高山台雷电防护思考

谭 辛

（作者单位：江西省七0七电视台）

安全是高山台站广播电视无线发射的生命线，也是高山台站可持续发展的首要前提。江西省七〇七电视台地处赣州峰山，海拔1 016米，当地年平均雷暴日数近72天，最多年份120多天，属于多雷区。安全总链条中的防雷安全就成了其中极为关键的一环。

江西省七0七电视台承担着1套数字电视、9套调频广播和3套模拟电视发射任务，主机房有3套模拟电视发射机、9套调频发射机和1套数字电视发射机（备份），分机房有2套数字电视发射机和1套CDR广播发射机。除发射机外，机房内部还主要布置有包含信号监测、信源切换、码流分析和监测、发射机监控、动力环境监测等在内的监控系统设备设施；高低压配电盘等供电系统设备设施；多工器、发射馈管等天馈系统设备设施。机房外部布置有发射铁塔、卫星接收天线、光缆线路、微波传送等设备设施。

雷击是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国广播电视技术的飞速发展，广播电视系统已经发展成为多形态、多环节、多功能、多层次的规模庞大的体系，数字化、信息化、网络化程度越来越高，自动化程度越来越高，集成度规模越来越大。系统设备耐过电流，耐过电压的水平在逐渐减低，另一方面由于广播电视信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受闪电电涌的侵入，致使雷电灾害频频发生。据统计，雷电对电子设备的损坏，占设备损坏因素的比例高达31%，防雷电过电压已成为一项迫切要求。

实验证明：当电子设备所在安放位置的磁场强度大于0.3 Gs时，设备将产生误动作；磁场强度大于0.7 Gs时，设备将假性损坏，造成数据丢失、准确度下降；磁场强度大于2.4 Gs时，设备将永久性损坏。电磁场对设备的影响，发生概率最高的干扰源就是雷暴。

据联合国国际十年减灾委员会公布的对人类造成最严重危害的十大自燃灾害中，雷暴由于其对人类生命、财产的巨大侵害，被列在了显著的地位。防雷过电压已成为具有时代特点的一项迫切要求。在现代防雷技术领域，主要采用接地、接闪器、引下线、屏蔽、均压等电位系统、雷击过电压保护系统等，内、外部防雷措施来达到综合防护的目的。

接地是一切防护措施的基础，不管是防雷还是防静电，均是将管道、线路等设施上的高电压通过导线或SPD导入大地，进行异电荷中和；所以进行其他防护措施之前必须完善接地系统。内部防雷措施主要是等电位连接，在相应回路上加装参数以及接口与设备相适应的SPD，起到必要时舍弃SPD而保护设备的作用。由此可见，一个完善的防雷设施，不光要考虑接地措施、外部防护措施，还应考虑内部防护措施。

1 高山台雷电防护设计思路

1.1 电源线路

一个完善的广播电视配电线路防护方案应从总配电、分配电、重要设备配电等全面考虑。第一级电源防雷器的标称冲击电流≥15 kA/线（10/350 μs），残压≤1.5 kV，要求具有相线对地线、中线对地线的保护功能；设备前端电源防雷器的标称电流≥10 kA/线（8/20 μs），残压≤1.5 kV，要求具有相线对地线、中线对地线的保护功能。

1.2 信号线路

一个完善的广播电视信号线路防护方案应从进出建（构）筑物的所有有源控制线、设备间的非常重要的通信数据线、建（构）筑物内接近或超过30 m长的控制数据线等全面考虑，其他无明显雷击感应点则不予考虑。信号防雷器的泄放电流不小于10 kA/线（8/20 μs），残压、频率、阻抗、接口满足信号传输要求。

1.3 接地及等电位

广播电视高山台站宜采用共用接地方式，接地电阻按照系统最小阻值要求而定，一般是≤4 Ω。雷击地电位抬高对低电位线路（主要是对外的电源线、通信线等）形成的电位差，采用线路上加装的SPD的方法进行防护。

1.4 雷电电磁场防护

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的理论要求，对广播电视播出机房宜采用六面体屏蔽接地处理，机房内设备柜为金属柜的，还应做好等电位接地处理，使处于其内的设备所免受雷电磁场干扰；采用上述手段处理后，雷电电磁场的影响主要就体现在进出屏柜的电源和信号线路，能采取屏蔽措施的线路就屏蔽，线路屏蔽应全程导通，并至少两端接地，防止出现中间中断，而无法达到屏蔽的效果；无法实施屏蔽的线路采用加装SPD的方法，防止设备损坏。

2 适应高山台发展趋势的雷电防护设备选择

2.1 雷电预警系统

高山台气候条件恶劣多变，加强雷电预警，拉长广播电视有效应急处置时间很有必要，而雷电预警系统恰恰能很好地发挥作用。雷电预警系统是一个雷电电场检测、信号处理、判断、告知、执行的一个结构。在雷暴来临之前,使广播电视发射机房有充足的时间启动紧急预案，减少机器设备损坏、人员伤害和经济损失。预警系统主要包括时间管理、历史预览、报警数据查询和地理信息监控等功能。当连机运行后，即可在主窗口中实时显示当前的电场强度，并在窗体下方位置对当天的电场情况进行预览显示，从而达成远程监控的目的，或者通过对数据的分析，对雷电电场强度和极性变化做出更准确的判断。雷电预警系统还可以与声光报警系统相连接组成三级声光报警系统，有效提升发射机房应急响应效率。

2.2 防雷系统产品集成

采用CT检测SPD漏电流是人们一直追求的技术方案。目前国内已有设备厂家采用铁基纳米晶传感器，对检测出的微安级电流信号，经过滤波、鉴相、小波变换，成功将微安级漏电流分离出来。

漏电流信号经过干接点信号或者通讯模块总线向后台计算机传输信号实现漏电流监测报警，根据GB21431标准，20 μA漏电流被设置成报警，提醒应用者及时更换已经发生劣化的SPD模块，杜绝火灾的发生。漏电流监测模组不但可监控发生劣化的SPD模块发出报警，还可监测SPD和SPD前的过流保护装置（SCB）是否处于有效保护状态，如SPD脱扣、SCB发生开断也可进行报警。

根据高山台站特点，可将SPD分为总配电房，稳压柜房等多区域，每个区域安装一套网络数据通信模块，最后在管理终端电脑前再安装一套网络数据通信模块T，以做到SPD信号的传输与接收。通过防雷系统产品集成，可以组成完全满足电源雷电防护的需求，并且弥补，在电源发生故障时无法及时恢复防雷保护问题的系统方案。真正实现了防护、防火、监测、无人值守自动恢复、雷电信息记录的闭环全方位防雷保护。

通过网络模组，将监控SPD劣化的（防止SPD起火）漏电流模块、SPD专用后备保护器（SCB）、Autoreset自动重合器、雷电信息记录仪，通过通讯模组构成了配电系统雷电防护体。解决了长期以来雷电防护领域的漏洞和盲区，将安全性、数据可追溯性、状态可管控性完美的体现出来，也可以为高山台建设无人值守站打下扎实基础。

2.3 提前预放电避雷针

在发射铁塔、机房等建筑物屋面，选择合理位置安装提前预放电避雷针，可以对建筑物及人员活动扬所进行很好的防直击雷保护。选择提前预放电避雷针的目的是克服常规避雷针定向接闪能力差、保护范围小的弱点。提前预放电接闪器的原理是利用接闪器的空气终端从自然界的电场中吸取并贮存能量，雷电发生前，电磁场增强，贮存能量也增强，达到一定水平后，触发空气终端产生尖端火花，使空气离子化形成尖端放电，当雷云产生的雷电先导靠近大地时，它先于雷电放电，有Δt的提前放电时间。能有效降低接闪雷电流强度，减小接闪时的电流辐射能量，有效保护接闪器引下线周边的设施，减少次生灾害的发生，避雷针冲击接地电阻值≤10 Ω。

3 高山台防雷接地网的处理

（1）根据接地指标测试数据，对发射铁塔安全保护接地网进行改造，使防雷安全保护接地网接地电阻≤4 Ω。对机房防闪电感应接地网进行改造，使防雷安全保护接地网接地电阻≤4 Ω。

（2）在高土壤电阻率地区降低防雷接地网接地电阻，按GB50057-2010规范要求必须采用多支线外接引地装置，外引长度不应大于有效长度，接地体上敷设降阻剂进行降阻。高山台生活区防闪电感应接地网的接地电阻分别应≤10 Ω和≤4 Ω，其垂直接地极采用L50×50×4.5热镀锌角铁或长效接地模块，水平接地母线采用用-40×4热镀锌扁制作铁，且水平接地极采用长效物理降阻剂进行防腐降阻。

（3）针对高山台春冬季气候潮湿寒冷的特点，在改造地网时，宜挖洞安装垂直接地极并浇注高分子高效降阻剂。高分子高效降阻剂凝固后形成的凝胶体具有吸水性，保水性，渗透能力强，高导电性等特点，降阻效果明显并持久。高分子高效降阻剂是一种良好的导电体，将它使用于接地体与土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流能量；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域。结构紧密，对电极有防腐蚀保护作用。