吳啟紅

在形成云層的過程中，由于溫差起電與大氣電場等的影響，云層中的不同位置上的正負(fù)電荷積聚。最后導(dǎo)致云與地之間、云與云之間發(fā)生放電現(xiàn)象[1]。雷電可以引發(fā)森林大火，雷擊可以導(dǎo)致建筑物受損，重要設(shè)施設(shè)備被毀，甚至有時(shí)會(huì)危及生命安全。

1 仙侶山發(fā)射臺防雷背景

宜昌市的年平均雷暴日數(shù)為38.9d/a，屬于多雷區(qū)，仙侶山發(fā)射臺位于興山縣黃糧鎮(zhèn)境內(nèi)，海拔高度為1 438m，相對高度差為400m以上，超過了GB50057中有關(guān)落雷等效面積計(jì)算公式所規(guī)定的200米高度范圍，修訂公式（D=H）后，可計(jì)算出：新建鐵塔高度為65m（相對高度為465）時(shí)，其年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)為5.35次，土壤電阻率低（300歐姆米左右），故發(fā)射臺如果未能實(shí)施完善的雷電保護(hù)措施，極易造成設(shè)備損壞，危及員工生命安全?，F(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，發(fā)射臺線纜（含光纖）敷設(shè)不符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和防雷規(guī)范要求；現(xiàn)有電涌保護(hù)器（SPD）配置不合理或缺失，微電子設(shè)備已因雷電感應(yīng)的侵襲而損壞；機(jī)房屏蔽和接地不完善等。所有對發(fā)射臺進(jìn)行雷電防護(hù)的改造是非常必要的。

興山縣發(fā)射臺的電氣系統(tǒng)主要由廣播電視發(fā)射系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、配電系統(tǒng)三部分組成，各系統(tǒng)的組成方框分別如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 廣播電視發(fā)射系統(tǒng)框圖

圖2 通信系統(tǒng)框圖

圖3 配電系統(tǒng)示意圖

2 防雷系統(tǒng)介紹

2.1 塔直擊雷防護(hù)

發(fā)射臺現(xiàn)有35m高的鐵塔上裝有一種提前放電避雷針，機(jī)房就在鐵塔下面，而機(jī)房沒有相應(yīng)的屏蔽措施，強(qiáng)大的電磁場極易穿透建筑物進(jìn)入機(jī)房內(nèi)部，與機(jī)房內(nèi)部的有源線路耦合，形成過電壓損壞設(shè)備，產(chǎn)生劇烈熱效應(yīng)和電效應(yīng)[2]，甚至威脅人身安全。經(jīng)現(xiàn)場勘查，樓頂避雷帶的網(wǎng)格尺寸符合GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此對新建的65m鐵塔必須采取更加完善的防直擊雷以及側(cè)擊雷措施。

新建鐵塔高65m，在塔頂安裝SLE-V-19-5/B避雷針一套，要求避雷針的底座與天線最高處的垂直距離大于1.5m；如圖4所示。將SLE基座用35平方多股銅線分別引兩條作為直擊雷引下線并與地網(wǎng)連接。

圖4

2.2 配電線路保護(hù)措施

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，發(fā)射臺由2路（公共和專用）低壓架空供電線路，進(jìn)戶線在LPZ0B區(qū)和LPZ1區(qū)間的380V母線上裝有三個(gè)氧化鋅避雷器（In為10kA，8/20μs）用以對其進(jìn)行保護(hù)，此種防護(hù)方法的防護(hù)能力不足，不符合GB50057之“電源I級用SPD應(yīng)能承受10/350μs雷電波的沖擊，最小沖擊電流為15kA”的規(guī)定，一旦架空線路遭受直擊雷的侵襲，巨大的雷電波極易通過架空線路損壞總配電箱等電氣設(shè)備，造成發(fā)射臺停電和發(fā)射設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

1）應(yīng)在10kV變380V的變壓器低壓側(cè)和總配電箱內(nèi)，安裝配電系統(tǒng)電涌保護(hù)裝置DSOP-II-50/4P，對進(jìn)戶的兩路供電線路（主線和備用）進(jìn)行I級保護(hù)，選用的I級保護(hù)用SPD應(yīng)能承受10/350μs雷電波的沖擊，沖擊電流Iimp應(yīng)不小于25kA，電壓保護(hù)水平Up應(yīng)不大于2kV，SPD應(yīng)通過權(quán)威部門的檢測。

2）將配電柜內(nèi)的原馬斯特產(chǎn)SPD更換為DSOPIIIB-60/3P+N，其額定放電電流In應(yīng)不小于30kA，電壓保護(hù)水平Up應(yīng)不大于1 800V，SPD應(yīng)通過權(quán)威部門的檢測。

3）在每臺發(fā)射機(jī)、每個(gè)樓層配電箱里，以及光端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、控制臺等用電設(shè)備的供電線路前端加裝一套III級防護(hù)的SPD，型號為DSOPIIIB-40/3P+N，SPD的UP應(yīng)不大于1500V，SPD應(yīng)通過權(quán)威部門的檢測。

詳細(xì)的配電系統(tǒng)SPD配置如圖5所示。

圖5 配電系統(tǒng)防雷示意圖

2.3 饋纜防護(hù)

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，發(fā)射塔上布置的饋纜均未按照依據(jù)YD5098和YD2011中關(guān)于“饋纜的外保護(hù)屏蔽層與鐵塔進(jìn)行三點(diǎn)連接”的要求進(jìn)行施工，一旦鐵塔接閃雷電就很容易造成以下后果：一是因地電位反擊而造成饋纜芯-屏蔽層間的電壓擊穿，從而損壞饋纜；二是饋纜屏蔽層將感應(yīng)的雷電過電壓引入發(fā)射機(jī)房，從而導(dǎo)致發(fā)射設(shè)備的損壞；三是沿饋纜屏蔽層進(jìn)入發(fā)射機(jī)房的巨大雷電流會(huì)在機(jī)房內(nèi)其他微電子設(shè)備（衛(wèi)星接收機(jī)、光端機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等）的金屬連接導(dǎo)線上感應(yīng)產(chǎn)生雷電過電壓，從而導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)微電子設(shè)備設(shè)備的損壞。因此必須采取如下防護(hù)措施：

1）天饋線的防護(hù)依據(jù)YD5098中饋纜的外保護(hù)屏蔽層應(yīng)與鐵塔進(jìn)行三點(diǎn)連接的要求，根據(jù)天線高度在每根饋纜上、中、下（離開鐵塔處）三處附近的鐵塔上分別鑿孔徑為10.5mm通孔。采用環(huán)扣型饋線接地卡（夾）三個(gè)與鐵塔進(jìn)行可靠的電氣連接，并在接地卡處用3M膠帶做好防水處理。

2）饋纜進(jìn)入饋線窗（洞）前，饋纜應(yīng)做滴水彎。饋纜進(jìn)入饋線窗（洞）后應(yīng)通過電涌保護(hù)器、跳線與功放進(jìn)行連接，電涌保護(hù)器的6mm2接地線應(yīng)就近與饋線窗（洞）外接地銅排進(jìn)行可靠的電氣連接。

3）落地后的饋線穿入鍍鋅鋼管內(nèi)進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行屏蔽并離進(jìn)戶電源線間隔3m以上距離。

2.4 衛(wèi)星高頻頭雷電防護(hù)

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，四套衛(wèi)星接收系統(tǒng)的天線（高頻頭）與接收機(jī)之間由長達(dá)40m的同軸電纜進(jìn)行連接，同時(shí)同軸電纜與專用供電線路有長達(dá)30m的近距離、平行、共通道走線，不滿足GB50343之表5.3.3-2的要求；勘查還發(fā)現(xiàn)，同軸電纜兩端，無論是高頻頭還是接收機(jī)均沒有安裝相應(yīng)電涌保護(hù)器（SPD）。

無論是高頻頭還是接收機(jī)的前端電路，它們均為高靈敏度的電子放大電路，由于其高靈敏度也導(dǎo)致其抗雷電串?dāng)_的能力較差，所以如果不在同軸電纜兩端安裝相應(yīng)的SPD，當(dāng)雷擊衛(wèi)星天線時(shí)，由于饋纜的皮線（屏蔽層）電位會(huì)升高，從而高頻頭和接收機(jī)會(huì)因?yàn)榈仉娢环磽舳鴵p壞；當(dāng)雷電饋纜周邊的建筑物（如鐵塔）時(shí)，巨大雷電流所產(chǎn)生的雷電電磁波會(huì)在饋纜皮線感應(yīng)上過電壓（電位升高），當(dāng)此過電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，高頻頭和接收機(jī)會(huì)因?yàn)榈仉娢环磽舳鴵p壞；當(dāng)雷擊專用供電線路時(shí)，供電線路上的雷電過電壓會(huì)在其與饋纜長達(dá)30m的平行走線中，通過電容耦合的方式將雷電過電壓感應(yīng)到饋纜的屏蔽層上，當(dāng)此過電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，高頻頭和接收機(jī)會(huì)因?yàn)榈仉娢环磽舳鴵p壞。

因此，在發(fā)射機(jī)的高頻頭部位加裝信號SPD，防止高頻感應(yīng)雷打壞高頻頭，也防止雷電流干擾信號并做好接地。將饋線穿入鍍鋅鋼管進(jìn)入機(jī)房。

2.5 發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備防護(hù)（圖6）

1）控制臺內(nèi)的所有音頻頭加裝SPD（DLP-IVXX-5）、視頻頭加裝信號SPD（DLP-IV-FXX-5），在線路中若產(chǎn)生了尖峰電壓或是電流，其導(dǎo)通分流的作用可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮，來達(dá)到防止設(shè)備損壞的目的。

2）機(jī)房內(nèi)通過加裝三級浪涌保護(hù)器的方式來保護(hù)設(shè)備。

3）控制臺內(nèi)加裝一塊銅排。

4）將機(jī)房內(nèi)所有機(jī)殼接地。

2.6 通信系統(tǒng)監(jiān)控防護(hù)（圖7）

對機(jī)房處的攝像頭加裝防止感應(yīng)雷防護(hù)的SPD，在此處安裝JLP-PDV-04、DLP-IV信號防雷器。

圖6 廣播電視發(fā)射系統(tǒng)防雷框圖

圖7 通信系統(tǒng)防雷框圖

2.7 光纖防護(hù)

公共供電線路（380V）與光纜有長達(dá)20m的近距離、平行、共通道走線，極易在光纜的金屬加強(qiáng)芯上耦合雷電過電壓，同時(shí)光纜的金屬加強(qiáng)芯在進(jìn)入建筑物時(shí)未進(jìn)行可靠的接地處理（不滿YD5098之5.1的規(guī)定），所以當(dāng)光纜加強(qiáng)芯上感應(yīng)雷電過電壓時(shí)，極易將此過電壓引入機(jī)房內(nèi)，從而導(dǎo)致光端機(jī)或其他微電子設(shè)備的損壞。

1）將現(xiàn)有的光纖遠(yuǎn)離電源線進(jìn)行重新布設(shè)。

2）將光纖的加強(qiáng)芯進(jìn)行良好的接地，從而使得設(shè)備能夠正常運(yùn)行并保護(hù)工作人員的安全。

2.8 窗門屏蔽和接地

將靠近鐵塔這一面的26扇窗戶進(jìn)行屏蔽和接地，防止雷電的側(cè)擊，保護(hù)人身和設(shè)備安全，用不銹鋼網(wǎng)與60×8的熱鍍鋅扁鋼連接，將連接好的鋼網(wǎng)與窗框連接，再用熱鍍鋅扁鋼與地網(wǎng)進(jìn)行可靠連接。

2.9 地網(wǎng)

現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，該發(fā)射臺在現(xiàn)有建筑物的周圍建設(shè)有完整的地網(wǎng)設(shè)施，東西寬約46m左右，南北長約67m左右，通過現(xiàn)場檢測，接地電阻測試值為5.78Ω，校驗(yàn)值為2.65Ω，其沖擊接地電阻換算值為2.52Ω，滿足不大于5Ω 的技術(shù)要求。

在新建鐵塔四角基礎(chǔ)外1.5m處，分別安裝一根ER-I-1.5/S的防腐降阻接地極（不小于60×8的鍍鋅扁鋼進(jìn)行環(huán)形連接），用以降低沖擊接地電阻值，鐵塔基礎(chǔ)、防腐接地極與周邊的既有地網(wǎng)進(jìn)行2點(diǎn)以上的可靠連接。地網(wǎng)的沖擊接地電阻值應(yīng)小于1Ω，如果實(shí)測沖擊接地電阻值大于1Ω，則通過外引的方式來擴(kuò)大地網(wǎng)尺寸降低接地電阻值，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)語

高山廣播電視臺的穩(wěn)定運(yùn)行對本地廣播電視信號的正常發(fā)送、接收有著重要意義，而由于其地理位置的特殊極易受到雷擊影響，因此防雷避雷十分必要。文章介紹了雷電的入侵途徑，結(jié)合興山縣仙侶山發(fā)射臺的具體情況，提出了一整套防雷措施，以期有更多人對高山發(fā)射臺防雷技術(shù)加以重視。