高山發射臺弱電系統的防雷

劉 超

（作者單位：四川廣播電視臺704發射傳輸臺）

1 概述

發射臺站弱電系統范圍：弱電系統沒有明顯的界限，主要指36 VAC以下和24 VDC以下，高山發射臺站一般包括用直流（24 V以下）供電的設備如衛星接收設備，微波設備以及激勵器中的音頻處理部分或音頻﹑視頻線路﹑網絡線路﹑電話線路等。同時，還包括設備智能監控系統﹑安全防范系統（攝像以及煙感﹑水浸報警系統，門禁系統等）。隨著對廣播電視安全播出要求的不斷增高，弱電系統設備也不斷增多。弱電設備的工作電壓較低，過電壓和過電流的耐受能力也很低，雷擊容易損壞設備。而704發射傳輸臺地處海拔1400 m以上的山頂，處于雷電多發區，雷擊經常損壞高頻頭，PBI，激勵器﹑解調機等設備，對安全播出有嚴重影響。因此，如何保護弱電系統，防止雷擊對其損壞，保證播出安全，就顯得十分重要。

1.1 發射臺站弱電系統防雷現狀

高山發射臺一般建設有鐵塔和完善的接地網絡，對雷電起到較好的保護作用，直擊雷風險大大降低，損傷設備的雷擊主要有交流供電系統以及空間感應雷。

第一，電源線引入感應雷擊，雷電頻譜中的主要能量集中在電源工頻附近，雷電與市電的耦合概率較高，通過耦合到各類傳輸線而破壞設備。

第二，避雷針通過鐵塔放電產生二次雷擊效應，雷電電流通過鐵塔時感應到傳輸線上使電子設備受到損壞。

第三，地點位的反擊引入雷擊，過阻性耦合方式經數據線，中性線及地線破壞設備，各種耦和會產生高達6 kV（根據IEEE）的瞬間電壓而破壞電子設備。

1.2 防止雷擊的原理

為防止雷擊要通過一定合理有效的方法將雷電流的能量引入地網，不能堵截或消除，而要疏導。感應雷的防護和直擊雷的防護可以構成一個完整的防雷系統。

防雷有外部防雷和內部防雷兩種。外部防雷系統從上到下由避雷針（或避雷帶﹑避雷網）﹑引下線和地網構成，可以保護人身安全和建筑物不受雷擊。防止雷電或其他種類的過電壓損壞設備的系統，即內部防雷系統。外部防雷系統不能保證設備安全。內部防雷保護應遵循下面的原則：多級分類保護原則，即根據保護對象的不同功能和不同的保護區域確定防護重點作分類保護；對電源線和信號源線等可能是雷電或瞬間過電壓危害入侵通道做多級保護。

1.2.1 室外部份的無源保護

室外部份主要依靠避雷針和接地裝置，要對它們做無源保護。保護基本原理：當接近地面的雷云放電時，它能使地面電場產生變化。電場畸變在避雷針頂部的局部形成，從而影響雷電先導放電的方向，避雷針引導雷電向其放電，而接地引下線和接地裝置立即把雷電流引入大地，從而使被保護物不受雷擊[1]①。這種防直擊雷的方法是人們長期實踐證明的有效方法，受保護物的所有外露金屬物都必須和防雷網有良好的連接。

1.2.2 內部防護

如果沒有防雷保護措施，衛星高頻頭﹑環境采集攝像頭等安裝裝在室外的設備，極易被雷擊損壞。雷電發生時瞬間的高壓電流極易通過電纜損壞室內的的衛星接收設備等，對廣播電視弱電系統造成損壞。在雷擊電磁波涌入時，未單獨加裝雷電防護裝置的弱電系統，大地電位瞬間升高從而使零線電位瞬間升高，瞬間的大電壓和大電流可能損壞設備內部模塊。

2 弱電系統的防雷設計思路

由于本臺地網和接地系統經過專業的改造，較為完善，本文就不做介紹。重點在弱電系統中的信號源設備電源防雷和信號接收防雷的探討。

2.1 電源部分的防雷措施

針對每次雷擊，弱電系統各設備電源部分是最容易損壞的部位，對弱電部分的交流供電在配電機房三級防雷的基礎上加裝隔離變壓器。隔離變壓器連接系統所有設備的電源（如圖1所示）。和機房等電位連接的隔離變壓器的屏蔽層采用0.3×200（mm）的銅帶。選用上海松豐電源設備有限公司的SGB三相隔離變壓器。該隔離變壓器具有輸出計量功能，計量準確度等級達到與多功能電子表相同的1.0級。

SGB隔離變壓器采用先進的溫度控制器具有以下特點。

（1）能夠顯示超溫跳閘﹑超溫報警﹑三相溫度巡回等。

（2）能夠測量干式變壓器三相繞組的溫度，三相溫度值用數字循環顯示或三相溫度最大值定點顯示。

（3）儀器可以用按鍵設定輸入4種溫度值。當測量溫度超過各設定值時，能夠超溫報警和控制風機啟停，可以隨時修改溫度設定值。

（4）儀器可以提供3付PTC元件輸入，當鉑電阻與PTC元件所測溫度入﹑輸出電壓三相均為380 V，功率20 kVA。采用進口防雷器，初級繞組和次級繞組完全隔離，抗雷擊能力強；鐵心采用優質晶粒硅鋼片，減少變壓器損耗﹑提高變壓器效率；變壓器機箱防護等級為IP20，有儀表顯示輸入輸出現電壓﹑指示燈狀態指示。當變壓器出現故障時可手動切換至市電直通供電，不影響設備正常使用。冷卻方式采用低噪聲的橫流風機；溫度控制采用溫控自動風扇散熱。變壓器進線配有開關為空氣斷路器，具有瞬時脫扣﹑短延時脫扣﹑長延時脫扣三段保護（采用ABB品牌）；配置記錄電氣參量的配電綜合測控儀，具有相電壓﹑線電壓﹑電流﹑功率﹑頻率﹑最高電壓﹑最大電流等顯示，遠程讀取功能，兼具到達跳閘溫度時，跳閘繼電器才動作。

圖1 SGB隔離變壓器接線示意圖

2.2 對弱電系統特別是信號引入線進行防感應雷擊處理

704發射傳輸臺地處高山，衛星信號接收前端設備及傳輸線都裸露在室外，極易感應雷擊，造成設備損壞。針對這種情況，采取如下防雷方式。

衛星接收鍋蓋的基礎多點連接接地體，從而形成一個等電位體，其電位接近地電位，以防止感應雷電使其電壓升高，并在高頻頭的信號輸出端安裝避雷器，避雷器地線有效接地，將感應雷的瞬時高電流有效的導入地網。

加大纜線的屏蔽保護接地，衛星天線與機房間的同軸電纜及進出機房的導線按技術要求做好屏蔽接地措施，使感應雷的侵入不能損害設備[2]。按照以前的做法電纜屏蔽層只有一端接地，能夠防止靜電感應，但不能有效防止感應雷的過電壓，為使感應雷的過電壓通過電纜芯的入侵不沖擊損壞設備，電纜宜采用雙層屏蔽方式或使用雙層屏蔽線，由于現在市場上雙層屏蔽線較少，可以再電纜外加一個金屬管，即添加屏蔽層，外層屏蔽的兩端必須做好等電位連接，兩端之間也可做等電位連接，并和已經做好等電位連接的其他導體構成環路，在雷電感應的過電壓下感應出大小相同方向相反的電流，大大減輕了感應雷對設備的沖擊，有效保護了設備。

同軸電纜和衛星接收機，解調機等設備之間加設視頻防雷器，并按要求做好接地和做等電位連接，最好在視音頻線纜進入設備的地方加裝視音頻光電隔離器，防止雷電過電壓的侵害。采用的視頻信號防雷器具有動作時間快﹑插入損耗小﹑箝位準確﹑輸出殘壓低等優點，能有效抑制信號傳輸線路上所感應的過電壓脈沖，保護衛星接收機等設備。該視頻防雷器安裝簡單，直接在被保護設備的線路前端串入防雷器，“OUT”為設備端，“IN”為進線端，將避雷器接地端與防雷地線做良好的電氣連接。防雷器基本參數如表1所示。

表1 防雷器基本參數

3 結語

通過以上措施，704發射傳輸臺弱電系統防雷得到改善，大大減少了感應雷電對設備的沖擊，有效保護了弱電系統設備，有力保障了安全播出工作。