廣播電視臺無線發(fā)射機房防雷技術(shù)實施方案探討

程佳賓

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視局綜合保障中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

1 雷擊對于廣播電視臺無線發(fā)射機房的作用方式及危害分析

1.1 雷擊對于無線發(fā)射機房的作用方式

雷擊對于無線發(fā)射機房的作用方式主要體現(xiàn)在以下幾類：

1.1.1 直接雷擊

直接雷擊指的是發(fā)射鐵塔或者機房受到雷電的直接作用，瞬時產(chǎn)生大量的電能和熱量，該類雷擊發(fā)生是因為瞬時產(chǎn)生的電流和熱量非常大，所以信號塔上的終端設(shè)備以及機房中的設(shè)備都易發(fā)生損傷，影響機房的正常工作，并造成嚴重事故。所以對于無線發(fā)射機房有著明確的建設(shè)要求，機房建筑外表應(yīng)該具備降低半數(shù)雷擊作用量的能力，另外一半的雷擊作用量則應(yīng)該通過電力電纜或者電網(wǎng)導(dǎo)體進行分流和抵消。如圖1 所示。

圖1 直接雷擊作用示意圖

1.1.2 雷電波侵入

當雷電作用于電力或信號線路，電線和信號網(wǎng)中就會混入雷電波，進而對電力通信設(shè)備造成損傷。在此情況下，雷擊區(qū)域中會產(chǎn)生高低電壓，并出現(xiàn)跨步電壓，嚴重影響電網(wǎng)體系的正常運行。同時，雷電波還會對接地系統(tǒng)造成不良影響，入侵到機房建筑內(nèi)部的設(shè)備，產(chǎn)生電位反擊。

1.1.3 感應(yīng)雷擊

當雷電對地放電時，附近的架空線路或者傳導(dǎo)線路中，就會出現(xiàn)感應(yīng)電壓，并沿著導(dǎo)體直接傳入設(shè)備，影響微電子設(shè)備的正常運行。在累計出現(xiàn)時，其能夠?qū)χ車?km 內(nèi)的范圍造成輻射影響，產(chǎn)生明顯的電磁脈沖。受不同強度感應(yīng)浪涌的影響，范圍內(nèi)的導(dǎo)電體都會受到不同程度的損傷。

1.1.4 地電位危害

在雷電出現(xiàn)時，避雷器、接地線等會迅速將雷電導(dǎo)入地下，避免雷電對線路和設(shè)備造成損傷。但是大量雷電被導(dǎo)入建筑下方，就會產(chǎn)生極高的電壓。如果避雷設(shè)備無法及時對其進行有效處理，就會出現(xiàn)地電位衍生危害。雖然該情況的影響相對較小，但是在防雷建設(shè)中也必須進行重點考慮和防范。

1.2 雷電對無線發(fā)射機房的危害

雷電對無線發(fā)射機房的危害主要體現(xiàn)在以下兩點：第一，雷擊脈沖產(chǎn)生對地放電，導(dǎo)致電能沿導(dǎo)體外再傳輸?shù)綑C房設(shè)備之中，造成機房設(shè)備設(shè)施的損壞。尤其在現(xiàn)階段，無線發(fā)射機房中的設(shè)備設(shè)施體積相對較大，內(nèi)部存在較多的微電子元器件，雷電防護能力相對較差，在嚴重雷電沖擊下，極易發(fā)生元器件損壞問題。并且由于部分機房電纜、電線以及通信設(shè)備沒有設(shè)置相應(yīng)的防雷裝置和保護措施，在雷擊電脈沖產(chǎn)生時極易發(fā)生損壞。第二，直擊雷危害，該類危害雖然發(fā)生風(fēng)險相對較低，但是所造成的影響非常嚴重，屬于不可逆轉(zhuǎn)損害。一旦直擊雷對機房、天饋系統(tǒng)造成破壞，無線發(fā)射機房在短時間內(nèi)難以得到有效修復(fù)，并且修復(fù)成本也相對較高。

2 無線發(fā)射機房防雷技術(shù)實施方案的分析

2.1 電源防雷措施

無線發(fā)射機房在運行中離不開電源的能源保障，一旦電源被雷擊受損，機房中有相當一部分設(shè)備設(shè)施都無法正常運行。為了提升電源的防雷能力，除了需要合理使用電源避雷器外，還需要圍繞實際情況安裝隔離變壓器。在電源防雷建設(shè)中需要重點圍繞下述幾點進行考慮：

（1）架空地線需要設(shè)置在高壓線進線處，并且長度必須超過1km，這樣才能夠充分發(fā)揮地線的引流作用。

（2）結(jié)合具體建設(shè)情況加裝避雷針。

（3）進電位置必須設(shè)置避雷器。

（4）根據(jù)電源系統(tǒng)的設(shè)置情況合理進行接地設(shè)施布置。避雷針需要盡可能采用鍍鋅鋼或者不銹鋼，鋼材厚度不超過3mm，避雷針直徑則必須大于高度的1.5 倍。

（5）做好四級電源防雷器的安裝，分別在配電房配電箱、機房配電箱、機房穩(wěn)壓器進線端以及機柜電源進線處設(shè)置三相電源防雷模塊，從而形成四級防雷保護措施。此外，電源插座也可以替換為防雷插座，以此來進一步增強電源的防雷效果。

2.2 天線防雷措施

在天線塔頂端設(shè)置避雷器，既能夠及時釋放云層中的雷電能量，更有助于提升防雷效果。同時，還需要在天線中安裝具有放射線的避雷裝置，有效化解云層中的電荷。與此同時為了進一步提升防雷效果，還會設(shè)置半徑在10cm 左右的放電球。放電球在整個雷電防護中發(fā)揮著極其重要的作用，即便是出現(xiàn)嚴重惡劣天氣，放電球也能夠正常發(fā)揮作用。需要注意放電球的放置必須保持平行，禁止豎立放置。另外在冬季，需要采取有效的措施，避免放電球被積雪覆蓋。天線所用的光纜應(yīng)該選擇低電阻光纜，并按照防雷設(shè)計要求實現(xiàn)天線塔間距以及埋設(shè)深度的有效控制，一般情況下埋深最低需要達到地下水層。此外，為了盡可能提升天線防雷效果，可結(jié)合實際情況在天饋線位置增添適當數(shù)量的均壓環(huán)，這樣就可以在內(nèi)部產(chǎn)生低電感限制圈，有效抑制電流導(dǎo)入機房，并避免同軸饋入電纜。

2.3 科學(xué)設(shè)計機房設(shè)備接地網(wǎng)

接地系統(tǒng)與機房的防雷能力密切相關(guān)，因此在進行無線發(fā)射機房防雷設(shè)計時必須盡可能提高接地網(wǎng)系統(tǒng)的科學(xué)性和合理性。在設(shè)置接地網(wǎng)時需要先確定接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，然后再結(jié)合布線電纜的材質(zhì)、類型等確定地線和設(shè)備的連接方式。同時，還需要根據(jù)機房實際情況決定是否單獨設(shè)置地線。導(dǎo)線和接地母線需要采用電鍍鋅連接，并且焊接接地母線和相同配電導(dǎo)線、金屬架等配件，以確保在發(fā)生災(zāi)害時接地系統(tǒng)能夠發(fā)揮有效的雷電引流效果。除此以外，接地干線的設(shè)置也需要綜合考慮機房的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)置等因素，而對于接地體則應(yīng)該滿足表1 中所述要求。

表1 接地導(dǎo)體規(guī)格表

2.4 加裝發(fā)射機房防雷保護間隙

雷電在導(dǎo)線中傳輸時，會產(chǎn)生波形反射，并且雷電進行波和雷電反射波會疊加，這就會產(chǎn)生較大的電壓數(shù)值，擊穿電氣設(shè)備造成損傷。為了盡可能降低該方面的影響，就需要在斷路設(shè)備或者開關(guān)外側(cè)安裝防雷保護間隙有效保護電纜線。同時，如果線路上還設(shè)置分閘開關(guān)，開關(guān)兩側(cè)也需要設(shè)置防雷保護間隙；如果電壓超過35kV，在電纜及架空連接處也必須安裝開關(guān)閥型避雷裝置。

2.5 防地電位反擊處理措施

無線發(fā)射機房運行中，所有防雷設(shè)備處于零件位狀態(tài)，設(shè)備間無電位差。而在雷擊發(fā)生時，雷擊電流會沿防雷設(shè)備瀉流，由于防雷設(shè)備阻抗不同，限流電壓也會產(chǎn)生差異，出現(xiàn)電位差，形成電位反接。為了降低該方面的影響，可采用雷擊電流矢量控制箱或者構(gòu)建電位導(dǎo)的方式來解決上述問題。在具體建設(shè)時，需要依據(jù)機柜走向進行金屬線槽的設(shè)置，導(dǎo)線機柜通過均壓環(huán)及銅帶進行連接形成瀉流環(huán)。這樣在發(fā)生雷擊時，電流就會沿瀉流環(huán)到PE 端，最后導(dǎo)入地下。因為采用同一接地網(wǎng)，就可利用等電位島消除電勢差，消除電位反擊影響。

結(jié)語

為了確保廣播電視的安全播出，在廣播電視臺無線發(fā)射機房建設(shè)中必須充分認識到雷擊危害的影響，不斷提升無線發(fā)射機房的防雷水平，為廣播電視節(jié)目穩(wěn)定順利的播放提供可靠保障。

審稿人：張延峰 內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心839 臺 正高級工程師