珠海船底山广播电视发射防雷技术与应用

杨志斌

摘 要：高山广播电视发射台要想做到安全优质播出，就必须扎扎实实地做好其安全防雷工作。该文主要叙述珠海广播电视台发射中心防雷系统的设计理念、防雷构造和防雷措施；着重阐释其先进可靠的防雷接地技术—复合接地和均压等电位接地技术，以及怎样利用高科技新材料：导电降阻模块和铜离子接地极来降低系统的接地电阻。为高山广播电视发射、信号传输的构建在安全防雷方面提供实践经验和理论依据。

关键词：广播电视发射防雷系统 防雷措施 防雷接地技术 导电降阻模块 铜离子接地极 成功的经验 防雷效果等。

中图分类号：TM863 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（c）-0007-03

珠海广播电视台发射中心位于珠海海拔160 m的船底山上，肩负着广东省干路数字微波传输和我台规定的“三套电视，五套调频”安全播出的工作任务。2008年在珠海市政府的大力支持下，投资1 000万元对原来70 m高的广播电视发射塔进行重建，建造了一个180 m高新型广播电视发射塔。该发射塔是全镀锌钢菱形结构（边长12 m），塔顶安装安全生产厂家避雷针。2015年又在珠海市政府的大力支持下，投资900多万元对原广播电视发射机房和部分发射机，供配电房和供配电设备、生活区进行重建，其中安全防雷方面的建设由珠海防雷检测所下属公司承担，重建后的珠海广播电视台发射中心可以说是焕然一新，新建的广播电视发射塔、供配电机房、配电设备、发射机房和设备，以及工作人员生活区的防雷设施、防雷接地都经过多年雷雨季节的检验，事实证明该“新型”防雷系统是合格和安全的。“新”广播电视发射塔经历将近十年雷雨季节的检验和冲击，都能将直击雷安全泄入大地，而塔上的天馈线系统从未遭受过雷害，防雷系统的接地电阻始终能保持1.0 Ω。珠海广播电视台发射中心“新型”防雷系统之所以获得比较好的防雷效果，笔者总结为：（1）独到的接地技术—复合接地与均压等电位接地技术。（2）大量应用了导电降阻模块和铜离子接地极极大地降低了系统的接地电阻。（3）在防雷各個环节上下足了功夫：根据不同地域和保护系统的特点，采用了相应的防雷措施。

1 防雷系统结构和防雷接地

珠海广播电视发射防雷系统可概括为：铁塔防雷、建筑物防雷、机房防雷、供配电系统防雷、监视机房防雷（弱电）等。其特点为：每一部分防雷结构都采用了安全可靠的接地方式，配有专门地#，地#内都大量使用了ZDM型导电降阻模块，地#与地#之间使用长形导电降阻模块及镀锌扁钢焊接相连，最后把防雷系统中的各个环节连接成一个全封闭式的环形结构，如图1所示。

接地是防雷系统中最基础的环节，同时又是最重要环节。一个防雷系统质量的高低可以说都离不开良好的接地和安全可靠的接地技术（该文表述为封闭环形均压等电位接地技术）。良好的接地可使避雷针所接闪的直击雷迅速泄入大地，减少雷害；安全可靠的接地技术可减少直击雷泄放时由于地电位差所产生的过电压、过电流对设备所造成的二次雷害，同时也可以消除或降低由于强大的电磁感应所产生的感应雷对设备特别是弱电设备带来的雷害。

1.1 接地方式

新型接地主要采用共地接地——复合接地与均压等电位接地：地#内每个单点接地用镀锌扁钢焊接变成复合接地，复合接地间用导电降阻模块焊接形成地#接地网，其引出线再和另一个地#的引出线相连，最后把各个地#连接成一个全封闭的环形。例如：广播电视发射塔是六个脚的菱形，每个塔脚下面是一个大地#，地井是6 m×6 m的正方形，地#内有许多单点垂直接地，每个相邻单点垂直接地用镀锌扁钢焊接形成垂直接地网，垂直接地网间用导电降阻模块水平连接，这样水平连接的导电降阻模块就构成水平接地网，它们共同构成地井接地网，其引出线再逐一通过导电降阻模块、扁钢和相邻塔脚地#的引出线相连（用于连接相邻踏脚的导电降阻模块埋地深度不少于60 cm），最后连成一个封闭的小环形，小环形的引出线再和其它相邻地#相连后，最后互相连成一个全封闭的大环形。

1.2 接地设计特点

（1）珠海广播电视发射防雷系统位于高山上，其建设可供选择的地形和面积相对有限，按技术要求：接地装置应该埋在距离建筑物3 m以外，很难满足技术要求，因此在施工时主要采用在埋设点铺设沥青的办法来处理，埋设点铺设沥青的厚度要求不少于50 mm。另，发射机房、供配电房周围由于建筑面积很有限，可用于埋设地井的地方不多，其防雷接地主要采用：挖庄地基底下接地和在各个桩的旁边埋设铜离子接地极（Φ50 mm、L3 m）的办法来降低接地电阻。机房和配电房总共24个桩，铜离子接地极最少要求配备20支以上。

（2）根据公式：R=ρ×ε/C可知，设计地#要力求增大接地网的面积以增大接地网的电容来获得低电阻。具体做法：每一个地#除铺设尽可能多的导电降阻模块外，还要求在地#的四周边缘打入多根垂直接地体以增大接地面积。如铁塔地#是6 m×6 m正方形，在地#四周的每一边打入多根1～2 m的镀锌角铁，每根相距50 cm左右，相邻角铁用扁钢相连，形成垂直接地网，垂直接地网之间用导电降阻模块相互焊接，形成地#接地网；又如广播电视发射机房、配电房、监视房、生活区的建筑结构是挖桩结构，各桩结构的接地是在直径为1.5 m圆桩底下（约10 m深）打入四根1～1.5 m长的镀锌角铁（均匀分布），每条角铁与圆柱形的钢筋焊接相连后，再用圆钢环将圆柱形的钢筋焊接在一起。另铜离子接地极的引出线也和圆柱形的钢筋相连，焊接后的钢筋一直延伸到房顶，再和女儿墙防雷网（建筑物直击雷接闪器）焊接相连；同时各相邻桩之间也用导电降阻模块、圆钢相互焊接，用于链接的导电降阻模块、圆钢埋地深度不少于60 cm。各个桩相连后的引出线最后和发射塔相邻地#的引出线互相连接，是环形均压等电位设计。

（3）由上述公式可知：要想获得低地阻，还可通过改善地质电学性质，减少大地的电阻率和介电常数等办法来实现。如：传统方法在土壤中混入炉渣、黑炭等吸附水分子强的物质等。珠海发射中心防雷是使用了大量的导电降阻模块、铜离子接地极（包括填充材料）来获得低接地电阻，这一方法具有科学性和先进性。因为导电降阻模块和铜离子接地极在改善土壤地质电学性质、降低和稳定接地电阻方面有许多优点。如：①接地模块的主体材料与土壤的物理结构相似，使接地体与土壤的有效接触面积比金属接地体大许多倍，增大了接地体的有效散流面积，极大降低接地体与土壤的接触电阻。②接地模块自身有很强的吸湿保湿能力，使它周围的土壤保持湿润，保证接地模块有效发挥导电作用；同时，接地体中导电物的导电特性不受干湿度、温度等季节变化的影响，因此能提供稳定的接地电阻。③接地模块的非金属材料可在电阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化比较平缓的低电阻区域，当大电流冲击时，可降低接地体暂态电位梯度，降低跨步电压和接触电压，减少发生地电位反击的概率。④铜离子接地极的电解离子接地系统所应用的保湿配方、离子缓释、潜深接地、长效降阻等前沿科技，最大程度地解决了降阻性、耐腐性和使用寿命等问题，该产品尤其适合狭窄区域的防雷接地。

3 直击雷的防护

雷云对大地的放电电压低则几兆伏，高则数拾兆伏甚至更高，雷云对大地一次闪击放电的峰值电流平均约为30 kA，有记录的最大电流为210 kA。由于放电瞬时功率大，因而破坏力相当惊人。直击雷的防护主要采用避雷针、避雷带、避雷网、避雷线作为接闪器，把雷电流接收下来，然后通过良好的接地装置迅速安全地把它送入大地。到目前为止，现有的避雷装置都只是把雷击的几率和强度大大降低，百分之百可靠的避雷设备即使做得出来也十分昂贵。珠海广播电视发射中心在防直击雷方面除在发射塔的顶部安装安全生产厂家的避雷针外，其余和大多数发射台在防直击雷方面的措施没有更多特别之处，不作阐述了。

4 感应雷的防护

感应雷的产生是由于云雷对大地放电时所产生强大电磁场的变化而引发瞬时强大感应过电压和过电流，它们对广播电视设备、电源系统等所带来的破坏可以说是灾难性的，因此，认真做好感应雷的防护也显得非常重要。广播电视发射、传输方面的感应雷主要是透过高、低压电源系统、电源线、信号线、馈管、数据线等入侵而破坏电子设备，因此在进行广播电视防雷设计时要弄清可能的雷电通道，并在各个可能的环节上采取相应的防雷措施。珠海發射中心在防感应雷的措施主要有如下几点。

4.1 电源系统防雷措施

广播电视发射电源分布比较广，比较容易遭受感应雷害，而且所有雷害大都为过电压和过电流，因此在进行电源系统防雷设计时必须建立多级防雷的概念，多级互相配合，共同起作用，这样整体的防雷效果才能显现出来。珠海广播电视发射电源防雷为五级防雷，如图2所示。第一级为高压防雷，主要是靠SC10-315KVA高压变压器上的专用防雷器（三相防雷器）来实现。第二级是在高压变压器次级（400 V）连接到1∶1三相隔离变压器初级的通道上安装专用防雷器（MCD50B+C/T）；第三级为1∶1三相隔离变压器防雷；第四级为在1∶1三相隔离变压器次级上安装的专用防雷器（MCD50B+C/T）；第五级为广播、电视、微波设备上的浪涌防雷器（DEHNguard T385）和专用电源配电箱上的浪涌防雷器（ASP FLD2-40）。

4.2 信号系统防雷措施

信号系统的防雷设计主要考虑地电位差和强大的电磁感应所引起的感应雷对弱电设备的雷害，珠海发射中心在设计时主要集中解决以下问题：

（1）根据机房的长方形结构把机器设备的汇流排设计成封闭式的长方形，四周与相近的地井连接，目的是把所有的机器实行均压等电位接地。实践经验表明：如果将调频发射机和电视发射机的汇流排分开，接于不同的地井上，就会出现调频发射机工作时干扰电视的图像和伴音：图像会出现滚动式干扰条纹，伴音会出现交流声。

（2）机房内安装金属槽桥架，地下的金属槽桥架放置机器的供电电源线，房顶的金属槽桥架放置信号线和连接线，金属槽桥架是一个全封闭的环形，其外壳多次与汇流排焊接。

（3）室外的天线馈管入室时其外皮作接地处理，卫星天线引线、电话线、监控引线套金属管，金属管外壳与地网焊接，引线入室前有条件的其外皮要作接地处理。对一些每次打雷时容易损坏的设备如监视机房的信号分配板，可在其输入线上安装技术指标符合要求的信号防雷器（SPD）或对其输入线的地线专门作接地处理。

5 结语

高山广播电视发射台大都为综合发射台，其结构比较复杂，其防雷构造更是一个复杂的系统工程。但不管怎样，只要充分了解其防雷结构和可能的雷电通道，并在相应的防雷环节上下足了功夫，就会取得比较理想的防雷效果。珠海广播电视发射中心在安全防雷方面取得的一些成功经验、特别是在防雷接地方面独到的接地技术，值得同行们借鉴和推广。

参考文献

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[2] 兰祥君.娄山广播电视高山发射台防雷整改方案[J].中国广电技术文萃，2013（2）.

[3] 李成峰，胡立君.广播电视发射台防雷问题浅析[J].硅谷，2012（3）：32.