广电发射台综合防雷及接地系统工程的运用

陈 勇

（作者单位：四川省广播电视发射传输中心）

1 直击雷防护

527台新址有1座76 m中波桅杆天线、1座48 m中波小天线、1座80 m综合发射塔、机房技术大楼、值班用房、柴油发电机房及中波天线调配室。

1.1 527台铁塔防雷接地体

两副中波天线及综合发射塔均有独立的防雷接地网、接闪等设计及配置措施，可有效防直击雷。防雷接地网采用垂直接地体与水平接地体相互连接而成，接地电阻按不大于4 Ω、尽量接近1 Ω的目标进行建设，水平接地体采用扁钢40×4，垂直接地体采用2米角钢∠50×4，垂直接地体顶端及水平接地体均埋入地面300～500 mm以下，所有扁钢和角钢都采用热浸锌处理材料。接地装置的铺设以塔腿基脚为起点，向外呈现辐射状，直线铺设，垂直接地体间距5 m，用水平接地体连接，长度不低于20 m，527台铁塔防雷接地体如图1所示。

图1 铁塔防雷接地体

1.2 527台播传设备设施直击雷保护措施

1.2.1 综合发射塔悬挂设备设施直击雷防护

527台综合发射塔往往是附近首当其冲的落雷点，综合发射塔是直接接地的，塔体只起支撑作用，且设置有接闪、防雷接地网泄流通道，发射塔上悬挂的电视、调频、微波天线及其线缆处于综合发射塔直击雷自身保护范围之下。

1.2.2 机房技术区直击雷防护

527台机房技术区主要包括发射机房、中心控制室、信号源室、配电室、发电机房、储油间等，除调配室、发电机房和储油间单独设置外，其他技术用房均处于一栋机房大楼内，其机房大楼紧邻80 m综合发射塔，总平面规划设计如图2所示。

下来重点探讨527台机房大楼及机房楼顶的接收天线及安防监控云台等附属设备设施直击雷防护。

采用单支避雷针滚球法（如图3）判定，如式（1）（2）所示：

式（1）中：rx为避雷针在hx高度的平面上的保护半径，m，527台按二类防雷建筑物的计算，取hr=45m；hr为滚球半径，m；hx为被保护物的高度，m；r0为避雷针在地面上的保护半径，m。

图3 单支避雷针保护范围示意图

527台综合发射塔含避雷针有效高度83 m大于滚球半径45 m，避雷针在地面上的保护半径与滚球半径相同，即为45 m，527台被保护的机房大楼及其楼顶附属设施高度均不超过15 m，且机房大楼最远端附属设施离发射塔距离不超过45 m，处于其保护范围之内，故527台机房大楼不需单独设置避雷针保护。发电机房及储油间未处于发射塔直击雷保护范围内，须单独设置避雷针保护，由式（1）可得将527台发电机房和储油间避雷针高度保守设置为5 m。

1.2.3 中波桅杆天线及小天线防直击雷防护（中波发射设备直击雷措施）

图2 总平面规划设计图

527台两幅中波铁塔本身是发射天线，与大地断开，势必会成为发射台内的主要落雷点，需要设计有效的放电泄流措施，否则雷电流会随中波馈线进入发射设备造成损坏。527台新址的中波小天线和中波桅杆天线均考虑设置有四级防雷措施，如图4所示。并根据每级防雷在通路中的位置及承担泄流大小来设置石墨放电球、金属放电球、发射机内放电球之间间距。

图4 四级放电装置示意图

根据广电工程实践经验证明，石墨放电球1 mm间距耐压约为1 000 V，根据功率公式W=U2/R，结合527台承载功率，可得527台调配网络石墨放电球两端的广播信号峰值大约为1 140 V，527台石墨放电球间距按不低于双倍峰值设计，设置为2.5 mm。金属放电球起到第一泄放的作用，工程实践表明将承担70%左右泄放任务，间距设计4～5mm；发射机内部放电球间距常用1 mm。

1.3 建筑物直击雷保护措施

根据《建筑物防雷设计规范》和《建筑物电子信息系统防雷技术规范》要求，广播电视发射台属第二类防雷建筑物，机房大楼、值班用房、发电机房、储油间及调配室在做房屋设计时严格按照规范要求雷电防护等级B级设计和施工建设，并将所有建筑主体钢筋与全台防雷接地网多点焊接相连。

2 感应雷防护

2.1 屏蔽

2.1.1 信号源室、中心控制室、调配室屏蔽

2.1.1.1 屏蔽材料

527台信号源室及中心控制室设计选用0.3 mm的铜网为屏蔽材料。

调配室位于中波发射天线底部附近，为了避免元件因电磁感应及雷电串扰而出现高电压，以及因感应电流的作用而影响网络功能，527台调配室进行六面屏蔽处理。为防止接缝氧化，调配室六面屏蔽建设中采用铜皮进行铺设，接缝采取压接、铆接后，锡焊、铜焊相接合钩缝的方式。

2.1.1.2 屏蔽体施工

屏蔽体为整体封闭的金属六面体，527台新址建设信号源室、中心控制室时，则采取将铜网置于墙壁间，铜网间隔2～3 cm，由台内技术人员协调建设方在土建时实施。建设时重点做好屏蔽体的接地处理，采用铜带作为引下线，一端与屏蔽体内、外侧可靠焊接，另一端与机房接地网可靠焊接；天线调配室则采用铜皮进行全封闭电磁屏蔽。

2.1.2 线缆屏蔽

雷电易通过线缆感应串入，527台统一使用屏蔽电缆，采取地埋走馈线沟的方式进入机房。无屏蔽层电缆穿金属管，并就近与地网链接。

2.2 工艺接地

2.2.1 接地网

为了防止各系统互相干扰，527台设计时采取各接地网相连，即整个台区一相连接，避免相互间串扰。为减少跨步电压，527台地网采用环形封闭接设计。

经测量527台的土壤电阻率为800Ω·m，设计的地网阻抗不大于1 Ω，经验证明，垂直接地极一般采用2.5 m镀锌角钢，埋设深度L米，埋设间距y米，按各种不同形状平面接地装置的工频接地电阻如式（3）所示：

其（3）中：ρ为土壤电阻率，Ω·m；r为水平接地体直径，m；L为水平接地体总长度，m；A为平面接地体形状系数；η为垂直接地级利用系数一般选用0.8，若按3 m埋设，埋设间距6 m，可组成8×8接地网，环机房大楼一周的环形网格状地网。

2.2.2 接地引入线

接地引入线从接地网就近引入，引入机房的接地母线在机房四周就近引入，祼露地面部分穿φ 50 mm热镀锌钢管。接地引入线采用40 mm×4 mm热镀锌扁钢，且长度不超过30 m，接地引入线与机房建筑基础连接组成，环形接地网沿着建筑物四周铺设，并与各地桩主钢筋焊接连通。接地引入线埋设时充分考虑了527台新址的整体建筑设计，避开了排污管道、污水管道和水沟，在接地引入线的出土部位都考虑了防机械损伤的保护措施和绝缘防腐处理，并作出相应标识以方便台站和检测人员后期检查测试。

室外引入线至发射机房的各种发射设备的馈线，吊馈管的钢绞线及固定架、铁塔桥架、各类管道通信线、视音频线等，极易把感应雷引入机房，所以我们在建设527台新址机房时，将所有进入机房的引线进行了电气阻塞，各种引入线都尽量使用屏蔽电缆。进入机房前把引入线屏蔽层就近与机房工作接地极可靠连接，各种馈管在进入机房前，外皮就近与地相连接，馈管、固定架、金属桥架等每隔一段距离逐点良好接地。

发射塔上馈线及其他同轴电缆金属外保护层分别在天线处、离塔处以及机房入口处外侧就近接地。凡突出屋顶的设备外壳及其基础、风管、透气管及其支架等所有金属构件、金属管道等均通过热镀锌扁钢与接地装置可靠连接，焊接处同时作防锈处理。

2.2.3 接地汇流排

接地汇流排主要安装在机房内，机房内所有设备的外壳均与接地母线可靠连接，并在与接地线采用不同金属材料互连时，采取防电化腐蚀措施。根据机房内的设备布置情况，将沿走线架或线缆沟接地汇集线形成网络，汇集线上间隔1.0～1.5 m预留连接孔（直径8 mm）。接地汇流排采用400 mm×100 mm×5 mm的铜排，并预留相应的螺孔以便连接。

2.2.4 接地线

接地线一般采用截面积16 mm2BVR黄绿色电缆线，当接地线距离较长时，一般采用截面积35 mm2BVR黄绿色电缆线，在连接时就近连接到本机架的汇流排，各机架汇流排再就近连接到汇集线，接地线布放时都尽量做到短直，多余的线缆全部截断，防止盘绕。各接地线与汇流排连接时，都采用加装尺寸合适的接地端子（铜鼻），压（焊）接牢固。

2.2.5 等电位连接

机房等电位连接常采用网状（M）、星形（S）和星-网状混合型等电位连接设计：527台采用星-网状组合型等电位连接方式；供配电室采用S型环形接地汇集连接方式。为减小暂态过电压造成的引线压降对设备的影响，采用凯文接线法，如图5所示。另进出机房的所有线路、金属管道等在机房与外界分界处做等电位处理，与机房内等电位连接网络就近连接，连接导体与等电位接地均压环之间采用螺栓连接，连接处进行热镀锡处理。

图5 两种接地法

2.2.6 分流

527台所有电缆及信号线缆采用地沟走线的方式铺设，每隔几米采用钢筋支架接地，故527台重点对电源系统采用分流的方式。

527台主用电源采用一路10 kV高压外电，供电负荷为150 kVA，备用电源采用80 kW柴油发电机，互为备用，因架空高压线缆易遭受雷击，527台采用地埋设计，并对供配电系统采用避雷器，根据防护等级不同，527台采用三级防护。

2.3 高频接地

信号源室、中心控制室、发射机房、天线以及调配室均须进行良好的高频接地处理，连接天线高频地与机房高频地的铜带铺设在地沟底部，527台高频接地网终端采用5 mm厚铜板作为地级板。若土质较差或缺水地区还应在铜板两侧填充长效降阻剂，降阻剂的用量与对地接触面积、土质息息相关，一般推荐经验公示如式（4）所示：

式（4）中：T为降阻剂用量，kg；r为质量系数（0.7～0.9）；ρ为土壤电阻率，Ω·m。

3 人身安全防护

为避免工作人员遭受雷电伤害，除采用上述各种防雷措施后，一般还采取机房铺设静电地板，配电室、柴油发电机房、发射机旁等铺设绝缘胶垫、工作人员穿戴绝缘手套及绝缘童靴等预防措施。

4 使用情况

527台2013年完成搬迁以来，系统工作稳定，未出现设备设施遭受雷击损坏事故，也未出现人员遭受雷击伤害，整套系统工作稳定，降低发射台在防雷资金及人力方面的投入，增强安全播出保障措施。

5 结语

广播电视发射台综合防雷接地工程可能各不相同，但都围绕降低直击雷、感应雷对人身安全造成的危害，降低雷击对室外、室内设施造成的破坏和损坏进行综合考虑和设计，防雷思想基本相同大多基于等电位这一核心思想，常采用的是接闪、接地、泄流、等电位连接等，只要按照发射台业务特点进行充分的系统设计，并按相关工艺、材料和技术标准进行施工，就可大大降低雷电对发射台站安全播出的威胁和影响，在保证台站工作人员人身安全的同时，最大限度地保护设备设施的安全和播出安全。因雷电的不确定性以及受地理环境诸多因素影响，预防雷电造成的损害还未有什么系统能做到确保万无一失，还需要不断地探索、创新、实践。