高山臺雷電防護思考

譚 辛

（作者單位：江西省七0七電視臺）

安全是高山臺站廣播電視無線發(fā)射的生命線，也是高山臺站可持續(xù)發(fā)展的首要前提。江西省七〇七電視臺地處贛州峰山，海拔1 016米，當?shù)啬昶骄妆┤諗?shù)近72天，最多年份120多天，屬于多雷區(qū)。安全總鏈條中的防雷安全就成了其中極為關鍵的一環(huán)。

江西省七0七電視臺承擔著1套數(shù)字電視、9套調(diào)頻廣播和3套模擬電視發(fā)射任務，主機房有3套模擬電視發(fā)射機、9套調(diào)頻發(fā)射機和1套數(shù)字電視發(fā)射機（備份），分機房有2套數(shù)字電視發(fā)射機和1套CDR廣播發(fā)射機。除發(fā)射機外，機房內(nèi)部還主要布置有包含信號監(jiān)測、信源切換、碼流分析和監(jiān)測、發(fā)射機監(jiān)控、動力環(huán)境監(jiān)測等在內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)設備設施；高低壓配電盤等供電系統(tǒng)設備設施；多工器、發(fā)射饋管等天饋系統(tǒng)設備設施。機房外部布置有發(fā)射鐵塔、衛(wèi)星接收天線、光纜線路、微波傳送等設備設施。

雷擊是年復一年的嚴重自然災害之一。隨著我國廣播電視技術的飛速發(fā)展，廣播電視系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為多形態(tài)、多環(huán)節(jié)、多功能、多層次的規(guī)模龐大的體系，數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化程度越來越高，自動化程度越來越高，集成度規(guī)模越來越大。系統(tǒng)設備耐過電流，耐過電壓的水平在逐漸減低，另一方面由于廣播電視信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受閃電電涌的侵入，致使雷電災害頻頻發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，雷電對電子設備的損壞，占設備損壞因素的比例高達31%，防雷電過電壓已成為一項迫切要求。

實驗證明：當電子設備所在安放位置的磁場強度大于0.3 Gs時，設備將產(chǎn)生誤動作；磁場強度大于0.7 Gs時，設備將假性損壞，造成數(shù)據(jù)丟失、準確度下降；磁場強度大于2.4 Gs時，設備將永久性損壞。電磁場對設備的影響，發(fā)生概率最高的干擾源就是雷暴。

據(jù)聯(lián)合國國際十年減災委員會公布的對人類造成最嚴重危害的十大自燃災害中，雷暴由于其對人類生命、財產(chǎn)的巨大侵害，被列在了顯著的地位。防雷過電壓已成為具有時代特點的一項迫切要求。在現(xiàn)代防雷技術領域，主要采用接地、接閃器、引下線、屏蔽、均壓等電位系統(tǒng)、雷擊過電壓保護系統(tǒng)等，內(nèi)、外部防雷措施來達到綜合防護的目的。

接地是一切防護措施的基礎，不管是防雷還是防靜電，均是將管道、線路等設施上的高電壓通過導線或SPD導入大地，進行異電荷中和；所以進行其他防護措施之前必須完善接地系統(tǒng)。內(nèi)部防雷措施主要是等電位連接，在相應回路上加裝參數(shù)以及接口與設備相適應的SPD，起到必要時舍棄SPD而保護設備的作用。由此可見，一個完善的防雷設施，不光要考慮接地措施、外部防護措施，還應考慮內(nèi)部防護措施。

1 高山臺雷電防護設計思路

1.1 電源線路

一個完善的廣播電視配電線路防護方案應從總配電、分配電、重要設備配電等全面考慮。第一級電源防雷器的標稱沖擊電流≥15 kA/線（10/350 μs），殘壓≤1.5 kV，要求具有相線對地線、中線對地線的保護功能；設備前端電源防雷器的標稱電流≥10 kA/線（8/20 μs），殘壓≤1.5 kV，要求具有相線對地線、中線對地線的保護功能。

1.2 信號線路

一個完善的廣播電視信號線路防護方案應從進出建（構）筑物的所有有源控制線、設備間的非常重要的通信數(shù)據(jù)線、建（構）筑物內(nèi)接近或超過30 m長的控制數(shù)據(jù)線等全面考慮，其他無明顯雷擊感應點則不予考慮。信號防雷器的泄放電流不小于10 kA/線（8/20 μs），殘壓、頻率、阻抗、接口滿足信號傳輸要求。

1.3 接地及等電位

廣播電視高山臺站宜采用共用接地方式，接地電阻按照系統(tǒng)最小阻值要求而定，一般是≤4 Ω。雷擊地電位抬高對低電位線路（主要是對外的電源線、通信線等）形成的電位差，采用線路上加裝的SPD的方法進行防護。

1.4 雷電電磁場防護

根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057-2010的理論要求，對廣播電視播出機房宜采用六面體屏蔽接地處理，機房內(nèi)設備柜為金屬柜的，還應做好等電位接地處理，使處于其內(nèi)的設備所免受雷電磁場干擾；采用上述手段處理后，雷電電磁場的影響主要就體現(xiàn)在進出屏柜的電源和信號線路，能采取屏蔽措施的線路就屏蔽，線路屏蔽應全程導通，并至少兩端接地，防止出現(xiàn)中間中斷，而無法達到屏蔽的效果；無法實施屏蔽的線路采用加裝SPD的方法，防止設備損壞。

2 適應高山臺發(fā)展趨勢的雷電防護設備選擇

2.1 雷電預警系統(tǒng)

高山臺氣候條件惡劣多變，加強雷電預警，拉長廣播電視有效應急處置時間很有必要，而雷電預警系統(tǒng)恰恰能很好地發(fā)揮作用。雷電預警系統(tǒng)是一個雷電電場檢測、信號處理、判斷、告知、執(zhí)行的一個結構。在雷暴來臨之前,使廣播電視發(fā)射機房有充足的時間啟動緊急預案，減少機器設備損壞、人員傷害和經(jīng)濟損失。預警系統(tǒng)主要包括時間管理、歷史預覽、報警數(shù)據(jù)查詢和地理信息監(jiān)控等功能。當連機運行后，即可在主窗口中實時顯示當前的電場強度，并在窗體下方位置對當天的電場情況進行預覽顯示，從而達成遠程監(jiān)控的目的，或者通過對數(shù)據(jù)的分析，對雷電電場強度和極性變化做出更準確的判斷。雷電預警系統(tǒng)還可以與聲光報警系統(tǒng)相連接組成三級聲光報警系統(tǒng)，有效提升發(fā)射機房應急響應效率。

2.2 防雷系統(tǒng)產(chǎn)品集成

采用CT檢測SPD漏電流是人們一直追求的技術方案。目前國內(nèi)已有設備廠家采用鐵基納米晶傳感器，對檢測出的微安級電流信號，經(jīng)過濾波、鑒相、小波變換，成功將微安級漏電流分離出來。

漏電流信號經(jīng)過干接點信號或者通訊模塊總線向后臺計算機傳輸信號實現(xiàn)漏電流監(jiān)測報警，根據(jù)GB21431標準，20 μA漏電流被設置成報警，提醒應用者及時更換已經(jīng)發(fā)生劣化的SPD模塊，杜絕火災的發(fā)生。漏電流監(jiān)測模組不但可監(jiān)控發(fā)生劣化的SPD模塊發(fā)出報警，還可監(jiān)測SPD和SPD前的過流保護裝置（SCB）是否處于有效保護狀態(tài)，如SPD脫扣、SCB發(fā)生開斷也可進行報警。

根據(jù)高山臺站特點，可將SPD分為總配電房，穩(wěn)壓柜房等多區(qū)域，每個區(qū)域安裝一套網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信模塊，最后在管理終端電腦前再安裝一套網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信模塊T，以做到SPD信號的傳輸與接收。通過防雷系統(tǒng)產(chǎn)品集成，可以組成完全滿足電源雷電防護的需求，并且彌補，在電源發(fā)生故障時無法及時恢復防雷保護問題的系統(tǒng)方案。真正實現(xiàn)了防護、防火、監(jiān)測、無人值守自動恢復、雷電信息記錄的閉環(huán)全方位防雷保護。

通過網(wǎng)絡模組，將監(jiān)控SPD劣化的（防止SPD起火）漏電流模塊、SPD專用后備保護器（SCB）、Autoreset自動重合器、雷電信息記錄儀，通過通訊模組構成了配電系統(tǒng)雷電防護體。解決了長期以來雷電防護領域的漏洞和盲區(qū)，將安全性、數(shù)據(jù)可追溯性、狀態(tài)可管控性完美的體現(xiàn)出來，也可以為高山臺建設無人值守站打下扎實基礎。

2.3 提前預放電避雷針

在發(fā)射鐵塔、機房等建筑物屋面，選擇合理位置安裝提前預放電避雷針，可以對建筑物及人員活動揚所進行很好的防直擊雷保護。選擇提前預放電避雷針的目的是克服常規(guī)避雷針定向接閃能力差、保護范圍小的弱點。提前預放電接閃器的原理是利用接閃器的空氣終端從自然界的電場中吸取并貯存能量，雷電發(fā)生前，電磁場增強，貯存能量也增強，達到一定水平后，觸發(fā)空氣終端產(chǎn)生尖端火花，使空氣離子化形成尖端放電，當雷云產(chǎn)生的雷電先導靠近大地時，它先于雷電放電，有Δt的提前放電時間。能有效降低接閃雷電流強度，減小接閃時的電流輻射能量，有效保護接閃器引下線周邊的設施，減少次生災害的發(fā)生，避雷針沖擊接地電阻值≤10 Ω。

3 高山臺防雷接地網(wǎng)的處理

（1）根據(jù)接地指標測試數(shù)據(jù)，對發(fā)射鐵塔安全保護接地網(wǎng)進行改造，使防雷安全保護接地網(wǎng)接地電阻≤4 Ω。對機房防閃電感應接地網(wǎng)進行改造，使防雷安全保護接地網(wǎng)接地電阻≤4 Ω。

（2）在高土壤電阻率地區(qū)降低防雷接地網(wǎng)接地電阻，按GB50057-2010規(guī)范要求必須采用多支線外接引地裝置，外引長度不應大于有效長度，接地體上敷設降阻劑進行降阻。高山臺生活區(qū)防閃電感應接地網(wǎng)的接地電阻分別應≤10 Ω和≤4 Ω，其垂直接地極采用L50×50×4.5熱鍍鋅角鐵或長效接地模塊，水平接地母線采用用-40×4熱鍍鋅扁制作鐵，且水平接地極采用長效物理降阻劑進行防腐降阻。

（3）針對高山臺春冬季氣候潮濕寒冷的特點，在改造地網(wǎng)時，宜挖洞安裝垂直接地極并澆注高分子高效降阻劑。高分子高效降阻劑凝固后形成的凝膠體具有吸水性，保水性，滲透能力強，高導電性等特點，降阻效果明顯并持久。高分子高效降阻劑是一種良好的導電體，將它使用于接地體與土壤之間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流能量；另一方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。結構緊密，對電極有防腐蝕保護作用。