浅析中波广播台的防雷技术

2011-08-15赵健林刘元林

科技传播 2011年5期

赵健林，刘元林

1.浙江省青田县气象局，浙江丽水 323900

2. 浙江省丽水市气象局，浙江丽水 321400

1 天线塔防雷及天调室的高频接地

天线自立塔通常是局部区域内最高的物体，容易招引雷电，如果天线不能得到有效的保护，由它引入的雷电将对整个天调网络﹑发射设备产生严重的后果。中波天线和电视调频天线不同，天线塔的底部不是直接入地，而是完全和大地隔离，依靠一种放电间隙的方式，仅靠塔座底部的放电球进行放电完成泄流。而当发生雷击时，塔身将雷电流泄入大地的能力肯定不如直接接地的铁塔，其后果是塔身很可能瞬间形成很高的电动势，容易发生反击，而且强大的雷电波会通过线缆侵入综合楼及周边建筑，产生巨大危害。另外，伴随着雷电流而产生的电磁脉冲还将影响正常电磁波的收发。为了应付这种情况，笔者认为最佳的解决办法就是从天线塔及电力系统等雷电重灾区开始，层层设防，防护措施环环相扣，将雷电隐患降至最低。

1.1 天线塔的防雷措施

天线塔顶应设置避雷针，使各副天线﹑馈线位于雷电接闪装置的保护范围内。避雷针采用不小于φ16mm的热镀锌圆钢。馈管的上下两端应可靠地采取等电位连接。

1.2 接地地网

1）对于现代防雷技术来说，接地装置的优劣直接关系到泄流效果。而决定接地装置效果的不仅仅是较低的接地电阻，更关键的是根据台所处的地形﹑地质条件和建筑物的布置，因地制宜地设计接地网形式和埋设方法。不过，在合理布置接地装置的前提下，总的一个原则就是接地电阻越小才能获得越好的对地放电效果。

需要强调的是，中波发射台的地网不仅仅是起防雷接地的作用，它更主要还是作为发射机技术构成的重要部分。它和普通地网有所不同，从减少大地损耗角度来说，地网埋设不能过深，对于这种特殊情况，在土壤电阻率较高的地区，可以采取换土﹑添加降阻材料的措施，以获得较低的接地电阻值。接地方式视情况而定，一般应采用共用接地装置，将防雷接地﹑工作接地和保护接地连在一起。共用接地电阻值不应大于1Ω。大地网应以铁塔底部的中心为圆心，呈现放射状均匀向外敷设，一般选用φ2mm～3mm紫铜线或铜包钢心线，用60根或120根，每根长度一般为120m～150m，可深埋到500mm～700mm。敷设时应将地网线拉直，末端加以固定，始端应焊接在铁塔底部基础所包的铜皮四周。

2）塔基座放电球的入地端接地极

天线基面采用放电球及其入地端与大地连接，它包括一对羊角间隙，在正常情况下和大地隔离，当电位急剧升高时对地放电。放电球的入地端接地极由垂直接地极和水平接地极组成。垂直接地极采用数根直径长2500mm×50mm×50mm×5mm的热镀锌角钢，施工中要以接近天调室的塔基座为准。入地上端应预留100mm～200mm，并用40mm×4mm的镀锌扁钢将角钢入地上口焊接连接起来，使塔基座上放电球的入地端能将雷电流良好的入地泄放。塔基中心的入地端还要用铜带分别与周围大地网连接，以减小地网的接地电阻，不仅是给射频信号提供回路，同时也是为雷电流提供一个畅通的入地点。

1.3 天调室的高频接地

高频接地是发射台不可缺少的特殊接地系统，其目的就是有一个良好的高频地电位，以减少各塔之间和发射机之间的串扰。高频接地包括高频设备外壳的接地和屏蔽的接地。为减小接地线自感和其内涡流损失，高频接地线应采用多股铜线或铜板，铜板的上口中央引出一段铜带与天调室内的屏蔽层﹑网络架相连接。高频接地线不宜太长。接地线长度最好能限制在电磁波波长的1/4之内；如无法达到这一要求，也应避免波长1/4的奇数倍。高频接地体宜采用铜材制成，宜直立埋设，直立铜板应地埋在1m以下最适宜，并与大地网相连构成一个整体。

2 高低压供电系统过电压保护

为防止雷电沿着电源系统进入综合楼，主要防雷电波侵入措施有：

高压线进线上端架设至少1公里长的架空避雷线，电力变压器输入端安装一组高压避雷器，输出端安装一组低压避雷器。

从变压器到综合楼的电源线应该采用金属铠装电缆或护套电缆穿金属管埋地引入，埋地长度不宜小于50m。同样，从天线塔到综合楼的各类线缆也应采用金属铠装线缆或线缆穿金属管埋地引入。线缆金属外皮或金属护套应在首尾两端与防雷装置做连接。

低压配电接地系统应采用TN-S系统，电缆在站区内均埋地敷设，入户处做重复接地。为了能够多级泄流，应对综合楼电源系统进行多级浪涌防护。第一级为在电源引入配电间的总配电柜中安装流通容量大的三相电源防雷箱；第二级为在综合楼总配电箱的总开关后安装流通容量较大的限压型浪涌保护器，以消除第一级残余的雷电流和过电压；第三级为在发射机机房配电箱和生活用电配电箱中安装限压精度较高﹑反应时间较快的限压型浪涌保护器；第四级为在发射机机房直流稳压电源中安装精度高﹑反应时间快的限压型浪涌保护器。

3 综合楼的防雷

当今的综合楼大都采用钢筋混凝土结构，建筑物内的钢筋及大尺寸的金属构件纵横交错形成一个法拉第笼，能够对雷电流进行初步的泄流和对电磁干扰进行初步屏蔽，这对发射机机房的雷电防护益处颇多。

3.1 综合防雷系统

接闪装置宜由屋顶避雷针和避雷带组合构成。避雷针与避雷带进行两点以上的可靠焊接。避雷针须确保天面的卫星接收器等金属装置处于其保护范围内。凡突出屋面的所有金属构件﹑设备及金属管道均应与避雷带可靠电气连接。

利用建筑物柱内两根不小于φ16mm的主筋通长焊接作为防雷引下线。引下线顶端和底端分别与接闪装置﹑接地装置可靠焊接。

接地装置应为自然接地体，即利用综合楼基础内钢筋焊接形成的闭合环形。综合楼如属天线塔防雷装置保护范围时，应与天线塔应共用一个防雷接地系统，综合楼的基础地网需要与天线塔大地网进行多点连接。如果综合楼与天线塔相距较远，不在天线塔防雷装置保护范围内，应单独设为自成一体的防雷接地系统。

3.2 内部防雷系统

1）发射机机房的屏蔽及等电位措施

按照需要保护和控制雷电电磁脉冲环境的要求，可以将综合楼从外部到内部划分为不同的防雷区。在综合楼防雷装置保护范围之外的区域为直击雷非防护区，而在综合楼金属框架或钢筋混凝土钢筋等组成的大空间法拉第笼内，不可能遭受直接雷击，且电磁场逐渐衰减。按照这一原理，发射机机房宜选择在低层中心部位，其设备远离外墙结构柱，即与防雷引下线保持安全距离。综合楼应采取总等电位连接措施，在底层设置总等电位端子箱，所有进出综合楼的金属管道﹑金属线缆，金属构件均就近与总等电位端子箱相连接地。在不同的防雷区交界面设置局部等电位连接端子箱，以便穿过各防雷区的金属物做等电位连接。为改善电磁环境，建筑物所有的大尺寸金属物均电气连接起来。

由于发射机机房对电磁环境要求较高，仅利用综合楼的自然金属构件无法达到更好的屏蔽效果。故应该专门把发射机机房设置成屏蔽机房。屏蔽材料用板状或网状铜材﹑铝材或钢材制成。板材厚1mm即可满足要求。网材的网眼越小﹑网丝越粗则屏蔽效果越好。必要时可采用双层屏蔽。

作为后续防雷区，屏蔽机房内也须设置局部等电位端子箱并与屏蔽网或屏蔽层相连，且当金属导体﹑线缆屏蔽层或金属线槽进入发射机机房时，应就近接到相应等电位端子上。

2）发射机机房内弱电线缆和设备的防护

（1）为了减少电磁干扰，应合理布线，并对线缆进行屏蔽。线缆的金属外皮和各种金属屏蔽层应在首尾两端接地，且在进入综合楼处与总电位端子箱相连，在发射机机房进口处与机房局部等电位端子箱连接；

（2）信号线缆内芯相应端口应安装适配的信号线路浪涌保护器，浪涌保护器的接地端及线缆内芯的空线对应接地。根据信号线路的工作频率﹑传输介质﹑传输速率﹑传输带宽﹑工作电压接口形式﹑特性阻抗等参数，选用电压驻波比和插入损耗小的适配信号浪涌保护器；

（3）在发射机的射频入端口安装馈线线路浪涌保护器。根据被发射机的工作频率﹑平均输出功率﹑连接器形式和特性阻抗等，选用电压驻波比和插入损耗小的适配的馈线浪涌保护器。