浅谈高山发射台综合防雷

张文平

(山西广播电视局无线管理中心三二八台，山西太原030001)

高山发射台一般都在高山上，海拔高，环境恶劣，但它具有发射距离远，覆盖面积大的特点，因而受到广播电视部门的广泛应用。但是，由于高山发射台特殊的地理位置，极易受到雷电的袭击。

1 高山雷电的特点

雷电的形成，主要依赖云层，云层越多越厚，相互碰撞的机会就越大，所产生的电离子就越多，当离子在云层中积聚到一定浓度的时候，产生一个足以击穿隔离层的电场强度，就会发生电闪雷鸣的雷电现象。高山台主要雷击灾害为直击雷和感应雷两种，直击雷放电电流可高达数十万安培，放电过程极为短暂，约为50～100 μs。直击雷一般从供电线路及铁塔、发射天线、卫星天线入侵设备，易损坏设备是变压器、避雷器、稳压器、高频头、功分器、卫星接收机、激励器。直击雷的破坏力大，直接危及人的生命和设备的安全。感应雷的形成原因有两种，由于带电雷云的先导作用，雷云附近的导体或输电线路上感应出异性电荷，当雷电对附近目标或接闪器放电时，它所带电荷迅速和放电物所带的异性电荷中和，而雷云附近的导体或输电线路上感应的电荷变为自由电荷，形成对地局部感应高电位，它要从距离其最近处、电压低处或元器件最易击穿处寻找放电通道，从而形成感应雷。另一种感应雷是在直击雷通过放电物体放电时产生巨大电流，这个迅速变化的电流必然在周围产生瞬变的强大磁场，使其附近的导体感应出高电压并寻找放电通道，从而形成感应雷。直击雷由于能量大，对建筑物和人、设备危害甚大;而感应雷作用范围宽，雷击概率远大于直击雷，对广播电视传输、发射设备危害更大;有时二者又相伴存在。感应雷能从信号线及供电线路入侵设备，易损坏高频头、功分器、卫星接收机、激励器、视音频分配器、计算机等，是由于雷击后雷电流在其周围产生大的电磁场所致，这种电磁场能在附近的金属导体上感应出很高的电压，通过电力线等传输到远方，虽然它没有直击雷那么猛烈，但发生的几率大，危害范围广。避雷针引雷后，引下线附近的设备会受到雷电流的感应，这就是雷电电磁脉冲干扰，分三种情况:天空中雷电波的电磁辐射对电力线路和电子设备的电磁干扰;防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电流对电力线路和电子设备的干扰;由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对电子设备的干扰。

2 雷电对发射机房造成的危害

(1)雷直击机房所在建筑物的避雷系统，强大的雷电流沿建筑物的结构钢筋和其他金属管线泄放到大地。流过结构钢筋的雷电流将对机房内的设备产生过电压;另一方面，雷电流引起建筑物的接地装置的地电位升高，有可能造成对机房设备的反击。

(2)雷直击与机房所在建筑物相连的金属管线，如:电源线、电话、信号线、网线、水管、暖气管等，在金属管线上形成直击雷过电压或雷击金属管线附近的大地，在金属管线上形成感应雷过电压，这两种过电压均将沿金属管线侵入机房，对设备造成危害。

(3)雷击机房所在建筑物附近的其他物体，如:大地、树木等，雷电电磁脉冲通过空间辐射的方式部分穿透建筑物的屏蔽体而在机房设备中产生过电压。

以上三种方式，主要运用接地、屏蔽、隔离及安装相应的保护器等综合技术实现机房对雷电的防护。

机房设备如发射机日益向高精度、高灵敏度和高可靠性方向发展，但耐压很低，一般只能承受不超过5伏的电压波动。以各种微机为例，当雷电电磁脉冲的磁场强度超过0.07高斯时，就会引起微机的误动作，当磁场强度超过24高斯时，就会造成微机的永久性损坏。

3 接地系统

高山发射台的防雷可分为天线铁塔、楼房建筑、机器设备、用电设备四部分。这几部分的防雷措施既要相对独立，又要相互关联。相对独立是指各部分都应该有自己的独立地井、地网，比如，天线铁塔是整个设备中最高最突出的部分，一般以避雷针作为设备的防雷接闪器，并且铁塔本身就是一个很大的接闪器。当铁塔将形成的电荷对地泄放时，会产生高达几十千安，甚至几百千安的极大雷电流，如果这时铁塔的地网与机器设备或电源设备或楼房建筑物等就近相连，这些雷电流将对机房内的电子设备产生过电压干扰，正在使用的弱电器件，如CMOS器件，晶体管器件极易破坏。

如果各部分设施的地网、地井完全独立，雷击发生时又会造成彼此之间存在一定的电位差，在地面上就反映为电位梯度，由此可能产生跨步电位危及人身。因此，它们之间彼次间都必须拥有一个共同的基准点——等电位。

由于高山主要以风化石土质为主，泥土表面较薄，背风山坡的灌木地带比向阳的茅草地带的土层略厚。为使地网电阻足够小，地井需选择在带灌木的山坳泥土较湿润的地方，宽度3～3 m，深度一般2 m以下4 m以上，然后用多根镀锌角钢，沿井壁四周及中间用大锤打下去，再用扁钢将铁桩焊接起来，倒上高山台专用降阻剂，使地井的泄放导体与大地紧紧连在一起。

除了地井之外，在引下线经过的开阔地带，还连接多个鱼骨状的泄放导体。再者高山台地质条件差，一般是砂石，岩石结构，土壤电阻率大，可以做地网的场所不多，接地电阻很难在1 Ω以内。地网还可以采用挖沟放入接地体、加降阻剂或挖水池放入接地体加降阻剂并长期保证水池有水。

4 电源及设备防雷

电源是广播电视设施的主要组成部分，又是最容易受到雷电攻击的目标。发射机房对电源的要求很高。理想的电源“净化”应是三管齐下，及包括隔离变压器、浪涌抑制器和大功率不间断电源(UPS)。

对于高山发射台，引雷器或称避雷针，在被保护物遭雷击之前提前放电，为防止被保护物受到直接雷击而将雷电电流引入地下。强大的雷电电流在其周围会形成强大的电磁场，并在输电线路上产生电磁干扰，成为间接雷击或二次雷击。二次雷击造成的浪涌电压典型值为6 000 V，最高可达上万伏。浪涌抑制器的作用是:将二次雷击造成的浪涌电压降到一定的范围内，使经过抑制的电压成为残压。而UPS对供电线路的各种干扰具有隔离净化和不间断的作用，可输出符合发射机要求的交流电源。具体做法是:

(1)高压线变压器，高压线路沿山脊高空架设，连绵几十公里，加上高山以岩石为主，地表土层较薄，泥土湿度较低，虽然三相高压线上都安装了避雷线，每节电杆有接地与避雷线相连接，但终端杆的地网阻值很难达到理想值。因此在低压侧两端相线对地加装了氧化锌低压避雷器，其金属外护层直接与地网就近连接。对低压线路，采用屏蔽埋地电缆引入配电房最为合理。在高山泥土中埋入一根屏蔽电缆，在原理上，电缆就相当于一条低阻带，很容易招致雷击的，解决的方法是:在埋设电缆的上方加埋两条镀锌扁铁，在扁铁上每隔5～8 m打下一条镀锌角钢作为接地体，用电焊焊牢，再与山上的地网相连，这样就极大地减少了雷击对电缆的破坏。

(2)在柴油发电机输出端和低压端安装容量为120 kVA的电源浪涌保护器，机房总开关后面安装容量为100 kVA的浪涌保护器，作为第二级避雷保护措施。

(3)在每部发射机总开关后面安装容量为60 kVA的避雷模块作为三级防雷。浪涌保护器、避雷模块接地引出线不要长于15 m。

以上三级防雷可有效地抑制感应雷产生的高压过电压浪涌，达到保护设备的目的，为使电源波形更干净，更优质，还需加装一组在线式大功率不间断电源。一方面可以缓解因高山台天气恶劣造成的断电问题，另一方面，从防雷的角度，也是一个不可忽视的因素。在线式UPS电源的逆变器始终处于工作状态，加上输入低通滤波器、输出低通滤波器和输出隔离变压器的滤波和隔离作用，能够有效地从根本上消除或隔离来自市电电网、UPS本身以及整流滤波型负载设备的各种波动、干扰和谐波成分。因此，可实现对负载的高质量净化和安全可靠地供电。

用扁铜皮在发射机房内安装环形接地母线，机房内各种设备的接地线和机器外壳均与接地母线牢固焊接，接地母线与避雷器引下线相连。

5 机房的线路连接

机房设备只能采用三网(保护接地网、防雷网、供电中性接地网)合一引进机房，然后将中性点、保护接地、防雷接地统一接在汇流排上。在低压220/380伏供电系统中，应采用三相五线系统，以便于装置接地线和中性线分开，装置接地线应接到地的终端地板上，为了防御雷电电磁脉冲，机房内的电源、电话、信号线最好采用埋地电缆引入，所用电缆应为铠装电缆或同轴电缆且外皮两端均要接地。

总之，广播电视发射台(站)防雷工作，首先要设计一个科学的，符合实际的防雷方案。其次，要严格落实定期检测、维护制度，这样才能保证有备无患。

［1］虞吴，臧庚媛，赵大铜.现代防雷技术基础［M］.北京:清华大学出版社，1995.