廣播中波發射臺防雷設施改造實例

郭 煥

（貴州省廣播電視局五〇一臺，貴州 貴陽 550004）

0 引 言

廣播中波發射臺是廣電系統的基礎臺站，是空中宣傳的重要陣地，對固邊防滲、加強文化宣傳、豐富民眾的文化生活、促進經濟發展具有重要的意義。目前，大部分中波發射臺分布在城市郊區較高的地理位置。由于地理位置特殊，發射臺在工作中極易受到雷電問題的影響。貴州省作為全國雷暴日排名第四的省份，省內各單位因雷擊的造成的設備損壞和人員傷亡占意外事故比例較大。中波發射臺的歷年維修記錄顯示，在每年的雷雨季節，都會出現發射機被雷擊壞的維修記錄。因此，做好廣播中波發射臺設備和建筑物的雷電預防工作，加強對避雷設施的改造，增加雷電防護技術手段，對安全播出工作具有重要的意義。本文簡述了雷電的種類及危害，結合貴州省廣播電視局五〇一臺的防雷情況，對存在的問題進行分析，提出防雷設施改造的設計方案，并順利完成臺站防雷設施的改造建設，最后通過整改和經驗的總結，對防雷工作提出建議，以期對后續防雷建設工作有所幫助。

1 雷電的種類及危害

自然災害無法避免。預防和降低自然災害造成的影響，是一項非常重要的工作[1]。通過多年實踐工作，人們發現，雷電作為一種破壞因素，其呈現的形式主要有直擊雷、感應雷、雷電入侵波等。

直擊雷是指大氣中帶有電荷的雷云對地面突出物的電場強度達到空氣的擊穿強度時產生的放電現象。直擊雷發生時，雷電流具有強大的熱效應、沖擊波、動力效應等破壞作用。建筑物、架空電力線及信號傳輸線都有可能遭受直接雷擊。雷電擊中建（構）筑物時，會造成脫落掉下砸傷行人。當電力線發生直接雷擊，產生的火花放電會導致系統短路引起火災。雷電流沿電力線進入機房，會對設備造成直接損壞。當傳輸線遭到直接雷擊，與其相連的中繼線路板會發生損壞，導致中繼線焦化、線對之間發生短路，從而使得傳輸信號中斷。

感應雷又稱雷電感應，主要分為靜電感應和電磁感應。靜電感應是指當雷云接近地面時，在地面突出物頂部被感應處聚集大量的異性電荷，雷云與其他異性雷云放電后，聚集到突出物頂部的感應電荷就失去束縛，以雷電波的形式高速傳播。在其對大地的雷電反應過程中，附近的室外傳輸信號線路或是電磁感應都會受到影響，串聯作用下的設備也將受到侵害。感應雷擊和雷擊電磁脈沖是造成電子設備損壞的主要原因，廣播發射臺設備以及附屬設備的防雷重點就是防止感應雷入侵。

雷電入侵波是指由于雷擊在架空線路的導線上或架空的金屬管道上產生的沖擊電壓，使雷電波在導電作用下直接進入室內。雷電入侵波不僅會危害各類設備，嚴重的還將直接影響和威脅臺站工作人員的生命安全[2]。不論是直接雷擊、電壓傷害還是跨步電壓，都會對臺站值班人員及周邊人群的生命健康產生直接影響。因此，發射臺站一旦遭受雷擊，不僅會對臺站中的發射機、供電等設備造成破壞導致巨大損失，嚴重的還將威脅到人員生命安全。

2 貴州省廣播電視局五〇一臺防雷建設基本情況

貴州省廣播電視局五〇一臺站內機房建設于20 世紀60 年代，臺站內的防雷建設共分三個區域：站內機房大樓建筑物屋面（會議室建筑物長70 m、寬18 m、高11 m），120 m 中波發射臺鐵塔天調室，108 m 中波發射臺鐵塔天調室。由于當時技術及財力限制，避雷設施較為簡單，通過第三方檢測，結果為不合格，也達不到國家廣播電視總局62 號令相關防雷規范要求。

經檢查，臺站防雷不足主要表現在以下幾個方面：機房大樓建筑物屋面避雷針保護半徑不夠，機房大樓建筑物屋面金屬物（衛星天線、金屬爬梯、水箱）未接地，屋面信號線未做金屬屏蔽，引下線未做防接觸電壓屏蔽，機房監控值班室操作臺未接地，120 m 中波發射臺鐵塔天調室和108 m 中波發射臺鐵塔天調室建筑物屋面防直擊雷保護不夠，機房設備電源端處無感應雷保護措施，機房設備等電位連接過渡電阻過高。此外，還有一些其他防雷隱患，比如，臺站內靠近（間距3 m 內）及高過建筑物的樹木需修剪，臺站內建筑物室外線纜搭接金屬物面上及樹干的線纜需整改（地埋或根據國家及行業標準的線纜敷設方式進行架空入戶）。

3 防雷分析及整改方案

針對存在的問題和雷電的特點，避雷針、地網系統和防雷保護器的改造是本次防雷建設的重點。臺站從各種可能引入雷電流和瞬態浪涌過電壓的因素入手，結合當地的地理、地質、土壤、氣象、環境等條件，雷電活動規律以及臺站被保護設備的特點，因地制宜地采取相應的措施，以防止或減少雷擊及瞬態浪涌過電壓所導致的人身傷亡和財產損失，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。同時，根據臺站傳輸的重要性及被保護設備的特點，按三類防雷標準進行整改。改造方案嚴格按照IEC 標準及國家相關規范對屏蔽、接地和等電位的要求，不僅要做好室內各電氣設備和信息設備的等電位連接，還需根據各電氣設備和信息設備所處的防雷區及其耐沖擊過電壓類別和絕緣耐沖擊電流值等的不同而選用不同等級的防雷保護器，以防止雷擊電磁脈沖對電源設備、發射設備和各種接收設備的損壞[3]。另外，根據國家相關標準，包括機房在內的整個樓房建筑體的接地應按均壓等電位原則設計，防止地電位反擊，接地系統的改建采用聯合等位接地方式，其接地電阻值不超過4 Ω。

4 改造實施情況

4.1 安裝避雷針

避雷針是根據尖端放電原理制成的。其工作原理是利用避雷針自身高于周邊建筑物和設施的特點，把雷電引向自身，承受雷擊，同時把雷電流泄入大地，避免雷電電流通過保護對象，減小和避免保護對象損壞的可能。發射機天線的防雷主要通過避雷針保護，將其吸引的雷電電流通過良好的接地流引入到地，從而達到保護天線系統的目的。

避雷針的保護范圍，一般采用“滾球法”（Roll-Ball Method）來確定[4]。“滾球法”就是選擇一個半徑為D（滾球半徑）的球體，沿著需要防護直擊雷的部位進行滾動，當球體只接觸到避雷針或避雷針與地面，而不觸及需要保護的部位，則該部位就在避雷針的保護范圍之內。避雷針的保護半徑與其高度（h）有關，與所選的滾球半徑有關。第一類建筑物的滾球半徑（閃擊距離）為30 m，第二類建筑物的滾球半徑為45 m，第三類建筑物的滾球半徑為60 m。一般來說，避雷針越高，保護范圍就越大，保護效果也越好，但同時也要考慮避雷針建設的安全性和經濟性。

為了彌補臺站建設之初的缺陷，本次防雷改造首先對機房大樓建筑物屋面、天調室屋面增設防直擊雷保護措施。用φ12 mm 熱鍍鋅圓鋼沿屋面外沿敷設避雷帶、接閃導體固定支架間距1 000 mm，支架高度150 mm；采用-40×4 熱鍍鋅扁鋼沿墻面敷設引下線且不少于兩根，引線下間距不得大于25 m；引下線自地面起2.7 m 的部分做防接觸電壓處理用絕緣材料（線槽、瀝青）等進行敷設隔離。在機房大樓建筑物屋面安裝一顆高度15 m 的杜爾梅森提前放電避雷針，用來保護整個會議室和機房建筑物區域。

4.2 地網系統改造

地網是雷電泄放的重要通道。良好的接地地網具有非常重要的作用。設計地網的目的在于，在流往地中的雷電流路徑上得到最低的、經濟上可行的接地電阻，把雷電流產生的電勢保持在安全的范圍內[5]。廣播發射臺一般使用的是共用地網，將各個接地電極進行并聯，此時總電阻比獨立接地的總電阻低。利用建筑結構體，因接地電阻非常小，更能顯示出共用接地的優點。即使有一個接地極失效，還能有其他電極進行補充，大大提高了接地的可靠性，還可以減少接地電極的總數，節省設備施工的費用。實現等電位連接有利于防雷和防爆，等電位連接減小了進入控制系統電子線路的共模干擾，便于抗干擾。當然，在實施過程中，必須考慮因共用接地位連接發生的接地電流的性質以及電位上升給系統帶來的影響。

結合臺站的實際情況，此次防雷設施改造需要建設一個完善的室內室外系統地網，將鐵塔地網、機房地網、建筑地網、信息系統地網連接形成等電位地網，避免因某一個節點接地電流引起的電位上升波及共用接地的全部設備，同時保證快速泄流，保證跨步電壓達到國家要求的安全值。

針對室內地網，在機房設備后端安裝一根長6 m的紫銅排作為室內設備接地，并且通過-40×4 熱鍍鋅扁鋼向外引出，與引下線或室外地網相互連接。針對室外地網的建設，主要考慮到機房、會議室原有室外防雷接地網年代久遠且路面硬化，要將新建的避雷針、避雷帶及引下線與原地網相連非常困難且建設成本較大，因此，新建的避雷針、避雷帶及引下線地網通過建筑兩側及建筑物后方形成凹字型，在面對機房左邊原有引下線匯流進行連接。連接線沿路面鋪設-40×4 熱鍍鋅扁鋼，并用水泥敷設包裹，防止跨步電壓及防接觸電壓。同時，對兩座天調室建筑物防直擊雷接地設施進行調整，通過-40×4 熱鍍鋅扁鋼就近接入鐵塔地網，裸露處需做好屏蔽措施。

4.3 加裝防雷保護器

感應雷擊和雷擊電磁脈沖也是造成電子設備損壞的主要原因。設備附近發生雷擊時，感應電磁脈沖可通過傳輸線形成入侵波。同樣的道理，即使遠處發生雷擊，但只要傳輸線通過設備區域，一樣可以引入感應雷電波。各類信號線和天饋系統是接收直擊雷和感應雷的途徑。臺站室內各發射設備和接收設備信號的電源線與信號線是從室外進入室內的，而衛星接收天線的天饋系統未采取防雷措施，由于衛星接收機等電子設備抗過電壓能力低，很容易感應過電壓而遭受損壞。因此，在設備的電源和信號端口上必須加裝防雷保護器。

在實施過程中，在機房設備電源前端安裝了一二級浪涌保護器，并聯安裝一套德國DEHN公司出品的三相電源防雷器（DG MTT-385）作為電源系統二級防雷保護。另外，在值班室控制桌設備電源和信號源機柜電源前端各并聯安裝一臺DGS-275/20 kA單相電源防雷器。所有的防雷器接地引出線均采用16 mm2的軟銅芯線，就近接入室內地網。

5 建設成果

在避雷設施改造工程建設完成后，貴州省廣播電視局協調園林局對臺站內靠近（間距3 m 內）及高過建筑物的樹木進行修剪，對臺站內建筑物室外線纜搭接金屬物面上及樹干的線纜進行架空處理和整改，并邀請第三方檢測機構進行檢測，連續3 年測試結果均為合格。臺站防雷改造施工建設完畢至今，未出現雷擊事故，達到了工程建設的目的，提升了設備運行的安全性和穩定性。

6 防雷工作建議

廣電設備的雷電預防工作，不僅可以提升工作人員自身安全，同時還能保障臺站設備平穩安全運行。因此，為了提升雷電防護技術手段，發射臺站需要加強開展雷電防護工作。只有這樣，才能穩定提升設備工作質量和運行效率。結合日常雷雨保障和本次防雷整改工作，本文提出以下幾點防雷工作建議，以期更好地提升防雷水平。

（1）根據廣播中波發射臺所處地區的氣候特點，確定實際應滿足的雷電防護等級。對于不同的發射臺，雷電防護要求是不同的。進行防雷系統設計時，需要將此因素考慮進去。

（2）建立防雷設施的日常檢查維護制度，將對防雷設施的維護納入日常工作中。發生雷擊事故后，技術人員應及時進行調查，詳細分析事故的原因，評估雷電造成的損失，進行必要的整改。

（3）除常規巡查檢查外，還需未雨綢繆，委托具備資質的專業防雷公司在每年雷雨季節到來前對所屬的防雷設施進行系統的全面維護檢查，發現問題并及時進行整改。

7 結 語

做好防雷防護工作，能夠保障廣電設備的安全運行。雷電防護是一項綜合性強的系統工程。因此，針對存在的問題，需要配合有資質的防雷機構做好設施的維護和整改，并在日常工作中對防雷設施進行規范化、精細化的管理，最大限度地降低被保護物遭到雷擊的可能性。本次避雷設施改造建設大大提高了中波發射臺站的抗雷擊能力，保障雷雨季節發射機安全運行，對安全播出提供更好的保障，降低了中波廣播停播率。