雷電在廣播電視發射臺的綜合防治

■榆樹市融媒體中心（榆樹廣播電視臺）：曲振軍

1. 雷電的種類及對廣播電視設備的危害

雷電是一種常見的自然現象，通常形成于雷雨云中，云層正負電荷在云層不同位置聚集時產生一定的電壓差，電壓差積累到一定程度就會導致放電產生而出現雷電。雷電產生的能量巨大且具有隨機性，對人類的生產生活設施具有非常大的危害?；诶纂姰a生的條件和表現，我們可以將雷電分為直擊雷、感應雷、雷電侵入波和球雷四個大類。

一般來講，直擊雷是由雷云之間或雷云對地面物體直接放電的現象，其放電電流大（可高達數十萬安培），持續時間短，可產生重復放電，在地面上會留下明顯的燒灼及坑洞等破壞痕跡。感應雷，則是雷擊發生后，帶電云層中的電荷迅速消失，在地面的一些區域產生超高散流電阻，形成局部高壓或者是在直擊雷放電過程中產生的脈沖電流對周圍的線纜及金屬導電物體產生電磁感應進而發生的閃擊。依據放電形式的不同，感應雷一般分為靜電感應雷和電磁感應雷。靜電感應雷是指雷云中攜帶著大量的負電荷，在地面和云層之間形成一個由帶電粒子組成的電場，電場會在戶外線路上形成大量的正電荷，在雷云對地或對地放電過程中，負電荷減弱正電荷瞬間增強，產生極大的電流沖擊，造成電氣設備損壞。電磁感應雷就是指在輸電線路周圍或者擊中避雷針時，會形成一種交流電磁場，電磁場的能量會作用在電氣設備上，導致設備發生過載進而發生不可逆的損壞。相比以上兩種雷擊形式，還有一種形式的雷電也會對線路及金屬結構裝置產生非常大的損害，即雷電侵入波。雷電侵入波主要是沿架空線路及金屬外管線傳導并迅速擴散，導致線路瞬間電壓過載，極易造成電氣設備及供電系統的損害。最后一種，是并不常見的球雷，這種雷電形式比較特殊，具有移動性，可以伴隨空氣運動進入室內，導致接觸性爆炸，造成物體破壞和人身安全傷害，也需要進行針對性的防范[1]。

雷電對廣播電視發射臺的危害主要有兩種，即直擊雷和感應雷。直擊雷是影響電臺發射臺安全運行的重要因素之一，其威力巨大，對建筑物、電視廣播發射機及工作人員造成極大的傷害。相比直擊雷，感應雷影響區域較廣，發生概率比直接雷要高得多，因此對廣播電視傳輸和發射設備的危害更為嚴重。更值得關注的一點是，在當今的廣播、電視傳輸裝置中，隨著IC的大量使用，其工作電壓不斷降低，印制電路板之間的線路間距也在不斷縮短，這就導致了其對雷電的抵抗能力不斷下降。因此，強化廣播電視發射臺的防雷工作成為重中之重，而相應防雷、避雷設施也必須要進行科學、合理的設計，將雷電的危害降到最低。

2. 接地系統問題對防雷工作的影響

電視廣播系統的接地系統問題對于系統的整體運行與安全至關重要。首先，接地系統的設計與配置在許多情況下并未達到最佳。例如，共用接地系統雖然考慮到了直擊雷與感應雷接地的整合，但與直擊雷的引下線直接連接，容易導致地電位反擊。當雷電事件發生時，這樣的配置可能對機房內的設備造成威脅，因為地電位反擊有可能破壞設備，導致廣播系統的中斷。其次，接地系統的工頻接地電阻問題也值得關注。當前的接地系統電阻過高，沒有滿足機房內直流設備要求的標準。高的接地電阻將減弱接地系統的性能，使其在雷擊時不能為電氣設備提供足夠的保護。另外，現場等電位連接系統雖然已確保機房內部設備外殼與接地網排進行了可靠連接，但仍需確保這種連接在整個系統中都是一致的，并在所有必要的區域都得到正確的布設和實施[2]。如圖1所示。

圖1 接地模塊布置示意圖

3. 電視臺廣播電視系統雷電的綜合防治

要做好防雷工作，首先要提高對雷擊災害及次生災害的認識，做到“意識在前，行動同步”。針對常規地理位置和高海拔、氣候變化劇烈地區的廣播電視臺站采取全方位、多層次、定制化的防護策略。同時，根據我國及工業防雷的相關規范，并根據發射站的地理環境、建筑設施及設備布局等因素，制定出科學實用的防雷設計方案。依據GB50343－2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》的規定和《建筑物防雷設計規范》GB50057－2010等相關規制，我們臺站內部電子信息系統的雷電防護等級被確定為B級，廣播系統需要進行多級防護。第一級防護主要泄放大部分雷擊電流，而后續級別則配合第一級，消除殘余的雷電流和過電壓。通過這種分級防護，我臺站廣播系統的設備能夠被有效地保護，確保其在雷擊發生時能繼續正常工作。

3.1 天線塔防雷

電臺、電視發射臺均配有天線塔及發射天線，鋪設位置皆位于電臺大樓的最高處?；谠O計理念和工作原理，天線塔自身可以是避雷塔，也可以是“引雷器”，所以對電臺天線塔的雷電防護工作至關重要。

3.1.1 天線塔避雷針的防雷應用

防雷工作在具體開展應嚴格按照國家《建筑物防雷設計規范》相關標準，結合廣電臺站所處的地理位置、地形、現有的防雷水平，還有天線塔的類型，更合理地進行天線塔避雷針的布置。依照常規的技術規范，一般的電視和微波樞紐，其地面電阻都要控制在4歐姆以內。為了給接地安全提供保證，接地電阻測試工作必須要在雷暴來臨之前開展。若條件允許，電臺或者是電視臺站還可以進行防雷限制電流的避雷針的設置[3]。一般來講，AR型避雷針能夠有效實現對快速升高雷電功率的合理抑制，減少雷電沖擊脈沖強度的同時，也會顯著減少感應雷的發生。具體來講，是將高電阻材料視為限制電流的主要設置。高電阻實現降壓之后，通過降低高阻抗材料的阻值來抑制反擊，同時也實現了對上行先導傳播的抑制。即使上行先導接近或抵達雷云，由于相應設備具備抑制雷云電荷的放電作用，所以，所有的雷電不能在瞬間中和，更不會發生強力的放電現象。進一步來講，“先導”向其他雷云的發展也是一樣受到限制。這樣，在AR限流避雷針中，受約束的雷擊電流會持續更久，降低了雷擊風險。

3.1.2 避雷針與消雷器聯合防雷應用

在進行避雷針安裝時，需要對天線塔避雷針的實際保護范圍做出精確計算，且還要留有余地。若發射機房的建筑物不處于保護范圍當中的時候，可以進行多支等高、又或是不等高避雷針保護方案的設計，避雷針引下線要和建筑物或是電氣設備保持至少5 m的距離。要考慮到地形相對突出的高山發射臺，且帶電雷云層較低的時候，天線塔避雷針的防雷效果是非常有限的?？赏ㄟ^避雷針、消雷器的有機整合來增強防雷效果。消雷器主要分為離子化裝置、接地裝置、連接線裝置這幾部分，簡要工作原理為：①擁有相對均勻的頂端空間電場，這樣向上的引發光導也難以產生；②空間電荷屏蔽作用的發揮，可以有效的制約雷云向下的光導持續向下繼續發展；③雷云向下的光導深入距消雷器頂360～300 m的時候，該裝置上空的空間電荷會向光導端部快速轉移，從而有效的抑制向下光導的發展方向。除此之外，光導通道會有空間電荷進入，其中的一些異性電荷會被中和；④光導端部到消雷器頂端距離縮小到一定數值后，其距離產生的間隙上的場強也從每米幾十伏逐漸上升到數百伏?；诖?，消雷器可以通過光導通道來將大量的電荷粒子流發送到雷云，電流強度可達到安級，最大值可以達到100 A左右，這樣雷云電荷會大幅度降低，最初可能出現的kA/s的主放電過程也可以向A/s的放電過程轉化。在此背景下，消雷器附近便不會存在反擊與感應電壓了[4]。導體消雷器若不能消雷，還可以在建筑物房頂女兒墻、房角，或利用圍墻、柵欄裝置閉合避雷帶、均壓網等輔助防雷設施。不論是避雷帶還是均壓網都要進行多根引流線的連接，在建房屋可以結合具體情況，在施工時與建筑結構內的鋼筋連接，保障更好的防雷效果，也提升了引流線的使用年限和線纜的防護度。

3.2 供電系統防雷措施

經過一系列實踐可以明確，廣播電視發射臺站的大量雷擊引入都來自供電系統，尤其是基于感應雷產生的浪涌電壓，峰值很高，會給設備帶來不同程度的破壞，所以，針對供電系統，可引用分層設防設計方案。

3.2.1 安裝架空避雷線

可以將架空避雷線安裝在發射臺站自備的架空高壓線路上，長度合理控制在300～500 m。除了終端桿，避雷線每桿做一次接地，終端桿則要增加一組避雷器裝置。已建線路的避雷線加裝若存在很大難度，可以將避雷器增設在高壓電力線路終端桿、終端桿前第1、3或第2、4桿上，第3或第4桿可以進行一組高壓保險絲的增設，以此來更好的泄放架空高壓線路引入的直擊雷或感應雷。

3.2.2 變壓器兩側安裝避雷器

對于變壓器的高壓側、低壓側應結合需求，進行容量較大、動作靈敏的避雷器的安裝。在此過程中應注意，變壓器中性點一定做到就近直接接地，接地電阻要控制得比允許值低。確保通過高、低壓避雷器，雷電流可以更順暢地向大地泄放。比如，建設中的線路，一般都會選擇土壤電阻率相對較低的地方來設置變壓器。而對于低壓入戶線一般都是鎧裝電纜直接埋地引入，兩端金屬外皮也要做到就近良好接地。

3.2.3 等電位連接技術多級防雷

作為一種比較重要的防雷措施，等電位連接技術的應用主要是確保廣播系統中的設備、結構的電位水平可以處于相同狀態。其原理是：若各部分所處電位相同，雷電的感應電流在電視臺設備或是電纜間的流動便不太可能，可以防止因為電位上的差異而使得設備受到損害，或者被電磁干擾。

結合GB50343－2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》和GB50057－2010《建筑物防雷設計規范》等相關技術規范，廣播電視發射系統要進行多級防護的設置。第一級防護主要是為了進行大部分雷擊電流的泄放，后續級別則是為了與第一級相配合，從而將殘余的雷電流、過電壓消除。通過分級防護，廣播系統的設備可以獲得更好的保護，即使有雷擊產生，也可以繼續正常工作。

這種等電位連接要想實現，廣播電視發射系統中的所有設備都應和一個公共接地點鏈接，一般都是一個接地條或接地母線。這樣即使雷擊直擊系統的某一部分，或出現感應，其他部分也可以防止受到損害，主要是因為電流會流向接地點而不是其他的設備。同時，低壓供電系統、信號線路也要結合具體情況，引用與之相適應的浪涌保護器，從而取得理想的保護效果。比如，可以將電涌保護器和后備保護器合理安裝在發射樓的低壓配電室和機房分配電上，以確保供電系統即使受到雷擊，也可以保持穩定運行狀態。

3.2.4 合理布線技術

在電視臺廣播系統當中，為了盡可能減少雷電帶來的干擾，更好的保護電子設備，要注重布線技術的科學使用。布線中，所用纜線的敷設要防止長期暴露在自然及露天環境中，又或是其他可能受到雷電影響的區域進行敷設。線纜布置盡量減少交叉、重疊的產生，以此來減少因為感應雷而受到的干擾。同時，布線的時候，電氣設備、信號設備的相對位置也要考慮到，避免將高功率設備、低功率設備設置在相鄰的區域，從而減少過電壓和相互干擾等潛在風險[5]。

電源線、信號線的布設要進行專門的規劃，依據GA267－2000《計算機信息系統雷電電磁脈沖安全防護規范》，還要增設專門通道、槽道的設置來加強保護。布設信號線的時候，不能和電源線離得太近，盡量避免相互干擾。線路線纜在進入建筑物、關鍵設備之前，所有線纜都要進行專用防雷器的配備，以免外部雷電的干擾會向內部系統侵入。

線纜接地也是布線技術中不可忽視的一部分，所有線纜都要依照DL/T621－1997《交流電氣裝置的接地》貴伐，并結合實際情況做好接地處理，這樣不論是哪種形式的雷電干擾都可以做到向地面的快速泄漏，為電視臺廣播系統的穩定運行提供保證。

3.2.5 共用接地技術

在電視臺廣播系統的綜合防雷措施當中，共同接地技術的應用也是非常重要的。如，發射塔的四周進行環形放射接地網的設置，引用ZY-FJM-GD型高導接地模塊來用作垂直接地極，同時以40*4 mm熱鍍鋅扁鋼來用作水平接地極，使得系統的連續性、完整性可以得到保證。地溝的開挖深度、寬度都要給予合理控制，安裝高導接地模塊的位置也要特別注意，對地下的電阻和土壤的導電性能做出充分考慮。兆宇等離子接地極ZY-LJBLT5020具有良好的垂直接地性能，各項設計應允許垂直埋在地下深井當中，以確?？梢园l揮出理想的導電性。

要確保接地系統有效性的充分發揮，除了焊接接地極，還要引用降阻劑、泥土混合物來進行回填，這樣不僅增加接地極的接觸面積，提升接觸性，接地電阻也會有效降低。除此之外，為了避免腐蝕接地系統，減少環境因素帶來的影響，焊接部位還要做好防腐處理。同時，結合電視臺廣播系統地理位置、建筑結構以及特定區域引入放射接地網，促使接地系統性能的顯著增強。如圖2所示。

圖2 深井接地施工平面圖

3.3 室外引入線防雷措施

室外引入線指的是臺站內各種吊饋管的鋼絞線及固定架、鐵塔過橋和塔燈電源線以及各類管道、各種視音頻信號線等等。若遇到雷電天氣，引線的外皮很容易引入感應雷或者是感應電壓到機房，所以，還需要聯系實際采取相應措施來進行電氣阻塞，降低或規避潛在的風險。

3.3.1 保證饋管兩端良好接地

進入機房之前，饋管的外皮要就近連接地網，還有吊饋管的鋼絞線、固定架、過橋，每隔一段距離都要進行逐點接地，不能有遺漏或隨意地延長接地點間距，以免降低接地效果。

3.3.2 線纜就近連接地網

不同類型的引線要注重屏蔽電纜的使用，進入機房之前，屏蔽層應做到和地網就近連接。若引線較長，又或是條件允許，進入機房之前，可水平埋入地下，長度可以控制在10 cm以上。若沒有屏蔽電纜，可將鐵管置于線纜外部，而后按照各項要求來埋入地下。電纜引入機房后，若有閑置的芯線，也不能不作處理，要在兩端做好接地，防止空置線纜意外引入雷電。

3.4 室內設施的防雷措施

3.4.1 多點連接室外地網

機房內要結合設備的擺放情況，以銅皮來進行地網的鋪設，通過多點和室外地網的連接來營造理想的等電位環境，杜絕電位差。

3.4.2 防雷保護元件應用

結合實際需求，通過對防雷保護元件的科學、合理引用來更好的保護電子設備。如，應用同軸電纜保護器(CSP)、數據線保護器(DLP)等。

3.4.3 建立可靠接地連接

機房中，不論是屏蔽接地、機殼接地，還是工作電路接地、保安接地等方面都要做到協調統一，就近和機房共同地網可靠的電氣連接。高山臺站也要實現將機房鋁制門窗、水管，以及走線架等各類導體和地網就近連接。

4. 實施防雷措施中注意的問題

4.1 依照防雷分區進行等電位連接

IEC10-24、IEC-1312《關于防雷分區和等電位連接的概念》明確說明防雷區域的劃分可以圍繞雷擊在不同區域的電磁脈沖強度來實現，在不同防雷區域界面上做好等電位連接或與金屬物直接連接，無法直接連接的，可以針對不同防雷區域的劃分來引用等級不同的防雷設備來防護。經過一系列實踐可以證明，分區等電位均壓連接，是有效的防雷方法。在進行地網鋪設的時候，發射臺站要注重避雷針接地、鐵塔接地，以及機房和設備保護接地的協調統一，以此來實現等電位連接。為此，接地系統的接地體、接地線截面要符合要求，接地線要控制在16 cm以上[6]。在這里，還需注意一點，如天線塔、變電室等相互之間距離超過40 m，則應鋪設分區地網并分別接地。

4.2 嚴格控制接地質量

要想取得理想的防雷效果，還應保證接地質量，不論是哪種接地線還是地網，都要有十分可靠的電氣連接，焊接點的防銹處理也非常重要。巖石多的高山臺站接地點可以結合具體情況，實現鹽、木碳、鐵屑的合理填埋，或應用GDSZ系列高效降阻劑以及DDT系列導電混凝土等新材料，以此來盡可能地降低接地電阻。地網維護工作要到位落實，需要對各點接地電阻進行定期測試，以確保接地電阻可做到與設計要求相符合。

4.3 定期調整防雷元件放電間隙

維護工作具體開展中，相關工作人員要對防雷元件放電間隙的定期調整，對各類保安器件，以及接觸點、避雷器是否良好、是否有效進行細致檢查，以此來減少設備元件出現老化風險的可能，將潛在故障有效排除，為防雷設備的穩定運行提供保證。

5. 結束語

防雷工作的有效落實，能夠為廣播電視發射臺站穩定運行提供有力保障，同時也是安全播出的首要防范措施。對此，應在明確雷擊危害類型的基礎上，設計一個科學且與廣播電視發射臺工作環境相符合的一體化防雷方案，使得天線塔、供電系統等能夠有效地抵御雷擊。而相關防雷設施維護工作的嚴格落實也是重點，要不斷優化維護制度，相關故障與隱患一定要及時檢測排除，做到有備無患。