广播电视设施防雷击技术探讨

石志胜

摘 要：随着我国国民经济持续发展，人民生活水平不断提高，城乡居民的生活逐渐从温饱型向小康型迈进，生活在安全、舒适、恬静、信息传递快捷的居住环境是很多人的梦想。21世纪到来，我们正处在一个信息革命和知识经济的时代，广播电视的快捷、方便性，在农村宣传党的政策、科技文化知识、病虫害防治、社会治安综合治理以及灾害预警等方面大有作用，农村广播电视的发展不容忽视。

关键词：广播电视 防雷技术 探讨

中图分类号：TN934 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（b）-0022-04

1 雷击过电压的产生

雷击过电压产生通常由直击雷、附近的雷击、远处的雷击、开关浪涌及瞬态过电压。在广播电视设施（设备）、测量系统、控制系统和计算机网络等都是在低电压的供电系统工作，工作电压基本均在220V 50Hz，有许多因素可引起瞬间高电压。下面浅谈4种雷击易造成危害性最大的现象。

1.1 直击雷

直击雷的产生是受天空云层、风力、气温的变化而产生，在近距离内，垂直击物体也可斜击物体、滚球式击物体等多种方式对外部物体高处尖端放电。对没有防雷装置的建筑物会易受到雷击建筑物顶部。通过某种途径传输雷电流入地表面，使得地电位抬升，如安有广播电视设施的室外天馈线、卫星接收天钱、数据线等遭到雷击时，这些设施会受到破坏。没有防雷装置的建筑物，安装有限流器、避雷针能得到有效地将可能发生的雷电流入地，使直击雷在保护区发生闪击时，准确入地闪击在避雷针上。

1.2 附近雷击

在附近的物體或建筑物受到雷击时会产生过电压，这个浪涌过电压直接通过电感性或电容性耦合到广播电视设施装置。在雷电流瞬间放电时，经过大地传输到广播电视设备的保护地线，或者通过在雷电瞬间放电通道散发出的磁场，在设备线路上感应出过电压，同时也在两根地线之间容易感应出过电压，称为跨步电压，部分雷电流可能通过大地传输到接地装置的保护地线，从而入侵建筑物内部的广播电视设备形成地电位反击，引起接地装置的电位升高，通常会击坏广播电视设施。

1.3 远处的雷击

在远处雷电击中电力线路（11.0kV以上）或击上广播电视数据信息线路，然后沿着传输线路侵入广播电视设备。在雷电闪击时，在低电压导线、数据线上感应过电压，该过电压传导到建筑物的接地装置上，从而对广播电视设备可能造成极大的危害。

1.4 开关浪涌

开关浪涌来自电路的闭合、大电流输电线路的断开时的转换操作，来自感性和容性负载的开关操作，也来自短路电流的阻断。特别是大型用电系统或200kVA以上电力变压器的断开会产生过电压，可能引起对邻近的广播电视设备的损坏。

以上讨论的4种都是危害最大的雷击瞬态过电压，对广播电视设施、设备损害的程度也是最大的。在低电网最大的电压峰值是由于雷电泄放引起的，当雷电直接打在外部防雷装置或低压架空线上时，包含高能量的雷电浪涌常常使得连接在电网上的负载（设备）完全损坏，在建筑物里的设备上、在电源线或广播电视传输线上的感应过电压峰值也可以达到正常工作电压值的几倍或几十倍。一个瞬间的过电压，时间少于1ms，该电压远远超过广播电视设备的最高允许工作电压峰值，并且包含大量的能量，马上摧毁广播电视设备，开关浪涌导致的故障通常较迟出现，因为较小的瞬间过电压是逐渐导致广播电视设备中电子元器件老化，最后损坏。

2 雷击防护措施

我们了解掌握雷击过电压产生的原因后，而对防护广播电视设备不受雷击，采用分区防雷的办法。

（1）由外到内，防雷分区图如图1所示。

LPZOA：在建筑物外顶部，防护区外的物体暴露在按闪器的保护范围以外，都可能遭到直接雷击，属完全暴露的不设防区。

LPZOB：广播电视设施在建筑物外部，属在本防护区，属在接闪器保护范围以内，不可能遭到所选滚球半径对应的雷电直接雷击；因在本区内电磁场没得到任何屏蔽衰减措施，属充分暴露在直击雷防护区。

分区防雷的必要条件：一是正确安装等电位连接；二是在各分区之间安装防雷器。

依据IEC62305-4说明，等电位连接的，在于减小保护区间内、各金属部件和各系统之间电位差。对非带电金属体（如水管等）需要采用导线进行等电位连接，对于带电金属体（如动力线缆等）需要采用防雷器做等电位连接，见图2。

技术要求如下。

①屋顶上的避雷针是用KBT-UA限流式避雷针。②接地电阻≤1Ω。

若接地电阻>1Ω，用KBT-JZ长效防腐降阻剂，它是高土壤电阻率地区用于降低接地电阻的专用产品。

图1所示的避雷针是用KBT-UA限流避雷针对雷电流形成一定的阻抗，使雷电流沿引下线泄入大地的强度减弱，使各种线路对雷电耦合的能量降低，使雷击引起的各种危害大大降低。

保护半径的计算参阅“科比特防雷资料”。

KBT-UA避雷针的保护半径与高度（h）有关，与它的启动抢先时间（△T）有关，以及与所选择的保护半径（RP）有关，当h≥5m时：

h为避雷针高度；

D为滚球半径（闪击距离）；

第一类建筑物为D=30m；

第二类建筑物为D=45m；

第三类建筑物为D=60m；

△L上行抢先距离，△L=V（m/μs）×△T（μs）；

V为先导传播速度，一般取V=1m/μs；

△T提前预放电时间，一般为25～86μs。

（2）防雷分级的目的，是将需要保护的空间的设备划分为不同的防雷区，以规定各部分空间的设备不同雷击电磁脉冲的严重程度。防雷区的级数越多雷电磁场强度越小。

相对于不同的要求，安装位置、保护级别和雷电冲击流通容量，分级的目的是提供选择浪涌保护，保证一个高能量吸收能力和得到尽可能最低的设备损害。endprint

3 综合防雷设计

防雷是一项综合系统工程见图3，综合防雷装置分为两大部分；外部防雷装置和内部防雷装置，在进行防雷设计时必须安装外部防雷装置和内部防雷装置。要求全方位多层次防护，又要根据实际情况注意区别处理突出重点，在做到结构合理使整个系统在总体上達到最佳的运行状态的同时，又经济适用，见图4。

N：均压等电位母线（均压环）接地电阻≤1Ω。

（1）电源电压380V，用KBT-380；（2）电源电压220V，用KBT-220；（3）数据线（电脑）用KBT-C100；（4）数据线（控制线）用KBT-485；（5）天馈线用KBT-T200；（6）视频线用KBT-V800；（7）音频线用KBT-A60。

图6中：直击雷地网和联合地网是并联在一起，接地电阻≤1Ω。

4 接地装置敷设

接地装置的接地体可分为自然接地体和人工接地体。

电气设备接地装置，应首先利用自然接地体，如敷设在底下的供水管道、井管、建筑物与地连接的金属结构，建筑物的钢筋混凝土基础等，在自然接地体的接地电阻达不到要求时，可敷设人工接地体。

人工接地体有垂直和水平两种敷设方式。垂直接地体一般是采用垂直埋入土中，用长约1.5～2m的钢管或角钢，排行为2～3m一根，每行一般设8～16根，分为多行。垂直入地用63×63×6的角钢，与角钢连接用40×4扁钢，一般敷设按东南西北4条以上，如接地电阻>1Ω时，再增加敷设条数或增加其他降阻剂。钢管或角钢埋入地中时，其上端离地面的深度为0.5～1.0m，这样可以使地电阻不会由于冬季土壤表面冻结和夏季水分蒸发而引起较大的变动。水平接地体多采用厚度不小于4mm、宽度20～40mm的扁钢或直径不小于8mm的圆钢在地中水平敷设，埋于地下0.5～1.0m处。分成东、南、西、北多条水平接地体可成放射形布置，也可成排环形布置。

各种系统的防雷要求种类很多，但其防雷思想是一致的，在广播电视设备系统中见图5，属弱电流用电，防雷与强电系统不一样，就是再努力实现等电位。绝对的等电位只是一个理想，实际中只能尽量逼近，目前是综合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法来近似实现等电位。

在均压等电位连接系统中，能做直接电气连接的金属导体系统，做直接电气连接，不能做直接电气连接的线路（比如电源线、信号线、天线、数字线等）需做特殊的等电位连接。各类防雷器为了防止瞬态浪涌摧毁广播电视设备系统，在信号输入、输出接口和电源接口都必须安装防雷装置及电涌保护器。

参考文献

[1] 国际防雷标准IEC62305-4[S].

[2] 中国气象局2005年2月1日发布实施的《防雷减灾管理办法》[Z].

[3] 防雷产品《说明书》[Z].endprint