廣播中波發(fā)射臺防雷設(shè)施改造實例

郭 煥

（貴州省廣播電視局五〇一臺，貴州 貴陽 550004）

0 引 言

廣播中波發(fā)射臺是廣電系統(tǒng)的基礎(chǔ)臺站，是空中宣傳的重要陣地，對固邊防滲、加強(qiáng)文化宣傳、豐富民眾的文化生活、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的意義。目前，大部分中波發(fā)射臺分布在城市郊區(qū)較高的地理位置。由于地理位置特殊，發(fā)射臺在工作中極易受到雷電問題的影響。貴州省作為全國雷暴日排名第四的省份，省內(nèi)各單位因雷擊的造成的設(shè)備損壞和人員傷亡占意外事故比例較大。中波發(fā)射臺的歷年維修記錄顯示，在每年的雷雨季節(jié)，都會出現(xiàn)發(fā)射機(jī)被雷擊壞的維修記錄。因此，做好廣播中波發(fā)射臺設(shè)備和建筑物的雷電預(yù)防工作，加強(qiáng)對避雷設(shè)施的改造，增加雷電防護(hù)技術(shù)手段，對安全播出工作具有重要的意義。本文簡述了雷電的種類及危害，結(jié)合貴州省廣播電視局五〇一臺的防雷情況，對存在的問題進(jìn)行分析，提出防雷設(shè)施改造的設(shè)計方案，并順利完成臺站防雷設(shè)施的改造建設(shè)，最后通過整改和經(jīng)驗的總結(jié)，對防雷工作提出建議，以期對后續(xù)防雷建設(shè)工作有所幫助。

1 雷電的種類及危害

自然災(zāi)害無法避免。預(yù)防和降低自然災(zāi)害造成的影響，是一項非常重要的工作[1]。通過多年實踐工作，人們發(fā)現(xiàn)，雷電作為一種破壞因素，其呈現(xiàn)的形式主要有直擊雷、感應(yīng)雷、雷電入侵波等。

直擊雷是指大氣中帶有電荷的雷云對地面突出物的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿強(qiáng)度時產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。直擊雷發(fā)生時，雷電流具有強(qiáng)大的熱效應(yīng)、沖擊波、動力效應(yīng)等破壞作用。建筑物、架空電力線及信號傳輸線都有可能遭受直接雷擊。雷電擊中建（構(gòu)）筑物時，會造成脫落掉下砸傷行人。當(dāng)電力線發(fā)生直接雷擊，產(chǎn)生的火花放電會導(dǎo)致系統(tǒng)短路引起火災(zāi)。雷電流沿電力線進(jìn)入機(jī)房，會對設(shè)備造成直接損壞。當(dāng)傳輸線遭到直接雷擊，與其相連的中繼線路板會發(fā)生損壞，導(dǎo)致中繼線焦化、線對之間發(fā)生短路，從而使得傳輸信號中斷。

感應(yīng)雷又稱雷電感應(yīng)，主要分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。靜電感應(yīng)是指當(dāng)雷云接近地面時，在地面突出物頂部被感應(yīng)處聚集大量的異性電荷，雷云與其他異性雷云放電后，聚集到突出物頂部的感應(yīng)電荷就失去束縛，以雷電波的形式高速傳播。在其對大地的雷電反應(yīng)過程中，附近的室外傳輸信號線路或是電磁感應(yīng)都會受到影響，串聯(lián)作用下的設(shè)備也將受到侵害。感應(yīng)雷擊和雷擊電磁脈沖是造成電子設(shè)備損壞的主要原因，廣播發(fā)射臺設(shè)備以及附屬設(shè)備的防雷重點就是防止感應(yīng)雷入侵。

雷電入侵波是指由于雷擊在架空線路的導(dǎo)線上或架空的金屬管道上產(chǎn)生的沖擊電壓，使雷電波在導(dǎo)電作用下直接進(jìn)入室內(nèi)。雷電入侵波不僅會危害各類設(shè)備，嚴(yán)重的還將直接影響和威脅臺站工作人員的生命安全[2]。不論是直接雷擊、電壓傷害還是跨步電壓，都會對臺站值班人員及周邊人群的生命健康產(chǎn)生直接影響。因此，發(fā)射臺站一旦遭受雷擊，不僅會對臺站中的發(fā)射機(jī)、供電等設(shè)備造成破壞導(dǎo)致巨大損失，嚴(yán)重的還將威脅到人員生命安全。

2 貴州省廣播電視局五〇一臺防雷建設(shè)基本情況

貴州省廣播電視局五〇一臺站內(nèi)機(jī)房建設(shè)于20 世紀(jì)60 年代，臺站內(nèi)的防雷建設(shè)共分三個區(qū)域：站內(nèi)機(jī)房大樓建筑物屋面（會議室建筑物長70 m、寬18 m、高11 m），120 m 中波發(fā)射臺鐵塔天調(diào)室，108 m 中波發(fā)射臺鐵塔天調(diào)室。由于當(dāng)時技術(shù)及財力限制，避雷設(shè)施較為簡單，通過第三方檢測，結(jié)果為不合格，也達(dá)不到國家廣播電視總局62 號令相關(guān)防雷規(guī)范要求。

經(jīng)檢查，臺站防雷不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面：機(jī)房大樓建筑物屋面避雷針保護(hù)半徑不夠，機(jī)房大樓建筑物屋面金屬物（衛(wèi)星天線、金屬爬梯、水箱）未接地，屋面信號線未做金屬屏蔽，引下線未做防接觸電壓屏蔽，機(jī)房監(jiān)控值班室操作臺未接地，120 m 中波發(fā)射臺鐵塔天調(diào)室和108 m 中波發(fā)射臺鐵塔天調(diào)室建筑物屋面防直擊雷保護(hù)不夠，機(jī)房設(shè)備電源端處無感應(yīng)雷保護(hù)措施，機(jī)房設(shè)備等電位連接過渡電阻過高。此外，還有一些其他防雷隱患，比如，臺站內(nèi)靠近（間距3 m 內(nèi)）及高過建筑物的樹木需修剪，臺站內(nèi)建筑物室外線纜搭接金屬物面上及樹干的線纜需整改（地埋或根據(jù)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的線纜敷設(shè)方式進(jìn)行架空入戶）。

3 防雷分析及整改方案

針對存在的問題和雷電的特點，避雷針、地網(wǎng)系統(tǒng)和防雷保護(hù)器的改造是本次防雷建設(shè)的重點。臺站從各種可能引入雷電流和瞬態(tài)浪涌過電壓的因素入手，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡乩怼⒌刭|(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件，雷電活動規(guī)律以及臺站被保護(hù)設(shè)備的特點，因地制宜地采取相應(yīng)的措施，以防止或減少雷擊及瞬態(tài)浪涌過電壓所導(dǎo)致的人身傷亡和財產(chǎn)損失，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。同時，根據(jù)臺站傳輸?shù)闹匾约氨槐Ｗo(hù)設(shè)備的特點，按三類防雷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整改。改造方案嚴(yán)格按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)及國家相關(guān)規(guī)范對屏蔽、接地和等電位的要求，不僅要做好室內(nèi)各電氣設(shè)備和信息設(shè)備的等電位連接，還需根據(jù)各電氣設(shè)備和信息設(shè)備所處的防雷區(qū)及其耐沖擊過電壓類別和絕緣耐沖擊電流值等的不同而選用不同等級的防雷保護(hù)器，以防止雷擊電磁脈沖對電源設(shè)備、發(fā)射設(shè)備和各種接收設(shè)備的損壞[3]。另外，根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括機(jī)房在內(nèi)的整個樓房建筑體的接地應(yīng)按均壓等電位原則設(shè)計，防止地電位反擊，接地系統(tǒng)的改建采用聯(lián)合等位接地方式，其接地電阻值不超過4 Ω。

4 改造實施情況

4.1 安裝避雷針

避雷針是根據(jù)尖端放電原理制成的。其工作原理是利用避雷針自身高于周邊建筑物和設(shè)施的特點，把雷電引向自身，承受雷擊，同時把雷電流泄入大地，避免雷電電流通過保護(hù)對象，減小和避免保護(hù)對象損壞的可能。發(fā)射機(jī)天線的防雷主要通過避雷針保護(hù)，將其吸引的雷電電流通過良好的接地流引入到地，從而達(dá)到保護(hù)天線系統(tǒng)的目的。

避雷針的保護(hù)范圍，一般采用“滾球法”（Roll-Ball Method）來確定[4]。“滾球法”就是選擇一個半徑為D（滾球半徑）的球體，沿著需要防護(hù)直擊雷的部位進(jìn)行滾動，當(dāng)球體只接觸到避雷針或避雷針與地面，而不觸及需要保護(hù)的部位，則該部位就在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。避雷針的保護(hù)半徑與其高度（h）有關(guān)，與所選的滾球半徑有關(guān)。第一類建筑物的滾球半徑（閃擊距離）為30 m，第二類建筑物的滾球半徑為45 m，第三類建筑物的滾球半徑為60 m。一般來說，避雷針越高，保護(hù)范圍就越大，保護(hù)效果也越好，但同時也要考慮避雷針建設(shè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

為了彌補(bǔ)臺站建設(shè)之初的缺陷，本次防雷改造首先對機(jī)房大樓建筑物屋面、天調(diào)室屋面增設(shè)防直擊雷保護(hù)措施。用φ12 mm 熱鍍鋅圓鋼沿屋面外沿敷設(shè)避雷帶、接閃導(dǎo)體固定支架間距1 000 mm，支架高度150 mm；采用-40×4 熱鍍鋅扁鋼沿墻面敷設(shè)引下線且不少于兩根，引線下間距不得大于25 m；引下線自地面起2.7 m 的部分做防接觸電壓處理用絕緣材料（線槽、瀝青）等進(jìn)行敷設(shè)隔離。在機(jī)房大樓建筑物屋面安裝一顆高度15 m 的杜爾梅森提前放電避雷針，用來保護(hù)整個會議室和機(jī)房建筑物區(qū)域。

4.2 地網(wǎng)系統(tǒng)改造

地網(wǎng)是雷電泄放的重要通道。良好的接地地網(wǎng)具有非常重要的作用。設(shè)計地網(wǎng)的目的在于，在流往地中的雷電流路徑上得到最低的、經(jīng)濟(jì)上可行的接地電阻，把雷電流產(chǎn)生的電勢保持在安全的范圍內(nèi)[5]。廣播發(fā)射臺一般使用的是共用地網(wǎng)，將各個接地電極進(jìn)行并聯(lián)，此時總電阻比獨立接地的總電阻低。利用建筑結(jié)構(gòu)體，因接地電阻非常小，更能顯示出共用接地的優(yōu)點。即使有一個接地極失效，還能有其他電極進(jìn)行補(bǔ)充，大大提高了接地的可靠性，還可以減少接地電極的總數(shù)，節(jié)省設(shè)備施工的費(fèi)用。實現(xiàn)等電位連接有利于防雷和防爆，等電位連接減小了進(jìn)入控制系統(tǒng)電子線路的共模干擾，便于抗干擾。當(dāng)然，在實施過程中，必須考慮因共用接地位連接發(fā)生的接地電流的性質(zhì)以及電位上升給系統(tǒng)帶來的影響。

結(jié)合臺站的實際情況，此次防雷設(shè)施改造需要建設(shè)一個完善的室內(nèi)室外系統(tǒng)地網(wǎng)，將鐵塔地網(wǎng)、機(jī)房地網(wǎng)、建筑地網(wǎng)、信息系統(tǒng)地網(wǎng)連接形成等電位地網(wǎng)，避免因某一個節(jié)點接地電流引起的電位上升波及共用接地的全部設(shè)備，同時保證快速泄流，保證跨步電壓達(dá)到國家要求的安全值。

針對室內(nèi)地網(wǎng)，在機(jī)房設(shè)備后端安裝一根長6 m的紫銅排作為室內(nèi)設(shè)備接地，并且通過-40×4 熱鍍鋅扁鋼向外引出，與引下線或室外地網(wǎng)相互連接。針對室外地網(wǎng)的建設(shè)，主要考慮到機(jī)房、會議室原有室外防雷接地網(wǎng)年代久遠(yuǎn)且路面硬化，要將新建的避雷針、避雷帶及引下線與原地網(wǎng)相連非常困難且建設(shè)成本較大，因此，新建的避雷針、避雷帶及引下線地網(wǎng)通過建筑兩側(cè)及建筑物后方形成凹字型，在面對機(jī)房左邊原有引下線匯流進(jìn)行連接。連接線沿路面鋪設(shè)-40×4 熱鍍鋅扁鋼，并用水泥敷設(shè)包裹，防止跨步電壓及防接觸電壓。同時，對兩座天調(diào)室建筑物防直擊雷接地設(shè)施進(jìn)行調(diào)整，通過-40×4 熱鍍鋅扁鋼就近接入鐵塔地網(wǎng)，裸露處需做好屏蔽措施。

4.3 加裝防雷保護(hù)器

感應(yīng)雷擊和雷擊電磁脈沖也是造成電子設(shè)備損壞的主要原因。設(shè)備附近發(fā)生雷擊時，感應(yīng)電磁脈沖可通過傳輸線形成入侵波。同樣的道理，即使遠(yuǎn)處發(fā)生雷擊，但只要傳輸線通過設(shè)備區(qū)域，一樣可以引入感應(yīng)雷電波。各類信號線和天饋系統(tǒng)是接收直擊雷和感應(yīng)雷的途徑。臺站室內(nèi)各發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備信號的電源線與信號線是從室外進(jìn)入室內(nèi)的，而衛(wèi)星接收天線的天饋系統(tǒng)未采取防雷措施，由于衛(wèi)星接收機(jī)等電子設(shè)備抗過電壓能力低，很容易感應(yīng)過電壓而遭受損壞。因此，在設(shè)備的電源和信號端口上必須加裝防雷保護(hù)器。

在實施過程中，在機(jī)房設(shè)備電源前端安裝了一二級浪涌保護(hù)器，并聯(lián)安裝一套德國DEHN公司出品的三相電源防雷器（DG MTT-385）作為電源系統(tǒng)二級防雷保護(hù)。另外，在值班室控制桌設(shè)備電源和信號源機(jī)柜電源前端各并聯(lián)安裝一臺DGS-275/20 kA單相電源防雷器。所有的防雷器接地引出線均采用16 mm2的軟銅芯線，就近接入室內(nèi)地網(wǎng)。

5 建設(shè)成果

在避雷設(shè)施改造工程建設(shè)完成后，貴州省廣播電視局協(xié)調(diào)園林局對臺站內(nèi)靠近（間距3 m 內(nèi)）及高過建筑物的樹木進(jìn)行修剪，對臺站內(nèi)建筑物室外線纜搭接金屬物面上及樹干的線纜進(jìn)行架空處理和整改，并邀請第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測，連續(xù)3 年測試結(jié)果均為合格。臺站防雷改造施工建設(shè)完畢至今，未出現(xiàn)雷擊事故，達(dá)到了工程建設(shè)的目的，提升了設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

6 防雷工作建議

廣電設(shè)備的雷電預(yù)防工作，不僅可以提升工作人員自身安全，同時還能保障臺站設(shè)備平穩(wěn)安全運(yùn)行。因此，為了提升雷電防護(hù)技術(shù)手段，發(fā)射臺站需要加強(qiáng)開展雷電防護(hù)工作。只有這樣，才能穩(wěn)定提升設(shè)備工作質(zhì)量和運(yùn)行效率。結(jié)合日常雷雨保障和本次防雷整改工作，本文提出以下幾點防雷工作建議，以期更好地提升防雷水平。

（1）根據(jù)廣播中波發(fā)射臺所處地區(qū)的氣候特點，確定實際應(yīng)滿足的雷電防護(hù)等級。對于不同的發(fā)射臺，雷電防護(hù)要求是不同的。進(jìn)行防雷系統(tǒng)設(shè)計時，需要將此因素考慮進(jìn)去。

（2）建立防雷設(shè)施的日常檢查維護(hù)制度，將對防雷設(shè)施的維護(hù)納入日常工作中。發(fā)生雷擊事故后，技術(shù)人員應(yīng)及時進(jìn)行調(diào)查，詳細(xì)分析事故的原因，評估雷電造成的損失，進(jìn)行必要的整改。

（3）除常規(guī)巡查檢查外，還需未雨綢繆，委托具備資質(zhì)的專業(yè)防雷公司在每年雷雨季節(jié)到來前對所屬的防雷設(shè)施進(jìn)行系統(tǒng)的全面維護(hù)檢查，發(fā)現(xiàn)問題并及時進(jìn)行整改。

7 結(jié) 語

做好防雷防護(hù)工作，能夠保障廣電設(shè)備的安全運(yùn)行。雷電防護(hù)是一項綜合性強(qiáng)的系統(tǒng)工程。因此，針對存在的問題，需要配合有資質(zhì)的防雷機(jī)構(gòu)做好設(shè)施的維護(hù)和整改，并在日常工作中對防雷設(shè)施進(jìn)行規(guī)范化、精細(xì)化的管理，最大限度地降低被保護(hù)物遭到雷擊的可能性。本次避雷設(shè)施改造建設(shè)大大提高了中波發(fā)射臺站的抗雷擊能力，保障雷雨季節(jié)發(fā)射機(jī)安全運(yùn)行，對安全播出提供更好的保障，降低了中波廣播停播率。