高山廣播電視發射臺的防雷

黃衍龍

（作者單位：福建省長汀縣廣播電視發射臺）

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高山廣播電視發射臺的防雷

黃衍龍

（作者單位：福建省長汀縣廣播電視發射臺）

摘 要：高山廣播電視發射臺的地理位置、環境以及氣象條件等比較特殊，加之發射系統逐漸朝著信息化和電子化的方向發展，使雷電危害的程度逐漸增加，原有的高山廣播電視發射臺的防雷電技術措施已經不能維護設備以及工作人員的安全。因此，需要高山廣播電視發射臺積極探索新的防雷電技術措施，提高發射臺的防雷電水平，既能保證廣播電視發射系統能夠正常運行，也能維護工作人員的生命安全。本文就高山廣播電視發射臺的防雷電技術進行分析和研究。

關鍵詞：高山廣播電視；發射臺；防雷電技術

雷電的破壞力極強，能夠產生幾百萬伏的電壓、幾百千安的瞬間沖擊電流，而且雷電流帶來的熱效應、電磁效應有著極強的破壞力，會造成嚴重的危害。廣播電視發射臺一般建在高山頂上，主要是為了擴大覆蓋的面積，提高收視質量，但是這些地區的地形以及氣象條件等比較復雜，雷電活動頻繁，再加上發射塔高度比較高，電源以及信息的遠距離輸送等問題，更容易受到雷擊。因此，需要采取更為嚴格和合適的防雷電技術措施，以保證系統的正常運行。

1 高山廣播電視發射臺的雷電產生及危害

1.1 雷電的產生

雷電是一種自然現象，具有巨大的能量，是帶電云層對大地進行放電的過程。云層的上部主要是正電荷，下部主要是負電荷，云層上部以及下部之間有電位差，在形成雷云層時[1]，由于受到大氣電場以及溫差起電的影響，正負電荷會在云層中出現不同部位的堆積，電位差到達一定程度時，云與云以及云與大地之間就會出現放電的現象，放電時，閃電中的溫度瞬間升高，出現強烈的雷鳴聲，放電地點會出現閃電以及爆炸聲。

1.2 雷電造成的危害

1.2.1 雷電對人的危害

首先，直接性的雷擊，出現雷電現象時，閃電直接襲擊到人的身上，人也是一個導體，幾萬甚至十幾萬安培的雷電電流從人的頭部，流經人體到雙腳再流入大地。人遭到雷擊時會受傷，甚至出現死亡現象[3]。其次，接觸電壓。雷電電流在建筑物、樹木等泄放下來，雷電電流會在導體上產生幾萬甚至十幾萬的電壓，如果人接觸到這些物體時，就會受到電擊，發生事故。最后，旁側閃擊，雷電擊中物體時，會通過物體泄入到大地，由于人體的電阻比較小，若是人在雷擊物體附近，雷電電流就會擊穿人頭頂高度的空氣，經人體進行泄放，使人受到電擊。

1.2.2 雷電對機房設備的危害

高山廣播電視發射臺的高壓線路、機房設備、天線、水管等都時刻處于雷電的威脅下，由于閃電脈沖放電峰值的電流比較大，有著較強的電場，隨著時間的變化，電力的變化率比較大，放電過程中會形成比較寬的頻譜范圍，因此雷電侵入波對微博傳輸電路會產生比較強的感應過電壓和過電流。如果感應過電壓或過電流進入到微波設備的內部，就會嚴重干擾設備運行。由于微波設備的元器件缺少耐壓能力，并且電源線路和信號線路沒有設置電壓保護，微波設備線路管道、結構件布置不合理，出現開口的導電環，如果遠處出現雷電，地面電磁場在環內就會感應過電壓，環路包繞的面積越大，危害就越大。

2 高山廣播電視發射臺的防雷電技術措施

2.1 機房建筑的防雷

機房外部的防雷主要是防護直擊雷，使用提前放電避雷針，及配套避雷接地裝置，使雷電能夠安全地進入大地。廣播電視發射臺的接地電阻要＜4Ω。需要將發射機的工作地點與其他接地分開，從而避免受到電磁干擾。將避雷裝置設置在高山廣播電視發射臺上，能夠有效地避免機房設備以及人體受到直擊雷的危害。

對于室內防雷，首先，需要做好等電位連接，就是將不帶電、不接地或者是沒有良好接地的設備金屬外殼、金屬框架以及接地系統等進行電氣連接，避免物體感應雷高電壓損壞設備。連接等電位主要是使防雷空間內的各金屬部件以及系統間的電位差得以減小，避免出現雷電的反擊。其次，進行金屬屏蔽及重復接地。通過屏蔽以及重復接地的方法，防止架空導線進入到建筑物的內部，影響配電以及信號系統，將電纜進行埋地并引入，使用金屬導管進行屏蔽，避免金屬管重復接地，減少電纜帶入的雷電高壓電。需要統一機殼、電源、過壓保護接地等，高山廣播電視發射臺的機房門窗、水管等導體需要就近與地網進行連接。

2.2 鐵塔防雷

鐵塔頂部的天線平臺位置，塔身的中間部位以及塔基的應預留接地孔，塔身緊固螺栓使用長緊固螺栓當作接地點。由于鐵塔的高度比較高，連接點的數量需要得到保障，并且具有一定的分散性，使雷擊流能夠被分散。如果鐵塔是落地塔，鐵塔的地網以及機房地網之間需要間隔一定的距離，大約為3～5米，并相互焊接連通1次。鐵塔的四腳和其他地網應就近焊接連通。天線也需要做好防止直擊雷襲擊的措施，天線鐵塔的避雷針需要與鐵塔進行焊接。將避雷針與鐵塔連接是為了保護接地線的良好，能夠及時將雷電流泄入大地。

2.3 發射機以及相關設施防雷

保護雷電過電壓需要對首次雷擊電流以及后續雷擊電流進行分流，采取有效的保護措施，解決各能量之間產生的問題。

電源設備防雷的防護是前提和基礎，如果電源的安全防護不到位，其他措施的使用也無法起到根本性的作用。電源防雷系統是為了避免雷電經過電源對設備造成危害。為了出現高電壓經過防雷器對地泄放后出現殘余、更大的雷電流在破壞防雷器之后繼續毀壞設備，避免線纜出現二次感應，就需要做好分級保護工作，遵循逐級泄流的原則，安裝浪涌保護器。浪涌抑制器的組成部分需要包括高能密住器件以及濾波網絡電路。遇到雷擊時，在30ms內雷電流通過到地通道多次放電，原件上的熱量會快速聚集，如果單個原件的熱量超過其電能值時，就會逐個與主電路斷開，其他電源就能夠被保護。

發射站的第一級浪涌保護應當設立在站內總配電側。第一級浪涌保護目的是防止浪涌電壓直接從LPZ0區傳導進入LPZ1區（典型方式即為雷電擊中架空高壓線入侵），將數萬至數十萬伏的浪涌電壓限制到2500～3000V。該級電源防雷器應是連接在天線站供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源防雷器。一般要求該級電源防雷器具備每相100kA以上的最大沖擊容量，要求的限制電壓＜1500V，稱之為SPD1電源浪涌保護器。SPD1浪涌保護器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流以及吸引高能量浪涌而設計的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過電源防雷器時，線路上出現的最大電壓稱為限制電壓）為中等級別的保護，因為SPD1級保護器主要是對大浪涌電流進行吸收，僅靠它們是不能完全保護供電系統內部的敏感用電設備的。

具體的實施方法：首先，在發射機房的電源總進線處安裝放電電流比較大的浪涌保護器，型號的選擇應可防范10/350μs、100kA的雷電波，達到IEC規定的最高防護標準。其技術參考為：雷電通流量≥100kA（10/350μs）；殘壓值≤2.5kV；響應時間≤100ns。

其次，在發射機和信號源的電源進線處加裝二級或三級浪涌保護器。二級浪涌保護器目的是進一步將通過第一級浪涌保護器的殘余浪涌電壓的值限制到1500～2000V，對LPZ1—LPZ2實施等電位連接。第三級浪涌保護目的是最終保護設備的手段，將殘余浪涌電壓的值降低到1000V以內，使浪涌的能量不致損壞設備。對于一些特別重要或特別敏感的電子設備具備第三級保護是必要的，同時也可以保護用電設備免受系統內部產生的瞬態過電壓影響。一級和二級浪涌保護器之間的距離要超過10～15m，保證受到雷擊時，高電壓能夠先經過一級浪涌保護器，再經過二級浪涌保護器，防止二級浪涌保護器先受到雷擊發生損壞。

2.4 天饋系統防雷

室外引入線就是站內發射設備的饋線、吊饋管的鋼絞線、波導固定架以及鐵塔過橋。雷電天氣中，感應雷和感應電壓很容易通過引線外皮進入到機房中，因此需要做好相應的保護措施，阻塞電氣。使饋管的兩端能夠良好地接地。饋管在進入機房之前，外皮需要與就近的地網進行連接，吊饋管的鋼絞線、波導固定架以及鐵塔過橋需要每隔一段距離進行接地。

2.5 接地系統

接地系統的作用是為雷電泄放建立通道，確保雷電流快速、安全地泄放到大地之中，依據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》規定，防直擊雷接地裝置其工頻接地電阻≤10Ω，弱電信號接地≤4Ω。

發射站內應鋪設電阻值＜10Ω的直擊雷防雷保護地網，將鐵塔、提前放電避雷針與宿舍樓、庫房接閃裝置連接至保護地網中，站內原有地網作為弱電工作地網，與等電位連接系統、變壓器中性點對接。

當地網的接地電阻值達不到要求時，應擴大其面積，具體做法是：在地網外圍增設1圈或2圈環形接地裝置。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，水平接地體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3～5m相互焊接連通1次；也可在鐵塔四角設置輻射式延伸接地體，延伸接地體的長度宜限制在10～30m。

被保護衛星接收無線高頻頭處在邊遠處，時常被擊壞。實際操作做法：在距它5～10米處，兩邊增設各一套簡易避雷裝置，避雷針1.5m，直徑16mm鍍鋅圓鋼，引下線直徑高15m，直徑10cm的鍍鋅鋼管，接地體與附近等電位地網用40×40×4鍍鋅扁鐵焊接，這樣經應用效果良好。

3 結語

高山廣播電視發射臺的防雷電工作與很多工作密切相關，需要明確雷電產生原因以及雷電對人體和機房的危害，深入分析和研究后再根據實際情況采取科學有效的防雷電技術措施，做好機房建筑的防雷、鐵塔防雷、發射機以及相關設施防雷，天饋系統防雷等，科學有效地開展保護工作，使高山廣播電視發射臺能夠減少被雷擊的機率，保證發射系統設備能夠正常運行，維護工作人員的生命安全，使廣播電視節目順利播出。

參考文獻：

[1]任和平.高山廣播電視發射臺的防雷電措施探討[J].中國傳媒科技,2013(6).

[2]特木日朝日格,于洪濤.廣播電視發射臺防雷技術探討[J].電子測試,2013(17).

[3]李少伯.試論廣播電視高山臺站的雷電損害成因和防雷措施[J].甘肅科技,2013(17).