廣播電視臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)房防雷技術(shù)實(shí)施方案探討

石小磊

（甘肅省臨夏回族自治州電視調(diào)頻微波轉(zhuǎn)播臺(tái)，甘肅 臨夏731100）

廣播電視臺(tái)的無(wú)線發(fā)射機(jī)房通常都位于相對(duì)偏僻并且海拔較高的地方，離市區(qū)較遠(yuǎn)，并且部分信號(hào)發(fā)射塔和機(jī)房之間的距離較小。發(fā)射機(jī)房外部鐵塔頂部受雷電天氣影響嚴(yán)重，如果遭遇雷電電流直擊，那么發(fā)射機(jī)房頂端將會(huì)瞬時(shí)釋放驚人熱量，這將會(huì)對(duì)機(jī)房建筑、設(shè)備和人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，而且電流也會(huì)向外釋放靜電，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定傷害。鑒于雷電的嚴(yán)重破壞性，要求技術(shù)人員必須能夠采取有效的防雷措施，將雷擊影響降到最低。

1.雷擊的主要方式

1.1 直接雷擊

當(dāng)雷電直接作用在無(wú)線廣播發(fā)射機(jī)房和發(fā)射鐵塔上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生直接雷擊，電能在轉(zhuǎn)換成熱能的過程中，會(huì)對(duì)周圍建筑和人的生命安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。而且雷電也在很大程度上影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)?yán)重干擾機(jī)房與信號(hào)塔的終端設(shè)備，使其無(wú)法正常工作。為此，我國(guó)政府相關(guān)部門要求，廣播電視臺(tái)的無(wú)線發(fā)射機(jī)房必須能夠做到將半數(shù)的雷擊作用量，借助建筑物的外表面?zhèn)鬏斀o地面，剩余一半的雷擊作用量則需要借助電路線纜和電網(wǎng)體系中的導(dǎo)體進(jìn)行分流和抵消。

1.2 雷電波侵入

如果在雷電擊中了電力線路或者信號(hào)線路，那么雷電波就會(huì)順著信號(hào)通信網(wǎng)絡(luò)或者電力通信網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電力通信設(shè)備進(jìn)行侵入，那么此時(shí)被雷電擊中的區(qū)域內(nèi)，就會(huì)形成較高的地電壓，并在周圍產(chǎn)生跨步電壓，跨步電壓是一種十分常見的地電位電壓，會(huì)對(duì)電網(wǎng)體系產(chǎn)生嚴(yán)重影響。而且雷電也會(huì)通過接地系統(tǒng)，對(duì)建筑內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行入侵，最終形成地電位反擊。

1.3 感應(yīng)雷擊

感應(yīng)雷擊主要是指在埋地線路、架空線路以及傳導(dǎo)線路上，因附著雷云對(duì)地放電而產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，這種感應(yīng)電壓可以借助導(dǎo)體直達(dá)設(shè)備，進(jìn)而能夠?qū)ξ㈦娮釉O(shè)備造成嚴(yán)重影響和破壞。雷擊的作用范圍可以輻射至周圍的1千米左右，在這一區(qū)間內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生電磁脈沖，導(dǎo)體在電磁脈沖的影響下，需要面臨強(qiáng)度不一的感應(yīng)浪涌，這種感應(yīng)浪涌也會(huì)對(duì)導(dǎo)電物體造成嚴(yán)重傷害。

1.4 地電位危害

當(dāng)雷擊作用在廣播電視發(fā)射臺(tái)時(shí)，建筑物的避雷設(shè)施會(huì)將雷電所產(chǎn)生的能量導(dǎo)入地面，如此一來(lái)，在建筑下方的引線、接地體和地下避雷設(shè)備，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)形成數(shù)萬(wàn)伏的高壓，如此龐大的能量，很多避雷設(shè)備都不能妥善處理，最終就會(huì)產(chǎn)生地電位衍生危害。雖然地電位衍生危害破壞并不強(qiáng)烈，但是也需要在防雷作業(yè)中引起高度關(guān)注。

2.防雷技術(shù)概述

首先，防雷地網(wǎng)。防雷地網(wǎng)在鋪設(shè)過程中需要以機(jī)房為中心，如此才能有效提高防雷效果。通常情況來(lái)說，防雷地網(wǎng)應(yīng)鋪設(shè)在相對(duì)干燥的環(huán)境中，地網(wǎng)的纜線長(zhǎng)度也要進(jìn)行科學(xué)控制，以不超過70m為宜，并利用接地棒將接地網(wǎng)牢牢固定，接地棒的長(zhǎng)度通常為2m。[1]然后工作人員需要對(duì)機(jī)房、鐵塔、大地進(jìn)行焊接作業(yè)，確保三者能夠穩(wěn)固連接；其次，接地技術(shù)?，F(xiàn)如今接地技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，接地體已經(jīng)成為最為常見的接地設(shè)備。接地體就是一個(gè)金屬物體，其主要作用就是與地面連接，在接地體的作用下，防雷網(wǎng)、金屬導(dǎo)線和電氣設(shè)備才能構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，才能具有良好的防雷效果。除此之外，接地技術(shù)還能快速地將電流引導(dǎo)到大地中。[2]值得一提的是，工作人員一定要科學(xué)控制接地電阻的實(shí)際值，促使接地電阻適當(dāng)降低，如此才可實(shí)現(xiàn)接地系統(tǒng)和大地的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，有助于快速釋放電流，避免電流對(duì)發(fā)射臺(tái)設(shè)備造成影響。除此之外，如果發(fā)射臺(tái)所處位置的導(dǎo)電性較差，那么工作人員還需要采取一定措施來(lái)改變發(fā)射臺(tái)附近區(qū)域的土質(zhì)，通常是選擇使用一些中性降阻物質(zhì)，例如鐵屑、食鹽和長(zhǎng)效降阻劑等，來(lái)提高大地的導(dǎo)電性，以此來(lái)提高接地技術(shù)的防雷效果。

3.廣播電視臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)房的常用防雷技術(shù)

3.1 外部防雷技術(shù)

工作人員需要將接閃器安裝在鐵塔頂端位置，確保大樓主體鋼筋與鐵塔地網(wǎng)、鐵塔妥善相連，并嚴(yán)格按照國(guó)家的安裝要求進(jìn)行。常用的接地網(wǎng)材料為40×4mm的鍍鋅扁鐵與接地模塊，接地阻值不大于4Ω。[3]在具體施工過程中，工作人員需要在適當(dāng)位置開挖溝槽，溝槽形狀多為U型，寬度和深度需結(jié)合施工條件進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保鍍鋅扁鐵和接地模塊方便置入即可。工作人員首先需要將鍍鋅扁鐵平鋪在溝槽底部，使其充當(dāng)水平接地體，然后每間隔5m距離放置一塊接地模塊，使水平接地體和土壤之間的接地面積能夠得到有效增大；其次，工作人員要用電焊的方式將地網(wǎng)整體焊接起來(lái)，并保證至少3面焊接，焊點(diǎn)切忌虛焊，焊接工作結(jié)束后，工作人員也要在地網(wǎng)表面涂抹瀝青漆，提高地網(wǎng)的防腐效果；最后，將鍍鋅扁鐵作為接地引入線，沿樓體外鋪設(shè)并妥善固定，然將其引入到發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)部，確保其能夠與機(jī)房?jī)?nèi)接地母排具有良好的電氣連接。

3.2 內(nèi)部防雷技術(shù)

機(jī)房地面應(yīng)盡量采用全鋼防靜電地板，地板規(guī)格通常為600mm×600mm×35mm，并對(duì)機(jī)房窗戶采取一定的要屏蔽措施，布線槽應(yīng)位于地板下方；接地引線采用95mm2的多股銅纜，并以大樓的主體鋼筋為接地點(diǎn)，接地引線采用穿墻的方式進(jìn)入到機(jī)房?jī)?nèi)部，并與電位連接排進(jìn)行妥善的電氣連接。此時(shí)需要注意一點(diǎn)，布線槽應(yīng)與等電位連接排保持一定距離；在機(jī)房總配電柜處，可以安置一套防雷器，并使用25mm2的多股銅纜為接地線，同時(shí)使其與等電位連接排保持良好的電氣連接；在分配電柜處安置防雷器，接地線與總配電柜處保持一致即可；在發(fā)射機(jī)內(nèi)分別配置防雷器，并以16mm2的多股銅纜為接地線；對(duì)電源末端進(jìn)行精細(xì)保護(hù)，可以將等電位連接插排配置在普通插排處；對(duì)室外電纜來(lái)說，工作人員應(yīng)利用金融管進(jìn)行保護(hù)，并對(duì)電源線和信號(hào)線安裝電涌保護(hù)器。

3.3 供電線路防雷技術(shù)

將防雷變壓器放置在供電線路的起始兩端，可以有效緩解雷電對(duì)供電線路的沖擊，同時(shí)還能避免雷電擊中桅桿對(duì)電源產(chǎn)生破壞；在架空線路的兩端應(yīng)當(dāng)增設(shè)避雷針，為了提高防雷效果，可以配合利用降阻劑來(lái)降低接地電阻值；在線路桅桿處設(shè)置避雷針，同時(shí)用鋼絞線焊接接地裝置和接地電線，并將其深埋土中至少1.5m，并利用降阻劑來(lái)調(diào)節(jié)土壤性質(zhì)。

3.4 發(fā)射塔和天饋系統(tǒng)防雷技術(shù)

低電阻路徑是電流在運(yùn)行過程的首要選擇路徑，因此廣播電視發(fā)射塔的塔架和饋管必須要進(jìn)行可靠接地，否則雷電就會(huì)沿著鐵架和饋管進(jìn)入到發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)部，這能夠?qū)﹄娮釉O(shè)備的正常運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致電子設(shè)備癱瘓，并對(duì)工作人員的人身安全帶來(lái)極大威脅。常用的發(fā)射塔和天饋系統(tǒng)防雷技術(shù)有：在鐵塔附近設(shè)置一組閉合接地網(wǎng)，并確保地網(wǎng)能夠與鐵塔可靠連接；將避雷針安置在塔架位置，并且避雷針的下引線必須要與建筑閉合接地網(wǎng)可靠連接；鋼絞線和鐵質(zhì)過橋等對(duì)饋管起支撐作用的設(shè)備，也要每間隔一定距離進(jìn)行可靠接地；將饋管外皮連接最近地網(wǎng)并可靠接地，然后才能引入機(jī)房中，同時(shí)工作人員也要在引入饋管的入口位置設(shè)置同軸SPD，其接地端子的引線需要從天饋線入口位置外的接地線、避雷帶或地網(wǎng)進(jìn)行引接。因?yàn)楸芾揍標(biāo)鼙Ｗo(hù)的區(qū)域相對(duì)有限，所以在天饋線設(shè)置避雷器至關(guān)重要，能夠?qū)Πl(fā)射臺(tái)起到雙重保護(hù)，因此也可有效提高防雷效果。

4.消除雷擊安全隱患的技術(shù)策略——以某廣播電臺(tái)為例

4.1 改造發(fā)射塔

為了進(jìn)一步提高廣播電視臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)房的防雷效果，工作人員可以用更為先進(jìn)的接閃器來(lái)代替過去的避雷設(shè)備，同時(shí)用阻抗球及其相關(guān)設(shè)備來(lái)提高避雷針性能，并用95m的電纜作為BA燈底座的下引線，每隔2m進(jìn)行緊固，使其能夠與的電網(wǎng)直接相連。

4.2 改造發(fā)射機(jī)房

經(jīng)過大量實(shí)踐可知，雷作用和感應(yīng)雷擊通常以輸配電網(wǎng)絡(luò)為侵入對(duì)象，概率高達(dá)80%左右，所以若想降低雷電對(duì)無(wú)線發(fā)射機(jī)房的影響，工作人員就必須要對(duì)發(fā)射機(jī)房進(jìn)行多層防雷保護(hù)。[4]具體來(lái)說，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合發(fā)射機(jī)房的地理位置和具體作用，對(duì)防雷保護(hù)設(shè)施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如對(duì)該廣播電臺(tái)發(fā)射機(jī)房進(jìn)行避雷改造時(shí)，技術(shù)人員安裝了一臺(tái)100KA的避雷器，使其作為第一級(jí)防護(hù)設(shè)備；然后將一臺(tái)80KA的避雷器安裝在2樓的交流變電機(jī)組中，將其作為第二級(jí)保護(hù)設(shè)備；在機(jī)柜每個(gè)空開上安裝40kA的避雷器，作為第三級(jí)防護(hù)設(shè)備；用環(huán)氧樹脂絕緣棒作為底座支撐材料，并在機(jī)房四周設(shè)置銅排進(jìn)行接地保護(hù)。

4.3 增設(shè)信號(hào)源防雷器

信號(hào)源防雷器是以電位免防雷地線技術(shù)為原理，現(xiàn)如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用在廣電業(yè)、安防業(yè)、通信業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)等與網(wǎng)絡(luò)傳輸密切相關(guān)的行業(yè)中。在雷雨季節(jié)，為了最大程度地保證無(wú)線發(fā)射臺(tái)的正常使用，技術(shù)人員就可以使用信號(hào)源防雷器來(lái)提高發(fā)射機(jī)房的防雷效果。

4.4 優(yōu)化接地系統(tǒng)

良好的接地系統(tǒng)是確保無(wú)線發(fā)射機(jī)房設(shè)備可以正常運(yùn)行的重要前提，同時(shí)也是一系列接防雷技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。在該廣播電視臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)房的改造過程中，技術(shù)人員采用40×4mm的鍍鋅扁鋼進(jìn)行接地并連接成電網(wǎng)，這種設(shè)置方式可使得發(fā)射機(jī)房系統(tǒng)布線更加合理，避免干擾波的產(chǎn)生。除此之外，這種接地系統(tǒng)也可以讓故障電流和雷電電流迅速導(dǎo)入大地，并且能夠有效節(jié)省施工成本。在選擇地網(wǎng)的接地模塊時(shí)，技術(shù)人員選用了非金屬接地模式，這可有效降低現(xiàn)場(chǎng)溫濕度對(duì)施工的影響，同時(shí)也具有更高的抗腐蝕性和環(huán)保性，并且可使得接地網(wǎng)與地面的接觸面積被進(jìn)一步增大，因此可以實(shí)現(xiàn)電流的良好導(dǎo)入。在本次無(wú)線發(fā)射機(jī)房的改造過程中，技術(shù)人員充分依據(jù)了《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合發(fā)射機(jī)房的周圍環(huán)境，最終決定使用水平接地和垂直接地相結(jié)合的接地方式，從源頭上緩解高電流沖擊對(duì)建筑和設(shè)備造成的破壞。

4.5 加裝發(fā)射機(jī)房防雷保護(hù)間隙

雷電進(jìn)行波沿著電力線路向前前進(jìn)的同時(shí)會(huì)形成波的反射，那么雷電進(jìn)行波和雷電反射波相互疊加，就會(huì)使得電壓數(shù)值變成原有進(jìn)行波的兩倍，過大的電壓數(shù)值很容易擊穿電氣設(shè)備。[5]所以為了緩解雷電侵入波反射帶來(lái)的影響，技術(shù)人員就必須在斷路裝置或者開關(guān)的外側(cè)設(shè)置一定的防雷保護(hù)間隙，用以保護(hù)高壓線和電纜線。如果在電線電纜上存在分閘開關(guān)，那么技術(shù)人員還要在開關(guān)的兩側(cè)分別設(shè)置防雷保護(hù)間隙；如果電路電壓大于35KV，技術(shù)人員也要將開關(guān)閥形式的避雷裝置安置在電纜與架空的連接位置處。

4.6 優(yōu)化無(wú)線發(fā)射機(jī)房防雷技術(shù)設(shè)計(jì)

為了對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行全面保護(hù)，技術(shù)人員也需要在電線塔的頂端安裝避雷裝置，避免信號(hào)塔遭遇雷擊，并將多余的電量釋放到云層中。在天線上也應(yīng)安置一定的避雷設(shè)備，同時(shí)避雷設(shè)備也要安裝放射線，用來(lái)抵消和減少云層中的電子作用。[6]值得一提的是，放電球在眾多的防雷設(shè)備中發(fā)揮著重要作用，放電球的直徑通常為100mm左右，在一些極端惡劣的天氣中，放電球可以發(fā)揮出顯著的避雷作用。[7]在嚴(yán)寒地區(qū)，技術(shù)人員也要采取有效措施，避免積雪覆蓋放電球，現(xiàn)如今很多防雷裝置都為天線類型，所以技術(shù)人員也要盡可能地減小光纜電阻，同時(shí)對(duì)相鄰天塔之間的距離進(jìn)行嚴(yán)格控制。接地系統(tǒng)的設(shè)置點(diǎn)也要符合國(guó)家的深度要求，并用閉環(huán)的方式進(jìn)行管理。

4.7 優(yōu)化電源防雷措施

廣播電臺(tái)無(wú)線發(fā)射機(jī)房中的所有電子設(shè)備都以電能為能量來(lái)源，那么一旦電源遭受雷擊，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電子系統(tǒng)發(fā)生癱瘓，所以技術(shù)人員一定要對(duì)電源的防雷措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠結(jié)合具體的防雷電需求，在關(guān)鍵的終端設(shè)備中安裝隔離變壓器。[8]如此可最大程度地避免電源遭受雷擊，確保發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)部電子設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。常用的電源防雷措施主要包括：在高壓線的進(jìn)線處將地線架空，并保證地線長(zhǎng)度大于1km；將避雷針安裝在防雷區(qū)域內(nèi)；將避雷器安裝在進(jìn)電站部位；優(yōu)化布置接地設(shè)施等。通常情況來(lái)說，不銹鋼和鍍鋅鋼是最為常見的避雷針材料，并且材料厚度多小于3mm，避雷針的直徑通常大于避雷針高度的1.5倍。防雷地網(wǎng)在安裝過程中，地網(wǎng)的中心應(yīng)位于機(jī)房和鐵塔處，然后在中心周圍50cm左右的位置挖置地溝，然后每隔20米釘入4根鍍鋅角鐵釘。[9]

4.8 加裝保護(hù)裝置

為了進(jìn)一步提高無(wú)線發(fā)射機(jī)房的防雷能力，技術(shù)人員需要對(duì)架空導(dǎo)線進(jìn)行分類，然后用金屬管對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行保護(hù)，并利用地下掩埋的方法把導(dǎo)線引入到機(jī)房?jī)?nèi)部。如果距離較遠(yuǎn)，則需要安裝保護(hù)裝置在電纜和電力線的兩端。因?yàn)樾盘?hào)線和電力線分屬于不同類別，所以這兩條線路要嚴(yán)格禁止混用，以免造成相互干擾。所以在實(shí)踐過程中，工作人員應(yīng)焊接地線的金屬管兩端，并對(duì)焊點(diǎn)進(jìn)行必要的防護(hù)處理，并能夠嚴(yán)格按照要求安裝電力設(shè)備，確保其系統(tǒng)能夠與接地匯流鏈接在一起，并與室內(nèi)接地排連接。在機(jī)房?jī)?nèi)部，設(shè)備電源接地線通常經(jīng)由室內(nèi)地線排引入，并采取一定的保護(hù)措施，避免其與引線連接同時(shí)使用。

4.9 預(yù)留接地孔

為了提升無(wú)線發(fā)射機(jī)房的整體防雷效果，機(jī)房在施工過程中，應(yīng)該在鐵塔中間、頂部天線平臺(tái)與鐵塔基礎(chǔ)中預(yù)留一定量的接地口，塔身螺栓用長(zhǎng)型螺栓替代。因?yàn)榘l(fā)射鐵塔的整體高度較大，所以如果相鄰鐵塔之間間距不超過60m，那么工作人員還需要在兩者的中間位置增加一個(gè)接地點(diǎn)。[10]

綜上所述，廣播電臺(tái)的發(fā)射機(jī)房在建設(shè)之初，都會(huì)遵循尖端放電原理來(lái)進(jìn)行避雷設(shè)計(jì)，為了切實(shí)保護(hù)所有的用電設(shè)備免遭雷擊，工作人員需要在電線塔的頂端安裝避雷裝置，將多余的電量引導(dǎo)到云層中，并能夠結(jié)合機(jī)房的實(shí)際情況做好充分的防雷工作，將雷擊對(duì)設(shè)備的影響降到最低。