高山電視轉播臺避雷技術

我縣電視轉播臺建在青龍滿族自治縣縣城南大山山頂上，海拔684 M，鐵塔高度76 M，早些年，每到雨季，臺內時有雷擊現象發生，擊壞配電系統等，造成停播，不僅經濟上造成不應有的損失而且給臺內值機人員的人身安全造成威脅。認真分析雷擊情形，發現雷電是在雨季瞬間發生的自然現象，不同的季節，不同的地理環境，所形成的雷電形式就不一樣，強弱也千變萬化，所以給雷電的防范造成一定的困難。國內外的諸多資料表明，雷電分直擊雷、感應雷和繞擊雷等多種?，F在防雷方法種類多，有富蘭克林避雷針、避雷帶、法拉第網、高脈沖針、動力球、放射性針、多短針散逸陣列、少長針半導體消雷器等。

不論采用哪種避雷方法，都應根據具體情況，因地制宜，才能達到效果。

富蘭克林避雷針以及衍生的各種形式，其特點是利用自身的高度將雷電吸引于自身，代替被保護物受雷擊，這是一種被動挨打的防雷手段，在實際運行中暴露出許多弊病，雷擊現象時有發生。

1.一根垂直的避雷針無法獲得一個肯定的保護區域

有資料介紹：莫斯科537M高電視塔，雷曾繞擊200M和300M的塔身，甚至達到離塔150M的地面。塔附近1.5KM內雷擊率比莫斯科市平均雷擊率高2.5?4倍。由此提出對避雷針45°保護區域不能抱樂觀態度。

2.無法解決感應雷過電壓問題

由于避雷針有吸引雷電的本領，所以雷擊次數就會增多，即使雷擊被吸引到針上，被保護物也會因感應過電壓而放電造成事故。河北某礦電視轉播塔高約70 M，辦公樓位于塔側3 M處，三層樓頂設有衛星接收天線，2010年7月一次感應雷擊，擊毀樓內電話線路、接收機、監視器、電腦等。

3.雷電的反擊現象難以克服

當避雷針距被保護物空氣中水平距離SK 5 M，距被保護物接地裝置間的地中距離SD 3M時會發生反擊現象。這些規定在我們廣播系統是難以實現的，絕大多數情況是各種電力線、電話線和各種天饋線等距針及引下線不過近在咫尺，有的甚至就綁在針及引下線上面，所以雷擊事故頻發。我縣南大山轉播臺1987年7月擊毀高山臺上的電力變壓器。在微波、電視、調頻塔上加裝避雷針，反而會引起更多的雷擊電波導，饋線串入機房擊壞設備，這種現象幾乎在高山臺年年都有發生。

4.不容忽視的接觸電壓和跨步電壓問題

當雷擊避雷針時，由于電流在地擴散時會在地面上沿半徑各點形成不同電位，所以附近的人若跨開兩腳會造成很高的跨步電壓。當人接觸正受雷擊的物體時，從他接觸的最高點沿身體到地面就會有一個電位差，這些都會對人體造成威脅。

以上說明避雷針避雷不夠完善。為了彌補不足，有經驗的工程技術人員常常采用避雷針與避雷線（高壓輸電封閉線）、避雷帶（擴大雷電流通路），法拉第網（機房屏蔽）、避雷墻（防滾雷）、散逸陣列加水平針（防直擊雷和繞擊雷），關鍵部位加避雷器（防反擊雷）等措施綜合防治。但這些方法都未擺脫導體引雷的特點，終究不能解決雷擊的問題。

半導體少長針避雷器，是一種比較先進的防雷裝置，由半導體針組、接地引下線和接地裝置組成。半導體針組由5M長的半導體針組構成，針的頂部有4根金屬分叉尖端。該裝置是在避雷針的基礎上發展起來的新技術。他利用了少長針的獨特結構，在雷云電場下發生強烈的電暈放電，及布滿在空中的空間電荷產生屏蔽效應，并中和雷云電荷，利用半導體材料的非線性改變雷電發展過程，延長雷電放電時間以減小雷電流的峰值和陡度，從而有效地保護了被保護的物體。此裝置在我縣南大山電視轉播臺應用多年，避雷效果很好。

消雷器利用半導體針的電阻將形成上行雷需有100A的上行先導電流抑制到幾十安培以下，破壞了上行雷的形成條件，從而控制上行雷先導的發展，可以做到100%消減上行雷，使高塔落雷的總數大大減少。

消雷器從結構的設計上，充分利用了雷擊電場的強大動力，從而產生強烈的中和電流，使雷擊電場達不到放電極限，即有效地防止雷擊發生。

消雷器以上兩種功能，可使總雷擊次數消減75%左右。

在下行雷的情況下，當雷電活動太快，消雷器的電暈電流的中和作用來不及抑制其發生時，消雷器允許受雷，使得在電離通道（主放電通道）串連了非線性電阻，從而使雷擊主放電受到限制，主放電時間從微秒級延至毫秒級，有效地減少了主放電電流，甚至使雷擊主放電過程不會出現。

半導體少長針在雷擊下向周圍空間輸送異性電荷的結果，使消雷塔頂部形成了一空間電荷層，它有效地降低了消雷塔附近的場強，使消雷塔附近地面難以形成向上發展的“迎面先導”，大大減少了對地雷擊的可能。固此消雷器的保護范圍很大，可以達到塔高5倍以上，保護角大于80°。

消雷器可使雷擊次數消減75%左右，并能使剩余的25%的雷擊次數主放電流大為減弱，所以其對地電阻的要求是比較寬松的，一般不需要人為的按地裝置，利用塔基的自然接地即可。為安全起見，消雷器的接地電阻設計時仍按我國規程上對避雷針接地電阻的要求，即 4Ω，最大不能大于10Ω。

青龍南大山電視轉播臺防雷接地改造方案

青龍電視轉播臺位于南大山山頂，三面為陡石壁，一面是約50°山坡，巖石裸露，僅100平米的開拓地建造了機房，76M高鐵塔矗立在機房頂上，由于在周圍環境中該地處于最高點，故是雷擊易發處，我們采用了半導體少長針消雷器及降低接地電阻等方法解決避雷的問題。

一. 該臺原有的情況

1.接地電阻：地網50平方米左右，實測16-20Ω。

2.電源：10KV架空線路經10KV/380V變壓器再經200 M左右的低壓架空線進入機房。

3.雷擊情況：曾擊毀一臺變壓器。另外在交流380V低壓線與機房接口處絕緣打壞。經分析有兩種可能：（1）直擊塔頂在機房接口處發生反擊現象。（2）直擊架空線，因變壓器低壓側無避雷器，在低壓側產生過電壓，故擊壞設備。

二. 改進防雷方案

1.將變壓器移至機房30M處，在變壓器低壓側及低壓與機房接口處加裝氧化鋅避雷器MY-470，低壓進線改用鎧裝電纜，電纜鋁皮兩端分別接地。如圖（1）

2.機房的屏蔽：機房的頂部用 8鍍鋅圓鋼，敷設水平屏蔽帶和屏蔽網并與塔的接地引下線相連如圖（2）。由機房頂部四角（即塔角）及水平屏蔽帶上向下垂直敷設屏蔽帶。 8鍍鋅圓鋼距墻5CM，構成機房四周的屏蔽。機房底部采用鍍鋅網做水平屏蔽網。在距機房0.5M處，用 10鍍鋅圓鋼敷設水平接地帶，并與機房頂部引下的垂直屏蔽帶及底部水平屏蔽網相連。

3.降低接地電阻：原有接地網（1）50平方米，測得結果：R=16?20Ω，由此可知電阻率ρ＝2R ＝2×（16?20）× ＝220?300Ω，圖（3）中2、3兩處情況與1相似。

在2處再鋪設地網100平方米與1處相連，3處鋪地網150平方米，并用降阻劑（鐵精粉、粘土加鹽）置換接地上壤。（降阻劑比例可按100份粘土加20份鐵精粉，再加5份鹽）。R1、2=R3=0.5×（220?300）× =9.4?13Ω。1、2、3所組成的接地網的接地電阻為R總=0.5×（220?300）÷ ÷2÷0.85=（5.2?7.2）Ω〔1、2、3并聯利用系數為0.85〕。

另外，由機房四周水平接地帶向周圍有巖石裂隙的地方敷設（30?50 ）M鍍鋅扁鋼（8×80）并在巖石縫處打入垂直接地體（ 8圓鋼）并與扁鋼相連，深度視情況而定，一般H﹦0.3?0.5M。測量表明每根（15?20× 8圓鋼）打入石縫的垂直接地體電阻為120Ω，15?20根并聯后則R﹦（9.4?7Ω），利用系數0.85，再與1、2、3聯合作用則接地電阻可降至R﹦（3.2?4.5）Ω。

三. 采用半導體少長針消雷器防雷

根據半導體消雷器系列產品規格，選用了BS-Ⅱ，5000×13，保護范圍1：3.5 ， ﹦0.7（ 為安全度），即塔高2.45倍，約68°角，由于塔高大于60M需加水平消雷針。

在安裝肖雷器及水平消雷針時，天線最高部分至少低于離它最近的消雷針1M。

四．避雷效果

消雷器安裝于1991年3月底完成。經過多年的運行，沒有發現任何的雷擊情況，但避雷針的針數要在雨季過后認真檢查，是否有被雷擊斷和擊落現象，應及時處理，以待來年，效果好不好，還要堅持每年和雨季來臨之前測量接地體接地電阻，保證8Ω以下良好接地。達到消雷保護人身和設備安全，從而實現安全播出。