高山廣播電視發射臺防雷技術的研究與探討

梁景峰

1.中國氣象局氣象干部培訓學院河北分院

2.河北省信息工程學校，河北 保定 071000

1 概述

廣播電視發射臺為覆蓋較大范圍、提高收視質量，一般建在高山頂上，而這些區域地形和氣象條件復雜，土壤電阻率高，雷電活動強烈且頻繁，加之發射塔高聳，電源、信息遠距離輸送等因素，使其容易遭受雷擊，因而必須采取嚴格的防雷措施[1]。近年來隨著發射臺系統向固態化、智能化、網絡化的方向發展，電子設備集成度高，雷電對系統正常運行的影響日益嚴重；大量高山發射臺建臺年代久遠，防雷裝置出現嚴重老化和破壞，防雷效果減弱，雷擊已成為直接威脅到工作人員的人身安全和播出設備安全的主要因素。因此非常有必要對發射臺防雷系統進行全面的改造。

2 高山廣播電視發射臺雷擊類型

高山發射臺遭受雷擊破壞主要是由于雷電流幅值極高、變化梯度極大的特點引起的，具體危害形式如下。

（1）直擊雷，即高山發射臺室外設施直接被雷電擊中，產生劇烈熱效應、電效應和機械力效應造成破壞。由于高山發射臺獨特的地理位置和空曠的周邊環境，雷電活動頻繁，直接雷擊概率是平原地區的2倍。

（2）雷電感應，即雷電流產生的靜電感應和電磁感應對發射系統造成危害。由雷云在架空線路和設備上感應出大量電荷，雷云放電電荷中和，架空線路和設備上的感應電荷得到釋放，如不能就近泄入地中就會產生很高的電位，造成空氣間隙擊穿，產生火花。雷電放電時巨大的沖擊電流在周圍空間產生迅速變化的強磁場，感應出很高的電動勢，電磁能量若不及時泄入地中，也可能產生，造成事故。

（3）雷電波侵入，即雷電波沿各種管線侵入室內造成危害。主要由于架空線路遭雷擊或雷電感應產生的高電位沖擊波，對廣電的播出環節造成干擾，嚴重時對電源或信息終端系統造成損壞。

（4）雷擊電磁脈沖，即雷電流經電阻、電感、電容耦合產生的電磁效應，對廣電發射系統內部造成過電流和過電壓現象的破壞。目前發射系統多是由大規模集成電路組成的設備，其耐電壓水平低，抗電磁脈沖干擾能力差。

（5）地電位反擊，即雷電擊中信號發射鐵塔后，會造成附近地網電位的迅速升高，損壞電器和設備。

3 高山廣播電視發射臺防雷現狀分析

高山發射臺站一般將發射鐵塔作為避雷針使用，通過塔身向接地裝置泄放雷電流，在施工時將生活區地網和機房地網進行等電位連接，形成共用接地系統[2]。但雷擊事故常有發生，防雷措施存在一定問題。

高山發射臺地網由于受地形影響一般面積不大，山區的土壤電阻率偏高，因此接地電阻值一般較高。接地體由于埋設年代久遠銹蝕嚴重，地網連接扁鐵的斷裂及各處接地電阻的變大等，使原有系統的防雷能力大打折扣。廣播電視發射臺采用雙電源供電，10kV主電源由山下高空架設至高壓配電房，只在終端配置高壓避雷器，無直擊雷防護。雷電波極易侵入高壓配電房，低壓側電涌保護器通流容量低，連線細且長，敷設不合理，已造成雷擊災害。發射臺備用電源采用柴油發電機組，沒有采取必要的防雷措施，存在安全隱患。鐵塔和機房的接地采用薄銅板，其厚度和牢靠性無法滿足防雷要求。配電屏穩壓器前常未設置等電位連接均壓排存在安全隱患。值班機房玻璃夾層屏蔽銅絲網一般未可靠接地，機房內電源線與信號線同槽鋪設現象普遍存在。室外設施有監控系統、衛星天線，機房空調室外機、微波天線、電話線路等，雖均處于鐵塔防直擊雷保護范圍內，但未采取屏蔽措施，往往由于雷電感應造成嚴重損壞。

4 高山廣播電視發射臺防雷改進措施

根據高山廣播電視發射臺雷擊類型，針對原有防雷系統的不足，設計了新的改造措施。從主要從外部防雷和內部防雷兩個方面進行改進。

4.1 外部防雷整改措施

外部防雷主要是防直擊雷，由接閃器、引下線和接地裝置組成。高山發射臺的接閃器和引下線一般較為完善，往往是接地裝置存在問題。為滿足發射臺接地電阻小于4Ω的要求，需對原有接地系統進行修繕改造，除將機房地網、鐵塔地網和變壓器地網連接組成共用地網擴大地網面積外，還可以在地網外圍增設1圈或2圈環形接地裝置[3]。環形接地裝置由水平接地體和垂直接地體組成，水平接地體周邊為封閉式，與地網宜在同一水平面上，環形接地裝置與地網之間以及環形接地裝置之間均應每間隔3至5m相互焊接一次；也可在鐵塔四角設置輻射式延伸接地體，長度宜限制在10至30米。必要時可在接地體周圍添加降阻劑降低土壤電阻率。對各地網的連接處采取防腐處理，每年應注意檢查地網腐蝕狀況。

4.2 內部防雷整改措施

內部防雷主要是防止雷電感應、雷電波侵入和雷擊電磁脈沖等危害，主要措施有安裝電涌保護器、等電位連接、合理布線和屏蔽等。針對高山廣播電視發射臺供配電、信息系統防雷措施不足，結合其特點，采取以下改進措施。

4.2.1 電源系統防雷措施。

在配電房低壓進線柜處安裝一組Ⅰ級試驗的電涌保護器，每個電涌保護器的通流容量宜為100kA，保護水平2.5kV，響應時間小于25ns，連接導線相線大于16mm2，接地線大于25mm2。發電機組輸出端安裝一組Ⅱ級試驗的電涌保護器，通流容量為40kA，保護水平2.2kV，響應時間小于25ns，相線大于16mm2，接地線大于16mm2。在機房穩壓電源輸入端安裝一組Ⅱ級試驗電涌保護器，通流容量為40kA，相線大于16mm2，接地線大于16mm2，在設備機房高頻發射柜電源輸入端安裝一組Ⅲ級試驗電涌保護器，通流容量為20kA，相線大于16mm2，接地線大于16mm2。

4.2.2 等電位連接措施

由于設備機房的高頻接地采用薄銅板，為滿足保護接地和防雷等電位連接的要求增加接地母排2處（穩壓電源處、發射機設備處）采用截面積不小于50mm2的銅帶，從接地體適當的位置用35mm2銅線分2路接于母排，設備或部件就近接于母排[4]。在值班機房處設局部等電位連接母排排，接地形式為Mn型。配電屏穩壓電源、柴油發電機組等部位也要設母排并做好連接。室外設備和部件與避雷帶用焊接并作防腐處理。

4.2.3 屏蔽及合理布線措施

由于室外線纜均未穿金屬管，因此監控系統、衛星天線，機房空調室外機、微波天線、電話的信號線和電源線在LPZ0B區和LPZ1區分界處增設電涌保護器。按合理布線的要求將機房內的信號線和電源線分槽敷設，當難以分開時應根據實際情況將電源線與信號線分開綁扎。值班機房玻璃夾層的銅絲網應可靠接地。

5 結束語

雷電對高山廣播電視發射臺的危害是多方面的，本文根據其防雷措施中存在的缺陷和局限性，提出了符合要求的改進措施。隨著高山發射設備電子化、信息化程度大幅度的提升，防雷措施必須多措并舉，綜合考慮，多級防護，才能確保高山廣播電視發射系統的準確、高效、安全、可靠運行。

[1]林正坤，陳泓熙，蘭婷. 福州董鳳山發射臺綜合防雷改造方案[J]. 有線電視技術，2011，264（12）

[2]陳金順. 廣播電視發射臺的防雷技術[J]. 電聲技術，2001，193（7）

[3]劉吉克. GB50689-2011通信局（站）防雷與接地工程設計規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2012

[4]林維勇. GB50343-2012建筑物電子信息系統防雷技術規范[S]. 北京:中國計劃出版社，2011