探討高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)

朱利平

【摘要】高山廣播電視發(fā)射臺是保障電視信號質(zhì)量的關(guān)鍵，但其建設(shè)地理位置相對特殊，運行環(huán)境惡劣，易遭受雷擊?；诖?，文章從高山廣播電視發(fā)射臺的雷害原理與危害入手，結(jié)合工作實踐，總結(jié)高山廣播電視發(fā)射臺可用的防雷技術(shù)與技術(shù)應(yīng)用要點，為相關(guān)工作人員提供理論與實踐幫助。

【關(guān)鍵詞】高山廣播;電視發(fā)射臺;防雷技術(shù)

中圖分類號：TN98? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）015-060-03

Abstract： Alpine radio and television transmitting station is the key to ensure the quality of TV signal， but its construction location is relatively special， the operation environment is bad， and it is easy to be struck by lightning. Based on this， this paper starts from the principle and harm of lightning damage of high mountain radio and television transmitting station， combined with working practice， summarizes the lightning protection technology and technical application points available for alpine radio and television transmitting station， so as to provide theoretical and practical help for relevant staff.

Key words： Alpine broadcasting; TV transmitting station; lightning protection technology

在雷電活動期間，會產(chǎn)生較高數(shù)值的電壓與電流，出現(xiàn)電磁效應(yīng)與熱效應(yīng)，對計算機(jī)、通信系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及廣播系統(tǒng)造成破壞。就此，為保障高山廣播電視發(fā)射臺穩(wěn)定可靠運行，需在發(fā)射臺采用合理防雷技術(shù)，避免雷擊對發(fā)射臺設(shè)備造成破壞，引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失。

1. 高山廣播電視發(fā)射臺雷害分析

高山廣播電視臺建造于山頂位置，易受雷擊放電影響。細(xì)化來說，發(fā)射臺的以下幾部分易遭受雷害：

1.1 配電線路

在高山廣播電視發(fā)射臺建設(shè)中，會在地下鋪設(shè)電纜，這類電纜通常未設(shè)置屏蔽保護(hù)。在雷電活動時，會在架空線路上產(chǎn)生較高雷電流，破壞線路的設(shè)備，并將高雷電流傳輸至地下電纜，進(jìn)而出現(xiàn)較大壓降，產(chǎn)生反擊現(xiàn)象，損壞發(fā)射臺的電源系統(tǒng)或廣播電視設(shè)備，影響發(fā)射臺正常運行。

1.2 信號線

在高山廣播電視發(fā)射臺運行期間，發(fā)射塔與控制室間的信號線易受到感應(yīng)雷影響，雷電活動產(chǎn)生的電磁場會在信號線中形成感應(yīng)過電壓，該電壓會通過信號線傳輸至低壓電子設(shè)備中，對設(shè)備造成損壞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致爆炸現(xiàn)象。

1.3 發(fā)射塔或避雷針

因高山廣播電視發(fā)射臺建造于山頂，地理位置較高，雷電可能直接擊中發(fā)射臺的發(fā)射塔或避雷針，將雷電流傳輸至地下電纜及接地網(wǎng)等區(qū)域，導(dǎo)致接地網(wǎng)出現(xiàn)電位分布不均現(xiàn)象，提高局部電流，難以有效分散，對發(fā)射臺配置的二次設(shè)備造成地電位干擾。

2. 高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)

通過上述分析可知，高山廣播電視發(fā)射臺易受到雷擊現(xiàn)象影響，影響發(fā)射臺設(shè)備正常運行。技術(shù)人員需在高山廣播電視發(fā)射臺中應(yīng)用防雷技術(shù)，結(jié)合雷害原理，采取針對性措施，保障發(fā)射臺設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。

2.1 接地防雷技術(shù)

在高山廣播電視發(fā)射臺建設(shè)中，技術(shù)人員需為其配置接地系統(tǒng)，形成放射形水平接地極，將高雷電流進(jìn)行分散處理，減小雷擊的不利影響。為保障接地系統(tǒng)的作用發(fā)揮，需遵循如下設(shè)置要點：首先，在發(fā)射臺機(jī)房四周，每隔3-5m配置一條環(huán)形水平均壓帶;其次，選擇截面超過40mm2的銅排或銅纜，對發(fā)射臺的信號電纜及控制電纜進(jìn)行等電位連接，避免地網(wǎng)出現(xiàn)地電位差，以此保護(hù)發(fā)射臺設(shè)備;第三，水平接地板的長度應(yīng)控制在100m內(nèi)，保障雷電流的有效分散;最后，在埋設(shè)水平接地極時，埋深需超過0.6m，且選擇細(xì)土或粘土進(jìn)行回填處理，分層夯實，如果發(fā)射臺建設(shè)區(qū)域水位較高，需配置降阻防腐材料，保障水平接地極正常使用。

2.2 配電房防雷技術(shù)

為避免發(fā)射臺電源系統(tǒng)受到雷擊影響，技術(shù)人員需在配電房采用針對性防雷技術(shù)。結(jié)合配電房的配置與防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，防雷技術(shù)要點在于設(shè)置三級防護(hù)，如圖1所示。

一級防護(hù)，將防雷器布設(shè)于電源線路前端，結(jié)合配電房電源系統(tǒng)規(guī)格，適合的防雷器類型為100kA的三相電源防雷器。

二級防護(hù)，將防雷器布設(shè)于配電房的配電箱中，結(jié)合配電箱的規(guī)格，應(yīng)選擇40kA的三相電源防雷器，該設(shè)備可有效降低電源系統(tǒng)的殘壓，分散供電線路內(nèi)的感應(yīng)過電壓與耦合過電壓，避免電源系統(tǒng)受到雷電干擾。

三級防護(hù)，將防雷器布設(shè)于機(jī)房的UPS輸入端，結(jié)合UPS參數(shù)，應(yīng)選擇20kA的三相電源防雷器，該設(shè)備可進(jìn)一步降低電源系統(tǒng)的殘壓。同時，為保障各級防護(hù)中防雷器作用的有效發(fā)揮，技術(shù)人員需選擇25mm2規(guī)格的多股銅芯線作為防雷器的接地線，選擇10-16mm2規(guī)格的多股銅芯線作為相線，且防雷器的線路連接要求平直，長度不超過50cm。

2.3 感應(yīng)雷防護(hù)技術(shù)

在高山廣播電視發(fā)射臺運行期間，感應(yīng)雷引發(fā)的雷害現(xiàn)象占比約80%，技術(shù)人員需做好感應(yīng)雷的防護(hù)。結(jié)合感應(yīng)雷的作用原理，可從以下幾方面防護(hù)：

第一，屏蔽防護(hù)，技術(shù)人員可根據(jù)建筑設(shè)計規(guī)范，合理設(shè)計發(fā)射臺通信機(jī)房控制室的金屬框架與鋼筋，使其形成等電位法拉第籠。如果發(fā)射臺所在地區(qū)雷電天氣頻發(fā)，還應(yīng)在發(fā)射臺周圍設(shè)置金屬屏蔽網(wǎng)，將電纜更換為屏蔽電纜，或?qū)﹄娎|進(jìn)行穿鋼管處理，實現(xiàn)干擾信號的有效屏蔽，減少雷擊影響。

第二，等電位連接，技術(shù)人員可將發(fā)射臺的防雷設(shè)備、電氣設(shè)備、建筑金屬部分與導(dǎo)體進(jìn)行連接，連接方式有導(dǎo)線連接或過電壓保護(hù)器連接，該方法可均勻分布電壓與電流，避免強(qiáng)電位差的出現(xiàn)，防止過電壓對發(fā)射臺設(shè)備造成損害。對于部分建筑面積較小的發(fā)射臺，站內(nèi)配置設(shè)備較少，可選擇S型等電位連接，保障等電位連接作用的有效發(fā)揮。

第三，安裝浪涌保護(hù)器。在防雷技術(shù)中，浪涌保護(hù)器與等電位連接目標(biāo)相同，均可降低強(qiáng)電位差。在出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象時，浪涌保護(hù)器可以低阻狀態(tài)運行，將過電壓導(dǎo)入大地，避免其對設(shè)備造成損害。

2.4 其他防雷技術(shù)

結(jié)合雷電對高山廣播電視發(fā)射臺的影響，技術(shù)人員還可從以下三方面入手，實現(xiàn)防雷的目的。

第一，防雷設(shè)備優(yōu)化配置。在高山廣播電視發(fā)射臺運行期間，技術(shù)人員通常在電源系統(tǒng)的變壓器高壓側(cè)配置防雷設(shè)備，忽略了變壓器低壓側(cè)，易使雷電波利用繞組間的電磁耦合，破壞變壓器的絕緣，影響發(fā)射臺正常供電。就此，技術(shù)人員需優(yōu)化配置防雷設(shè)備，在變壓器低壓側(cè)配置防雷設(shè)備，如加閥型電涌保護(hù)器、氧化鋅電涌保護(hù)器等。

第二，線路優(yōu)化布設(shè)。部分高山廣播電視發(fā)射臺存在線路連接混亂問題，易出現(xiàn)接線失誤現(xiàn)象，影響發(fā)射臺的設(shè)備接地，提高發(fā)射臺雷擊事故概率。就此，技術(shù)人員需進(jìn)行線路優(yōu)化布設(shè)，結(jié)合發(fā)射臺的平面布局圖與設(shè)備布置狀況，合理設(shè)計接線與走線方式，使線路布設(shè)更為規(guī)范、整齊、有序。

第三，聯(lián)合地網(wǎng)防護(hù)。在高山廣播電視發(fā)射臺中，如果鐵塔和建筑物相距較近，技術(shù)人員可通過接地線連接兩者，形成聯(lián)合地網(wǎng)，降低雷擊影響。如果發(fā)射臺的建筑采用框架結(jié)構(gòu)，技術(shù)人員可將建筑鋼筋為基礎(chǔ)，設(shè)計環(huán)形接地網(wǎng)。另外，為保障聯(lián)合地網(wǎng)作用的發(fā)揮，技術(shù)人員需做好接地線的防護(hù)工作，避免接地線出現(xiàn)銹蝕或腐蝕現(xiàn)象。對于巖石較多的發(fā)射臺建設(shè)地區(qū)，可在接地線鋪設(shè)區(qū)域撒上鹽、木炭等材料，或選擇導(dǎo)電混凝土等新型材料設(shè)置聯(lián)合地網(wǎng)，延長接地線使用壽命。

3. 高山廣播電視發(fā)射臺防雷措施

在高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)應(yīng)用中，防雷技術(shù)與設(shè)備的選擇、運維，直接關(guān)系到防雷效果。本文結(jié)合高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)，總結(jié)防雷設(shè)備的選擇與運維要點，保障防雷技術(shù)的有效落實，提高發(fā)射臺防雷水平。

3.1 防雷設(shè)備的選擇

在高山廣播電視發(fā)射臺中，常用防雷設(shè)備包括避雷針、避雷器兩種。避雷針的運行原理如下：捕捉雷電流，將雷電流轉(zhuǎn)移至大地，避免其對發(fā)射臺設(shè)備產(chǎn)生影響;避雷器的運行原理如下：結(jié)合設(shè)備運行參數(shù)，明確安全電壓，以此為限制電位，在雷擊現(xiàn)象引起電位差時，可進(jìn)行導(dǎo)通，吸收過高浪涌，降低電位。兩者防雷效果有限，技術(shù)人員需不斷創(chuàng)新，引進(jìn)新型防雷設(shè)備，進(jìn)一步提升發(fā)射臺防雷水平。本文主要介紹一種新型防雷設(shè)備——防雷變壓器。

該設(shè)備的運行原理如下：在輸入與輸出模塊設(shè)置雷擊屏蔽板，避免誘導(dǎo)雷通過輸入模塊侵入輸出模塊。和避雷器相比，防雷變壓器的抗雷性更強(qiáng)。在實踐應(yīng)用中，防雷變壓器可提升發(fā)射臺設(shè)備的絕緣性能與屏蔽效果，將其與避雷器配合使用，可將雷電產(chǎn)生的浪涌降低至-60DB，將雷擊的能量衰減約十萬分之一。同時，和傳統(tǒng)避雷針與避雷器相比，防雷變壓器的設(shè)備更為小型，占據(jù)體積少，可節(jié)約發(fā)射臺空間，配置工藝便捷，可在高山廣播電視發(fā)射臺推廣應(yīng)用。

3.2 防雷技術(shù)的運維

通過上述分析可知，在高山廣播電視發(fā)射臺防雷技術(shù)中，均需配置防雷設(shè)備或地網(wǎng)，調(diào)整線纜等參數(shù)。為保障防雷技術(shù)作用的持續(xù)發(fā)揮，技術(shù)人員需做好防雷設(shè)備、地網(wǎng)及線路等防雷技術(shù)要素的運維。細(xì)化來說，防雷技術(shù)的運維要點如下：

第一，定期檢查地網(wǎng)參數(shù)，確保接地電阻符合接地網(wǎng)防雷保護(hù)要求。在發(fā)現(xiàn)接地電阻存在偏差后，立即采取相應(yīng)措施調(diào)整，如更換線纜等。

第二，定期檢查防雷設(shè)備、避雷器接觸點等區(qū)域，結(jié)合防雷設(shè)備與避雷器接觸點參數(shù)，分析防雷作用發(fā)揮效果，及時調(diào)整，保障其防雷作用。

第三，定期檢查防雷設(shè)備效用，在發(fā)現(xiàn)防雷設(shè)備失效后立即更換。

4. 結(jié)束語

綜上所述，高山廣播電視發(fā)射臺易通過配電線路、信號線、發(fā)射塔或避雷針受到雷擊影響。技術(shù)人員可在發(fā)射臺使用接地防雷技術(shù)、配電房防雷技術(shù)、感應(yīng)雷防護(hù)技術(shù)與聯(lián)合地網(wǎng)保護(hù)、線路優(yōu)化等措施，提高發(fā)射臺防雷能力，并合理選擇防雷設(shè)備，加強(qiáng)防雷技術(shù)運維，強(qiáng)化防雷效果，保障高山廣播電視發(fā)射臺穩(wěn)定可靠運行。

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