楊志斌

摘 要：高山廣播電視發(fā)射臺要想做到安全優(yōu)質(zhì)播出，就必須扎扎實(shí)實(shí)地做好其安全防雷工作。該文主要敘述珠海廣播電視臺發(fā)射中心防雷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念、防雷構(gòu)造和防雷措施；著重闡釋其先進(jìn)可靠的防雷接地技術(shù)—復(fù)合接地和均壓等電位接地技術(shù)，以及怎樣利用高科技新材料：導(dǎo)電降阻模塊和銅離子接地極來降低系統(tǒng)的接地電阻。為高山廣播電視發(fā)射、信號傳輸?shù)臉?gòu)建在安全防雷方面提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：廣播電視發(fā)射防雷系統(tǒng) 防雷措施 防雷接地技術(shù) 導(dǎo)電降阻模塊 銅離子接地極 成功的經(jīng)驗(yàn) 防雷效果等。

中圖分類號：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（c）-0007-03

珠海廣播電視臺發(fā)射中心位于珠海海拔160 m的船底山上，肩負(fù)著廣東省干路數(shù)字微波傳輸和我臺規(guī)定的“三套電視，五套調(diào)頻”安全播出的工作任務(wù)。2008年在珠海市政府的大力支持下，投資1 000萬元對原來70 m高的廣播電視發(fā)射塔進(jìn)行重建，建造了一個180 m高新型廣播電視發(fā)射塔。該發(fā)射塔是全鍍鋅鋼菱形結(jié)構(gòu)（邊長12 m），塔頂安裝安全生產(chǎn)廠家避雷針。2015年又在珠海市政府的大力支持下，投資900多萬元對原廣播電視發(fā)射機(jī)房和部分發(fā)射機(jī)，供配電房和供配電設(shè)備、生活區(qū)進(jìn)行重建，其中安全防雷方面的建設(shè)由珠海防雷檢測所下屬公司承擔(dān)，重建后的珠海廣播電視臺發(fā)射中心可以說是煥然一新，新建的廣播電視發(fā)射塔、供配電機(jī)房、配電設(shè)備、發(fā)射機(jī)房和設(shè)備，以及工作人員生活區(qū)的防雷設(shè)施、防雷接地都經(jīng)過多年雷雨季節(jié)的檢驗(yàn)，事實(shí)證明該“新型”防雷系統(tǒng)是合格和安全的?！靶隆睆V播電視發(fā)射塔經(jīng)歷將近十年雷雨季節(jié)的檢驗(yàn)和沖擊，都能將直擊雷安全泄入大地，而塔上的天饋線系統(tǒng)從未遭受過雷害，防雷系統(tǒng)的接地電阻始終能保持1.0 Ω。珠海廣播電視臺發(fā)射中心“新型”防雷系統(tǒng)之所以獲得比較好的防雷效果，筆者總結(jié)為：（1）獨(dú)到的接地技術(shù)—復(fù)合接地與均壓等電位接地技術(shù)。（2）大量應(yīng)用了導(dǎo)電降阻模塊和銅離子接地極極大地降低了系統(tǒng)的接地電阻。（3）在防雷各個環(huán)節(jié)上下足了功夫：根據(jù)不同地域和保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用了相應(yīng)的防雷措施。

1 防雷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和防雷接地

珠海廣播電視發(fā)射防雷系統(tǒng)可概括為：鐵塔防雷、建筑物防雷、機(jī)房防雷、供配電系統(tǒng)防雷、監(jiān)視機(jī)房防雷（弱電）等。其特點(diǎn)為：每一部分防雷結(jié)構(gòu)都采用了安全可靠的接地方式，配有專門地#，地#內(nèi)都大量使用了ZDM型導(dǎo)電降阻模塊，地#與地#之間使用長形導(dǎo)電降阻模塊及鍍鋅扁鋼焊接相連，最后把防雷系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)連接成一個全封閉式的環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，同時又是最重要環(huán)節(jié)。一個防雷系統(tǒng)質(zhì)量的高低可以說都離不開良好的接地和安全可靠的接地技術(shù)（該文表述為封閉環(huán)形均壓等電位接地技術(shù)）。良好的接地可使避雷針?biāo)娱W的直擊雷迅速泄入大地，減少雷害；安全可靠的接地技術(shù)可減少直擊雷泄放時由于地電位差所產(chǎn)生的過電壓、過電流對設(shè)備所造成的二次雷害，同時也可以消除或降低由于強(qiáng)大的電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的感應(yīng)雷對設(shè)備特別是弱電設(shè)備帶來的雷害。

1.1 接地方式

新型接地主要采用共地接地——復(fù)合接地與均壓等電位接地：地#內(nèi)每個單點(diǎn)接地用鍍鋅扁鋼焊接變成復(fù)合接地，復(fù)合接地間用導(dǎo)電降阻模塊焊接形成地#接地網(wǎng)，其引出線再和另一個地#的引出線相連，最后把各個地#連接成一個全封閉的環(huán)形。例如：廣播電視發(fā)射塔是六個腳的菱形，每個塔腳下面是一個大地#，地井是6 m×6 m的正方形，地#內(nèi)有許多單點(diǎn)垂直接地，每個相鄰單點(diǎn)垂直接地用鍍鋅扁鋼焊接形成垂直接地網(wǎng)，垂直接地網(wǎng)間用導(dǎo)電降阻模塊水平連接，這樣水平連接的導(dǎo)電降阻模塊就構(gòu)成水平接地網(wǎng)，它們共同構(gòu)成地井接地網(wǎng)，其引出線再逐一通過導(dǎo)電降阻模塊、扁鋼和相鄰塔腳地#的引出線相連（用于連接相鄰踏腳的導(dǎo)電降阻模塊埋地深度不少于60 cm），最后連成一個封閉的小環(huán)形，小環(huán)形的引出線再和其它相鄰地#相連后，最后互相連成一個全封閉的大環(huán)形。

1.2 接地設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）珠海廣播電視發(fā)射防雷系統(tǒng)位于高山上，其建設(shè)可供選擇的地形和面積相對有限，按技術(shù)要求：接地裝置應(yīng)該埋在距離建筑物3 m以外，很難滿足技術(shù)要求，因此在施工時主要采用在埋設(shè)點(diǎn)鋪設(shè)瀝青的辦法來處理，埋設(shè)點(diǎn)鋪設(shè)瀝青的厚度要求不少于50 mm。另，發(fā)射機(jī)房、供配電房周圍由于建筑面積很有限，可用于埋設(shè)地井的地方不多，其防雷接地主要采用：挖莊地基底下接地和在各個樁的旁邊埋設(shè)銅離子接地極（Φ50 mm、L3 m）的辦法來降低接地電阻。機(jī)房和配電房總共24個樁，銅離子接地極最少要求配備20支以上。

（2）根據(jù)公式：R=ρ×ε/C可知，設(shè)計(jì)地#要力求增大接地網(wǎng)的面積以增大接地網(wǎng)的電容來獲得低電阻。具體做法：每一個地#除鋪設(shè)盡可能多的導(dǎo)電降阻模塊外，還要求在地#的四周邊緣打入多根垂直接地體以增大接地面積。如鐵塔地#是6 m×6 m正方形，在地#四周的每一邊打入多根1～2 m的鍍鋅角鐵，每根相距50 cm左右，相鄰角鐵用扁鋼相連，形成垂直接地網(wǎng)，垂直接地網(wǎng)之間用導(dǎo)電降阻模塊相互焊接，形成地#接地網(wǎng)；又如廣播電視發(fā)射機(jī)房、配電房、監(jiān)視房、生活區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)是挖樁結(jié)構(gòu)，各樁結(jié)構(gòu)的接地是在直徑為1.5 m圓樁底下（約10 m深）打入四根1～1.5 m長的鍍鋅角鐵（均勻分布），每條角鐵與圓柱形的鋼筋焊接相連后，再用圓鋼環(huán)將圓柱形的鋼筋焊接在一起。另銅離子接地極的引出線也和圓柱形的鋼筋相連，焊接后的鋼筋一直延伸到房頂，再和女兒墻防雷網(wǎng)（建筑物直擊雷接閃器）焊接相連；同時各相鄰樁之間也用導(dǎo)電降阻模塊、圓鋼相互焊接，用于鏈接的導(dǎo)電降阻模塊、圓鋼埋地深度不少于60 cm。各個樁相連后的引出線最后和發(fā)射塔相鄰地#的引出線互相連接，是環(huán)形均壓等電位設(shè)計(jì)。

（3）由上述公式可知：要想獲得低地阻，還可通過改善地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)，減少大地的電阻率和介電常數(shù)等辦法來實(shí)現(xiàn)。如：傳統(tǒng)方法在土壤中混入爐渣、黑炭等吸附水分子強(qiáng)的物質(zhì)等。珠海發(fā)射中心防雷是使用了大量的導(dǎo)電降阻模塊、銅離子接地極（包括填充材料）來獲得低接地電阻，這一方法具有科學(xué)性和先進(jìn)性。因?yàn)閷?dǎo)電降阻模塊和銅離子接地極在改善土壤地質(zhì)電學(xué)性質(zhì)、降低和穩(wěn)定接地電阻方面有許多優(yōu)點(diǎn)。如：①接地模塊的主體材料與土壤的物理結(jié)構(gòu)相似，使接地體與土壤的有效接觸面積比金屬接地體大許多倍，增大了接地體的有效散流面積，極大降低接地體與土壤的接觸電阻。②接地模塊自身有很強(qiáng)的吸濕保濕能力，使它周圍的土壤保持濕潤，保證接地模塊有效發(fā)揮導(dǎo)電作用；同時，接地體中導(dǎo)電物的導(dǎo)電特性不受干濕度、溫度等季節(jié)變化的影響，因此能提供穩(wěn)定的接地電阻。③接地模塊的非金屬材料可在電阻率相差巨大的金屬與土壤之間形成一個變化比較平緩的低電阻區(qū)域，當(dāng)大電流沖擊時，可降低接地體暫態(tài)電位梯度，降低跨步電壓和接觸電壓，減少發(fā)生地電位反擊的概率。④銅離子接地極的電解離子接地系統(tǒng)所應(yīng)用的保濕配方、離子緩釋、潛深接地、長效降阻等前沿科技，最大程度地解決了降阻性、耐腐性和使用壽命等問題，該產(chǎn)品尤其適合狹窄區(qū)域的防雷接地。

3 直擊雷的防護(hù)

雷云對大地的放電電壓低則幾兆伏，高則數(shù)拾兆伏甚至更高，雷云對大地一次閃擊放電的峰值電流平均約為30 kA，有記錄的最大電流為210 kA。由于放電瞬時功率大，因而破壞力相當(dāng)驚人。直擊雷的防護(hù)主要采用避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線作為接閃器，把雷電流接收下來，然后通過良好的接地裝置迅速安全地把它送入大地。到目前為止，現(xiàn)有的避雷裝置都只是把雷擊的幾率和強(qiáng)度大大降低，百分之百可靠的避雷設(shè)備即使做得出來也十分昂貴。珠海廣播電視發(fā)射中心在防直擊雷方面除在發(fā)射塔的頂部安裝安全生產(chǎn)廠家的避雷針外，其余和大多數(shù)發(fā)射臺在防直擊雷方面的措施沒有更多特別之處，不作闡述了。

4 感應(yīng)雷的防護(hù)

感應(yīng)雷的產(chǎn)生是由于云雷對大地放電時所產(chǎn)生強(qiáng)大電磁場的變化而引發(fā)瞬時強(qiáng)大感應(yīng)過電壓和過電流，它們對廣播電視設(shè)備、電源系統(tǒng)等所帶來的破壞可以說是災(zāi)難性的，因此，認(rèn)真做好感應(yīng)雷的防護(hù)也顯得非常重要。廣播電視發(fā)射、傳輸方面的感應(yīng)雷主要是透過高、低壓電源系統(tǒng)、電源線、信號線、饋管、數(shù)據(jù)線等入侵而破壞電子設(shè)備，因此在進(jìn)行廣播電視防雷設(shè)計(jì)時要弄清可能的雷電通道，并在各個可能的環(huán)節(jié)上采取相應(yīng)的防雷措施。珠海發(fā)射中心在防感應(yīng)雷的措施主要有如下幾點(diǎn)。

4.1 電源系統(tǒng)防雷措施

廣播電視發(fā)射電源分布比較廣，比較容易遭受感應(yīng)雷害，而且所有雷害大都為過電壓和過電流，因此在進(jìn)行電源系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)時必須建立多級防雷的概念，多級互相配合，共同起作用，這樣整體的防雷效果才能顯現(xiàn)出來。珠海廣播電視發(fā)射電源防雷為五級防雷，如圖2所示。第一級為高壓防雷，主要是靠SC10-315KVA高壓變壓器上的專用防雷器（三相防雷器）來實(shí)現(xiàn)。第二級是在高壓變壓器次級（400 V）連接到1∶1三相隔離變壓器初級的通道上安裝專用防雷器（MCD50B+C/T）；第三級為1∶1三相隔離變壓器防雷；第四級為在1∶1三相隔離變壓器次級上安裝的專用防雷器（MCD50B+C/T）；第五級為廣播、電視、微波設(shè)備上的浪涌防雷器（DEHNguard T385）和專用電源配電箱上的浪涌防雷器（ASP FLD2-40）。

4.2 信號系統(tǒng)防雷措施

信號系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)主要考慮地電位差和強(qiáng)大的電磁感應(yīng)所引起的感應(yīng)雷對弱電設(shè)備的雷害，珠海發(fā)射中心在設(shè)計(jì)時主要集中解決以下問題：

（1）根據(jù)機(jī)房的長方形結(jié)構(gòu)把機(jī)器設(shè)備的匯流排設(shè)計(jì)成封閉式的長方形，四周與相近的地井連接，目的是把所有的機(jī)器實(shí)行均壓等電位接地。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明：如果將調(diào)頻發(fā)射機(jī)和電視發(fā)射機(jī)的匯流排分開，接于不同的地井上，就會出現(xiàn)調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作時干擾電視的圖像和伴音：圖像會出現(xiàn)滾動式干擾條紋，伴音會出現(xiàn)交流聲。

（2）機(jī)房內(nèi)安裝金屬槽橋架，地下的金屬槽橋架放置機(jī)器的供電電源線，房頂?shù)慕饘俨蹣蚣芊胖眯盘柧€和連接線，金屬槽橋架是一個全封閉的環(huán)形，其外殼多次與匯流排焊接。

（3）室外的天線饋管入室時其外皮作接地處理，衛(wèi)星天線引線、電話線、監(jiān)控引線套金屬管，金屬管外殼與地網(wǎng)焊接，引線入室前有條件的其外皮要作接地處理。對一些每次打雷時容易損壞的設(shè)備如監(jiān)視機(jī)房的信號分配板，可在其輸入線上安裝技術(shù)指標(biāo)符合要求的信號防雷器（SPD）或?qū)ζ漭斎刖€的地線專門作接地處理。

5 結(jié)語

高山廣播電視發(fā)射臺大都為綜合發(fā)射臺，其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其防雷構(gòu)造更是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。但不管怎樣，只要充分了解其防雷結(jié)構(gòu)和可能的雷電通道，并在相應(yīng)的防雷環(huán)節(jié)上下足了功夫，就會取得比較理想的防雷效果。珠海廣播電視發(fā)射中心在安全防雷方面取得的一些成功經(jīng)驗(yàn)、特別是在防雷接地方面獨(dú)到的接地技術(shù)，值得同行們借鑒和推廣。

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