防雷技術(shù)在高山發(fā)射臺(tái)的應(yīng)用

山西省廣播電視局 劉雁峰

廣播電視臺(tái)為了提升用戶的信號(hào)接收質(zhì)量，擴(kuò)大信號(hào)傳輸范圍，通常情況下會(huì)將廣播電視信號(hào)發(fā)射臺(tái)建設(shè)在海拔較高的高山之上。通常這些區(qū)域受到自身地理環(huán)境的影響，會(huì)頻發(fā)發(fā)生雷電活動(dòng)。這樣高頻率的雷電活動(dòng)會(huì)增加廣播電視信號(hào)發(fā)射臺(tái)遭受雷擊的概率。為了穩(wěn)定電視信號(hào)傳輸，貼合當(dāng)前發(fā)射臺(tái)操作系統(tǒng)的智能化升級(jí)發(fā)展的現(xiàn)狀，為了有效保護(hù)發(fā)射臺(tái)的精密集成電子元件，需要提升廣播電視高山發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)的效果。本文將分析提升廣播電視高山發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)和需要建設(shè)的配套設(shè)備。

我國(guó)的廣播電視高山發(fā)射臺(tái)的建設(shè)進(jìn)程時(shí)間跨度長(zhǎng)，存在一定數(shù)量的高山發(fā)射臺(tái)的防雷裝置年久失修，基礎(chǔ)設(shè)施落后老化破舊嚴(yán)重。這樣的防雷設(shè)備顯然無(wú)法滿足現(xiàn)代的防雷措施要求，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)對(duì)工作人員的身體健康造成威脅。從這樣的現(xiàn)實(shí)條件出發(fā)可以發(fā)現(xiàn)，廣播電視高山發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)升級(jí)除了對(duì)技術(shù)本身要進(jìn)行升級(jí)之外還需要對(duì)配套設(shè)施進(jìn)行翻新重建。

1 雷擊對(duì)于高山發(fā)射臺(tái)的危害

能夠?qū)Ω呱桨l(fā)射臺(tái)產(chǎn)生雷擊影響的主要有三種直擊雷和雷電感應(yīng)以及雷電波侵入，要了解這三種雷擊的特性才能夠提出具體的解決方案。高臺(tái)發(fā)射站的工作特征是24h不間斷運(yùn)行，電源線除了雷擊災(zāi)害之外還會(huì)受到供電部門(mén)功率因數(shù)補(bǔ)償和大功率感性負(fù)載等因素的影響。電容的錯(cuò)誤操作，甚至切換都會(huì)造成線路過(guò)電壓，對(duì)電子設(shè)備造成重大的影響破壞。這種現(xiàn)象通常被成為內(nèi)雷，這樣的內(nèi)雷同外部雷擊一起會(huì)對(duì)需要不停歇運(yùn)行的機(jī)器造成危害。經(jīng)過(guò)不完全統(tǒng)計(jì)高山發(fā)射臺(tái)通常會(huì)在每日遭受42次電源過(guò)電壓，為了做好防雷防浪涌的預(yù)防措施，我國(guó)提出了標(biāo)準(zhǔn)的防雷規(guī)章《GB50057-94》。拿開(kāi)關(guān)開(kāi)閉瞬間而言，是在開(kāi)關(guān)閉合的一瞬產(chǎn)生干擾信號(hào)。當(dāng)開(kāi)關(guān)順利閉合之后，電路閉合形成的電壓或者電流會(huì)出現(xiàn)和空氣中的電磁場(chǎng)相連接的可能，一旦相連會(huì)形成干擾源。高山發(fā)射臺(tái)中電壓放大器中產(chǎn)生的電磁脈沖就是干擾源頭。交流電壓放大之后經(jīng)由控制電路，會(huì)因?yàn)殡妷涸龃蠖娏魉查g增加。電流瞬間增加影響電磁反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致電壓測(cè)量結(jié)果受到電磁脈沖使得電流走向發(fā)生改變。

1.1 直擊雷的特性

直擊雷顧名思義就是直接落雷擊打在受害物體之上進(jìn)而造成目標(biāo)物體破壞的現(xiàn)象。他的成因是因?yàn)閹щ姷姆e云同地面的目標(biāo)物體之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，放電生熱產(chǎn)生機(jī)械力在破壞目標(biāo)物體的同時(shí)還可能會(huì)對(duì)人畜造成傷亡。直擊電壓可以瞬間達(dá)到幾萬(wàn)伏特甚至是幾百萬(wàn)，這樣強(qiáng)力的電壓主要是因?yàn)槔自浦须[藏的能量能夠在很短的時(shí)間瞬間釋放出來(lái)。這種瞬發(fā)的雷電災(zāi)害會(huì)對(duì)高山發(fā)射臺(tái)造成巨大的傷害。

1.2 感應(yīng)雷的特性

感應(yīng)雷從自身的產(chǎn)生方式來(lái)判斷能夠分成兩個(gè)種類(lèi)，電磁感應(yīng)和靜電。感應(yīng)雷的發(fā)生頻次要遠(yuǎn)高于直擊雷。感應(yīng)雷同直擊雷一樣都會(huì)對(duì)高山發(fā)射臺(tái)內(nèi)部存在的精密元件造成危害。

1.2.1 靜電感應(yīng)雷

靜電感應(yīng)雷同樣會(huì)造成建筑物內(nèi)部的金屬制品產(chǎn)生影響，會(huì)導(dǎo)致高山發(fā)射臺(tái)的防雷水平降低。靜電感應(yīng)雷的產(chǎn)生主要是在雷雨來(lái)臨之前。當(dāng)雷雨天氣發(fā)生之前，地面上的導(dǎo)體會(huì)使用靜電感應(yīng)而產(chǎn)生大量的束縛電荷，這些束縛電荷一般與雷云電極相異。當(dāng)雷雨天氣出現(xiàn)放電現(xiàn)象時(shí)，這些金屬內(nèi)部得束縛電荷會(huì)因?yàn)殡姄糇饔枚兂勺杂呻姾伞Ｗ杂呻姾僧a(chǎn)生的靜電電壓數(shù)值較高。甚至能夠達(dá)到數(shù)十萬(wàn)伏特。這樣的靜電感應(yīng)雷造成得金屬設(shè)備破壞不能忽視。

1.2.2 電磁感應(yīng)雷

當(dāng)出現(xiàn)打雷放電現(xiàn)象時(shí)，雷電流附近的力場(chǎng)環(huán)境會(huì)因?yàn)槔纂姷耐蝗怀霈F(xiàn)而產(chǎn)生劇烈的變化，導(dǎo)致高山發(fā)射臺(tái)附近會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)力的磁場(chǎng)，增加高山發(fā)射臺(tái)外部防雷系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致內(nèi)部得零件設(shè)備短路受損。這種感應(yīng)雷尤其會(huì)對(duì)發(fā)射線路較多，元件構(gòu)成復(fù)雜的電子線路構(gòu)成造成侵害。高山發(fā)射臺(tái)的內(nèi)部設(shè)備的構(gòu)成需要的電路線路更加繁瑣，一旦遭受電磁感應(yīng)雷的攻擊后果不堪設(shè)想。而高山發(fā)射臺(tái)與外界連接有各種長(zhǎng)距離電纜可在更大范圍內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)雷，并沿電纜傳入機(jī)房和設(shè)備。

1.3 雷電波侵入

當(dāng)高山發(fā)射臺(tái)的接地裝置和架設(shè)的線路暴露在外部，會(huì)受到雷擊的直接攻擊或者落雷間接感應(yīng)出現(xiàn)高壓。這樣的高壓脈沖浪涌會(huì)使得雷擊產(chǎn)生的大量電荷量無(wú)法順利經(jīng)過(guò)土壤排走。通常高山發(fā)射臺(tái)附近的土壤電阻含量較高，這樣的自然環(huán)境會(huì)使得雷電沖擊經(jīng)裸露在外的金屬導(dǎo)管道線傳播，破壞影響廣，影響高山發(fā)射臺(tái)內(nèi)部設(shè)備的使用效果。

2 高山廣播電視發(fā)射臺(tái)防雷現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)的高山廣播電視發(fā)射臺(tái)會(huì)使用修筑配套的發(fā)射鐵塔作為避雷針使用，在塔身部位安裝架設(shè)接地裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)龐大的雷電電流導(dǎo)出的操作。在進(jìn)行防雷接地裝置工程建設(shè)期間可以將機(jī)房地網(wǎng)同生活區(qū)地網(wǎng)連接，搭建等電位連接，完成共用接地系統(tǒng)的組建工作。高山地區(qū)因?yàn)楹０芜^(guò)高自身會(huì)遭受高頻率的雷擊事件，山區(qū)的土壤的電阻值偏高，這樣的現(xiàn)實(shí)情況迫使接地的電阻數(shù)值也隨之提升。因?yàn)楦呱綇V播電視發(fā)射臺(tái)的建設(shè)年限較高，所以接地設(shè)備較為古老，容易出現(xiàn)銹蝕。接地線網(wǎng)絡(luò)部分的扁鐵會(huì)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，這樣的裂縫會(huì)造成電阻值增加?，F(xiàn)階段為了應(yīng)對(duì)雷擊的危害，通常廣播電視發(fā)射臺(tái)會(huì)使用雙電源的設(shè)置，完成供電的穩(wěn)定，提升原有系統(tǒng)的防雷效果。主電源的額定電壓值為10KV左右，會(huì)從山腳向上架設(shè)完成對(duì)高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的高壓配電。這樣的防雷設(shè)計(jì)并未預(yù)防直擊雷造成得危害，只對(duì)終端設(shè)備安裝了高壓避雷器。在低壓一側(cè)設(shè)置電涌保護(hù)器時(shí)，要結(jié)合現(xiàn)實(shí)的核定電壓值需要做好選擇，實(shí)現(xiàn)鋪設(shè)合理，減少成本浪費(fèi)。一般的發(fā)射臺(tái)備用電源設(shè)備使用柴油發(fā)電機(jī)，這樣的發(fā)電設(shè)備并沒(méi)有做出額外做出防雷擊建設(shè)，這樣的設(shè)計(jì)方式會(huì)留存安全問(wèn)題。目前的高臺(tái)發(fā)射臺(tái)搭設(shè)使用的薄銅板，尤其是重要的機(jī)房和鐵塔部分，這樣的厚度和穩(wěn)固性并不能符合整體發(fā)射臺(tái)的防雷要求。

3 高山廣播電視發(fā)射臺(tái)信號(hào)發(fā)射情況

在進(jìn)行高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的防雷設(shè)計(jì)之前要需要明確高山廣播電視發(fā)射臺(tái)信號(hào)傳輸方式，并根據(jù)其優(yōu)勢(shì)地位做出合理的選擇。本文將簡(jiǎn)單介紹廣播電視信號(hào)傳播技術(shù)。具體內(nèi)容如下。數(shù)字廣播電視發(fā)射覆蓋技術(shù)是在節(jié)目制作、傳輸、播放過(guò)程中均以數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。數(shù)字廣播電視發(fā)射覆蓋技術(shù)概念與模擬廣播電視發(fā)射覆蓋技術(shù)概念相對(duì)，但信號(hào)傳輸音效、畫(huà)質(zhì)呈現(xiàn)效果上更好。廣播電視發(fā)射覆蓋技術(shù)概念通過(guò)數(shù)字流實(shí)現(xiàn)（0和1數(shù)字串編碼），傳輸速率能夠達(dá)到19.39Mb/s，實(shí)際呈像效果十分明顯。模擬信號(hào)通過(guò)物理變化量信號(hào)進(jìn)行信息傳輸，電磁波、傳輸耗損、天氣等均會(huì)對(duì)這種變化量進(jìn)行干擾，導(dǎo)致信號(hào)失真，出現(xiàn)圖像變色、變形等問(wèn)題。數(shù)字信號(hào)可以規(guī)避此類(lèi)問(wèn)題，只有在信號(hào)丟失或者完全無(wú)法傳輸?shù)那闆r下才會(huì)出現(xiàn)無(wú)畫(huà)面現(xiàn)象，因此數(shù)字廣播電視發(fā)射覆蓋技術(shù)將會(huì)被大范圍應(yīng)用于數(shù)字廣播信號(hào)傳輸中。

4 高山廣播電視發(fā)射臺(tái)防雷改進(jìn)措施

4.1 外部防雷整改方式

外部防雷主要是防直擊雷，由接閃器、引下線和接地裝置組成。高山發(fā)射臺(tái)的接閃器和引下線一般較為完善，往往是接地裝置存在問(wèn)題。為滿足發(fā)射臺(tái)接地電阻小于4Q的要求，需對(duì)原有接地系統(tǒng)進(jìn)行修鱔改造，除將機(jī)房地網(wǎng)、鐵塔地網(wǎng)和變壓器地網(wǎng)連接組成共用地網(wǎng)擴(kuò)大地網(wǎng)面積外，還可以在地網(wǎng)外圍增設(shè)1圈或2圈環(huán)形接地裝置必要時(shí)可在接地體周?chē)砑咏底鑴┙档屯寥离娮杪省?/p>

4.2 內(nèi)部防雷改革措施

高山廣播電視發(fā)射臺(tái)的內(nèi)部防雷措施重點(diǎn)是要警惕電磁脈沖，雷電感應(yīng)，雷電波入侵等雷擊危害。常見(jiàn)的防護(hù)措施搭建需要做好布線設(shè)計(jì)，屏蔽，電涌保護(hù)器，等電位連接等問(wèn)題。例如，在配電房低壓進(jìn)線柜處安裝一組1級(jí)試驗(yàn)的電涌保護(hù)器，每個(gè)電涌保護(hù)器的通流容量宜為100kA，保護(hù)水平2.5kV，連接導(dǎo)線相線大于16mm，接地線大于25mm。

結(jié)語(yǔ)：高山廣播的發(fā)射臺(tái)防雷改進(jìn)措施首先要明確雷擊危害的種類(lèi)，正確認(rèn)知廣播發(fā)射臺(tái)信號(hào)發(fā)射情況。從高山廣播發(fā)射臺(tái)現(xiàn)存的防雷手段漏洞出發(fā)做好外部防雷和內(nèi)部防雷的整改工作。順利實(shí)現(xiàn)廣播電視信號(hào)傳輸穩(wěn)定，保護(hù)智能化廣播電視臺(tái)內(nèi)部的精密電子元件，實(shí)現(xiàn)高山廣播電視臺(tái)的穩(wěn)定安全工作。