电视台机房防雷应注意的几个问题

陈吉祥

(忻州市广播电视台播控中心，山西 忻州 034000)



电视台机房防雷应注意的几个问题

陈吉祥

(忻州市广播电视台播控中心，山西 忻州 034000)

摘要：结合自己多年从事广播电视雷电防护工作的经验，就当前广播电视机房低压配电系统的雷电过电压保护方面值得注意的一些问题提出分析和探讨。

关键词：广播电视；配电系统；防雷保护

近几年来，从电源系统侵入雷电过电压导致事故例子越来越多，轻则使设备失控、误操作，造成节目劣播；重则会造成设备严重损坏，计算机网络系统瘫痪，造成重大节目停播事故；更可怕的是造成人员伤亡、火灾等毁灭性事故。究其原因，主要是配电系统的防雷击过电压措施不完善所致。

1应注意的几个方面

1) 防直击雷装置和低接地电阻并不能保证建筑配电的防雷安全。很多人都认为只要做好建筑物的防直击雷装置，并把配电系统的接地电阻值做的足够小，建筑配电系统的防雷就可以高枕无忧了。实际不然，原因有三：

a) 建筑物的防直击雷装置是与建筑融为一体的，它并不能减少建筑的雷击概率，更不能使建筑免遭雷击，仅仅是给雷电流提供一个泄放通道而已。当雷电击中建筑物直击雷防护装置时，由于其时间过程很短暂、电流强度大，因此强电流的瞬态效应十分明显，产生强大的雷电电磁脉冲反而会对附近的线路、设备产生影响，可能引入高电压损坏设备或配电系统。

b) 我们从接地的理论研究中可以知道，雷击大地或接地体时，会引起地电位上升。因为配电系统变压器的低压中性点在远处是接地的，这种“电位升”将通过接地引入线、防雷器连接系统等其它连接导体进入到建筑物内部，波及附近的电子设备，并顺着电力线以波阻向远处传递，会对设备产生共模性干扰或损害设备的绝缘。

c) 这种“电位升”有时可以达到很高的电压值，一方面会对附近接地的物体、人或设备产生侧击，对有两个分别设置接地的一个设备，设备内部可能会出现拉弧的现象，烧毁电路，称之为地电位反击。另一方面在接地极的中心周围还会有危险的电位梯度，存在所谓的禁止区域，这个区域内可以产生很高的跨步电压，导致人身伤害。

上述问题的解决必须要借助于其它多项技术配套措施来弥补。

2) 屋面用电设施电源线路的防雷电波侵入不能忽视。

随着科技和经济社会的发展，冷却水塔、航空障碍信号灯、建筑彩灯、风机等大批建筑附属设施的配套设备被大量地使用，铁塔以及附作在上面的各种天线。但对于这些设施伸出到屋面的控制线路和电源线路的防雷电波侵入问题不能忽视，因为：

a) 这些设施多安装在屋面，金属构件比较多且与大地实际是相通的，本身就很容易成为雷击的首要目标，即使处于楼顶避雷针或避雷带能够保护的范围之内，也还有遭受雷电绕击的可能性存在，不能完全避免雷电直击，控制线路和电源线路引入雷电波侵入的几率非常高。

b) 由于这些设施其控制电路的微电子技术成份多，耐受雷击及其电磁效应的能力低，对雷电过电压及其电磁效应的防护要求本身就高，需要有完善的拦截、屏蔽、接地、分流和等电位等技术措施配套，而实际情况是很多人都认为只要使这些设施处于楼顶避雷针能够保护的范围之内就可以了，忽视了屏蔽、接地、分流和等电位等配套措施的采取。

3) 埋地敷设引入的电缆依然有引入防雷电波入侵的可能。

很多人认为地下电缆既然埋于地下，不像架空电线那样高挂于地面，似乎不应再受雷击。可实际情况不是这样的，由于雷击选择性规律的作用，雷击埋于地下电缆的事故依然屡有发生，特别是在高土壤电阻率地区，地下电缆的落雷几率要远高于周边地区。通常，雷击地下电缆有以下几种形式：

a) 雷电可以把地面击成一个大洞并直接击中地下电缆，一方面会造成电缆绝缘击穿、直接烧断、短路或引入大电流等严重事故，另一方面，大电流会沿电缆的金属铠装层入侵室内。

b) 雷击附近大地、建筑物、大树时会引起地面电位上升(如前所述)，这种“电位升”会击穿土壤，形成从雷击点到附近地下电缆的电弧通道，对附近的电缆发生放电，通常称之为电缆引雷现象，这种现象往往会造成电缆的绝缘被击穿、电缆直接烧断或引起电缆短路等严重事故。

c) 雷电感应会引入过电压。一般来说，这种过电压的能量都比较小、电压低、电流弱，不会对电缆本身造成危害，但会危及后端的电源设备或用电设备，不能忽视。其感应的机理和电压的估算，这里不再赘述。

d) 即使电缆的金属铠装层做了接地处理，从理论研究可以知道，被雷击的电缆因为地电位抬升也可以成为反击源，反击其他电缆或电缆附近的其他物体，工程上通常只要知道雷电流值、土壤电阻率、其他电缆的耐过电压水平等参数就可以估算出危险距离来。除此以外，由于转移阻抗的存在，电缆的芯线照样可以引入雷电流入侵。

由此可见，对建筑物配电系统来讲，即使采用地下电缆引入，也还存在诸多问题，必须要结合现场的具体情况加以分析和解决。

4) 配电变压器仅在高压侧进线装避雷器是不够的。

我国民用低压配电系统多为10 kV变380/220 V系统，且低压侧中性点是接地的，有关单位的试验研究发现，当变压器的低压侧出(进)线加装了避雷器后，在低压侧出(进)线分别施加5、10、15、20 kV的冲击电压(单相进波)时，低压避雷器动作放电，而在高压侧，并未出现高电压(最高只有2 kV)。后来把低压避雷器拆了后，加到15 kV，变压器就击穿了。经过解体检查，发现高压侧C相匝间绝缘被击穿。究其原因，是因为在配电变压器上有正变换和反变换现象存在。

在低压中性点接地的变压器中，当低压来冲击(雷)电流时，在外加电压的作用下，会有电流流过低压绕组，通过变压器二次绕组的冲击电流会按“变比”感应出电动势而使高压绕组的中性点电位升高，相对高压绕组而言，由于低压绕组的绝缘裕度较大，故一般低压绕组不损坏，而使高压绕组绝缘破坏。在低压侧未装避雷保护器的情况下，当冲击(雷)电流从高压侧进来时，首先是高压避雷器动作，在接地电阻上产生压降，这个压降作用在低压零线上，而低压侧出现相当于经导线波阻接地，因此这个压降绝大部分都加在低压绕组上。由于冲击(雷)电流是冲击高频波，故经电磁感应，在高压绕组按变比会出现高压。由于高压绕组两段电位受避雷器固定，因此这个电压沿高压绕组分布，且在中性点上达到最大值，致使高压绕组中性点附近的绝缘被击穿。

实际运行中的绝大多数建筑电力配电变压器并未按要求在低压侧的出线上安装电源避雷器，而其高压多是从外电网引入、低压的出(进)线往往又较长且多与建筑主体连接紧密，所以无法避免引入雷电流，因正/反变换导致变压器匝间绝缘被击穿自然也就是经常的事情。不过值得注意的是，这种事件实际是发生在雷雨天，可有时雷击造成变压器匝间绝缘被击穿破坏有时只是局部的，当时都还能勉强运行，过一个阶段后，故障扩大，被迫停止，事故却是发生在后期的天气晴好时，给人的感觉往往是与雷电无关。

由此可见，配电变压器的低压侧出线必须安装电源避雷器，仅在高压侧进线装避雷器是不够的。

5) 电涌保护器的能量配置、级间配合等因素很重要。

多数设计人员在设计配电系统的防雷击过电压措施时，往往是只根据自己的经验或通行的做法，仅仅限于在每个电源配电箱内设计安装几个电涌保护器，而对电涌保护器的能量配置、级间配合、安装位置、接线要求等很重要的问题从不考虑， 甚至对雷电流的可能侵入方向都不做分析，仅依据电流负荷的分配方向来简单确定分级保护的前后级，这是很危险的。因为：

a) 实际工作中的电涌保护器往往不只是保护一台设备，当电涌保护器保护多台用电设备时，电涌保护器与被保护设备间总有一定的距离。我们由传输线原理可以知道，当电涌保护器动作时，1-2间的线路电感对来波陡度有一定的降低作用，但由于波的折射与反射，电涌保护器引线电感引起的压降也相当大，会使作用于被保护设备上的残压高于电涌保护器的残压，因而会影响电涌保护器的保护效果。一般来说，设备能够承受的电压与电涌保护器的残压、雷电侵入波陡度及引线接入点到设备之间的距离有关，因此，缩短两者之间的距离(电涌保护器的位置)可以降低作用在设备上的残压。工程上通常可利用缩短此段引线的长度、V型接线方式来降低作用在设备上的残压或采用并联集中电容来降低侵入波的陡度。

b) 在分级保护中，一般后级电涌保护器的残压和通流量要求比前级低，其启动电压值自然也就低，这是由器件的制造特性所决定的，这样就会由于波速、波形、元件的响应速度、启动电压值和线路波阻等因素的影响，使后级先于前级动作，就带来了前后级动作怎么协调的问题。

这种后级电涌保护器先于前级电涌保护器动作，就会有可能抑制前级电涌保护器的动作而使后级电涌保护器单独承受所有的浪涌能量，结果是导致后级电涌保护器因过载而损坏或整个保护的失败。所以当进行分级保护时，必须合理配置各级电涌保护器的能量和前后级的距离(利用线路波阻，传输先原理)使它们的动作相协调，实现逐级分流能量、逐次降压的目的。工程中可以通过要求前后级的距离(一般为510 m)或在它们之间串联集中电感来实现。

c) 依据电流负荷的分配方向来确定分级保护的前后级，可能的结果往往是按照末级保护的参数配置要求配置了原本该按第一级设防的电涌保护器的参数，后果是在雷击时，作为末级设防的电涌保护器承受了原本是第一级电涌保护器应该承受的能量，自身损坏或导致整个防护失效。这种例子在实际工作中并不少见，尤其是在屋面有用电设施的建筑中。原因可能是源于设计人员对雷击环境分区的概念没有真正理解或有所忽视所致。

2结束语

电视台配电系统的雷电防护工程是个系统性工程，牵涉的面比较多，做好前期规划、雷击风险评估是前提，科学的设计是基础，优良的施工工艺才是保证。那种只重视某些个方面或仅仅想依靠安装几个电涌保护器做法是不对的，对上述几个方面的问题，实际上在2000年版的《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)中的很多章节都有要求。必须把建筑配电系统的防雷保护纳入整个建筑物的雷电防护工程中统筹考虑，做好建设前期的雷击风险评估、防雷工程的设计、设计审核和施工监督/验收工作，注重与建筑内其它系统的协调，做好相关配套工程建设，才有可能真正解决问题。

参考文献

[1]苏邦礼.雷电与避雷工程[M].广州：中山大学出版社，1996.

[2]中华人民共和国机械工业部.GB50057-94建筑物防雷设计规范[S].1994-11-01.

[3]董振亚.电力系统的过电压保护[M].北京：中国电力出版社，1997.

Some Problems of Lightning Protection in the Computer Room of TV Station

Chen Jixiang

(BroadcastingControlCenter,XinzhouCityRadioandTelevisionStations,XinzhouShanxi034000,China)

Abstract:Combining with the years of working experience on lightning protection of broadcasting and television, this paper makes some analysis and discussion on the problems for lightning overvoltage protection that should pay attention in the low voltage power distribution system of radio and TV room.

Key words:radio and television; distribution system; lightning protection

收稿日期：2016-02-29

作者简介：陈吉祥(1973- )，男，山西神池人，高级工程师，现任忻州市广播电视台播出部主任，主要从事广播电视技术维护管理工作。

文章编号：1674- 4578(2016)03- 0067- 02

中图分类号：TN949.194；TM862

文献标识码：A