廣播電視高山發(fā)射臺站的綜合防雷措施研究

薛建剛

【摘要】隨著我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展，高山發(fā)射站臺的作用越來越重要，能夠更全面的完善廣播電視臺的發(fā)展。高山發(fā)射臺站的綜合防雷措施作為其發(fā)展的重要方面，其防治效率直接影響到我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展。當前我國高山臺站防雷接地還有很多問題，不利于我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展。本文主要分析了高山臺站防雷接地的特點以及常見問題，詳細闡述了雷擊產(chǎn)生的原因，并提出了綜合防雷措施以及優(yōu)化設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】廣播電視;高山發(fā)射臺;綜合防雷措施

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.03..027

在當前信息傳播如此迅速的環(huán)境中，廣播電視的發(fā)展也正朝著更快更強的方向。對于高山發(fā)射臺的綜合防雷措施正逐漸成為廣播電視發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。高效推動了我國廣播電視行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。但是，從我國廣播電視高山發(fā)射臺站現(xiàn)狀看，防雷措施方面仍然存在許多問題，很大程度限制了我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展。對此，有關(guān)人員應(yīng)加強對廣播電視行業(yè)高山發(fā)射臺站綜合防雷措施的重視，并針對當前阻礙其發(fā)展的因素，采取有效的完善措施，全面發(fā)揮高效的防雷措施對我國廣播電視行業(yè)發(fā)展的促進作用。

1. 高山臺站防雷接地的特點以及常見問題

高山臺站的防雷接地特點具有很多特殊的特點以及常見問題，具體包括以下幾個方面：

第一，我國的大部分發(fā)射站臺處于高雷區(qū)域、強雷區(qū)域，與北方平原相比較而言，其具有電流強度較大、波形幅值較高的特點。第二，與平原地區(qū)相比，高山站臺的海拔高度以及自身垂直高度受到的高山頂部雷擊的概率較大。第三，大多數(shù)身處高山的廣播電視發(fā)射站臺都是比較孤立的，使雷擊、閃電的目標落雷頻率增高，次數(shù)也增多。第四，上山架空交流電力線非常容易受到閃電以及感應(yīng)的雷電電涌入侵，使設(shè)備遭受到損壞。第五，各種天饋線以及站內(nèi)通信線也是造成雷電閃電涌入的主要原因。第六，發(fā)射塔距離機房較近，當鐵塔受到雷擊后，將雷擊引入地面后，產(chǎn)生的電流將傳入機房地網(wǎng)，進而在機房設(shè)備的底線上產(chǎn)生高位點，導(dǎo)致二次點擊的發(fā)生，此時產(chǎn)生的較高的瞬間電位差極易擊穿絕緣措施。第七，當鐵塔遭受雷擊時，由于缺少相應(yīng)的等電位防護措施極易造成高電位反擊、跨步電壓及接觸電勢等二次效應(yīng)，在對設(shè)備造成相應(yīng)損害的同時，嚴重影響站臺值班人員的人身安全。第八，在相應(yīng)的發(fā)射站臺的鐵塔頂部，也就是雷擊點的100米范圍內(nèi)，產(chǎn)生的重電電磁脈效應(yīng)程度屬于最強，瞬間變化的電廠可以在建筑物金屬類設(shè)備以及線纜線路上感應(yīng)出相應(yīng)的雷電浪以及涌電流。第九，對于衛(wèi)星接收天線而言，雖然其已經(jīng)處于鐵塔的直擊雷保護的內(nèi)部，且天線的外部通常有鋼管屏藏接地，其底座一般情況下已經(jīng)與地面或與鐵塔的地網(wǎng)互相連接，但是，衛(wèi)星天線的高頻頭經(jīng)常會由于經(jīng)受重擊產(chǎn)生嚴重損壞。第十，廣播電視高山站臺通常情況下處于石山山頂，山頂?shù)慕M成一般是地表浮土風(fēng)化砂、石頭以及少量植被等，這種情況下的山頂土壤通常不積水，相應(yīng)的土壤接地電阻率較高，人工地網(wǎng)改造需要投入的成本比較高。

2. 雷擊原因

面對當前廣播電視高山發(fā)射臺站存在的處于室外的衛(wèi)星天線、處于室內(nèi)的發(fā)射機房設(shè)備以及低壓供電設(shè)備而言，雷擊對廣播電視發(fā)射臺站設(shè)備產(chǎn)生損害的主要原因在于以下幾點：第一，直擊雷擊。大地在接受雷雨云閃電時，產(chǎn)生的一種放電現(xiàn)象，與其同時產(chǎn)生的還有電磁效應(yīng)、機械效應(yīng)以及熱效應(yīng)等。直擊雷能夠?qū)κ彝庠O(shè)備產(chǎn)生直接影響：在發(fā)射電臺中處于室外的設(shè)備包括：發(fā)射需要的天線、電力架空線纜、臺站范圍內(nèi)架空天儲線、衛(wèi)星接收天線、低壓電力電纜等，第二，地電位反擊。一旦直擊擊中發(fā)射塔，塔上的發(fā)射天線、避雷針以及相應(yīng)的機房、建筑物會由于高頻雷電流入大地而產(chǎn)生瞬間的高電位，將直接擊穿空氣以及相關(guān)絕緣介質(zhì)，進而出現(xiàn)電閃擊，對周圍的設(shè)備包括地線、線纜以及人體進行放電，產(chǎn)生大量事故。第三，雷電電涌侵人。此類雷害形式屬于比較常見的形式，主要的產(chǎn)生原因是帶電雷云在空間電磁場的靜電感應(yīng)作用，以及閃電周圍的電磁感應(yīng)作用，高山發(fā)射臺站內(nèi)相關(guān)的配電線路、信號線路以及天饋線路引入大量雷電浪涌，使設(shè)備遭受損。第四，高山發(fā)射電臺站內(nèi)的機房的走線架內(nèi)、電纜溝的布線方式并不合理，不符合規(guī)定以及實際情況的接地形式以及接地引入，也是造成設(shè)備因遭受雷擊后產(chǎn)生二次效應(yīng)反擊并損壞設(shè)備的主要原因。

3. 綜合防雷措施以及優(yōu)化設(shè)計

3.1 采用雷電流分流措施

對于廣播電視高山發(fā)射臺站的綜合防雷措施而言，相應(yīng)的雷電分流措施具有非常重要的意義。一方面，就直擊雷而言，其雷電分流技術(shù)的主要目的在于使雷電的入地地點與被保護對象之間保持安全距離，進而避免強度過大的電流造成的瞬間低電位升高，進而防止雷電反擊。在實際的分流技術(shù)中，可以通過設(shè)置獨立接地網(wǎng)，實現(xiàn)鐵塔雷電流的分流，最大程度降低甚至消除天饋線屏蔽層的分流電流，盡量減少雷電流經(jīng)饋線引入機房，若當發(fā)射塔地網(wǎng)與機房距離很近時，應(yīng)當增加多個接地井實現(xiàn)更高效的隔離。

另一方面，可以采用共用接地網(wǎng)，廣播電視高山發(fā)射臺的實際占地面積較大或者山頂能用于制作人工地網(wǎng)的面積條件比較充足時，發(fā)射站臺的防雷接地網(wǎng)的組成成分應(yīng)當包括網(wǎng)格狀機房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)、變壓器以及相應(yīng)的配電房接地網(wǎng)組成，應(yīng)當注意的是各個地網(wǎng)之間的距離應(yīng)當大于5米。應(yīng)當能夠盡可能高效的實現(xiàn)等位聯(lián)結(jié)進而實現(xiàn)公用接地網(wǎng)。與此同時，為了避免出現(xiàn)高電位反擊衛(wèi)星天線高頻頭現(xiàn)象，需要斷開天線底座與鐵塔之間的連接扁鋼，同時在高頻頭線路上進行衛(wèi)星天饋線的安裝。合理運用公用接地網(wǎng)，摒棄共用接地引入線措施，是對分流措施的完善設(shè)計，在不違反等電位接地原則的基礎(chǔ)上，廣播電視高山發(fā)射臺站環(huán)境受嚴重限制的大環(huán)境中，增強防雷效果。

3.2 采用屏蔽措施

對于在高山發(fā)射臺站使用過程中由于雷電閃擊產(chǎn)生的空間高頻電場而言，屏蔽是最有效的防護措施。一般情況下，光比電視高山發(fā)射臺站所處的高山氣象環(huán)境具有直擊雷發(fā)生頻率高、相應(yīng)雷電流強度較大、雷電波通常在沒有衰減的情況下，直接侵入低壓路線的特點。在雷擊點的周圍會形成很大的瞬間變化電磁場，臺站內(nèi)部各種類型的線路都可能會由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓、過電流，進而導(dǎo)致線路損壞。在實際的屏蔽工作中，應(yīng)當盡量優(yōu)化穿管屏蔽措施，對于暴露在地面上的接地線應(yīng)當采取相應(yīng)措施，盡量保證對其進行埋地敷設(shè)。對于發(fā)射機房、配電房及發(fā)電機房而言，最有效的屏蔽措施就是在建筑物外部設(shè)置相應(yīng)的法拉第籠。對于衛(wèi)星接收高頻頭而言，需要對其套屏蔽桶。對于射頻線路而言，需要套屏蔽波紋管接地。除此之外，需要注意的是，處于戶外的、外墻正常不帶電的金屬外殼、位于窗戶上的不銹鋼護欄、電纜橋架、室外樓梯、雨棚、穿管屏蔽的金屬管就都應(yīng)當進行接地處理，進而更高效的實現(xiàn)廣播電視高山發(fā)射站臺的防雷。

3.3 電氣隔離措施

在廣播電視高山發(fā)射臺站的防雷措施中，電器隔離措施的效果具有比較優(yōu)質(zhì)的效果。電氣隔離實際上指的就是，通過隔離變壓器的安裝，達到阻隔抵押電源線路雷電浪涌的目的。對于頻率已經(jīng)衰減至隔離變壓器500～1000kHz的雷電波，阻隔變壓器具有的阻隔以及限制雷電流的效果處于最為明顯的狀態(tài)。除此之外，隔離變壓器還具有可降低零地電壓、過濾線路的高頻震蕩諧波等功能。在實際的電氣隔離過程中，需要注意的是，對于功率相對較大的隔離變壓器而言，通常安裝在市電與穩(wěn)壓器之間，對于功率相對較小的隔離變壓器而言，通常安裝在信號源柜UPS前端。

3.4 地網(wǎng)優(yōu)化措施

當前我國被用于建造廣播電視發(fā)射臺站的高山，其土壤環(huán)境大多數(shù)處于比較惡劣的狀態(tài)，在此類地形中，高山石頭站臺相對而言，更適合做勻壓網(wǎng)格型等電位懸浮地網(wǎng)，具體需要地網(wǎng)網(wǎng)格均勻敷設(shè)在石頭表面。在這種地網(wǎng)的實際應(yīng)用過程中，使用人員將不需要在對電阻的大小進行考慮，不需要通過接地電阻對地網(wǎng)質(zhì)量進行衡量，主要是因為接地電阻的實際數(shù)值根本不能通過測量獲得，產(chǎn)生之中情況的原因是，巖石出現(xiàn)斷層，測量儀表的回流電流數(shù)值基本處于零。

在這種廣播電視高山發(fā)射臺站范圍內(nèi)，設(shè)計任何高效的降阻方案，運用更多效果好的降阻材料，其降阻效果都不明顯，相對而言降阻意義都不大。若真的通過將地體進行引接到山下做地網(wǎng)，能夠切實實現(xiàn)接地電阻的降低，但是由于引線過長，地網(wǎng)的存在就毫無意義。在實際的雖地網(wǎng)進行優(yōu)化的過程中，可以在臺站區(qū)域內(nèi)的石頭上設(shè)置懸浮地網(wǎng)，借助混凝土以及沙礫，將接地體固定在石頭上，懸浮地網(wǎng)的網(wǎng)格規(guī)格一般情況下為3000mmx3000mm。地網(wǎng)優(yōu)化相對而言是最為經(jīng)濟實惠的防雷措施，結(jié)合以上的防雷技術(shù)，也能起到高效的防雷作用。

4. 結(jié)論

綜上所述，雷電的發(fā)生屬于自然，具有相當大的不確定性，但是通過積極高效的預(yù)防措施，能夠最大程度避免雷電對廣播電視高山發(fā)射站臺造成的損失，最大程度減少相關(guān)設(shè)備的損壞程度以及維修次數(shù)全方位實現(xiàn)了由于雷電原因產(chǎn)生的停播事故算次數(shù)的減少，保證能夠進行正常的發(fā)射播出，有效增強其社會效益以及經(jīng)濟效益。

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