高山广播电视发射台的防雷

黄衍龙

（作者单位：福建省长汀县广播电视发射台）



高山广播电视发射台的防雷

黄衍龙

（作者单位：福建省长汀县广播电视发射台）

摘 要：高山广播电视发射台的地理位置、环境以及气象条件等比较特殊，加之发射系统逐渐朝着信息化和电子化的方向发展，使雷电危害的程度逐渐增加，原有的高山广播电视发射台的防雷电技术措施已经不能维护设备以及工作人员的安全。因此，需要高山广播电视发射台积极探索新的防雷电技术措施，提高发射台的防雷电水平，既能保证广播电视发射系统能够正常运行，也能维护工作人员的生命安全。本文就高山广播电视发射台的防雷电技术进行分析和研究。

关键词：高山广播电视；发射台；防雷电技术

雷电的破坏力极强，能够产生几百万伏的电压、几百千安的瞬间冲击电流，而且雷电流带来的热效应、电磁效应有着极强的破坏力，会造成严重的危害。广播电视发射台一般建在高山顶上，主要是为了扩大覆盖的面积，提高收视质量，但是这些地区的地形以及气象条件等比较复杂，雷电活动频繁，再加上发射塔高度比较高，电源以及信息的远距离输送等问题，更容易受到雷击。因此，需要采取更为严格和合适的防雷电技术措施，以保证系统的正常运行。

1 高山广播电视发射台的雷电产生及危害

1.1 雷电的产生

雷电是一种自然现象，具有巨大的能量，是带电云层对大地进行放电的过程。云层的上部主要是正电荷，下部主要是负电荷，云层上部以及下部之间有电位差，在形成雷云层时[1]，由于受到大气电场以及温差起电的影响，正负电荷会在云层中出现不同部位的堆积，电位差到达一定程度时，云与云以及云与大地之间就会出现放电的现象，放电时，闪电中的温度瞬间升高，出现强烈的雷鸣声，放电地点会出现闪电以及爆炸声。

1.2 雷电造成的危害

1.2.1 雷电对人的危害

首先，直接性的雷击，出现雷电现象时，闪电直接袭击到人的身上，人也是一个导体，几万甚至十几万安培的雷电电流从人的头部，流经人体到双脚再流入大地。人遭到雷击时会受伤，甚至出现死亡现象[3]。其次，接触电压。雷电电流在建筑物、树木等泄放下来，雷电电流会在导体上产生几万甚至十几万的电压，如果人接触到这些物体时，就会受到电击，发生事故。最后，旁侧闪击，雷电击中物体时，会通过物体泄入到大地，由于人体的电阻比较小，若是人在雷击物体附近，雷电电流就会击穿人头顶高度的空气，经人体进行泄放，使人受到电击。

1.2.2 雷电对机房设备的危害

高山广播电视发射台的高压线路、机房设备、天线、水管等都时刻处于雷电的威胁下，由于闪电脉冲放电峰值的电流比较大，有着较强的电场，随着时间的变化，电力的变化率比较大，放电过程中会形成比较宽的频谱范围，因此雷电侵入波对微博传输电路会产生比较强的感应过电压和过电流。如果感应过电压或过电流进入到微波设备的内部，就会严重干扰设备运行。由于微波设备的元器件缺少耐压能力，并且电源线路和信号线路没有设置电压保护，微波设备线路管道、结构件布置不合理，出现开口的导电环，如果远处出现雷电，地面电磁场在环内就会感应过电压，环路包绕的面积越大，危害就越大。

2 高山广播电视发射台的防雷电技术措施

2.1 机房建筑的防雷

机房外部的防雷主要是防护直击雷，使用提前放电避雷针，及配套避雷接地装置，使雷电能够安全地进入大地。广播电视发射台的接地电阻要＜4Ω。需要将发射机的工作地点与其他接地分开，从而避免受到电磁干扰。将避雷装置设置在高山广播电视发射台上，能够有效地避免机房设备以及人体受到直击雷的危害。

对于室内防雷，首先，需要做好等电位连接，就是将不带电、不接地或者是没有良好接地的设备金属外壳、金属框架以及接地系统等进行电气连接，避免物体感应雷高电压损坏设备。连接等电位主要是使防雷空间内的各金属部件以及系统间的电位差得以减小，避免出现雷电的反击。其次，进行金属屏蔽及重复接地。通过屏蔽以及重复接地的方法，防止架空导线进入到建筑物的内部，影响配电以及信号系统，将电缆进行埋地并引入，使用金属导管进行屏蔽，避免金属管重复接地，减少电缆带入的雷电高压电。需要统一机壳、电源、过压保护接地等，高山广播电视发射台的机房门窗、水管等导体需要就近与地网进行连接。

2.2 铁塔防雷

铁塔顶部的天线平台位置，塔身的中间部位以及塔基的应预留接地孔，塔身紧固螺栓使用长紧固螺栓当作接地点。由于铁塔的高度比较高，连接点的数量需要得到保障，并且具有一定的分散性，使雷击流能够被分散。如果铁塔是落地塔，铁塔的地网以及机房地网之间需要间隔一定的距离，大约为3～5米，并相互焊接连通1次。铁塔的四脚和其他地网应就近焊接连通。天线也需要做好防止直击雷袭击的措施，天线铁塔的避雷针需要与铁塔进行焊接。将避雷针与铁塔连接是为了保护接地线的良好，能够及时将雷电流泄入大地。

2.3 发射机以及相关设施防雷

保护雷电过电压需要对首次雷击电流以及后续雷击电流进行分流，采取有效的保护措施，解决各能量之间产生的问题。

电源设备防雷的防护是前提和基础，如果电源的安全防护不到位，其他措施的使用也无法起到根本性的作用。电源防雷系统是为了避免雷电经过电源对设备造成危害。为了出现高电压经过防雷器对地泄放后出现残余、更大的雷电流在破坏防雷器之后继续毁坏设备，避免线缆出现二次感应，就需要做好分级保护工作，遵循逐级泄流的原则，安装浪涌保护器。浪涌抑制器的组成部分需要包括高能密住器件以及滤波网络电路。遇到雷击时，在30ms内雷电流通过到地通道多次放电，原件上的热量会快速聚集，如果单个原件的热量超过其电能值时，就会逐个与主电路断开，其他电源就能够被保护。

发射站的第一级浪涌保护应当设立在站内总配电侧。第一级浪涌保护目的是防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区（典型方式即为雷电击中架空高压线入侵），将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500～3000V。该级电源防雷器应是连接在天线站供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防雷器。一般要求该级电源防雷器具备每相100kA以上的最大冲击容量，要求的限制电压＜1500V，称之为SPD1电源浪涌保护器。SPD1浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流以及吸引高能量浪涌而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过电源防雷器时，线路上出现的最大电压称为限制电压）为中等级别的保护，因为SPD1级保护器主要是对大浪涌电流进行吸收，仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备的。

具体的实施方法：首先，在发射机房的电源总进线处安装放电电流比较大的浪涌保护器，型号的选择应可防范10/350μs、100kA的雷电波，达到IEC规定的最高防护标准。其技术参考为：雷电通流量≥100kA（10/350μs）；残压值≤2.5kV；响应时间≤100ns。

其次，在发射机和信号源的电源进线处加装二级或三级浪涌保护器。二级浪涌保护器目的是进一步将通过第一级浪涌保护器的残余浪涌电压的值限制到1500～2000V，对LPZ1—LPZ2实施等电位连接。第三级浪涌保护目的是最终保护设备的手段，将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，使浪涌的能量不致损坏设备。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备具备第三级保护是必要的，同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。一级和二级浪涌保护器之间的距离要超过10～15m，保证受到雷击时，高电压能够先经过一级浪涌保护器，再经过二级浪涌保护器，防止二级浪涌保护器先受到雷击发生损坏。

2.4 天馈系统防雷

室外引入线就是站内发射设备的馈线、吊馈管的钢绞线、波导固定架以及铁塔过桥。雷电天气中，感应雷和感应电压很容易通过引线外皮进入到机房中，因此需要做好相应的保护措施，阻塞电气。使馈管的两端能够良好地接地。馈管在进入机房之前，外皮需要与就近的地网进行连接，吊馈管的钢绞线、波导固定架以及铁塔过桥需要每隔一段距离进行接地。

2.5 接地系统

接地系统的作用是为雷电泄放建立通道，确保雷电流快速、安全地泄放到大地之中，依据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定，防直击雷接地装置其工频接地电阻≤10Ω，弱电信号接地≤4Ω。

发射站内应铺设电阻值＜10Ω的直击雷防雷保护地网，将铁塔、提前放电避雷针与宿舍楼、库房接闪装置连接至保护地网中，站内原有地网作为弱电工作地网，与等电位连接系统、变压器中性点对接。

当地网的接地电阻值达不到要求时，应扩大其面积，具体做法是：在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间均应每间隔3～5m相互焊接连通1次；也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在10～30m。

被保护卫星接收无线高频头处在边远处，时常被击坏。实际操作做法：在距它5～10米处，两边增设各一套简易避雷装置，避雷针1.5m，直径16mm镀锌圆钢，引下线直径高15m，直径10cm的镀锌钢管，接地体与附近等电位地网用40×40×4镀锌扁铁焊接，这样经应用效果良好。

3 结语

高山广播电视发射台的防雷电工作与很多工作密切相关，需要明确雷电产生原因以及雷电对人体和机房的危害，深入分析和研究后再根据实际情况采取科学有效的防雷电技术措施，做好机房建筑的防雷、铁塔防雷、发射机以及相关设施防雷，天馈系统防雷等，科学有效地开展保护工作，使高山广播电视发射台能够减少被雷击的机率，保证发射系统设备能够正常运行，维护工作人员的生命安全，使广播电视节目顺利播出。

参考文献：

[1]任和平.高山广播电视发射台的防雷电措施探讨[J].中国传媒科技,2013(6).

[2]特木日朝日格,于洪涛.广播电视发射台防雷技术探讨[J].电子测试,2013(17).

[3]李少伯.试论广播电视高山台站的雷电损害成因和防雷措施[J].甘肃科技,2013(17).