高山广播电视发射台防雷技术的研究与探讨

梁景峰

1.中国气象局气象干部培训学院河北分院

2.河北省信息工程学校，河北 保定 071000

1 概述

广播电视发射台为覆盖较大范围、提高收视质量，一般建在高山顶上，而这些区域地形和气象条件复杂，土壤电阻率高，雷电活动强烈且频繁，加之发射塔高耸，电源、信息远距离输送等因素，使其容易遭受雷击，因而必须采取严格的防雷措施[1]。近年来随着发射台系统向固态化、智能化、网络化的方向发展，电子设备集成度高，雷电对系统正常运行的影响日益严重；大量高山发射台建台年代久远，防雷装置出现严重老化和破坏，防雷效果减弱，雷击已成为直接威胁到工作人员的人身安全和播出设备安全的主要因素。因此非常有必要对发射台防雷系统进行全面的改造。

2 高山广播电视发射台雷击类型

高山发射台遭受雷击破坏主要是由于雷电流幅值极高、变化梯度极大的特点引起的，具体危害形式如下。

（1）直击雷，即高山发射台室外设施直接被雷电击中，产生剧烈热效应、电效应和机械力效应造成破坏。由于高山发射台独特的地理位置和空旷的周边环境，雷电活动频繁，直接雷击概率是平原地区的2倍。

（2）雷电感应，即雷电流产生的静电感应和电磁感应对发射系统造成危害。由雷云在架空线路和设备上感应出大量电荷，雷云放电电荷中和，架空线路和设备上的感应电荷得到释放，如不能就近泄入地中就会产生很高的电位，造成空气间隙击穿，产生火花。雷电放电时巨大的冲击电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，感应出很高的电动势，电磁能量若不及时泄入地中，也可能产生，造成事故。

（3）雷电波侵入，即雷电波沿各种管线侵入室内造成危害。主要由于架空线路遭雷击或雷电感应产生的高电位冲击波，对广电的播出环节造成干扰，严重时对电源或信息终端系统造成损坏。

（4）雷击电磁脉冲，即雷电流经电阻、电感、电容耦合产生的电磁效应，对广电发射系统内部造成过电流和过电压现象的破坏。目前发射系统多是由大规模集成电路组成的设备，其耐电压水平低，抗电磁脉冲干扰能力差。

（5）地电位反击，即雷电击中信号发射铁塔后，会造成附近地网电位的迅速升高，损坏电器和设备。

3 高山广播电视发射台防雷现状分析

高山发射台站一般将发射铁塔作为避雷针使用，通过塔身向接地装置泄放雷电流，在施工时将生活区地网和机房地网进行等电位连接，形成共用接地系统[2]。但雷击事故常有发生，防雷措施存在一定问题。

高山发射台地网由于受地形影响一般面积不大，山区的土壤电阻率偏高，因此接地电阻值一般较高。接地体由于埋设年代久远锈蚀严重，地网连接扁铁的断裂及各处接地电阻的变大等，使原有系统的防雷能力大打折扣。广播电视发射台采用双电源供电，10kV主电源由山下高空架设至高压配电房，只在终端配置高压避雷器，无直击雷防护。雷电波极易侵入高压配电房，低压侧电涌保护器通流容量低，连线细且长，敷设不合理，已造成雷击灾害。发射台备用电源采用柴油发电机组，没有采取必要的防雷措施，存在安全隐患。铁塔和机房的接地采用薄铜板，其厚度和牢靠性无法满足防雷要求。配电屏稳压器前常未设置等电位连接均压排存在安全隐患。值班机房玻璃夹层屏蔽铜丝网一般未可靠接地，机房内电源线与信号线同槽铺设现象普遍存在。室外设施有监控系统、卫星天线，机房空调室外机、微波天线、电话线路等，虽均处于铁塔防直击雷保护范围内，但未采取屏蔽措施，往往由于雷电感应造成严重损坏。

4 高山广播电视发射台防雷改进措施

根据高山广播电视发射台雷击类型，针对原有防雷系统的不足，设计了新的改造措施。从主要从外部防雷和内部防雷两个方面进行改进。

4.1 外部防雷整改措施

外部防雷主要是防直击雷，由接闪器、引下线和接地装置组成。高山发射台的接闪器和引下线一般较为完善，往往是接地装置存在问题。为满足发射台接地电阻小于4Ω的要求，需对原有接地系统进行修缮改造，除将机房地网、铁塔地网和变压器地网连接组成共用地网扩大地网面积外，还可以在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置[3]。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式，与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间均应每间隔3至5m相互焊接一次；也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，长度宜限制在10至30米。必要时可在接地体周围添加降阻剂降低土壤电阻率。对各地网的连接处采取防腐处理，每年应注意检查地网腐蚀状况。

4.2 内部防雷整改措施

内部防雷主要是防止雷电感应、雷电波侵入和雷击电磁脉冲等危害，主要措施有安装电涌保护器、等电位连接、合理布线和屏蔽等。针对高山广播电视发射台供配电、信息系统防雷措施不足，结合其特点，采取以下改进措施。

4.2.1 电源系统防雷措施。

在配电房低压进线柜处安装一组Ⅰ级试验的电涌保护器，每个电涌保护器的通流容量宜为100kA，保护水平2.5kV，响应时间小于25ns，连接导线相线大于16mm2，接地线大于25mm2。发电机组输出端安装一组Ⅱ级试验的电涌保护器，通流容量为40kA，保护水平2.2kV，响应时间小于25ns，相线大于16mm2，接地线大于16mm2。在机房稳压电源输入端安装一组Ⅱ级试验电涌保护器，通流容量为40kA，相线大于16mm2，接地线大于16mm2，在设备机房高频发射柜电源输入端安装一组Ⅲ级试验电涌保护器，通流容量为20kA，相线大于16mm2，接地线大于16mm2。

4.2.2 等电位连接措施

由于设备机房的高频接地采用薄铜板，为满足保护接地和防雷等电位连接的要求增加接地母排2处（稳压电源处、发射机设备处）采用截面积不小于50mm2的铜带，从接地体适当的位置用35mm2铜线分2路接于母排，设备或部件就近接于母排[4]。在值班机房处设局部等电位连接母排排，接地形式为Mn型。配电屏稳压电源、柴油发电机组等部位也要设母排并做好连接。室外设备和部件与避雷带用焊接并作防腐处理。

4.2.3 屏蔽及合理布线措施

由于室外线缆均未穿金属管，因此监控系统、卫星天线，机房空调室外机、微波天线、电话的信号线和电源线在LPZ0B区和LPZ1区分界处增设电涌保护器。按合理布线的要求将机房内的信号线和电源线分槽敷设，当难以分开时应根据实际情况将电源线与信号线分开绑扎。值班机房玻璃夹层的铜丝网应可靠接地。

5 结束语

雷电对高山广播电视发射台的危害是多方面的，本文根据其防雷措施中存在的缺陷和局限性，提出了符合要求的改进措施。随着高山发射设备电子化、信息化程度大幅度的提升，防雷措施必须多措并举，综合考虑，多级防护，才能确保高山广播电视发射系统的准确、高效、安全、可靠运行。

[1]林正坤，陈泓熙，兰婷. 福州董凤山发射台综合防雷改造方案[J]. 有线电视技术，2011，264（12）

[2]陈金顺. 广播电视发射台的防雷技术[J]. 电声技术，2001，193（7）

[3]刘吉克. GB50689-2011通信局（站）防雷与接地工程设计规范[S]. 北京：中国计划出版社，2012

[4]林维勇. GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范[S]. 北京:中国计划出版社，2011