广播电视高山发射台防雷技术分析

广播电视高山发射台防雷技术分析摘要: 无线广播电视发射台可以说是无线广播网络的枢纽，但是由于其特殊的地理位置，非常容易遭受雷害事故。

因此做好无线广播电视发射台的防雷工作，对于无限广播电视的正常运行有着重要的意义，同时还具有极大的经济效益和社会效益。

该文主要是针对广播电视高山发射台的防雷技术存在的问题以及应对措施进行了简单的分析。

关键词：广播电视发射台防雷雷电是一种破坏力很强的自然现象。

雷电可以产生高达几百万伏的电压，几百千安的瞬间冲击电流。

雷电流所产生的电磁效应、机械力、热效应破坏性是非常大的，容易造成巨大的危害。

另外由于雷电活动分布广泛，活动频繁已经成为最严重的十种自然灾害之一。

雷电的危害范围从电力系统、卫星、通信、导航、计算机网络到铁路交通，再到每个家庭的家用电器。

地面广播电视网络对于有线网络无法覆盖的地区是广播电视的唯一传输通道。

因此成为“中央广播电视节目无线覆盖工程”的直属单位，其重要性不言而喻。

由于广播电视发射台一般是当地最高的山顶，其电源系统及设备更容易遭受雷击损坏，造成站内设备以及配电设备的损坏，影响发射站的正常工作，甚至造成严重的经济损失。

1 雷电对发射台的危害雷电是由带电荷的雷云引起的，主要有雷云之间的放电和雷云对地的放电两种类型。

发生在雷云之间称之为云闪，雷云对地的放电现象称为地闪。

由于电力工业的不断发展，本来影响较小的云闪，由于电磁感应作用产生在电线路和网络上感应雷过电压，严重危害了电力、通讯系统及其电子设备的正常运行。

雷云对地放电时所产生的强大的雷电流会造成极大的破坏。

雷击放电的危害可分为以下几类：第一，雷击放电时产生，所产生的数万伏的冲击电压，造成绝缘击穿，引燃易燃易爆物，损害电器设备；第二，当强大的雷电流用过导体时电能转换大量的热能，造成导体的熔化，引发火灾；第三，由于雷电产生的静电感应作用，使得金属具有很高的静电感应电压，造成数十厘米的空气间隙的击穿，所产生的电火花会引燃可燃或易爆物品；第四，由于被击物体内部出现的强大的机械力效应，这种机械力可以使得物体发生爆炸或被严重的破坏；第五，发生雷电时，所形成的雷电入侵波，沿线路或管道迅速传播，造成配电装置或电气线路绝缘层的击穿，造成物品的燃烧或爆炸；第六，防雷装置的高电压对建筑造成的反击，可引起电气设备的绝缘损坏；第七，雷电发生时周围会产生强大的交变磁场，当接触电阻较大时，造成局部发热或者发生电火花，造成火灾或爆炸。

电视发射台雷害方式主要有以下几种：第一，雷电通过配电线路直接侵入时产生的危害。

铺设在地下没经屏蔽保护的电缆，户外的电力架空电力线路容易遭受直接雷或感应雷的袭击。

强大的雷电流形会造成线路上变压器等电气设备的损坏。

另外，当雷电流经接地引下线和接地体时所产生的压降较大时可能发生反击，造成电源系统或站内电子设备的损坏。

第二，雷电通过发射塔或避雷针侵入时产生的危害。

这种也是比较常见的、危险性比较高的危害。

由于所处位置较高，雷电容易直接击中电视发射台的发射塔，或者是直接击中控制室上所安装的避雷针，雷电流流经接地引下线，铁塔构架流入接地网。

使得地网在雷电流的作用下电位分别不均，局部电位升高，入地的雷电流不易散流，形成对二次设备的地电位干扰。

第三，雷电通过信号线侵入时产生的危害。

从发射塔到控制室之间的信号线缆在雷雨天气时容易遭受感应雷的侵入，产生破坏作用。

当发生雷雨天气时由于雷电作用所产生的电磁场会在信号线缆产生较高的感应过电压传至控制室和站内的低压电子设备，造成站内设备的损害或爆炸。

2 广播电视发射台防雷措施2.1 直击雷防护对于直击雷的防护措施主要是通过架设避雷针。

当然，由于雷电的放电通道在很多偶然性因素的影响下会发生变化，避雷针并不能保证发射塔100％的不受直击雷袭击，因此切合实际情况对保护范围按照绕击率为1%而定。

我们可以对避雷针保护范围和高度进行计算(图1）。

当雷云放电接近地面时致使周围空间电场局部集中，影响到雷电先导放电的行进方向，引导雷电向避雷针产生放电，避雷针通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地。

其工作原理就是通过将雷引导到自己身上，然后使之泄入大地。

因此，避雷针并非适用于所有场合的防雷。

避雷针用于线路的防雷，为了保证线路能够承受雷电产生的雷电过电压，要求线路有较高的整体耐雷水平。

为了将强大的雷电流泄入大地，还要求避雷针和线路杆塔具有良好的接地。

否则将会使避雷针或杆塔的电位升高，对绝缘子和线路造成反击。

所以一般情况下，避雷针主要用于变电站和建筑物的防雷。

如果用于输电线路则要求其具有较高的绝缘和耐雷水平。

基于以上的分析，对于整体耐雷水平较低接地标准也比较低的配电线路不建议使用避雷针。

在安排避雷针的时候需要注意的是，由于大风天气会对避雷针造成一定的影响。

因此，设计安装避雷针要力求稳固，防止避雷针在大风天气的影响下扭曲、折断、脱落。

2.2 感应雷防护感应雷造成的损失达雷害事故总损失的80%以上。

感应雷发生的几率大于直击雷，但是其带来的直接危害要小一些。

感应雷过电压主要由静电感应和电磁感应两种。

其幅值的大小跟雷云对地放电时的电流大小、雷击点周围的环境、线路长度、设备接地装置的电阻、雷击点与线路间的相对位置有关。

为了减少感应雷带来的危害，一般可以采取以下的击中措施。

第一，屏蔽保护。

按照相关的建筑要求，通信机房控制室的建筑钢筋，金属底板构架等要通过焊接，形成等电位法拉第笼。

如有需要，机房四周应配置金属屏蔽网。

无论是室外还是室内的信号线都必须屏蔽。

电缆也都要改为屏蔽电缆或者穿钢管处理。

天线电缆在发射塔顶，进入过线桥及机房或控制室内进行三点共地。

第二，等电位连接。

等电位连接是指把防雷装置，电气装置，导体、电信装置、建筑物的金属构架、金属装置等采用连接导线或过电压保护器连接起来，以达到均压的目的。

等电位连接可以有效的防止雷电对电子设备造成反击，消除了强电位差，对雷电流进行有效的分流，是比较常见的并实用的防雷措施。

如果发射台控制室面积较小、站内设备比较少，在这种情况下，可以采用S 型等电位连接。

保证发射台站内设备及所有金属装置保持与共用接地系统的各装置有足够的绝缘。

等电位连接通过接地基准点连接到接地环母。

并通过电涌保护器的安装来限制过电压。

第三，浪涌保护器。

安装浪涌保护器是为了达到均衡导线和接地系统间的电位，与等电位连接目的基本上是相同的。

正常时浪涌保护器呈现出高阻的状态，如果遭遇雷击出现过电压时，浪涌保护器呈现出低阻状态，将过电压能量写入大地，过电压一旦消失，浪涌保护器就会恢复常态成为高阻状态。

比较常见的就是电子信息系统浪涌保护器和供电系统浪涌保护器两种。

电子信息系统浪涌保护器作用是为了防止感应雷通过信号输入、输出线路进入设备；供电系统浪涌保护器的作用是为了防止感应雷通过电源系统进入低压电气设备。

2.3 接地措施由设计或施工不当造成接地电阻超标，影响到地网的均压效果和雷电流的散流，最终影响弱电系统的电子元件，损坏这些设备，影响电视发射站的正常运行。

广播电视发射台的接地需要设置接地装置，设置有利于雷电流散流的周边放射形水平接地极，每隔3～5?m设置环形水平均压带，同时水平接地板的长度不宜超过100?m，通过设置可以让雷电流从接地装置均匀散流。

采用截面不小于40?mm2的铜排或铜缆在对信号、控制、保护等电缆经过的地方进行等电位连接，防止地网产生地电位差对电气和电子设备造成地电位干扰，另外，铜排或铜缆要每隔3m与接地网可靠连接。

在机房内部设置接地环母，并采用多点引下（出）的方式与外水平接地带连接。

槽钢应至少有两点与接地环母相连，相关设备应安装在接地的槽钢上。

水平接地极的埋深应大于0.6?m，回填土要用粘土或细土回填并分层夯实，可适当的使用降阻防腐材料进行保水。

2.4 其他的避雷措施部分广播电视高山发射台电源系统的变压器尽在高压侧安装由避雷器，变压器低压侧未装避雷器保护，这样对于变压器的防雷是不科学的，也是不可取的。

当低压侧有雷电波入侵时，由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，雷电波并没有损坏低压侧绝缘，而是通过绕组间的电磁耦合，在高压侧绕组上出现一个过电压造成变压器高压侧的绝缘损坏。

针对这一情况，应该在变压器的低压侧安装避雷器。

变压器低压侧三根相线宜加装氧化锌电涌保护器；变压器高压侧的三根相线应加阀型电涌保护器。

高压侧的三个电涌保护器应尽量靠近变压器，接地端直接与变压器的金属外壳相连，同时最好能与机房和铁塔的接地网等电位连接。

另外，还要整理、规范发射站内的线路的布置。

杂乱的接线情况，没采取正规的接线方式容易造成错误接线，给发射台正常运行管理工作带来困难。

同时也给发射台内线路的屏蔽，设备的接地带来了很大的困难。

因此，必须要对发射台内各种线路的接线，走线位置方式等进行整理。

对各种线路的接线、走线进行合理规范的设计，尽量避免线路交错的情况，对低压设备的接线进行整理，使其整洁，采用标准的配电装置对发射站内各设备供电。

采用联合地网防护措施。

如果铁塔与建筑物距离较近，最好将铁塔与建筑物的接地线连接起来组成联合地网以防止雷击所造成的破坏。

如果建筑物属于框架结构，那么我们可以将基础钢筋作为环形接地网加以利用。

需要注意的是联合地网接地电阻要求小于4?Ω。

3 广播电视发射台防雷设备普通10?kV变压器的耐雷水平较低，是为了满足大多数场所的实际需要而设计的。

其全波冲击耐压只有75?kV，对于高海波雷害事故频繁强烈的特殊场所不适合。

普通变压器不能限制正、逆变换产生的过电压，不能采用四点接地的方式。

为了更好的进行防雷，可以采用双曲折特种防雷变压器。

此种变压器相对于普通的变压器来说在防雷上具有一定的优势。

首先，曲折接线变压器为了消除各相位间的电压和电流的不平衡性，利用了绕组的相互交叉连接，通过相互补偿铁芯的磁通量的方式，抑制各相感应电动势的不平衡，以达到三相感应电动势平衡的目的。

其次，采用双曲折特种防雷变压器可以抑制变压器正、逆变化过电压的传递，避免高压侧绕组绝缘被击穿。

采用曲折连接方式，限制中性点的过电压，可以从一定程度上有效保护中性点。

第三，采用双曲折特种防雷变压器抑制过电压通过电容耦合作用在高低压侧的传递。

当雷击变压器进线端线路时，雷电流在变压器的绕组上激发产生零序磁通就会相互抵消，只能通过电容耦合的作用传递到副边。

双曲折特种防雷变压器通过减小变压器一二次绕组间电容，加大其容抗的方法，可使一、二次绕组之间的容抗远大于一、二次绕组对地之间的容抗。

一、二次绕组在此过程中只分担了很小部分的雷电过电压。

采用双曲折特种防雷变压器后雷电过电压传递到变压器副边的值降低大约70%。

第四，双曲折特种防雷变压器采用“四点共地”的防雷接地方式。

采取这种接地保护方式，可以有效的保护变压器的主绝缘以及中性点，变压器主绝缘只承受避雷器的残压（图2）。