广播电视发射台防雷接地实践

范晓俊

衢州广电传媒集团发射中心 浙江省 衢州市 324000

广播电视发射台防雷接地实践

范晓俊

衢州广电传媒集团发射中心 浙江省 衢州市 324000

本文介绍了衢州广电传媒集团姜家山发射台在实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程防雷接地项目过程中，如何通过防雷、接地的设计规范来提高发射台防雷效果。

防雷 接地 等电位

随着科技的进步，计算机控制系统、数字发射机等精密电子设备被广泛应用，这些设备普遍绝缘强度低、抗过压、过电流及电磁脉冲的能力低，特别容易遭受雷电侵害。

从2015年起，中央广播电视节目无线数字化覆盖工程全面铺开。2016年，第二期农村补点项目开始实施，小型无人转播发射台站的数量越来越多，分布区域越来越广，设计上不重视，防雷不完善造成发射台站遭雷击的事故也越来越多。因此，对防雷、接地做较为深入的研究探讨，对于做好广播电视安全播出工作，减少不必要的损失十分必要。

1 雷电侵入方式及防护

雷电主要有直击雷和间接雷。间接雷又分为传导雷和感应雷，雷害防护方案应包括对直击雷和间接雷的防护，两者缺一不可。

1.1 直击雷及地电位反击

雷雨云块对地上物体发生猛烈的放电，称为直击雷。对于直击雷的防护措施主要是在铁塔顶部架设避雷针，避雷针、铁塔、地网钢结构等形成一个屏蔽“法拉第网”，引导雷云放电，将雷电流引入大地。用避雷针防雷，要求放电通路有较高的整体耐雷水平，避雷针和铁塔具有良好的接地，接地电阻很小以承受雷电产生的雷电过电压和大电流，否则会由于雷电流幅值大，使铁塔、地网的电位升高，对绝缘子和线路造成地电位反击。

1.2 传导雷

雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对建筑物外部的金属线缆、管道放电，由此产生的冲击电压沿线缆或管道传入建筑物内，称为传导雷。雷电波产生的过电压几乎以光速扩散，沿线路侵入并危及室内所连接的电子设备。对于传导雷的防护措施主要是在金属线缆上间隔安装避雷器，让雷电流逐级分流泄放，电压逐级降低，减少对线路及设备的冲击。

1.3 感应雷及过电压

雷电在放电过程中，产生的强大静电感应和磁场感应，形成过电压称为感应雷。雷电放电时，产生的强烈瞬变磁场，会在周边的金属导体上感应出过电压，造成设备数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪。如果电子设备或线路的屏蔽及绝缘措施做得不够好，还会在电子设备内部感应出局部过电压，引起元器件击穿及电路板烧毁。感应雷造成的损失达雷害事故总损失的80%以上，但其带来的直接危害相对要小一些。感应雷过电压的幅值大小跟雷云对地放电时的电流大小、雷击点周围的环境、线路长度、设备接地装置的电阻、雷击点与线路间的相对位置有关。预防感应雷的基本措施就是做好屏蔽工作，简单的说就是用接地良好的金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，避免线路感应过电压。

2 衢州发射台防雷接地现状

衢州广电传媒集团姜家山发射台经度为118E52，纬度为29N00，海拔100米，位于衢州市城区西部姜家山乡，地处雷电多发地带，雷暴出现的时间主要集中在6～9月份。发射塔高168米，为六角钢塔结构，机房建筑为两层现浇圆形结构，设备机房位于二楼，办公室在一楼，上下层面积约700平方米，如图1所示。供电线路为农用电，10KV高压电经架空线路至200KVA油浸变压器后，送至配电房配电柜（配电房距离机房约200米），经分配后地埋至机房一楼，沿管道向上到二楼二级配电柜。

图1 铁塔与机房建筑

1994年建成至今，虽未因雷击而遭受重大事故，但也先后多次遭雷电袭击，尤其是卫星接收高频头多次遭雷击损害。此次防雷接地工程建设，经过防雷技术人员的现场勘查分析，发现存在以下问题：

（1）在发射台建设时，铁塔、机房建筑部分分别做了一些防雷接地措施，但都做得不够到位。六个塔脚各打一根角钢加降阻剂作为接地极，无真正的地网。由于铁塔所处区域土质差又多雷电，这样的接地效果不理想。

（2）塔脚之间用一根4mm宽的扁钢连接作为等电位环，埋深30cm，效果不好。塔脚和二楼配电柜外壳只用一根φ12的钢筋连接。

（3）受多方面限制，机房设备没有等电位连接措施，一般与二次配电柜相连。设备都是由技术人员自行安装，接地线到处拉，接地阻值大，没有系统性的形成一套整体的雷电防护体系。

（4）高压变压器及一次配电房距离铁塔较远，保护效果下降，200米电源电缆地埋，两端没有做好屏蔽接地，未加装避雷器，使防雷效果大打折扣，很容易受到雷电电磁干扰及传导雷的冲击。

（5）卫星接收天线基座简单接了一根钢筋至附近塔脚，而卫星信号线进入机房外壳未屏蔽，也未安装浪涌保护器，使卫星接收天线与信号线、设备地线、塔脚形成一个闭合回路，极易在雷电放电时感应出过电压，损坏脆弱的高频头。

3 防雷整改措施

3.1 防雷设计依据

（1）GB50057--2010《建筑物防雷设计规范》

（2）GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

（3）YD5098--2005《通信局(站)防雷接地工程设计规范》

（4）IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》

（5）GB7450-87《电子设备累积保护导则》

3.2 具体防雷措施

3.2.1 重做地网

接地是防雷工程最重要的一个分项，接地不好所有防雷措施都不能有效的发挥作用。对原有接地极进行检测，经过二十多年，部分金属已锈蚀。虽然测试接地电阻为4Ω，但这是小电流状态，在雷击大电流情况下，将影响到地网的均压效果和雷电流的散流，势必产生地电位反击现象，影响弱电系统的电子元件正常运行。

图2 地网、接地示意图

此次重做地网采用闭合环型与辐射型相结合的方式，如图2所示。沿铁塔塔脚外围6～7m，一圈采用40×4mm热镀锌扁钢作为水平接地体设置等电位均压环，等电位均压环的埋深不小于0.5m。每个塔脚就近与等电位均压环用40×4mm热镀锌扁钢相连，保证铁塔六个塔脚的电位平衡。采用热镀锌角钢作为垂直接地体，在等电位均压环地沟内打入深度不小于2m，保证接地电阻≤4Ω，两垂直接地体间距为接地深度的2倍（4m左右）。为保证良好的电气连通，垂直接地体、等电位均压环的连接应采用多边搭接焊，确保连接牢靠，焊接部位清除焊渣后，用含锌量30%以上的环氧富锌防锈漆涂覆两层防腐。

铁塔东西两侧空地处设置辐射式外引接地体，开挖4×4×3mm深坑，用热镀锌扁钢搭焊形成“田”字型辐射地网，等电位环与辐射地网的水平连接采用40×4mm的镀锌扁钢。考虑到发射台为沙质岩土，保水性差，地网回填土改为粘土回填，并分层覆盖长效降阻剂，灌水夯实。如图3、4所示。

图3 等电位均压环及垂直接地体

图4 塔脚接地

3.2.2 建筑物接地

机房建筑物在铁塔中间，受铁塔保护，可以有效防止直击雷的侵入，如图1所示。机房采用的是框架结构，因此，我们将建筑物基础钢筋的接地线引出线与等电位环连接起来，组成联合地网加以利用，有效防止雷击所造成的破坏。

塔脚外侧的四面卫星接收天线单独做接地，不与铁塔总地网连接（仅利用铁塔保护，采用悬浮接地的方式，避免形成电流回路产生地电位反击损坏高频头）。

3.2.3 机房等电位连接

在机房内部用30×3mm扁铜沿墙边设置接地环，接地环与墙体用绝缘子隔离。采用三点引出的方式与机房外水平等电位均压环连接，如图2所示。机房内所有设备外壳、防雷器、金属管线、金属通风管道等均采用BVR16平方的铜缆接至接地环上，减小机房内各金属部件及各设备系统相互间的电位差。使用接线铜鼻子压接，以保证连接可靠性，用热缩管将铜鼻子的根部做绝缘处理，在接地端螺丝涂凡士林防止锈蚀，如图5所示。

图5 室内接地环

图6 桥架走线

3.2.4 线缆屏蔽整理

卫星信号线、电话线、有线电视线等，采用穿热镀锌管地埋入户的方式，并在其入户端加氧化锌避雷器，防止雷电波侵入。热镀锌管接在防雷电感应的接地装置上，作等电位连接，削弱雷电静电感应和电磁感应对线路的影响。

所有光缆因原有线路为架空线，因空间限制无法入地，整理后用钢丝绳支撑，从二楼屋顶延墙而下进入二楼机房。光缆本身为非金属线缆，在进入机房的光分线盒处将内部金属加强芯及金属的防潮层做接地处理。

因原来建筑设计原因，线路均走桥架，对机房内的部分线路重新整理布置，避免线路互相交错，消除线路耦合产生互感电流。所有的金属导线，包括电力电缆、信号电缆均采用高质量屏蔽线缆或穿金属管屏蔽，并将金属外皮两端做接地处理，如图6所示。

3.2.5 抗浪涌防护

二楼机房配电柜的空调（抽水）用电、设备总电、稳压器、UPS、发射机、电视墙等电源输入端，均安装电源浪涌保护器，作为电源系统的防护，每路进线安装1套。为防止保护器损坏造成短路故障，在电源浪涌保护器前端分别加装空气开关。

信号线路在进入设备前首先接入信号避雷器，信号避雷器的选择，应根据线路的工作频率、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的信号避雷器。

3.2.6 供配电防雷改进

10KV供电线路在野外采用架空线路，变压器高压侧安装了避雷器，防止雷电从架空线路侵入，而变压器低压侧未装避雷器保护。由于变压器配电房与铁塔之间有200m的距离，因此，雷电波容易从电力电缆入侵，由于低压侧绝缘度比高压侧大，雷电波不一定损坏低压侧绝缘，而会通过绕组电磁耦合，在高压侧产生过电压造成变压器高压侧的绝缘损坏。

发射中心已启动电力增容改造工程，新配电房设在铁塔的西南面，在铁塔的有效防雷保护范围内，配电房的防雷接地均按规定标准进行施工，不再叙述。在新装的变压器低压侧三根相线加装氧化锌电涌保护器，在变压器高压侧的三根相线采用阀型电涌保护器，接地端直接与变压器的金属外壳相连，同时与配电房建筑地线、铁塔外围的等电位均压环连接。低压传输电缆采用带有金属铠装层的电缆，电缆的铠装与接地排连接。

结束语

完成防雷接地系统，还要进行相应的维护，才能保证系统的可靠有效。例如加强接地线路的检查，接地连接是否可靠；定期对防雷设备进行外观检查，及时更换失效设备；每年雷雨季节来临之前,由专业防雷机构测量地阻，对防雷系统进行一次安全检测，减少雷击所带来的危害；认真做好技术资料的汇总保存，通过对比，及时发现问题解决问题等等。

防雷工作是一项复杂而细致的系统工程,没有任何一种产品可以全面防止雷害，要实现有效的防雷，我们必须提高对防雷工作的认识，结合发射台的实际情况，从雷击风险评估、防雷工程设计到防雷工程施工各方面采用相对应的措施，才能取得良好的防雷效果。

［1］刘刚，邓春林著.《防雷与接地技术概论》.广州：华南理工大学出版社，2011年6月

［2］白徐潮.高山发射台防雷方案的设计及具体措施. 视听科技，2016，6

审稿人：徐振媛 内蒙古新闻出版广电局781台正高级工程师

责任编辑：王学敏

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范晓俊 衢州广电传媒集团发射中心 高级工程师