)（采用ABB品牌）；配置記錄電氣參量的配電綜合測控儀，具有相電壓﹑線電壓﹑電流﹑功率﹑頻率﹑最高電壓﹑最大電流等顯示，遠(yuǎn)程讀取功能，兼具到達(dá)跳閘溫度時(shí)，跳閘繼電器才動(dòng)作。

圖1 SGB隔離變壓器接線示意圖

2.2 對(duì)弱電系統(tǒng)特別是信號(hào)引入線進(jìn)行防感應(yīng)雷擊處理

704發(fā)射傳輸臺(tái)地處高山，衛(wèi)星信號(hào)接收前端設(shè)備及傳輸線都裸露在室外，極易感應(yīng)雷擊，造成設(shè)備損壞。針對(duì)這種情況，采取如下防雷方式。

衛(wèi)星接收鍋蓋的基礎(chǔ)多點(diǎn)連接接地體，從而形成一個(gè)等電位體，其電位接近地電位，以防止感應(yīng)雷電使其電壓升高，并在高頻頭的信號(hào)輸出端安裝避雷器，避雷器地線有效接地，將感應(yīng)雷的瞬時(shí)高電流有效的導(dǎo)入地網(wǎng)。

加大纜線的屏蔽保護(hù)接地，衛(wèi)星天線與機(jī)房間的同軸電纜及進(jìn)出機(jī)房的導(dǎo)線按技術(shù)要求做好屏蔽接地措施，使感應(yīng)雷的侵入不能損害設(shè)備[2]。按照以前的做法電纜屏蔽層只有一端接地，能夠防止靜電感應(yīng)，但不能有效防止感應(yīng)雷的過電壓，為使感應(yīng)雷的過電壓通過電纜芯的入侵不沖擊損壞設(shè)備，電纜宜采用雙層屏蔽方式或使用雙層屏蔽線，由于現(xiàn)在市場上雙層屏蔽線較少，可以再電纜外加一個(gè)金屬管，即添加屏蔽層，外層屏蔽的兩端必須做好等電位連接，兩端之間也可做等電位連接，并和已經(jīng)做好等電位連接的其他導(dǎo)體構(gòu)成環(huán)路，在雷電感應(yīng)的過電壓下感應(yīng)出大小相同方向相反的電流，大大減輕了感應(yīng)雷對(duì)設(shè)備的沖擊，有效保護(hù)了設(shè)備。

同軸電纜和衛(wèi)星接收機(jī)，解調(diào)機(jī)等設(shè)備之間加設(shè)視頻防雷器，并按要求做好接地和做等電位連接，最好在視音頻線纜進(jìn)入設(shè)備的地方加裝視音頻光電隔離器，防止雷電過電壓的侵害。采用的視頻信號(hào)防雷器具有動(dòng)作時(shí)間快﹑插入損耗小﹑箝位準(zhǔn)確﹑輸出殘壓低等優(yōu)點(diǎn)，能有效抑制信號(hào)傳輸線路上所感應(yīng)的過電壓脈沖，保護(hù)衛(wèi)星接收機(jī)等設(shè)備。該視頻防雷器安裝簡單，直接在被保護(hù)設(shè)備的線路前端串入防雷器，“OUT”為設(shè)備端，“IN”為進(jìn)線端，將避雷器接地端與防雷地線做良好的電氣連接。防雷器基本參數(shù)如表1所示。

表1 防雷器基本參數(shù)

3 結(jié)語

通過以上措施，704發(fā)射傳輸臺(tái)弱電系統(tǒng)防雷得到改善，大大減少了感應(yīng)雷電對(duì)設(shè)備的沖擊，有效保護(hù)了弱電系統(tǒng)設(shè)備，有力保障了安全播出工作。