電視調(diào)頻轉(zhuǎn)播臺(tái)防雷系統(tǒng)優(yōu)化改造

文/董彪

引言

大華山臺(tái)目前共有2套地面無(wú)線數(shù)字電視，擔(dān)負(fù)起中央12 套和10套省、市無(wú)線數(shù)字電視信號(hào)傳輸發(fā)射任務(wù)，另外還負(fù)責(zé)6套廣播和4套模擬電視的發(fā)射。我臺(tái)位于永州市祁陽(yáng)縣，東經(jīng)111°52′12″，北緯26°41′9″，海拔約601 米，發(fā)射新鐵塔高85 米，為周邊最高的金屬建筑物，極易遭受雷擊，雷電一直以來(lái)是影響廣播電視發(fā)射臺(tái)的一個(gè)重要因素。我臺(tái)防雷接地系統(tǒng)自1985年建臺(tái)以來(lái)從未進(jìn)行全面系統(tǒng)的改造，由于使用年限已久，接地電阻變大，防護(hù)性能下降，去年曾多次遭受雷擊造成發(fā)射設(shè)備損壞。

1.系統(tǒng)改造內(nèi)容

雷電主要表現(xiàn)為直擊雷和感應(yīng)雷，感應(yīng)雷主要分為靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)和雷電脈沖等形式。為了有效避免設(shè)備遭受雷擊，杜絕安全播出事故，我臺(tái)按照國(guó)家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化改造。

系統(tǒng)改造主要包括五個(gè)方面：共用接地裝置改造；低壓配電系統(tǒng)防雷設(shè)施改造；機(jī)房信號(hào)系統(tǒng)防雷設(shè)施改造；機(jī)房等電位接地設(shè)施改造；雷擊矢量控制接地技術(shù)應(yīng)用。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)

2.1 新建共用接地裝置

按照《廣播電視工程工藝接地技術(shù)規(guī)范》要求，發(fā)射塔直擊雷接地、機(jī)房感應(yīng)雷接地、機(jī)房工作接地、保護(hù)接地需共用接地裝置，工頻接地電阻不大于1 歐姆，雷擊沖擊接地電阻不大于10 歐姆。[1]我臺(tái)海拔高，強(qiáng)對(duì)流天氣頻繁，地質(zhì)條件以巖石或者風(fēng)化石為主，對(duì)接地系統(tǒng)建造提出了較高的要求。為了保證接地裝置有很好的防腐性能，使接地裝置具有穩(wěn)定的接地電阻值，同時(shí)提高接地裝置的雷電泄放性能，有效降低直擊雷沖擊接地電阻[2]。設(shè)計(jì)為鐵塔接閃的直擊雷提供多條泄放通道，我們沿發(fā)射塔基外引多條網(wǎng)狀接地體，并安裝6口?150（mm）*30m的深井接地裝置，接地深井內(nèi)植入?150*30000（mm）紫銅排作為垂直接地體，并每隔10米焊接一根?50*2000（mm）電解離子接地極，全部采用40*4（mm）紫銅排作為水平接地體和500*400*60高效接地模塊，接地裝置深埋0.5米，每隔5米垂直安裝?25*1500（mm）銅包鋼和?50*2500（mm）電解離子接地極作為垂直接地體，每隔10米使用450*300*60mm 高效接地模塊和長(zhǎng)效防腐降阻劑改善接地體周?chē)慕殡娤禂?shù)，增大接地體的等效電容室外接地母線（如圖1）。

圖1 共用接地體

2.2 發(fā)射機(jī)房供電線路防雷設(shè)施改造

由于高壓供電上山線路架空傳輸距離長(zhǎng)，而且鋪設(shè)在山區(qū)丘陵地帶，雷擊頻繁，被閃電擊中的概率非常高，閃電通過(guò)高壓線路侵入變壓器和機(jī)房，造成設(shè)備損壞的事故占到雷擊事故的80%以上。因此，供電線路的過(guò)壓防護(hù)是高山臺(tái)站防雷的重中之重。

（1）供電線路的屏蔽設(shè)施安裝。將機(jī)房低壓供電線路埋地進(jìn)入機(jī)房。

（2）安裝低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器。

我們?cè)O(shè)計(jì)安裝3級(jí)低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器，減少由機(jī)房供電線路引入的過(guò)電壓對(duì)機(jī)房設(shè)備造成的損壞。①變壓器低壓出線處和柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)線處各安裝I級(jí)開(kāi)關(guān)型SPD電涌保護(hù)器, 通流容量25KA（10/350us），響應(yīng)時(shí)間＜25ns，保護(hù)水平（2.5KV），斷路器為63A，用于防護(hù)沿輸電線傳導(dǎo)的直擊雷。②在機(jī)房配電柜進(jìn)線處安裝II級(jí)限SPD電涌保護(hù)器,通流容量80KA（8/20us），響應(yīng)時(shí)間＜25ns，保護(hù)水平（1.3KV），主要防護(hù)感應(yīng)雷。③發(fā)射機(jī)柜電源、空調(diào)電源進(jìn)線端、交直流逆變柜進(jìn)線處安裝Ⅲ級(jí)限壓型SPD電涌保護(hù)器，通流容量20KA（8/20us），響應(yīng)時(shí)間＜25ns，保護(hù)水平（1.0KV），額定電壓380V，最終保護(hù)發(fā)射機(jī)和其他設(shè)備（如圖2）。

圖2 SPD浪涌保護(hù)器安裝

2.3 機(jī)房設(shè)備防雷

2.3.1 機(jī)房信號(hào)源設(shè)備防雷

當(dāng)鐵塔遭雷擊時(shí)，巨大的雷電流通過(guò)塔體向大地泄放，由于雷電為高頻沖擊電流，會(huì)在鐵塔周?chē)纬删薮蟮乃沧兇艌?chǎng)，由于電磁感應(yīng)的作用，處于該磁場(chǎng)內(nèi)的通信線路會(huì)感應(yīng)出較高的電動(dòng)勢(shì)，從而形成過(guò)電壓，對(duì)信號(hào)設(shè)備端口造成損壞。由于信號(hào)設(shè)備端口工作電壓低，抗過(guò)壓和過(guò)流的能力非常低，極易遭到感應(yīng)雷的損壞。引入機(jī)房的信號(hào)線路主要為天饋、同軸電纜和光纖，均為架空進(jìn)入機(jī)房，衛(wèi)星接收天線高頻頭曾多次遭雷擊損壞，造成信號(hào)傳輸中斷。因此，信號(hào)源系統(tǒng)的防雷改造從兩個(gè)方面進(jìn)行：（1）對(duì)戶外線纜的屏蔽設(shè)施進(jìn)行改造。在機(jī)房屋頂鋪設(shè)等電位接地均壓環(huán)（40*4 熱鍍鋅扁鋼），衛(wèi)星接收天線基座、饋管橋架、信號(hào)線纜屏蔽設(shè)施均就近與接地排相連；衛(wèi)星接收天線至機(jī)房鋪設(shè)的同軸電纜穿?50 熱鍍鋅鋼管鋪設(shè)，鋼管兩端就近做接地處理；室外纏繞成線圈狀的線纜進(jìn)行拆除，并按照防雷要求進(jìn)行重新布放；鋪設(shè)獨(dú)立專(zhuān)用引下線將屋面接地排與新建地網(wǎng)相連。（2）信號(hào)設(shè)備端口的過(guò)壓防護(hù)。對(duì)引入機(jī)房的光纖加強(qiáng)筋做接地處理，同時(shí)在衛(wèi)星接收機(jī)端口和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備端口安裝相應(yīng)規(guī)格的信號(hào)線路電涌保護(hù)器

2.3.2 機(jī)房等電位設(shè)施安裝及合理布線

機(jī)房等電位設(shè)施是機(jī)房設(shè)備和防雷設(shè)施與接地系統(tǒng)聯(lián)系的“橋梁”，是防雷接地系統(tǒng)的重要組成部分，如果機(jī)房等電位設(shè)施欠缺或者施工不規(guī)范，那么，防雷接地裝置將無(wú)法發(fā)揮其應(yīng)有的作用。因此，等電位設(shè)施的安裝非常關(guān)鍵，是整套防雷系統(tǒng)的“最后一公里”。我們?cè)跈C(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置M型等電位接地，采用紫銅排30*3mm制作均壓環(huán)，所有信號(hào)傳輸、發(fā)射設(shè)備的金屬外殼、柜、機(jī)架、金屬管槽、屏蔽線纜外層、設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、防雷器接地端應(yīng)以最短距離與該等電位連接網(wǎng)絡(luò)相連。

2.4 雷擊電流矢量控制接地技術(shù)應(yīng)用

在雷擊發(fā)生前，接閃器、引下線和整個(gè)接地裝置都處于與大地相同的零電位，在接地裝置與聯(lián)接在它上面的設(shè)備之間也不存在電位反擊。而在接閃后，當(dāng)雷電流流過(guò)引下線和整個(gè)接地裝置的時(shí)候，雷電流在接地裝置各部分造成的電壓降是不相等的，于是在接地裝置各部分之間就存在電壓差，而在接地裝置與接在其上的設(shè)備之間就有電位反擊（或電壓反擊）的問(wèn)題。

雷擊電流矢量接地控制技術(shù)就是通過(guò)旁路方式使雷電流只能通過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)的通道來(lái)泄放，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)射設(shè)施的目的[3]（如圖3）。

圖3 矢量接地技術(shù)

在傳統(tǒng)聯(lián)合接地網(wǎng)地基礎(chǔ)之上，將機(jī)房?jī)?nèi)所有接地線按功能分為工作地線、防雷接地線、保護(hù)接地線，同時(shí)在三者之間串聯(lián)“雷擊電流矢量控制器”，當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，“雷擊電流矢量控制器”開(kāi)始工作，將聯(lián)合接地網(wǎng)與工作接地線、保護(hù)接地線之間的連接通道隔離開(kāi)，使得地網(wǎng)上的雷電流不能通過(guò)工作接地線與保護(hù)接地線反串進(jìn)入所保護(hù)的設(shè)施設(shè)備中。

結(jié)語(yǔ)

工程完工后，我臺(tái)組織有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)收。整個(gè)防雷系統(tǒng)中接地至關(guān)重要，關(guān)系到整個(gè)防雷系統(tǒng)的效果，我們選取了鐵塔4個(gè)塔基、機(jī)房等電位接地體和每臺(tái)發(fā)射設(shè)備SPD浪涌保護(hù)器接地端進(jìn)行了檢測(cè)，鐵塔的接地電阻為0.94歐姆，其余各檢測(cè)點(diǎn)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，同時(shí)我們還對(duì)所有SPD進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)2只SPD不符合要求，并及時(shí)進(jìn)行了更換。