广播电视台无线发射机房防雷技术
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摘要：本文主要简述了雷击的入侵途径、雷电天气对无线发射机房造成的影响，以及常用的防雷技术和防雷措施，希望可以进一步提高广播电视台无线发射机房的防雷效果。
关键词：广播电视台；无线发射机房；雷电入侵途径；防雷技术；防雷措施
广播电视台的无线发射机房通常都位于相对偏僻并且海拔较高的地方，离市区较远，并且部分信号发射塔和机房之间的距离较小。发射机房外部铁塔顶部受雷电天气影响严重，如果遭遇雷电电流直击，那么发射机房顶端将会瞬时释放惊人热量，这将会对机房建筑、设备和人身安全产生严重威胁，而且电流也会向外释放静电，会对人体产生一定伤害。鉴于雷电的严重破坏性，要求技术人员必须能够采取有效的防雷措施，将雷击影响降到最低。
1.雷击的主要方式
1.1直接雷击
当雷电直接作用在无线广播发射机房和发射铁塔上时，就会产生直接雷击，电能在转换成热能的过程中，会对周围建筑和人的生命安全带来严重威胁。而且雷电也在很大程度上影响电子设备的正常运行，甚至会严重干扰机房与信号塔的终端设备，使其无法正常工作。为此，我国政府相关部门要求，广播电视台的无线发射机房必须能够做到将半数的雷击作用量，借助建筑物的外表面传输给地面，剩余一半的雷击作用量则需要借助电路线缆和电网体系中的导体进行分流和抵消。
1.2雷电波侵入
如果在雷电击中了电力线路或者信号线路，那么雷电波就会顺着信号通信网络或者电力通信网络，对电力通信设备进行侵入，那么此时被雷电击中的区域内，就会形成较高的地电压，并在周围产生跨步电压，跨步电压是一种十分常见的地电位电压，会对电网体系产生严重影响。而且雷电也会通过接地系统，对建筑内部设备进行入侵，最终形成地电位反击。
1.3感应雷击
感应雷击主要是指在埋地线路、架空线路以及传导线路上，因附着雷云对地放电而产生的感应电压，这种感应电压可以借助导体直达设备，进而能够对微电子设备造成严重影响和破坏。雷击的作用范围可以辐射至周围的1千米左右，在这一区间内都会产生电磁脉冲，导体在电磁脉冲的影响下，需要面临强度不一的感应浪涌，这种感应浪涌也会对导电物体造成严重伤害。
1.4地电位危害
当雷击作用在广播电视发射台时，建筑物的避雷设施会将雷电所产生的能量导入地面，如此一来，在建筑下方的引线、接地体和地下避雷设备，就会在短时间内形成数万伏的高压，如此庞大的能量，很多避雷设备都不能妥善处理，最终就会产生地电位衍生危害。虽然地电位衍生危害破坏并不强烈，但是也需要在防雷作业中引起高度关注。
2.防雷技术概述
首先，防雷地网。防雷地网在铺设过程中需要以机房为中心，如此才能有效提高防雷效果。通常情况来说，防雷地网应铺设在相对干燥的环境中，地网的缆线长度也要进行科学控制，以不超过70m为宜，并利用接地棒将接地网牢牢固定，接地棒的长度通常为2m。[1]然后工作人员需要对机房、铁塔、大地进行焊接作业，确保三者能够稳固连接；其次，接地技术。现如今接地技术已经日渐成熟，接地体已经成为最为常见的接地设备。接地体就是一个金属物体，其主要作用就是与地面连接，在接地体的作用下，防雷网、金属导线和电气设备才能构成一个有机整体，才能具有良好的防雷效果。除此之外，接地技术还能快速地将电流引导到大地中。[2]值得一提的是，工作人员一定要科学控制接地电阻的实际值，促使接地电阻适当降低，如此才可实现接地系统和大地的协调统一，有助于快速释放电流，避免电流对发射台设备造成影响。除此之外，如果发射台所处位置的导电性较差，那么工作人员还需要采取一定措施来改变发射台附近区域的土质，通常是选择使用一些中性降阻物质，例如铁屑、食盐和长效降阻剂等，来提高大地的导电性，以此来提高接地技术的防雷效果。
3.广播电视台无线发射机房的常用防雷技术
3.1外部防雷技术
工作人员需要将接闪器安装在铁塔顶端位置，确保大楼主体钢筋与铁塔地网、铁塔妥善相连，并严格按照国家的安装要求进行。常用的接地网材料为40×4mm的镀锌扁铁与接地模块，接地阻值不大于4Ω。[3]在具体施工过程中，工作人员需要在适当位置开挖沟槽，沟槽形状多为U型，宽度和深度需结合施工条件进行适当调整，确保镀锌扁铁和接地模块方便置入即可。工作人员首先需要将镀锌扁铁平铺在沟槽底部，使其充当水平接地体，然后每间隔5m距离放置一块接地模块，使水平接地体和土壤之间的接地面积能够得到有效增大；其次，工作人员要用电焊的方式将地网整体焊接起来，并保证至少3面焊接，焊点切忌虚焊，焊接工作结束后，工作人员也要在地网表面涂抹沥青漆，提高地网的防腐效果；最后，将镀锌扁铁作为接地引入线，沿楼体外铺设并妥善固定，然将其引入到发射机房内部，确保其能够与机房内接地母排具有良好的电气连接。
3.2内部防雷技术
机房地面应尽量采用全钢防静电地板，地板规格通常为600mm×600mm×35mm，并对机房窗户采取一定的要屏蔽措施，布线槽应位于地板下方；接地引线采用95mm2的多股铜缆，并以大楼的主体钢筋为接地点，接地引线采用穿墙的方式进入到机房内部，并与电位连接排进行妥善的电气连接。此时需要注意一点，布线槽应与等电位连接排保持一定距离；在机房总配电柜处，可以安置一套防雷器，并使用25mm2的多股铜缆为接地线，同时使其与等电位连接排保持良好的电气连接；在分配电柜处安置防雷器，接地线与总配电柜处保持一致即可；在发射机内分别配置防雷器，并以16mm2的多股铜缆为接地线；对电源末端进行精细保护，可以将等电位连接插排配置在普通插排处；对室外电缆来说，工作人员应利用金融管进行保护，并对电源线和信号线安装电涌保护器。
3.3供电线路防雷技术
将防雷变压器放置在供电线路的起始两端，可以有效缓解雷电对供电线路的冲击，同时还能避免雷电击中桅杆对电源产生破坏；在架空线路的两端应当增设避雷针，为了提高防雷效果，可以配合利用降阻剂来降低接地电阻值；在线路桅杆处设置避雷针，同时用钢绞线焊接接地装置和接地电线，并将其深埋土中至少1.5m，并利用降阻剂来调节土壤性质。
3.4发射塔和天馈系统防雷技术
低电阻路径是电流在运行过程的首要选择路径，因此广播电视发射塔的塔架和馈管必须要进行可靠接地，否则雷电就会沿着铁架和馈管进入到发射机房内部，这能够对电子设备的正常运行带来严重影响，严重时甚至导致电子设备瘫痪，并对工作人员的人身安全带来极大威胁。常用的发射塔和天馈系统防雷技术有：在铁塔附近设置一组闭合接地网，并确保地网能够与铁塔可靠连接；将避雷针安置在塔架位置，并且避雷针的下引线必须要与建筑闭合接地网可靠连接；钢绞线和铁质过桥等对馈管起支撑作用的设备，也要每间隔一定距离进行可靠接地；将馈管外皮连接最近地网并可靠接地，然后才能引入机房中，同时工作人员也要在引入馈管的入口位置设置同轴SPD，其接地端子的引线需要从天馈线入口位置外的接地线、避雷带或地网进行引接。因为避雷针所能保护的区域相对有限，所以在天馈线设置避雷器至关重要，能够对发射台起到双重保护，因此也可有效提高防雷效果。
4.消除雷击安全隐患的技术策略——以某广播电台为例
4.1改造发射塔为了进一步提高广播电视台无线发射机房的防雷效果，工作人员可以用更为先进的接闪器来代替过去的避雷设备，同时用阻抗球及其相关设备来提高避雷针性能，并用95m的电缆作为BA灯底座的下引线，每隔2m进行紧固，使其能够与的电网直接相连。
4.2改造发射机房
经过大量实践可知，雷作用和感应雷击通常以输配电网络为侵入对象，概率高达80%左右，所以若想降低雷电对无线发射机房的影响，工作人员就必须要对发射机房进行多层防雷保护。[4]具体来说，技术人员应结合发射机房的地理位置和具体作用，对防雷保护设施进行优化设计，例如对该广播电台发射机房进行避雷改造时，技术人员安装了一台100KA的避雷器，使其作为第一级防护设备；然后将一台80KA的避雷器安装在2楼的交流变电机组中，将其作为第二级保护设备；在机柜每个空开上安装40kA的避雷器，作为第三级防护设备；用环氧树脂绝缘棒作为底座支撑材料，并在机房四周设置铜排进行接地保护。4.3增设信号源防雷器信号源防雷器是以电位免防雷地线技术为原理，现如今已经广泛应用在广电业、安防业、通信业、计算机行业等与网络传输密切相关的行业中。在雷雨季节，为了最大程度地保证无线发射台的正常使用，技术人员就可以使用信号源防雷器来提高发射机房的防雷效果。
4.4优化接地系统
良好的接地系统是确保无线发射机房设备可以正常运行的重要前提，同时也是一系列接防雷技术的应用基础。在该广播电视台无线发射机房的改造过程中，技术人员采用40×4mm的镀锌扁钢进行接地并连接成电网，这种设置方式可使得发射机房系统布线更加合理，避免干扰波的产生。除此之外，这种接地系统也可以让故障电流和雷电电流迅速导入大地，并且能够有效节省施工成本。在选择地网的接地模块时，技术人员选用了非金属接地模式，这可有效降低现场温湿度对施工的影响，同时也具有更高的抗腐蚀性和环保性，并且可使得接地网与地面的接触面积被进一步增大，因此可以实现电流的良好导入。在本次无线发射机房的改造过程中，技术人员充分依据了《建筑物防雷设计规范》，并结合发射机房的周围环境，最终决定使用水平接地和垂直接地相结合的接地方式，从源头上缓解高电流冲击对建筑和设备造成的破坏。
4.5加装发射机房防雷保护间隙
雷电进行波沿着电力线路向前前进的同时会形成波的反射，那么雷电进行波和雷电反射波相互叠加，就会使得电压数值变成原有进行波的两倍，过大的电压数值很容易击穿电气设备。[5]所以为了缓解雷电侵入波反射带来的影响，技术人员就必须在断路装置或者开关的外侧设置一定的防雷保护间隙，用以保护高压线和电缆线。如果在电线电缆上存在分闸开关，那么技术人员还要在开关的两侧分别设置防雷保护间隙；如果电路电压大于35KV，技术人员也要将开关阀形式的避雷装置安置在电缆与架空的连接位置处。
4.6优化无线发射机房防雷技术设计
为了对用电设备进行全面保护，技术人员也需要在电线塔的顶端安装避雷装置，避免信号塔遭遇雷击，并将多余的电量释放到云层中。在天线上也应安置一定的避雷设备，同时避雷设备也要安装放射线，用来抵消和减少云层中的电子作用。[6]值得一提的是，放电球在众多的防雷设备中发挥着重要作用，放电球的直径通常为100mm左右，在一些极端恶劣的天气中，放电球可以发挥出显著的避雷作用。[7]在严寒地区，技术人员也要采取有效措施，避免积雪覆盖放电球，现如今很多防雷装置都为天线类型，所以技术人员也要尽可能地减小光缆电阻，同时对相邻天塔之间的距离进行严格控制。接地系统的设置点也要符合国家的深度要求，并用闭环的方式进行管理。
4.7优化电源防雷措施
广播电台无线发射机房中的所有电子设备都以电能为能量来源，那么一旦电源遭受雷击，就会导致整个电子系统发生瘫痪，所以技术人员一定要对电源的防雷措施进行优化设计，能够结合具体的防雷电需求，在关键的终端设备中安装隔离变压器。[8]如此可最大程度地避免电源遭受雷击，确保发射机房内部电子设备稳定运行。常用的电源防雷措施主要包括：在高压线的进线处将地线架空，并保证地线长度大于1km；将避雷针安装在防雷区域内；将避雷器安装在进电站部位；优化布置接地设施等。通常情况来说，不锈钢和镀锌钢是最为常见的避雷针材料，并且材料厚度多小于3mm，避雷针的直径通常大于避雷针高度的1.5倍。防雷地网在安装过程中，地网的中心应位于机房和铁塔处，然后在中心周围50cm左右的位置挖置地沟，然后每隔20米钉入4根镀锌角铁钉。[9]
4.8加装保护装置
为了进一步提高无线发射机房的防雷能力，技术人员需要对架空导线进行分类，然后用金属管对导线进行保护，并利用地下掩埋的方法把导线引入到机房内部。如果距离较远，则需要安装保护装置在电缆和电力线的两端。因为信号线和电力线分属于不同类别，所以这两条线路要严格禁止混用，以免造成相互干扰。所以在实践过程中，工作人员应焊接地线的金属管两端，并对焊点进行必要的防护处理，并能够严格按照要求安装电力设备，确保其系统能够与接地汇流链接在一起，并与室内接地排连接。在机房内部，设备电源接地线通常经由室内地线排引入，并采取一定的保护措施，避免其与引线连接同时使用。
4.9预留接地孔
为了提升无线发射机房的整体防雷效果，机房在施工过程中，应该在铁塔中间、顶部天线平台与铁塔基础中预留一定量的接地口，塔身螺栓用长型螺栓替代。因为发射铁塔的整体高度较大，所以如果相邻铁塔之间间距不超过60m，那么工作人员还需要在两者的中间位置增加一个接地点。[10]综上所述，广播电台的发射机房在建设之初，都会遵循尖端放电原理来进行避雷设计，为了切实保护所有的用电设备免遭雷击，工作人员需要在电线塔的顶端安装避雷装置，将多余的电量引导到云层中，并能够结合机房的实际情况做好充分的防雷工作，将雷击对设备的影响降到最低。
作者:石小磊 单位:甘肃省临夏回族自治州电视调频微波转播台
