淺析中波廣播臺(tái)的防雷技術(shù)

趙健林，劉元林

1.浙江省青田縣氣象局，浙江 麗水 323900

2. 浙江省麗水市氣象局，浙江 麗水 321400

1 天線塔防雷及天調(diào)室的高頻接地

天線自立塔通常是局部區(qū)域內(nèi)最高的物體，容易招引雷電，如果天線不能得到有效的保護(hù)，由它引入的雷電將對(duì)整個(gè)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)﹑發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。中波天線和電視調(diào)頻天線不同，天線塔的底部不是直接入地，而是完全和大地隔離，依靠一種放電間隙的方式，僅靠塔座底部的放電球進(jìn)行放電完成泄流。而當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，塔身將雷電流泄入大地的能力肯定不如直接接地的鐵塔，其后果是塔身很可能瞬間形成很高的電動(dòng)勢(shì)，容易發(fā)生反擊，而且強(qiáng)大的雷電波會(huì)通過(guò)線纜侵入綜合樓及周邊建筑，產(chǎn)生巨大危害。另外，伴隨著雷電流而產(chǎn)生的電磁脈沖還將影響正常電磁波的收發(fā)。為了應(yīng)付這種情況，筆者認(rèn)為最佳的解決辦法就是從天線塔及電力系統(tǒng)等雷電重災(zāi)區(qū)開始，層層設(shè)防，防護(hù)措施環(huán)環(huán)相扣，將雷電隱患降至最低。

1.1 天線塔的防雷措施

天線塔頂應(yīng)設(shè)置避雷針，使各副天線﹑饋線位于雷電接閃裝置的保護(hù)范圍內(nèi)。避雷針采用不小于φ16mm的熱鍍鋅圓鋼。饋管的上下兩端應(yīng)可靠地采取等電位連接。

1.2 接地地網(wǎng)

1）對(duì)于現(xiàn)代防雷技術(shù)來(lái)說(shuō)，接地裝置的優(yōu)劣直接關(guān)系到泄流效果。而決定接地裝置效果的不僅僅是較低的接地電阻，更關(guān)鍵的是根據(jù)臺(tái)所處的地形﹑地質(zhì)條件和建筑物的布置，因地制宜地設(shè)計(jì)接地網(wǎng)形式和埋設(shè)方法。不過(guò)，在合理布置接地裝置的前提下，總的一個(gè)原則就是接地電阻越小才能獲得越好的對(duì)地放電效果。

需要強(qiáng)調(diào)的是，中波發(fā)射臺(tái)的地網(wǎng)不僅僅是起防雷接地的作用，它更主要還是作為發(fā)射機(jī)技術(shù)構(gòu)成的重要部分。它和普通地網(wǎng)有所不同，從減少大地?fù)p耗角度來(lái)說(shuō)，地網(wǎng)埋設(shè)不能過(guò)深，對(duì)于這種特殊情況，在土壤電阻率較高的地區(qū)，可以采取換土﹑添加降阻材料的措施，以獲得較低的接地電阻值。接地方式視情況而定，一般應(yīng)采用共用接地裝置，將防雷接地﹑工作接地和保護(hù)接地連在一起。共用接地電阻值不應(yīng)大于1Ω。大地網(wǎng)應(yīng)以鐵塔底部的中心為圓心，呈現(xiàn)放射狀均勻向外敷設(shè)，一般選用φ2mm～3mm紫銅線或銅包鋼心線，用60根或120根，每根長(zhǎng)度一般為120m～150m，可深埋到500mm～700mm。敷設(shè)時(shí)應(yīng)將地網(wǎng)線拉直，末端加以固定，始端應(yīng)焊接在鐵塔底部基礎(chǔ)所包的銅皮四周。

2）塔基座放電球的入地端接地極

天線基面采用放電球及其入地端與大地連接，它包括一對(duì)羊角間隙，在正常情況下和大地隔離，當(dāng)電位急劇升高時(shí)對(duì)地放電。放電球的入地端接地極由垂直接地極和水平接地極組成。垂直接地極采用數(shù)根直徑長(zhǎng)2500mm×50mm×50mm×5mm的熱鍍鋅角鋼，施工中要以接近天調(diào)室的塔基座為準(zhǔn)。入地上端應(yīng)預(yù)留100mm～200mm，并用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼將角鋼入地上口焊接連接起來(lái)，使塔基座上放電球的入地端能將雷電流良好的入地泄放。塔基中心的入地端還要用銅帶分別與周圍大地網(wǎng)連接，以減小地網(wǎng)的接地電阻，不僅是給射頻信號(hào)提供回路，同時(shí)也是為雷電流提供一個(gè)暢通的入地點(diǎn)。

1.3 天調(diào)室的高頻接地

高頻接地是發(fā)射臺(tái)不可缺少的特殊接地系統(tǒng)，其目的就是有一個(gè)良好的高頻地電位，以減少各塔之間和發(fā)射機(jī)之間的串?dāng)_。高頻接地包括高頻設(shè)備外殼的接地和屏蔽的接地。為減小接地線自感和其內(nèi)渦流損失，高頻接地線應(yīng)采用多股銅線或銅板，銅板的上口中央引出一段銅帶與天調(diào)室內(nèi)的屏蔽層﹑網(wǎng)絡(luò)架相連接。高頻接地線不宜太長(zhǎng)。接地線長(zhǎng)度最好能限制在電磁波波長(zhǎng)的1/4之內(nèi)；如無(wú)法達(dá)到這一要求，也應(yīng)避免波長(zhǎng)1/4的奇數(shù)倍。高頻接地體宜采用銅材制成，宜直立埋設(shè)，直立銅板應(yīng)地埋在1m以下最適宜，并與大地網(wǎng)相連構(gòu)成一個(gè)整體。

2 高低壓供電系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)

為防止雷電沿著電源系統(tǒng)進(jìn)入綜合樓，主要防雷電波侵入措施有：

高壓線進(jìn)線上端架設(shè)至少1公里長(zhǎng)的架空避雷線，電力變壓器輸入端安裝一組高壓避雷器，輸出端安裝一組低壓避雷器。

從變壓器到綜合樓的電源線應(yīng)該采用金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿金屬管埋地引入，埋地長(zhǎng)度不宜小于50m。同樣，從天線塔到綜合樓的各類線纜也應(yīng)采用金屬鎧裝線纜或線纜穿金屬管埋地引入。線纜金屬外皮或金屬護(hù)套應(yīng)在首尾兩端與防雷裝置做連接。

低壓配電接地系統(tǒng)應(yīng)采用TN-S系統(tǒng)，電纜在站區(qū)內(nèi)均埋地敷設(shè)，入戶處做重復(fù)接地。為了能夠多級(jí)泄流，應(yīng)對(duì)綜合樓電源系統(tǒng)進(jìn)行多級(jí)浪涌防護(hù)。第一級(jí)為在電源引入配電間的總配電柜中安裝流通容量大的三相電源防雷箱；第二級(jí)為在綜合樓總配電箱的總開關(guān)后安裝流通容量較大的限壓型浪涌保護(hù)器，以消除第一級(jí)殘余的雷電流和過(guò)電壓；第三級(jí)為在發(fā)射機(jī)機(jī)房配電箱和生活用電配電箱中安裝限壓精度較高﹑反應(yīng)時(shí)間較快的限壓型浪涌保護(hù)器；第四級(jí)為在發(fā)射機(jī)機(jī)房直流穩(wěn)壓電源中安裝精度高﹑反應(yīng)時(shí)間快的限壓型浪涌保護(hù)器。

3 綜合樓的防雷

當(dāng)今的綜合樓大都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，建筑物內(nèi)的鋼筋及大尺寸的金屬構(gòu)件縱橫交錯(cuò)形成一個(gè)法拉第籠，能夠?qū)纂娏鬟M(jìn)行初步的泄流和對(duì)電磁干擾進(jìn)行初步屏蔽，這對(duì)發(fā)射機(jī)機(jī)房的雷電防護(hù)益處頗多。

3.1 綜合防雷系統(tǒng)

接閃裝置宜由屋頂避雷針和避雷帶組合構(gòu)成。避雷針與避雷帶進(jìn)行兩點(diǎn)以上的可靠焊接。避雷針須確保天面的衛(wèi)星接收器等金屬裝置處于其保護(hù)范圍內(nèi)。凡突出屋面的所有金屬構(gòu)件﹑設(shè)備及金屬管道均應(yīng)與避雷帶可靠電氣連接。

利用建筑物柱內(nèi)兩根不小于φ16mm的主筋通長(zhǎng)焊接作為防雷引下線。引下線頂端和底端分別與接閃裝置﹑接地裝置可靠焊接。

接地裝置應(yīng)為自然接地體，即利用綜合樓基礎(chǔ)內(nèi)鋼筋焊接形成的閉合環(huán)形。綜合樓如屬天線塔防雷裝置保護(hù)范圍時(shí)，應(yīng)與天線塔應(yīng)共用一個(gè)防雷接地系統(tǒng)，綜合樓的基礎(chǔ)地網(wǎng)需要與天線塔大地網(wǎng)進(jìn)行多點(diǎn)連接。如果綜合樓與天線塔相距較遠(yuǎn)，不在天線塔防雷裝置保護(hù)范圍內(nèi)，應(yīng)單獨(dú)設(shè)為自成一體的防雷接地系統(tǒng)。

3.2 內(nèi)部防雷系統(tǒng)

1）發(fā)射機(jī)機(jī)房的屏蔽及等電位措施

按照需要保護(hù)和控制雷電電磁脈沖環(huán)境的要求，可以將綜合樓從外部到內(nèi)部劃分為不同的防雷區(qū)。在綜合樓防雷裝置保護(hù)范圍之外的區(qū)域?yàn)橹睋衾追欠雷o(hù)區(qū)，而在綜合樓金屬框架或鋼筋混凝土鋼筋等組成的大空間法拉第籠內(nèi)，不可能遭受直接雷擊，且電磁場(chǎng)逐漸衰減。按照這一原理，發(fā)射機(jī)機(jī)房宜選擇在低層中心部位，其設(shè)備遠(yuǎn)離外墻結(jié)構(gòu)柱，即與防雷引下線保持安全距離。綜合樓應(yīng)采取總等電位連接措施，在底層設(shè)置總等電位端子箱，所有進(jìn)出綜合樓的金屬管道﹑金屬線纜，金屬構(gòu)件均就近與總等電位端子箱相連接地。在不同的防雷區(qū)交界面設(shè)置局部等電位連接端子箱，以便穿過(guò)各防雷區(qū)的金屬物做等電位連接。為改善電磁環(huán)境，建筑物所有的大尺寸金屬物均電氣連接起來(lái)。

由于發(fā)射機(jī)機(jī)房對(duì)電磁環(huán)境要求較高，僅利用綜合樓的自然金屬構(gòu)件無(wú)法達(dá)到更好的屏蔽效果。故應(yīng)該專門把發(fā)射機(jī)機(jī)房設(shè)置成屏蔽機(jī)房。屏蔽材料用板狀或網(wǎng)狀銅材﹑鋁材或鋼材制成。板材厚1mm即可滿足要求。網(wǎng)材的網(wǎng)眼越小﹑網(wǎng)絲越粗則屏蔽效果越好。必要時(shí)可采用雙層屏蔽。

作為后續(xù)防雷區(qū)，屏蔽機(jī)房?jī)?nèi)也須設(shè)置局部等電位端子箱并與屏蔽網(wǎng)或屏蔽層相連，且當(dāng)金屬導(dǎo)體﹑線纜屏蔽層或金屬線槽進(jìn)入發(fā)射機(jī)機(jī)房時(shí)，應(yīng)就近接到相應(yīng)等電位端子上。

2）發(fā)射機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)弱電線纜和設(shè)備的防護(hù)

（1）為了減少電磁干擾，應(yīng)合理布線，并對(duì)線纜進(jìn)行屏蔽。線纜的金屬外皮和各種金屬屏蔽層應(yīng)在首尾兩端接地，且在進(jìn)入綜合樓處與總電位端子箱相連，在發(fā)射機(jī)機(jī)房進(jìn)口處與機(jī)房局部等電位端子箱連接；

（2）信號(hào)線纜內(nèi)芯相應(yīng)端口應(yīng)安裝適配的信號(hào)線路浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器的接地端及線纜內(nèi)芯的空線對(duì)應(yīng)接地。根據(jù)信號(hào)線路的工作頻率﹑傳輸介質(zhì)﹑傳輸速率﹑傳輸帶寬﹑工作電壓接口形式﹑特性阻抗等參數(shù)，選用電壓駐波比和插入損耗小的適配信號(hào)浪涌保護(hù)器；

（3）在發(fā)射機(jī)的射頻入端口安裝饋線線路浪涌保護(hù)器。根據(jù)被發(fā)射機(jī)的工作頻率﹑平均輸出功率﹑連接器形式和特性阻抗等，選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的饋線浪涌保護(hù)器。

4 結(jié)論

綜上所述，中波廣播臺(tái)的雷電防護(hù)工程是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程。任何一個(gè)環(huán)節(jié)的防雷措施不到位，都有可能對(duì)廣播發(fā)射系統(tǒng)造成雷擊損壞。如果做到對(duì)天線及天調(diào)室﹑電源線路和綜合樓的層層防護(hù)，相信可以有效的防止雷電及高頻信號(hào)的侵入，將雷災(zāi)損失降到最低。

[1]建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50057-942000).

[2]建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范（GB 50343-2004）.

[3]中、短波廣播發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范（GYJ 34-1988）.

[4]沈龍輝，等著.廣播電視轉(zhuǎn)播臺(tái)防電源浪涌措施的技術(shù)實(shí)