延邊廣播電視轉(zhuǎn)播臺(tái)防雷實(shí)踐

李載日 李寶華

我們吉林省延邊廣播電視轉(zhuǎn)播臺(tái)地處海拔1074米的高山上，雷電災(zāi)害異常嚴(yán)重，特別是對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)及監(jiān)控系統(tǒng)的的破壞尤為突出，自從安裝衛(wèi)星接收機(jī)及監(jiān)控系統(tǒng)以來，每年都有大部分衛(wèi)星接收機(jī)及監(jiān)控設(shè)備被雷擊損壞，給安全播出造成隱患的同時(shí)，也給單位造成很大的損失。我們經(jīng)過近幾年的防雷探索，發(fā)現(xiàn)了一些雷電規(guī)律，找出了一些行之有效的防治辦法，本文結(jié)合本單位的防雷實(shí)踐，對(duì)雷電感應(yīng)進(jìn)行分析，并介紹一些防雷方法。

“雷電感應(yīng)”

對(duì)監(jiān)控信號(hào)系統(tǒng)侵襲與防范

1雷電感應(yīng)產(chǎn)生

在筆者單位，廣播電視發(fā)射塔高80余米，塔身多處接地，避雷效果很好，雷電直接擊中設(shè)備的可能性微乎其微，在這種情況下衛(wèi)星接收及監(jiān)控設(shè)備不斷被雷擊損壞。從被雷擊損壞的設(shè)備檢查發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星接收機(jī)的電源部分和高頻頭均有損壞；監(jiān)控設(shè)備主要損壞電源部分和視頻信號(hào)處理部分，而這兩部分都是與外部有連線，即信號(hào)線和電源線，雷電恰恰是通過這兩種連線將雷電流引入的。通過這兩種線引入的雷電主要是“雷電感應(yīng)”引起。雷電產(chǎn)生的感應(yīng)磁場透過信號(hào)線的銅網(wǎng)屏蔽層，在芯線上產(chǎn)生破壞電壓的。產(chǎn)生感應(yīng)磁場的途徑有兩方面，一方面，在打雷時(shí)，雷電通過伸向室外的接到高聳入云發(fā)射塔的射頻電纜將雷電引入室內(nèi)，再通過機(jī)殼的接地電纜進(jìn)入大地，那么在打雷時(shí)接地電纜上一定會(huì)有強(qiáng)大的浪涌電流存在，在該浪涌電流的周圍就會(huì)產(chǎn)生變化的磁場，如圖1所示，是雷電感應(yīng)對(duì)信號(hào)線的侵襲示意圖，I0為雷電在地線中產(chǎn)生的浪涌電流，B為感應(yīng)磁場，I1是在感應(yīng)磁場B的作用下產(chǎn)生的感生電流（電動(dòng)勢），是該電動(dòng)勢產(chǎn)生的過電壓破壞了相關(guān)設(shè)備。另一個(gè)是，雷電擊中信號(hào)線附近，雷電本身即是雷云對(duì)地放電過程，放電時(shí)在其周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的變化磁場，在信號(hào)線的芯線上也會(huì)產(chǎn)生破壞電壓；另一方面，在打雷時(shí)，雷電擊中設(shè)備附近，雷電在放電時(shí)，在其周圍會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的變化磁場，該變化磁場感應(yīng)到衛(wèi)星接收機(jī)的高頻信號(hào)縣內(nèi)和監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)線內(nèi)，使連接信號(hào)線的相關(guān)設(shè)備遭受損壞。

2用導(dǎo)磁材料屏蔽信號(hào)線是一個(gè)有效方法

由于銅質(zhì)材料的導(dǎo)磁率小于1，對(duì)恒定磁場沒有屏蔽作用，雷電產(chǎn)生破壞頻率相對(duì)較低（一般在1khz至2khz左右），信號(hào)線的外側(cè)銅網(wǎng)對(duì)雷電產(chǎn)生的磁場屏蔽效果有限，即使兩端外側(cè)銅網(wǎng)接地良好，也會(huì)在信號(hào)線的芯線上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，而破壞攝像頭和高頻頭以及信號(hào)處理系統(tǒng)的相關(guān)器件。

具體有效防范方法之一是將信號(hào)線用導(dǎo)磁材料屏蔽，將信號(hào)線穿與鐵管內(nèi)，鐵管的管壁越厚屏蔽效果越好，鐵管過薄時(shí)，在雷電產(chǎn)生的磁場過大時(shí)會(huì)致使鐵管進(jìn)入磁飽和狀態(tài)，影響屏蔽效果，使設(shè)備損壞。

筆者發(fā)明了“防雷電感應(yīng)信號(hào)傳輸線”已獲國家專利，專利號(hào)為：201120068770.1，也是一個(gè)很好地解決辦法，該專利產(chǎn)品是在普通信號(hào)線的外側(cè)再加一層用導(dǎo)磁材料制成的屏蔽層，該產(chǎn)品尚未批量生產(chǎn)，同時(shí)希望有生產(chǎn)廠家合作，盡快投放市場。

雷電感應(yīng)

對(duì)電源系統(tǒng)的侵襲與防范

1雷電感應(yīng)對(duì)電源系統(tǒng)侵襲

如圖1所示，是雷電感應(yīng)對(duì)高壓輸變電線路的侵襲示意圖，雷云帶有的大量電荷對(duì)大地進(jìn)行放電時(shí)瞬間產(chǎn)生巨大的雷電電流，該電流是一個(gè)巨大的脈沖電流，具有極大的電流變化率，在該電流的周圍也就產(chǎn)生一個(gè)巨大的變化磁場B，在該變化磁場的作用下，在高壓線及其周圍的線路中會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，該感生電動(dòng)勢具有強(qiáng)大的波壞力。

2雷電感應(yīng)進(jìn)入市電的原因

2.1變壓器耦合進(jìn)入市電

我們所使用的市電幾乎都是三相四線制，是將外電高壓電經(jīng)過三相變壓器變壓到相電壓為380伏、線電壓為220伏的三線四線制使用。如圖3所示，是高壓變壓器，外電高壓三線A、B、C分別連接變壓器的三個(gè)繞組的一端，三個(gè)繞組的另一端接在一起并與大地相連接。在變壓器的輸出端三個(gè)輸出繞組的一端連在一起與大地相連接，同時(shí)該端也作為三相四線制的一個(gè)輸出端（零線N），而三個(gè)繞組另一端分別作為三個(gè)輸出端（火線A、B、C）。變壓器輸出端A、B、C之間的電壓為相電壓，是380伏，線電壓（A與N、B與N、與N之間的電壓）為220伏，我們民用的市電一般都取線電壓，也就是A、B、C三項(xiàng)其中一項(xiàng)與零線之間的電壓。

由此可見當(dāng)有雷電在輸入端的A、B、C產(chǎn)生的破壞電壓時(shí)，在變壓器的輸出端的A、B、C與地（零線）之間也會(huì)產(chǎn)生雷電感應(yīng)電壓，而我們市電用戶恰恰使用這一電壓，這就難免造成用電設(shè)備的損壞。

2.1分布電容耦合進(jìn)入市電

在纏繞變壓器時(shí)，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈一般是疊加纏繞的，那么初次級(jí)線圈之間就一定會(huì)有分布電容產(chǎn)生，這個(gè)分布電容對(duì)于50Hz的十點(diǎn)來講是可以忽略不記得，但對(duì)于頻率較高的雷電來講可能會(huì)有一定影響。他會(huì)將雷電感應(yīng)電壓從變壓器初級(jí)耦合到次級(jí)，進(jìn)入市電。

3對(duì)雷電感應(yīng)的防治

在實(shí)際防雷工作中，一般都會(huì)加裝避雷器和改善接地來防范雷擊，可在實(shí)際使用當(dāng)中，在筆者的單位無論如何加裝避雷器并更換不同品牌的避雷器和改善接地，就是不能完全杜絕設(shè)備遭受雷擊而損壞。究其可能的原因有：避雷器的保護(hù)電壓過高、反應(yīng)時(shí)間過慢以及接地電阻過大等。本人基于以上的分析，找出了一些的防雷方法，并在多年的實(shí)踐當(dāng)中證明十分有效。

3.1采用380V/220V變壓器進(jìn)行隔離

選用功率相當(dāng)?shù)?80伏變220伏的變壓器，變壓器的輸入端接380V，也就是相電壓（兩根火線之間的電壓），輸出端即輸出220伏的電壓，將該220伏的交流電作為交流電源使用。由于我們的輸電線路走線都是平行走線，線與線距離很近，線的長短也基本相同，打雷時(shí)在每一根相線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的幅度和相位都相同，三個(gè)相線上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大小相位都是相同的，在雷電脈沖到來時(shí)，在380伏的輸入端電壓同時(shí)升高，相線之間沒有“雷電感應(yīng)”產(chǎn)生的電壓的存在，在變壓器的輸入繞組線圈中就不會(huì)有雷電產(chǎn)生的電流存在，在220V的輸出端就不會(huì)有雷電感應(yīng)電壓輸出，設(shè)備也就不受損壞了。在筆者單位，對(duì)220伏電源進(jìn)行改造，經(jīng)過改造后我們已經(jīng)使用了三個(gè)夏季，在改造前每年多有多臺(tái)的電子設(shè)備被雷擊損壞，改造后沒有發(fā)生一次雷擊而損壞。

在制作變壓器時(shí)要盡量選擇“口”鐵心，而不要選擇“日”鐵心，初級(jí)線圈與次級(jí)線圈分開纏繞，不疊加在一起，這樣可使初次級(jí)之間有更好的絕緣，同時(shí)也大大減少初次級(jí)之間分布電容，使初次級(jí)之間相互影響盡可能地減小。

3.2在電源線中串聯(lián)電感

在220伏電源線兩根中的一根線（最好是零線）中串接一個(gè)電感。該電感選用幾十瓦以上的變壓器鐵心，選用相當(dāng)粗細(xì)的導(dǎo)線（也可使用電源線中的一根線），在鐵芯上纏繞10—20圈，所纏繞的圈數(shù)可根據(jù)用戶的電壓決定，然后將該電感串接在零線中（注意線圈的固定、絕緣、震動(dòng)摩擦，注意安全）。對(duì)于正常用電時(shí)，由于在鐵心上纏繞的圈數(shù)很少，因此對(duì)于50HZ的市電在鐵芯上最多產(chǎn)生3—5伏的壓降，如果選用鐵心質(zhì)量好，就不會(huì)發(fā)熱，就不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生影響。而對(duì)雷電感應(yīng)具有很好的抑制作用。我們可以估算出雷擊產(chǎn)生破壞力最大的電流頻率在1khz—2khz左右，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于市電頻率50hz，即使在50w的鐵芯上纏繞十圈，對(duì)雷電流的阻抗在10k歐姆以上。對(duì)雷電流有很大的抑制作用。

2.3在線路上并聯(lián)電容器

選擇容量為2μF左右，耐壓為450V的無極性電容，并接在220V的電路中，由于電容器的容抗隨著頻率的升高而減小，2μF左右的電容器對(duì)50HZ的市電沒有不良影響。而對(duì)雷電產(chǎn)生的脈沖電壓具有很好的旁路作用。能在很大程度上削減雷電脈沖的幅度，進(jìn)而達(dá)到防雷的目的。該方法也是最為簡單易行的防雷方法，只需在商店買來無極性電容器，在將電容器的兩根引線接一個(gè)電源插頭，與需要保護(hù)的用電設(shè)備共同插在同一個(gè)插座上即可，成本很低，效果也很好。