高山台站综合防雷系统的技术改造

周峰 胡伟 律军

【摘 要】本文主要介绍了雷电的基本知识以及综合防雷技术，并介绍了我台站多年来综合防雷系统的建设和发展。

【关键词】雷电；直击雷；感应雷；避雷针；雷电电磁脉冲

0 概述

安徽广播电视台淮北发射台位于淮北市相山公园内海拔高度约312.5m的龙山山顶，台站内主要建筑物包括150m自立钢结构综合性广播电视发射塔、塔底综合通信楼（5层结构）及西侧生活楼（3层结构）等，发射设备机房、值班控制机房、信号源室及变配电室均设于综合通信楼内。台站周围环境非常空阔，地表多为石灰岩层，土壤电阻率较高，ρ约为500～700Ω·m，因而特别容易遭受多种形式的雷击。根据气象部门统计资料显示，淮北市年平均雷暴日约为32天，属多雷区，之前雷击事故就经常发生。为保障建筑物及其内部工作人员的安全，并保障广播电视发射设备的正常工作，我台站加强了防雷系统的建设和改造，并经历了实践考验，为广播电视安全播出创造了条件。

1 雷电知识

1.1 雷电起因

实测表明，雷云在5～10km的高度主要是正电荷的云层，在1～5km的高度主要是负电荷的云层。雷云底部的电荷将会使大地表面感应出等量的异号电荷，在雷云与大地之间将建立起空间雷云电场。当雷云电场强度超过约30kV/cm时，就会产生强烈的碰撞游离，从而形成雷电。

1.2 雷电的特性参数

（1）雷电日及雷暴小时

雷电日Td：该地区平均一年内发生雷电放电的平均天数，单位d/a。雷暴日与该地区所在纬度、当地气象条件、地形地貌有关，可以衡量雷电活动频繁的程度。通常，Td<15，少雷区；>40，多雷区；>90，强雷区。

雷暴小时Th：平均一年内的有雷电的小时数，单位h/a。

（2）雷电流：雷击电流大致呈单极性的脉冲波。主要可采用三个参数来表示，即雷电流的幅值、波头时间和半幅时间。

（3）雷电过电压：

主要决定于雷电流陡度和雷电流通道的阻抗，它的大小可按下式来计算：U=IR+L（式中I雷电流幅值kA，i随时间变化的雷电流kA，R接地电阻Ω，L雷电流通道的电感H）。

（4）地面落雷密度γ：表征雷云对地放电的频繁程度，是指每一雷暴日每平方公里地面遭受雷击的次数。

1.3 雷电种类

雷电一般分为直击雷、感应雷、雷电波入侵、球雷、雷击电磁脉冲。有线状、片状、球状、带状、枝状等形状，有云天、云间、云地等形式。

（1）直击雷：雷电直接击在地面上，产生电效应、热效应以及机械力造成建筑物等绝缘击穿损坏以及人畜的伤亡。

（2）感应雷：雷击大地后，强大的电磁脉冲会使附近的物体产生电磁感应和静电感应，这种感应雷可能破坏配电网高压电气及电子设备。

静电感应雷：雷云接近地面时，在架空导线或其他突出导体的顶部会感应出大量电荷，产生很高的电位，这叫静电感应雷。

电磁感应雷：雷电放电时，很据电磁感应定律，雷电流在周围空间会产生聚变的强磁场，这种聚变的强磁场又在邻近的导体上感应出很高的电动势，这叫电磁感应雷。此电磁能量聚集会产生放电火花，引起火灾、爆炸或造成人畜触电等事故。

（3）雷电波入侵：雷电波可能会沿着架空线路以及建筑物金属管道等侵入屋内，损坏设备以及造成人身安全。

（4）球雷：球型雷是一种特殊的雷电现象，简称球雷。球型雷的形成还没有完整的理论，通常认为它是一个温度极高的特别明亮的炫目发光球体，直径一般约为10～20cm或更大，球型雷通常在电闪后发生，以每秒几米的速度在空气中飘行，存在的时间大约为百分之几秒至几秒，一般是3至5秒，其下降时有的无声，有的发出嘶嘶声，一旦遇到物体或电器设备时会产生燃烧或爆炸，它能从烟囱、门窗或孔洞进入建筑物内部造成破坏。

（5）雷电电磁脉冲LEMP：指在建筑物在遭受直接雷击或其附近遭受直接雷击的情况下产生的雷电过电压。也即雷击时产生的电磁辐射，做为干扰源在电子设备中產生浪涌电压或电流，会损坏电气设备及电子设备，或者产生电火花引起火灾。

1.4 雷电灾害

直击雷直接在被击物体上发生热作用、电作用以及机械冲击力作用，造成人畜伤亡、设备损毁，甚至火灾事故发生。

感应雷是通过雷电的电磁感应二次作用，在导体上会感应出很高的电压及很大的电流，使导体发热甚至产生放电火花。

1.5 综合防雷系统装置

（1）直击雷防护：200多年的实践证明，采用由接闪器、引下线、接地装置组成的雷电防护系统LPS对于直击雷十分有效。如经常看到的避雷针、避雷线、避雷带等。

（2）消雷装置：利用尖端放电技术的防雷装置，像避雷针一样，安装在被保护物上方，其针状电极的离子化装置促使空间电荷离子化，产生的阳离子与雷云中的电荷中和，减弱雷云电场，防止雷电产生。

（3）接地装置：雷电流须经过接地装置泄放到大地，接地装置为金属导体如钢管、角钢、扁钢、圆钢等钢材制成的接地体，一般按水平（一般）或垂直（多岩石）敷设在地表面下0.5～1m处，水平接地体多用宽度为20～40mm、厚度不小于4mm的扁钢，或者用直径不小于6mm的圆钢。垂直接地体多用角钢（20×20×3～50×50×5mm3）或钢管，长度约2.5m。经常也使用降阻剂等方法来增加土壤的导电性能，降低接地电阻，使接地电阻达到正常值。防雷保护系统接地，为了将雷电流安全地导入大地，并减小雷电流通过接地装置时的地电位升高，接地电阻一般不能超过5Ω。

2 综合防雷技术在我台站的实际应用及效果

台站150m发射铁塔综合通信楼工作区生活区北楼生活区西楼索道站树木杂草废弃发射塔基础圆钢引下线半山腰人工接地体人行道废弃旧塔铁栅栏废弃公厕水池长廊山下人行道缆车支柱圆钢引下线圆钢引下线山下1#、2#人工接地体山下3#人工接地体山下4#人行道消防泵房铁栅栏铁栅栏8m接闪针消雷器4m接闪针图4、淮北发射台综合防雷系统原理图树木杂草。

2.1 设计依据

国家现行主要技术标准及行业技术标准：

GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》

GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

GB50689-2011《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》

YD 5098-2005《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》

国际电工委员会IEC及国际电信组织ITU-T有关标准及建设。

有关专业提供的设计资料。

2.2 设计范围

（1）发射台站均处于150m发射铁塔的直击雷保护范围内，符合规范要求。塔顶已装有新型、主动的离子化装置，只需每年上塔检查消雷器的锈蚀及连接情况，应加强侧击雷及球型雷的防护、雷电波入侵防护及雷击电磁脉冲的防护。

（2）综合防雷系统应在联合接地的基础上，采取泄放、消峰、屏蔽、分流及等电位等综合技术措施。

2.3 联合接地网

（1）联合接地网由山顶的铁塔地网、机房地网、变压器地网、生活楼地网及废弃塔地网采用辐射地网、多出接地、深挖地坑等办法相互焊接连通一个封闭的网格，设立4个防雷通道，从东、西两侧分4路呈辐射状沿山脊引下，在山脚下的厚土层较偏僻安全的区域共埋设4组人工接地体分别与引下线焊接连通构成联合接地网，其接地电阻值应≤1Ω。

（2）山顶封闭的接地网格利用原有的Φ25mm圆钢引下，山脚下的人工接地体均采用5mm×50mm热镀锌扁钢做为水平接地体，采用5mm×50mm×50mm热镀锌角钢做为垂直接地体，耐腐蚀、接地电阻稳定，焊接牢固，并结合使用降阻剂，深埋可根据土层厚度决定，以0.7～1m为宜，人工接地体沟槽的回填应分层夯实。

（3）台站的卫星接收天线及户外其他金属构件等均应与联合接地网焊接连通。

（4）台站原有的各地网均应并入联合接地网，不符合技术规范要求的应整改或拆除。

2.4 侧击雷及球形雷防护

（1）利用台站东侧的铁栅栏做为部分外环形收集网，铁栅栏的断裂处及锈蚀处应修复，沿铁栅栏每间隔8～10m安装一支约8m高的接闪针（距外墙8～10m处安装），接闪针的底部均采用4mm×40mm热镀锌扁钢焊接连通与铁栅栏组成外环形收集网。

（2）沿长廊顶部每间隔4～6m安装一支约4m高的接闪针，接闪针的底部均采用4mm×40mm热镀锌扁钢焊接连通组成内环形收集网。

（3）侧击雷与球型雷收集网由内外环形收集网构成，应从多点引入联合接地网。

2.5 雷电波入侵防护

（1）高压电力电缆架空进入综合通信楼变配电室，其金属铠装屏蔽层在进线处应就近接地。

（2）低压配电系统的雷电过电压应分级防护，并适当提高第一级电源SPD的防护等级做为补偿措施。

（3）在低压配电室双路市电总进线柜内分别安装B类I级电源的SPD和B-C类的II级电源SPD，其峰值通流量分别为50kA（10/350μs）和60kA（8/20μs）；在设备机房各发射机柜的电源进线处、值班机房、信号源室及生活楼等分配电柜的进线处分别安装C类II级电源SPD，其标称通流量为20kA（8/20μs）。

2.6 雷击电磁脉冲防护

（1）进出综合通信楼的电力电缆、信号电缆及其他金属管线的外防护层、屏蔽层在进线处均应接地；信号电缆的空对线、光纤的金屬加强筋在进线处均应接地。

（2）射频馈线电缆的金属外护层，应分别在天线处、中部、离塔处及设备机房的进线处就近接地，室外走线架的始末两端均应接地。

（3）在卫星接收设备天馈线的进线端口分别安装天馈的SPD，其标称通流量为10kA（8/20μs）；在重要电话终端的进线端口分别安装电信SPD，其标称通流量为7.5/0.5kA（8/20μs）；在重要百兆以太网的通信端口分别安装电信SPD，其标称通流量为7.5/0.5kA（8/20μs）；在监控系统视频同轴电缆的两侧进线端口分别安装电信SPD，其标称通流量为10/0.5kA（8/20μs）；在云台485控制线的两侧进线端口分别安装电信SPD，其标称通流量为10kA（8/20μs）；在室外摄像头的电源进线处分别安装C类II级电源SPD，其标称通流量为20kA（8/20μs）；在生活楼CATV干线的进线端口分别安装电信SPD，其标称通流量为10kA（8/20μs）。

（4）微波机房、发射机房、值班机房及信号源室内的等电位连接采用网状-星形混合结构。M型总等电位连接带安装于发射机房内，在微波机房、值班机房及信号源室内敷设S型局部等电位连接带，等电位连接带均采用4mm×40mm紫铜排。机房内所有不带电的金属构件、机柜外壳、通风管道、PE线及SPD的接地端等均应就近与机房内的等电位连接带相连通，局部等电位连接带应分别连至总等电位连接带，总等电位连接带应从不同的两点接入联合接地网。

技术改造后的综合防雷系统，在近年来的雷雨季节经受了多次的雷击考验，基本没有发生过因雷击而造成的停播事故和经济损失，为台站安全播出取得优异成绩做出了贡献。

[责任编辑：汤静]