广播电视高山发射台防雷问题

■ 文/帅志彦 陆鹏飞

广播电视高山发射台站的防雷工作是特别被重视的工作，因此，在台站建设、防雷工程设计、施工和后期整改过程中，都是严格遵照接地电阻数值要求的有关标准进行的。

广播电视高山发射台站，一般都有近二十年的运行历史。特别的感受是在雷雨多发季，没有可靠的防雷保护技术，又要保证广电高山台正常播出，难度很大。特别是一些条件恶劣的基层县（区）台站，往往会发生雷击损坏的长时间停播和瘫痪，而位于高海拔的高山台站，独有的地理因素造就了很高的雷击频率与强度，故在很多场合，所采用的办法只有主动关机，但这种被动中断转播的方法会影响一些广播电视新业务的转播质量，但即使采用这种关机方法，还是会发生雷击损坏，为此选择一种真正技术可靠的防雷新技术对高山发射台具有重大的意义：保证全系统设备雷雨季节的正常连续不间断工作的安全运行；减少雷击造成的直接经济损失；提高机房全系统设备的工作寿命；减轻维护技术人员的在恶劣天气环境下的抢修工作量；保证系统工作人员雷雨季节的人身安全；有利于辅助安全保障系统的安全运行；有利于自动值机系统的建设，减少人工压力；有利于其他新技术的广泛应用。

1 雷电的特点

在开展高山发射台防雷问题讨论之前，首先需要认识雷电是什么，雷电是自然界中发生的一种云雨中电荷激烈的放电（雷云电荷从高电势到低电势的自动转移过程）现象，这种直接雷击的放电危害很大。

1.1 雷电的危害特征

（1）高压爆炸冲击力的隐患，对周围3～5m 处的非金属物体有机械损伤的破坏力。

（2）高压电弧及火星具有引燃隐患，对周围3～5m 范围内，有介质性物体、可燃性气体和人员，则会引发烧伤及火灾。

（3）高压雷击地电势，对周围的人和电器设备有跨步电压和地电势叠加反击的安全隐患，接地系统越好，这个高电势跨步电压危险区域会覆盖越广。

（4）巨大的电弧有恐怖的雷声和电弧射线的辐射危害。

雷电是有害的超高电压，这个雷电通道的超高压电会危及周围人身的安全和引起电气系统设备的损坏。

1.2 外层空间电荷超高压能量的物理自然消耗方式

外层空间电荷超高压能量的物理自然消耗方式如图1所示。

图1 外层空间电荷分布图

空间雷云具有能量Q×Ψ 或∑dq.Ψ，其能量以空间电场能的自然分布方式连续递减消耗。简单的说，空间静电场能量隔离分布消耗的等级300～500kV/m。

1.3 电的缓变特性

电的缓变特性如图2所示，电在传导过程中，具有缓变特性，只有通过电阻特性的期间才会减小，没有电阻表示传导途径不消耗，电能全部到后端消耗，途径前面都是高电压。

图2 电的缓变特性

U出=U入－TR

2 高山发射台防雷问题主要表现

2.1 雷击频率高、强度大

高山发射台显著特点是海拔高或所处相对位置较高，海拔高顾名思义就是指地面某个地点或者地理事物高出或者低于海平面的垂直距离，海拔高意味着受雷击强度大。

相对位置高意味受雷击概率高，比如江浙区域，海拔500m 的山在该区域相比较周边就比较突出，山头相对高度达450m；而在云贵区域，海拔1000m 的山尤如一个小山丘，在该区域甚至不是最高的山头，相对高度甚至不足100m。

广电发射台最典型的建筑物是发射塔，在高山发射台上高度的20～70m，材质为不锈钢，具备雷击的先决条件。

2.2 值班人员存在安全隐患

广电发射台的主要职责是贯彻执行党和国家新闻宣传的路线、方针、政策和法律法规，正确把握舆论导向，切实做好对上对外宣传工作，肩负重大的政治使命。为保障正常播出，一般都安排有值班人员24h 轮守。有人员就存在跨步电压和高压电弧的危害，一般来说，电气设备发生接地故障、或者被雷电击中的时候，在接地电流入地点周围电位分布区行走的人，两只脚之间有电压。这样，强大的电流就会瞬间从电压更高的一只脚流动到电压相对低的脚，形成跨步电压。

2.3 地网铺设难度大、成本高

高山发射台山体基本为岩石结构，土壤覆盖率低，土层厚度薄，铺设地网难度高，接地电阻很难达标，有些是通过埋设降阻剂来达到验收标准，经过雨水冲刷后降阻剂逐渐流失，电阻逐渐增加，治标不治本。因常年受雷击影响，有些山顶比较光秃，缺少高大植被，使得发射台完全暴露于山顶。

2.4 交通受限，维护成本高

为保障信号覆盖范围广，高山发射台一般建设在当地地理位置较高的山顶，离市区距离较远，且盘山公路上山路程远、路况差，部分条件艰苦的台站只能徒步上山，为后续维护带来很大不便。

3 防雷技术

（1）现代防雷技术：主要是通过以避雷针、避雷带、避雷网、避雷线等直击雷防护装置。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变，在避雷针的顶端形成局部电场强度集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。

（2）等离子避雷：保护原理是在保护对象的上空人为覆盖和雷云极性相同的等离子电荷，达到消除保护目标上方的雷击目的。

（3）直击雷保护装置：以在局部区域内防护雷电而不是吸引雷电为指导思想，提出防雷电“回闪”技术。采用“上中和、下阻断”的方法，阻止雷电下行先导向保护区推进，使保护区内不落直击雷。

（4）感应型消雷技术：利用大表面积的金属体，感应上方一定范围内的雷云电通量，利用表面积感应电荷的电势叠加作用，使金属顶锥处感应电荷具有最高的电势，消雷针耗雷体上消耗绝大部分的势能，消雷针系统消耗的势能越大，表示消耗的空间雷云电场能力越强。

4 景德镇发射台防雷新技术应用方案实施情况

4.1 传统接地改造防雷工程的历史表现

景德镇市发射台位于云门公园内，塔高101m，在市区内显得尤为突出，致使打雷时雷感特别明显，塔树立在公园内，存在安全隐患，原有的防雷装置每年检测整改。这些防雷措施虽然在一定程度上起到了作用，但发射台遭受雷击的事故仍时有发生，从发生的雷声强度判断，所采用的防雷措施应该是雷击概率有所增加，雷击强度有增加的趋势，根据传统防雷技术雷电能量通过避雷针的击闪泄放到大地的机理理解，应该是富兰克林避雷针主动引雷防雷的措施表现，这种引雷防雷的后果带来了系统设备不同程度的损失，并对工作人员人身安全形成了巨大威胁。特别是近几年高山台基础设施和系统设备提升后，雷电造成的损失有加大的趋势。景德镇发射台防雷工程做了很大的投入，每年都会对接地工程用降阻剂进行补充，接地电阻从测量数值来看，都达到小于4Ω 的要求，全系统设备雷雨季节还要遭雷击损坏，可以得出的结论是：符合标准数值要求的接地改造防雷保护措施不适应景德镇发射台的保护可靠性要求。

4.2 防雷新技术的应用实施情况

景德镇发射台防雷新技术的应用实施情况如图3所示，防雷新技术措施要点如下：

图3 感应消雷针结构图

（1）主动感应：用大表面积的金属接闪体，主动感应空间雷云电场。

（2）主动消耗：利用雷电作用能量消耗的原理，在途径的头端串联大阻抗特性的部件，以高电势、小电流的方式消耗金属顶感应输出的雷电势能。

近年来，接地引雷防雷、消雷防雷技术一直是防雷界论战的焦点，最好的证明就是实际的应用效果。很显然，通过景德镇发射台的应用验证，感应消雷防雷技术在高山广播电视发射台的应用优势非常显著，这个区域范围内的直接雷击地闪消除技术能够减少雷击概率，保护可靠性不受接地系统的电阻影响，使用期内稳定可靠，没有近距离的电弧射线影响，对工作人员人身安全有保障。

5 结语

近年，防雷工作一直是广播电视安全播出的重要一环。景德镇发射台是江西骨干发射台之一，所存在的雷电隐患在其他台站具有相同的表现，因此对传统接地改造防雷技术“防而未决”的原因、及“技术上百分之百”可靠防雷新技术原理给以认识和理解，就可以全面推广应用，有效解决高山发射台的雷击隐患。对广电系统安全播出、减少雷击引起的经济损失、提高无线发射的社会效益有积极的指导作用。