高山防雷方案探析与实践

胡 毅

(黄石市广播电影电视局，湖北 黄石 435002)

0 引言

随着全球气候变暖，极端气候频繁出现，雷电危害呈愈演愈烈之势，特别是高山地区尤为明显。黄石市广播电视发射台位于市区最高点月亮山之颠，海拔480余米，由于发射设备和通信设备较多，暴露在室外的线路也越来越长，因此月亮山发射台成为雷击灾害的多发区。随着发射设备不断更新换代，相关设备采用了大量集成化和大功率模块，工作电压越来越低，它们对电网电压的质量要求也越来越高，但其对浪涌电压承受能力较弱，成为雷电浪涌电压侵入的薄弱环节[1]。因此雷电天气，如何保障工作人员安全及设备安全运行，成为日常工作的重点。本文结合我台防雷工作实际状况，全面阐述了发射台整体防雷体系、防雷设施的设计安装、应对雷暴天气所采取的应对方法等，强调高山上建立一套完整、可靠、安全防雷系统的重要性，从而在最大程度上确保了工作人员在高山工作的人身安全和发射系统的正常运行。

1 雷电机理等相关知识

1.1 雷电活动形成的原因

强对流天气过程一般都伴随着强烈的雷电活动，雷电活动按季节来分以夏季最活跃，冬季最少。当夏季来临，强对流天气增多，气流在对流过程中因磨擦而产生带电云，当带2种电荷的云层靠近或带电云较低时，地面感应出相反的电荷，使带电云层与地面之间形成很强的电场，当有带电粒子进入时就会被加速运动，并碰撞空气分子，经加速和碰撞后，在瞬间产生大量带电粒子，形成放电通道。雷电所形成的那道闪亮的光线就是放电的路线，同时还会伴随着大规模的电磁波辐射，这就是雷电活动现象[2]。

1.2 雷电的种类及危害

雷电按其产生的机理分类主要有3种：直击雷、感应雷及雷电波入侵[3]。

雷电具有冲击电流幅值大(其电流可达数万安甚至数十万安)、雷电流陡度大(有的可达50 kA/μs)、冲击性强、冲击过电压高(其感应电压可达亿伏)的特点，其特点与其破坏性有着紧密的关系。雷电有电性质、热性质、机械性质等多方面的破坏作用，均可带来人身危害、设备设施毁坏等极为严重的危害后果[4]。

2 发射台雷击事故实例

夏季来临，雷暴天气进入高频期。8月份的某日，天气晴朗，在毫无征兆的情况下，天空突然变暗，狂风肆虐，乌云由远及近，伴随着闪电，逐步靠近黄石市广播电视发射台。狂风夹杂着很小的雨滴，似乎强降雨还未靠近，但随着瞬间数声惊雷乍响，机房内瞬间黑暗，监测屏幕全部黑屏。随后经过几秒钟的停顿，机房内照明恢复，监控屏幕亮起，窗外的狂风依旧，雨滴随着大风噼里啪啦地砸了下来，经过近半小时的狂风暴雨之后，随着乌云的飘离，天空渐渐恢复了往日的平静。迅速组织值班人员和维修人员对广播电视机房、微波机房、室内配电机房进行巡视，检查后发现广播机房内2台音频调制解调器电源部分损坏。发射系统和微波系统运行正常，室内配电机房380 V输电线路由袁仓线自动切换为大厦线，初步判断袁仓线高压线路遭雷击损坏。对室外配电室仔细检查后发现，袁仓线路10 kVA高压避雷器进线端避雷器遭雷击受损，高压变压器有渗油现象，经及时抢修袁仓线高压输入端恢复正常，油式高压变压器加注变压器油并密封后，经检测运行正常。

总结：夏季里突然的雷暴天气，由于降雨量少，没有完全浸透地表层，地阻相对较高，遭雷击后高压输入端避雷器破损，配电系统将袁仓线路自动切换为大厦线路，保证广播电视信号正常传输发射，经及时抢修确保了发射台主、备2路高压进线电源的完好。

3 发射台整体防雷体系

我台整体防雷体系装置有10 kVA高压避雷器、接闪器、引下线、避雷网、避雷带、浪涌保护器等,月亮山发射台地网示意图如图1所示。高压避雷器释放雷电过电压能量，保护设备免受瞬时过电压危害。接闪器的防雷作用是能把闪电从保护物上方引向接闪器并安全地通过接闪器泄入大地，因此，其引雷性能和泄流性能是至关重要的。避雷带则是用于当雷电直接击中建筑物的顶端或避雷针时，通过避雷带、引下线和地网的作用，把雷击电流均匀的泄放到大地上，保证雷电流不会直接流过建筑物本体将建筑物损坏。浪涌保护器则能在极短的时间内将干扰电流或电压导通分流，从而避免浪涌对回路设备的损害。

图1 月亮山发射台地网示意图

3.1 发射天线和机房建筑防雷

我台发射塔是机房附近地面建筑的最高点。塔身既可成为防雷的避雷塔，也可能变成引雷器或产生感应雷的导体[5]。我台严格按照防雷设计规范设置好天线塔避雷针和天线塔的接地地网，但由于我台面积大、铁塔高，发射铁塔不能有效覆盖整个工作区，所以在工作环境院内东西两侧设置避雷针，与发射天线形成伞形，对发射台院内工作区和生活区形成有效的防御整体。避雷针覆盖示意图如图2所示。

图2 避雷针覆盖示意图

3.2 电源系统防雷及过电压保护

实践证明广播电视发射台大量的雷击是由电源系统引入的，所以电源系统的防护是设备防护的根本和基础。必须对电源系统进行层层保护，围绕导、阻、限3字方针实施，使雷电产生的浪涌电压逐级泄放进行防御[6]。

发射台在前端台站架空高压线安装架空避雷线，并做好接地。在变压器机房高压市电主备线进线2端安装高压避雷器，变压器外壳用2×50 mm铜带可靠接地。从高压变压器机房输出至低压配电柜，在地平面以下0.8 m处设置金属管，电缆线穿过金属管至低压配电柜，这样就避免了受到电缆线涌浪电流的侵入。且必须要求防雷装置各部位接点焊接牢固可靠，无虚焊、漏焊。在进出机房的金属管道处通过总等电位联结端子箱与接地装置可靠连接。这样金属管就相当于大的电感，对电源线缆因雷击感应形成的涌浪电流进行阻隔。并在低压配电柜的空气开关处加装避雷器，使电源线缆2端都可靠接地。

3.3 发射基地工作接地

在我台广播电视发射系统中,规范关于防雷分区和等电位连接的概念。专家希曼斯基在《过电压保护理论与实践》一书中提出了防雷保护的3道防线[7-8]：

1)外部保护。将绝大部分电流通过接闪器直接引入大地泄散。

2)内部保护。阻塞沿电源线或数据线、信号线侵入的雷电过电压波。

3)过电压保护。限制被保护设备上的浪涌过电压幅值。

发射台通过划分防雷区域，铺设地网，并在不同的防雷区域的界面上进行等电位连接。在铺设地网时应把避雷针接地、建筑物接地、铁塔接地、电源接地(中性线)、机房与设备保护线接地统一连接起来，达到等电位连接。等电位连接技术在防雷中如同接地一样的重要，等电位连接是防止导体之间电位差的闪烁和击穿，高标准做好等电位和接地技术，是预防一切不良电磁危害的基础[9-10]。

黄石广播电视发射机房内的设备应采取射频接地并在沟槽内设置宽不小于120 mm，厚为1 mm的铜皮作为接地干线，通过多点与室外地网连接，营造等电位环境。对重点线路部位可加装同轴电缆保护器、高频信号保护器、音频线保护器等。

3.4 在铺设接地地网方面

我台根据地处高海拔且机房周边土壤较浅等实际环境，选取机房周边2片总面积约400 m2的空地铺设地网。由于变压器机房与发射机房距离较近，所以采用了变压器机房与发射机房合用一个地网的方式。地网垂直接地体采用50 mm×50 mm×5 mm的热镀锌角钢，长为1.5 m，垂直接地体间距为3 m。垂直接地体下埋处开挖0.8 m的坑道，再将垂直接地体与地面垂直打入地下。相邻垂直接地体间挖0.8 m的沟，水平接地体用40 mm×4 mm热镀锌扁钢，所有焊点均进行防腐处理[11-12]。并在接地坑填埋2 t降阻剂，使用了8块接地模块。施工后经检测接地电阻小于1 Ω，接地效果良好。地网连接示意图如图3所示。

图3 地网连接示意图

4 结束语

高山防雷工作对于广播电视发射工作来说非常关键和重要,不仅需要一套设计科学且可靠的防雷方案，还要严格落实定期检测、维护制度，并做好数据收集和资料归档工作。黄石广播电视发射台在采用了以上全方位、立体化的综合性防雷措施后，防雷效果显著，有效降低了因雷击而造成的人身安全危害和设备损坏，确保广播电视发射系统高效优质的运行。

参考文献

[1] 任和平.高山广播电视发射台的防雷电措施探讨[J].中国传媒科技，2013 (6)：177-178.

[2] 石昌新,杨秀华,欧阳开勇.高山台(站)综合防雷措施[J].科技信息,2012 (17)：474.

[3] 梁博.浅谈高山发射台防雷工作[J].科技风，2014(6)：231.

[4] 董永庆，王素文.广播电视高山发射台防雷措施浅析[J].中国科技纵横，2009(11)：45.

[5] 夏忠华.广播电视发射台防雷问题分析[J].科技创新导报，2013(23)：193.

[6] 冯建元，冯全福.高山发射台防雷研究与实践[J].电视技术，2011(14)：75-76.

[7] 王麟，聂广才，沈学东.高山发射台综合防雷系统改造[J].广播电视信息，2010(2)：78-81.

[8] 王建辉.高山转播台防雷系统工程[J].电子世界，2013(8)：93-95.

[9] 李文新.高山广播电视发射台供电系统防雷[J].广播与电视技术,2012(2):118-119.

[10] 高学源,王辉,高玮.电视发射机房的防雷技术改造与实践体会[J].广播与电视技术,2013(2)98-100.

[11] 梁仕津.广播电视高山台防雷措施探讨与实践[J].现代电视技术，2012(9)：100-102.

[12] 沈宝根.高山发射台防雷接地系统探讨和实践[J].广播与电视技术,2009(4):101-103.