高山发射台弱电系统的防雷

刘 超

（作者单位：四川广播电视台704发射传输台）

1 概述

发射台站弱电系统范围：弱电系统没有明显的界限，主要指36 VAC以下和24 VDC以下，高山发射台站一般包括用直流（24 V以下）供电的设备如卫星接收设备，微波设备以及激励器中的音频处理部分或音频﹑视频线路﹑网络线路﹑电话线路等。同时，还包括设备智能监控系统﹑安全防范系统（摄像以及烟感﹑水浸报警系统，门禁系统等）。随着对广播电视安全播出要求的不断增高，弱电系统设备也不断增多。弱电设备的工作电压较低，过电压和过电流的耐受能力也很低，雷击容易损坏设备。而704发射传输台地处海拔1400 m以上的山顶，处于雷电多发区，雷击经常损坏高频头，PBI，激励器﹑解调机等设备，对安全播出有严重影响。因此，如何保护弱电系统，防止雷击对其损坏，保证播出安全，就显得十分重要。

1.1 发射台站弱电系统防雷现状

高山发射台一般建设有铁塔和完善的接地网络，对雷电起到较好的保护作用，直击雷风险大大降低，损伤设备的雷击主要有交流供电系统以及空间感应雷。

第一，电源线引入感应雷击，雷电频谱中的主要能量集中在电源工频附近，雷电与市电的耦合概率较高，通过耦合到各类传输线而破坏设备。

第二，避雷针通过铁塔放电产生二次雷击效应，雷电电流通过铁塔时感应到传输线上使电子设备受到损坏。

第三，地点位的反击引入雷击，过阻性耦合方式经数据线，中性线及地线破坏设备，各种耦和会产生高达6 kV（根据IEEE）的瞬间电压而破坏电子设备。

1.2 防止雷击的原理

为防止雷击要通过一定合理有效的方法将雷电流的能量引入地网，不能堵截或消除，而要疏导。感应雷的防护和直击雷的防护可以构成一个完整的防雷系统。

防雷有外部防雷和内部防雷两种。外部防雷系统从上到下由避雷针（或避雷带﹑避雷网）﹑引下线和地网构成，可以保护人身安全和建筑物不受雷击。防止雷电或其他种类的过电压损坏设备的系统，即内部防雷系统。外部防雷系统不能保证设备安全。内部防雷保护应遵循下面的原则：多级分类保护原则，即根据保护对象的不同功能和不同的保护区域确定防护重点作分类保护；对电源线和信号源线等可能是雷电或瞬间过电压危害入侵通道做多级保护。

1.2.1 室外部份的无源保护

室外部份主要依靠避雷针和接地装置，要对它们做无源保护。保护基本原理：当接近地面的雷云放电时，它能使地面电场产生变化。电场畸变在避雷针顶部的局部形成，从而影响雷电先导放电的方向，避雷针引导雷电向其放电，而接地引下线和接地装置立即把雷电流引入大地，从而使被保护物不受雷击[1]①。这种防直击雷的方法是人们长期实践证明的有效方法，受保护物的所有外露金属物都必须和防雷网有良好的连接。

1.2.2 内部防护

如果没有防雷保护措施，卫星高频头﹑环境采集摄像头等安装装在室外的设备，极易被雷击损坏。雷电发生时瞬间的高压电流极易通过电缆损坏室内的的卫星接收设备等，对广播电视弱电系统造成损坏。在雷击电磁波涌入时，未单独加装雷电防护装置的弱电系统，大地电位瞬间升高从而使零线电位瞬间升高，瞬间的大电压和大电流可能损坏设备内部模块。

2 弱电系统的防雷设计思路

由于本台地网和接地系统经过专业的改造，较为完善，本文就不做介绍。重点在弱电系统中的信号源设备电源防雷和信号接收防雷的探讨。

2.1 电源部分的防雷措施

针对每次雷击，弱电系统各设备电源部分是最容易损坏的部位，对弱电部分的交流供电在配电机房三级防雷的基础上加装隔离变压器。隔离变压器连接系统所有设备的电源（如图1所示）。和机房等电位连接的隔离变压器的屏蔽层采用0.3×200（mm）的铜带。选用上海松丰电源设备有限公司的SGB三相隔离变压器。该隔离变压器具有输出计量功能，计量准确度等级达到与多功能电子表相同的1.0级。

SGB隔离变压器采用先进的温度控制器具有以下特点。

（1）能够显示超温跳闸﹑超温报警﹑三相温度巡回等。

（2）能够测量干式变压器三相绕组的温度，三相温度值用数字循环显示或三相温度最大值定点显示。

（3）仪器可以用按键设定输入4种温度值。当测量温度超过各设定值时，能够超温报警和控制风机启停，可以随时修改温度设定值。

（4）仪器可以提供3付PTC元件输入，当铂电阻与PTC元件所测温度入﹑输出电压三相均为380 V，功率20 kVA。采用进口防雷器，初级绕组和次级绕组完全隔离，抗雷击能力强；铁心采用优质晶粒硅钢片，减少变压器损耗﹑提高变压器效率；变压器机箱防护等级为IP20，有仪表显示输入输出现电压﹑指示灯状态指示。当变压器出现故障时可手动切换至市电直通供电，不影响设备正常使用。冷却方式采用低噪声的横流风机；温度控制采用温控自动风扇散热。变压器进线配有开关为空气断路器，具有瞬时脱扣﹑短延时脱扣﹑长延时脱扣三段保护（采用ABB品牌）；配置记录电气参量的配电综合测控仪，具有相电压﹑线电压﹑电流﹑功率﹑频率﹑最高电压﹑最大电流等显示，远程读取功能，兼具到达跳闸温度时，跳闸继电器才动作。

图1 SGB隔离变压器接线示意图

2.2 对弱电系统特别是信号引入线进行防感应雷击处理

704发射传输台地处高山，卫星信号接收前端设备及传输线都裸露在室外，极易感应雷击，造成设备损坏。针对这种情况，采取如下防雷方式。

卫星接收锅盖的基础多点连接接地体，从而形成一个等电位体，其电位接近地电位，以防止感应雷电使其电压升高，并在高频头的信号输出端安装避雷器，避雷器地线有效接地，将感应雷的瞬时高电流有效的导入地网。

加大缆线的屏蔽保护接地，卫星天线与机房间的同轴电缆及进出机房的导线按技术要求做好屏蔽接地措施，使感应雷的侵入不能损害设备[2]。按照以前的做法电缆屏蔽层只有一端接地，能够防止静电感应，但不能有效防止感应雷的过电压，为使感应雷的过电压通过电缆芯的入侵不冲击损坏设备，电缆宜采用双层屏蔽方式或使用双层屏蔽线，由于现在市场上双层屏蔽线较少，可以再电缆外加一个金属管，即添加屏蔽层，外层屏蔽的两端必须做好等电位连接，两端之间也可做等电位连接，并和已经做好等电位连接的其他导体构成环路，在雷电感应的过电压下感应出大小相同方向相反的电流，大大减轻了感应雷对设备的冲击，有效保护了设备。

同轴电缆和卫星接收机，解调机等设备之间加设视频防雷器，并按要求做好接地和做等电位连接，最好在视音频线缆进入设备的地方加装视音频光电隔离器，防止雷电过电压的侵害。采用的视频信号防雷器具有动作时间快﹑插入损耗小﹑箝位准确﹑输出残压低等优点，能有效抑制信号传输线路上所感应的过电压脉冲，保护卫星接收机等设备。该视频防雷器安装简单，直接在被保护设备的线路前端串入防雷器，“OUT”为设备端，“IN”为进线端，将避雷器接地端与防雷地线做良好的电气连接。防雷器基本参数如表1所示。

表1 防雷器基本参数

3 结语

通过以上措施，704发射传输台弱电系统防雷得到改善，大大减少了感应雷电对设备的冲击，有效保护了弱电系统设备，有力保障了安全播出工作。