廣播電視發(fā)射臺防雷技術探析

趙偉莉

(東寧市文體廣電和旅游局，黑龍江 東寧 157299)

1 廣播電視發(fā)射臺雷擊危害方式

直擊雷危害。廣播電視發(fā)射設施、設備或它們所連接的電力裝置被直擊雷擊中后，在放電過程中產(chǎn)生的電效應、電動力效應或熱效應，會直接造成設備燒毀或電路故障等。據(jù)統(tǒng)計，廣播電視發(fā)射臺遭受直擊雷概率約為10%。雖然直擊雷危害范圍相對較小，但破壞性卻大。

感應雷危害。雷電高電壓常威脅廣播電視發(fā)射架等設施，而感應雷擊中發(fā)射臺高壓架空線后產(chǎn)生雷電流脈沖瞬間形成感應電壓可高達300～400 kV，擊中低壓架空線路產(chǎn)生的雷電感應電壓達100 kV，擊中信號線路產(chǎn)生的雷電感應電壓達40～60 kV，足以燒毀或擊穿廣播電臺發(fā)射臺相關設備。感應雷危害相對于直擊雷沒那么大，但發(fā)生概率遠超過直擊雷。

雷電波危害。廣播電視發(fā)射臺周圍架空線路及金屬管道等級易被雷電擊中，產(chǎn)生的雷電波沿金屬線路或管道入侵發(fā)射臺內(nèi)部，損壞發(fā)射設備、線路等。雷電波危害在所有雷災事故中占比最大。

地電位反擊危害。雷電擊中廣播電視發(fā)射臺安裝的避雷針等避雷設施時，會瞬間產(chǎn)生巨大雷電流，經(jīng)引下線到接地體，最后泄入大地。

雷電通過架空管線侵入破壞。高山臺廣播電視發(fā)射機房主要采用有線網(wǎng)絡的架空管線，在發(fā)生雷電現(xiàn)象時，在大的范圍內(nèi)會形成巨大的電場，而在架空管線接近終端位置時，其成分主要為水平電場，感應電荷更容易集中在電場突出物體上，使其周圍的電場強度明顯提高，架空管線的突出部分最容易因放電而遭受雷擊。在發(fā)生雷電時，如果架空管線遭遇雷擊引起設備過電壓，十分容易嚴重損壞廣電設備。

雷電通過發(fā)射鐵塔和天饋線侵入破壞。通常情況下，發(fā)射鐵塔高度是70～110 m。在發(fā)生雷電時，雷電擊中鐵塔上的避雷針，其產(chǎn)生的電流會沿著鐵塔經(jīng)過接地設備流入地下，從而造成地網(wǎng)的電位明顯升高，設備和機房地網(wǎng)之間的電位差變大，形成地電位反擊，造成設備嚴重損壞。由于天饋線是同軸電纜，在發(fā)生雷擊時會產(chǎn)生很高的感應電流，由此產(chǎn)生的感應電流經(jīng)過天饋線進入機房，也會造成機房設備嚴重損壞。

2 廣播電視發(fā)射臺防雷技術

2.1 直擊雷防護

接閃器。廣播電視臺發(fā)射鐵塔自身就是一個良好接閃器，無須再安裝，但是鐵塔周圍分布的機房、辦公樓等建筑物頂部要裝設避雷帶，準確校驗鐵塔及避雷帶防雷保護范圍，確保發(fā)射臺內(nèi)建筑都處于防雷保護區(qū)內(nèi)。如果廣播電視發(fā)射臺機房、辦公樓等距離鐵塔較遠，可以采用避雷網(wǎng)作為機房等建筑物接閃器，避雷網(wǎng)網(wǎng)格應選擇不超過10 m×10 m的標準。

引下線。通常引下線材料應采用10 cm圓鋼或相同面積扁鋼，最少不能低于2根，引下線要沿著建筑物周圍對稱布設，兩引下線間距不能超過18 m，這樣才能均衡將下泄電流產(chǎn)生的強磁場抵消掉。如果長度不夠，需要加接長的引下線，這時必須牢固焊接，建筑物為框架結(jié)構(gòu)的可直接利用建筑物內(nèi)鋼筋作為引下線。

接地體。當使用鋼管作接地體時，要求選擇的角鋼壁厚大于3.5 mm、直徑在50 mm以上，或不小于50×50×5 mm的扁鋼。然后將多根接地體焊連在一起形成環(huán)形接地網(wǎng)，環(huán)形接地網(wǎng)四周焊接引下線，使內(nèi)部電位得到均衡，利于雷電流向土壤中散流。如果采用垂直接地體，要求其長度達1.5～2.5 m、埋深0.8 m，地極之間相隔5 m，水平接地埋入深度為1 m，向建筑物外引出長度不能超過50 m。

2.2 感應雷防護

感應雷是沿架設在外部電力線纜、通信線纜、發(fā)射塔天饋線等入侵到建筑物內(nèi)部危害室內(nèi)設施及人員人身安全的。其中電力線纜在傳輸雷電波時損耗較小，因此經(jīng)電力線纜入侵建筑物的感應雷電流危害最重。

電源系統(tǒng)防護。要實現(xiàn)多級配合，通常根據(jù)電源系統(tǒng)分為四級防護，各級選擇合適SPD。I級保護要在箱式變壓器端安裝1級SPD，電源線埋地進入。在辦公樓1樓配電屏處安裝2級防雷SPD。供電線路及信號線均敷設鎧皮并接地，在機柜內(nèi)安裝3級SPD。室內(nèi)所有設備都安裝上具備防雷功能插座，保證有15套這樣的防雷插座。

2.3 等電位連接

廣播電視發(fā)射臺辦公樓處于信號鐵塔保護范圍內(nèi)，因此直擊雷危害概率較小。信號鐵塔同時又是一個引雷裝置，能在周圍20 km內(nèi)產(chǎn)生感應雷影響。辦公樓及設備與鐵塔距離較近，將建筑物與鐵塔接地線連接起來組成聯(lián)合地網(wǎng)，設置地下室深井地網(wǎng)用于鐵塔下方機房接地，與機房內(nèi)地排和另一地網(wǎng)相連。所有接地網(wǎng)最終形成聯(lián)合地網(wǎng)，確保接地電阻小于4Ω，最后聯(lián)合地網(wǎng)通過合理布置接地線，天線等電位與接閃器直接連接，實現(xiàn)設備之間等電位連接。

2.4 室外的設備防雷技術

預留接地孔。要做好防雷，在進行施工時，鐵塔頂部天線平臺、鐵塔中間及鐵塔基礎上都要相應的預留接地孔，或者用加長型螺栓代替塔身螺栓作為接地點。當鐵塔相鄰的兩個接地點距離>60 m時，就需要在兩個結(jié)點之間添加一個接地點，同時為了分散雷電流，需要保證連接點的分散性和數(shù)量，且機房地網(wǎng)和鐵塔地網(wǎng)之間需要每隔3～5 m進行一次相互連接，但是要保證不少于兩處進行相互連通。為了防雷擊，機房要把信號接收天線在內(nèi)的所有天線的接地全部焊接在一起，然后再在天線豎桿上安裝避雷針。

安裝避雷針。為了有效避免雷電直擊，最簡單有效的辦法通常是在天饋系統(tǒng)中安裝避雷針。安裝避雷針后，當天饋系統(tǒng)遭遇直擊雷時能夠?qū)⒗纂姰a(chǎn)生的電流全部引入到地下。避雷針一般由不銹鋼或鍍鋅鋼管制成，其厚度>3 mm，直徑范圍是25～40 mm，同時要保證保護半徑為其高度的1.5倍。建立一個輻射式的防雷地網(wǎng)一般要以機房和鐵塔為中心，先要挖一個50 cm的地溝，然后將4根2 m左右的鍍鋅角鐵釘釘入地下，間距為20 m，將其與扁鐵焊接到一起，同時與鐵塔和機房進行接地連接，并對焊接口進行防腐處理。

2.5 室內(nèi)設備的防雷技術

屏蔽干擾。要給系統(tǒng)設備安裝有效的防干擾屏蔽裝置，特別是在信號線路始端和終端安裝過電流保護裝置，從而減少系統(tǒng)信號設備的浪涌電壓和過電流情況的發(fā)生。

設置電壓保護器。在重要設備的電源線入口處，安裝有效的過電壓保護裝置是十分必要的。減少雷電現(xiàn)象對弱電設備電源入口線的入侵可在很大程度上抑制浪涌電壓產(chǎn)生的破壞作用。

3 結(jié)語

廣播電視發(fā)射臺承擔著信息發(fā)射與接收重任，所以確保廣播電視發(fā)射設備正常運行是廣播電視節(jié)目順利播出的關鍵。由于廣播電視發(fā)射臺通常都位于區(qū)域內(nèi)相對較高地段，雷電天氣出現(xiàn)時，這個制高點遭受雷擊概率相對較大，而且發(fā)射臺設備大多為電子管元器件形成的集成電路、大規(guī)模集成電路和全固態(tài)電路等，所以要加強發(fā)射臺防雷科學設計，采用有效防雷技術，避免遭受雷擊危害，保證廣播電視節(jié)目信號得到穩(wěn)定傳輸。