胡占平

雷電對(duì)電子設(shè)備危害很大,對(duì)建在高山上的廣播電視、通信臺(tái)站危害更大。文章介紹了雷電的形成以及對(duì)高山臺(tái)站電子設(shè)備造成損害的原理,并結(jié)合我臺(tái)太子巖調(diào)頻發(fā)射臺(tái)實(shí)際情況,提出了一些防雷擊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

雷電災(zāi)害是目前我國十大自然災(zāi)害之一,2007年全國雷電災(zāi)害統(tǒng)計(jì),共發(fā)生雷擊3560次,造成傷亡1018人,經(jīng)濟(jì)損失5357.871萬元。高山廣播電視臺(tái)站一般都處在制高點(diǎn),機(jī)房及附屬設(shè)備極易遭到雷擊。更重要的是,隨著科技的進(jìn)步,計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)字發(fā)射機(jī)等精密電子設(shè)備被廣泛應(yīng)用,而這些設(shè)備普遍絕緣強(qiáng)度低,抗過壓、過電流及電磁脈沖的能力極低,特別容易遭受雷電侵害,嚴(yán)重威脅廣播電視安全。

雷電主要有直擊雷和間接雷。云塊對(duì)地上物體直接放電,叫直擊雷。間接雷又分為感應(yīng)雷和傳導(dǎo)雷,雷電在放電過程中產(chǎn)生的強(qiáng)大靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)形成的過電壓叫感應(yīng)雷;由于雷電對(duì)架空線路或金屬管道作用產(chǎn)生的沖擊電壓,沿線或管道傳入建筑物的叫傳導(dǎo)雷。雷電防護(hù)是通信、廣播電視臺(tái)站特別是高山臺(tái)站設(shè)計(jì)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一,雷害防護(hù)方案應(yīng)包括對(duì)直擊雷和間接雷的防護(hù),兩者缺一不可。

防雷的基本途徑就是為雷電提供一條雷電流對(duì)地泄放的合理的阻抗途徑,控制雷電流的轉(zhuǎn)換和泄放。防雷的主要方法是做好設(shè)備接地、良好屏蔽及安裝有效的防雷保護(hù)系統(tǒng)。良好接地:最好的防雷措施就是將閃電能量泄放入地;良好屏蔽:簡單的說就是用金屬網(wǎng)、箔、殼、管等導(dǎo)體把需要保護(hù)的對(duì)象包圍起來,避免雷擊;防雷保護(hù)系統(tǒng)就是采用避雷器讓雷電流逐級(jí)分流泄放,電壓逐級(jí)降低。

為了擴(kuò)大邢臺(tái)電臺(tái)覆蓋面,落實(shí)村村通廣播工程,我臺(tái)在海拔1130米的太子巖建設(shè)調(diào)頻轉(zhuǎn)播臺(tái),發(fā)射機(jī)房所在建筑物的防雷屬于第二類,發(fā)射機(jī)房信息系統(tǒng)雷電防護(hù)等級(jí)為A級(jí),按照設(shè)計(jì)規(guī)范,防雷系統(tǒng)應(yīng)包括機(jī)房防雷;電源、信號(hào)、天饋線浪涌保護(hù)器,以及避雷針、屏蔽、接地等。

直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)

直擊雷防護(hù)主要靠架設(shè)在鐵塔頂部的避雷針、引下導(dǎo)電體、發(fā)射機(jī)房鋼結(jié)構(gòu)等形成一個(gè)屏蔽“法拉第網(wǎng)”,保護(hù)天線和機(jī)房頂部不受直擊雷擊,避雷針通過獨(dú)立的引下線直接接入地網(wǎng)。鐵塔地處山頂海拔1130米,且處于空曠地帶,其年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)較大,同時(shí)考慮該地區(qū)的雷電能量具備更大、破壞性更強(qiáng)(地電位反擊、跨步電壓等),在鐵塔建設(shè)之初就需要安裝限流型避雷針。

采用特殊材料(導(dǎo)電硅橡膠高分子電阻材料)和結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體少長針輻射裝)的限流形避雷針,是在富蘭克林避雷針基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型現(xiàn)代避雷針。在滿足保護(hù)范圍的同時(shí),利用材料的阻抗特性,延緩雷閃主放電時(shí)間,使雷電流波形變寬、幅值降低、拉長雷電流波頭使其平緩并衰減雷電流陡度,被限制了的雷電流將以較長的時(shí)間通過限流避雷針,從而有效地減弱感應(yīng)雷和高電位反擊造成的損害,完全克服了傳統(tǒng)避雷針的缺陷。我們采用300KA限流型避雷器,抗風(fēng)40米/S。

間接雷防護(hù)設(shè)計(jì)

間接雷主要經(jīng)天饋線、室外交流電源線、光纜等侵入機(jī)房,損壞設(shè)備。我們的防護(hù)措施也主要集中在這幾個(gè)可能的侵入通道上。

(1)配電系統(tǒng)防雷解決方案

電源系統(tǒng)分布較廣,相對(duì)而言最易受間接雷危害,據(jù)統(tǒng)計(jì),雷害80%是從電源線引入。由于雷電產(chǎn)生了強(qiáng)大的過電壓、過電流,采用一級(jí)電源避雷器很難滿足一次性在瞬間完成泄流和限壓,電源配電系統(tǒng)的防雷必須采取多級(jí)梯度防護(hù)方式,層層設(shè)防來保證供配電系統(tǒng)避免雷電災(zāi)害導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞。

1、交流電力變壓器高壓側(cè)的三根相線,應(yīng)分別就近對(duì)地加裝氧化鋅避雷器;電力變壓器低壓側(cè)的每根相線應(yīng)分別就近對(duì)地加裝氧化鋅無間隙避雷器。變壓器的機(jī)殼、低壓側(cè)的交流零線,以及與變壓器相連的電力電纜的金屬外護(hù)層,應(yīng)就近接地。低壓傳輸電纜應(yīng)采用帶有金屬鎧裝層的電纜,電纜的鎧裝與接地排連接。

2、在室外引入電源至總配電柜處,并聯(lián)安裝一臺(tái)高能電源電涌保護(hù)器,作為泄能級(jí)電源第一級(jí)防護(hù),并以最短路徑接線,原則上連接線總長應(yīng)<0.5米,當(dāng)配電設(shè)備及接地匯集排的安裝位置不合理導(dǎo)致不能保證浪涌保護(hù)器的連接線長度<1 米時(shí),可以采用凱文接線法來彌補(bǔ)。我們選用了一個(gè)120KA的防雷箱,因?yàn)槲覀兘佑蟹€(wěn)壓器,所以防雷箱安裝在穩(wěn)壓器的前面。

3、電源經(jīng)穩(wěn)壓進(jìn)入電源分配箱后并接一臺(tái)電源電涌保護(hù)器,作為電源二級(jí)保護(hù)。在與前級(jí)浪涌保護(hù)器配合使用過程中,應(yīng)注意與前級(jí)浪涌保護(hù)器間的線路長度應(yīng)不小于10 米,若不能滿足此要求時(shí),應(yīng)在兩級(jí)浪涌保護(hù)器間的線路中增加去耦裝置以彌補(bǔ)因線路長度不足帶來的能量配合不合理的問題。我們選用了一個(gè)80KA的防雷模塊。

4、在每個(gè)用電設(shè)備前端并聯(lián)安裝一臺(tái)電源電涌保護(hù)器,作為限壓級(jí)三級(jí)保護(hù)。我們?cè)谌齻€(gè)5KW個(gè)發(fā)射機(jī)、空調(diào)前各加裝一個(gè)40KA防雷模塊,共四臺(tái)。

5、1KW發(fā)射機(jī)、光端機(jī)、監(jiān)控等屬于精密設(shè)備,單相供電系統(tǒng),所以在電源前端串聯(lián)三個(gè)20KA防雷插座作為三級(jí)防雷保護(hù)精密設(shè)備。

6、發(fā)電機(jī)房的市電輸入端和輸出端,加裝電源防雷箱,實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)房的保護(hù)第一級(jí)防護(hù)

7、將浪涌保護(hù)器接地線連接到就近的接地排或均壓環(huán)。

8、進(jìn)、出機(jī)房的電源線路不宜采用架空線路,宜埋地引入機(jī)房,埋地長度不小于50m,埋地深度大于0.7米

(2)天饋線防雷方案:

天饋線上端一般都安裝在塔體的頂部,下面進(jìn)入機(jī)房,直接和發(fā)射機(jī)連接,防雷擊的措施必須到位。天饋線浪涌保護(hù)器,一般串聯(lián)安裝在設(shè)備的射頻出、入端口處,并將浪涌保護(hù)器接地線連接到就近的接地排。天饋線浪涌保護(hù)器的選擇,應(yīng)根據(jù)被保護(hù)設(shè)備的工作頻率、平均輸出功率、連接器形式及特性阻抗等參數(shù),選用插入損耗及電壓駐波比小適配的天饋線路浪涌保護(hù)器。

具有多副天線的天饋傳輸系統(tǒng),每副天線都應(yīng)安裝適配的天饋浪涌保護(hù)器。天饋線應(yīng)從鐵塔中心部位引下,同軸電纜在其上部、下部和經(jīng)走線橋架進(jìn)入機(jī)房前,屏蔽層應(yīng)就近接地,當(dāng)天饋傳輸系統(tǒng)采用波導(dǎo)管傳輸時(shí),波導(dǎo)管的金屬外壁應(yīng)與天線架、波導(dǎo)管支撐架及天線反射器作電氣連通。

我們共有2付調(diào)頻天線,一個(gè)功率15KW,一個(gè)5KW,我們選擇了兩個(gè)天饋線浪涌保護(hù)器,并按照規(guī)范進(jìn)行了安裝。

(3)信號(hào)系統(tǒng)防雷措施

進(jìn)入發(fā)射機(jī)房的信號(hào)電纜一般有網(wǎng)線、音視頻信號(hào)、控制線纜、數(shù)據(jù)線纜等。為了避免因通信電纜引入雷電的可能性,這些信號(hào)線路在進(jìn)入設(shè)備前首先接入信號(hào)避雷器,信號(hào)避雷器的選擇,應(yīng)根據(jù)線路的工作頻率、傳輸介質(zhì)、傳輸速率、傳輸帶寬、工作電壓、接口形式、特性阻抗等參數(shù),選用電壓駐波比和插入損耗小的適配的信號(hào)避雷器。

進(jìn)、出機(jī)房的信號(hào)線纜,宜選用有金屬屏蔽層的電纜.并宜埋地敷設(shè)。電纜金屬屏蔽層應(yīng)做等電位連接并接地,信號(hào)避雷器的接地端及電纜內(nèi)芯的空線對(duì)應(yīng)接地。

由于光纜本身為非金屬線纜,并不會(huì)傳導(dǎo)電流,所以不需要對(duì)光纜進(jìn)行特別的防護(hù)處理。僅需在其進(jìn)入機(jī)房的光分線盒處將內(nèi)部金屬加強(qiáng)芯及金屬的防潮層做接地處理即可。我們的信號(hào)線纜僅為光纜,在進(jìn)入機(jī)房前30米入地埋設(shè)。

(4)防雷接地

接地是防雷工程最重要的一個(gè)分項(xiàng),接地不好,所有防雷措施都不能有效的發(fā)揮作用,防雷接地也是高山臺(tái)驗(yàn)收中最基本的安全要求。

1、接地方式,宜采用聯(lián)合接地方法,就是將各部分防雷裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線(PE)、等電位連接帶、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、接地裝置等連接在一起的接地系統(tǒng)。這種接地是目前國際上推舉的最佳接地方式。采用這種接地方式時(shí),接地裝置的接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定。根據(jù)設(shè)備要求這次我們?cè)O(shè)定的設(shè)計(jì)值是小于5Ω。

2、低阻地網(wǎng)的建立

系統(tǒng)接地主要由接地體、引入線連接線等組成接地網(wǎng)絡(luò),利用機(jī)房建筑物基礎(chǔ)自然間橫豎梁內(nèi)的主鋼筋組成網(wǎng)格不大于3米×3米的機(jī)房地網(wǎng)。引下線應(yīng)為兩根,分別引至鐵塔的塔腳(對(duì)角引設(shè)),并保證接地系統(tǒng)的接地引出線與鐵塔塔腳可靠連接。

接地在塔體每個(gè)塔腳引一個(gè)接地到塔四周的等電位環(huán),根據(jù)地形、地勢(shì)、土質(zhì)分布情況,在機(jī)房地網(wǎng)四角設(shè)置四個(gè)輻射式外引接地體。接地體采用1*1*0.004米鍍鋅鋼材,開挖坑為2×2×2M方坑,塔四周的等電位環(huán)及與接地體連接的水平連接采用40×4MM的鍍鋅扁鋼。因?yàn)楦呱降刭|(zhì)條件都不太好,一般都應(yīng)采用降阻劑,現(xiàn)在物理降阻劑相對(duì)好些。

施工工藝問題:就是各項(xiàng)指標(biāo)都合格的接地材料還要通過合理的施工和正確的施工工藝才行,比如降阻劑的均勻施加問題,埋深問題,回填土問題,如果有一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問題,就會(huì)影響降阻劑的降阻效果或?qū)拥伢w造成腐蝕。水平接地連接扁鋼埋設(shè),開挖深度為0.8米,寬度0.4米溝槽,首先用黃土回填20CM,填20CM降阻劑,把鍍鋅扁鋼鋪在溝的中間,再填20CM降阻劑,上面回填20CM黃土,回填黃土不要夯實(shí),過一周后再夯實(shí)(但不必過份用力),回填黃土?xí)r,適量灑水。注意接地體間距離要大于5米。在現(xiàn)場(chǎng)以降阻劑/水=3/1的比例加水,快慢攪拌1-2分鐘,均勻,整體成糊狀,立即倒入地坑中。接地體、等電位環(huán)等的連接,應(yīng)采用搭接焊,搭焊長度不得小于扁鋼寬度的兩倍(即80MM),且應(yīng)多邊焊接,確保連接牢靠,須仔細(xì)清除焊渣,并在焊接部位涂覆瀝青或其他防腐涂料。

3、機(jī)房內(nèi)的走線架應(yīng)每隔5米作一次接地。走線架、吊掛鐵件、機(jī)架(或機(jī)殼)、金屬通風(fēng)管道、金屬門窗,以及其它金屬管線,均應(yīng)良好接地并相互妥善連通。

4、變壓器接地網(wǎng)應(yīng)由電力部門實(shí)施,接地電阻不應(yīng)大于10歐姆。

5、接地匯集線:接地匯集線一般設(shè)計(jì)成環(huán)形或排狀,材料為鍍鋅鋼材。機(jī)房的接地匯集線可設(shè)在地槽內(nèi)、墻面適宜位置或走線架上。等電位連接線采用BVR4、10、16、35平方的銅纜。

防雷的日常管理

機(jī)房安裝了防雷系統(tǒng),并不代表可以高枕無憂,還要加強(qiáng)后期維護(hù)。雷雨季節(jié),加強(qiáng)外觀巡視,經(jīng)常檢查防雷設(shè)備的性能標(biāo)識(shí),及時(shí)更換失效設(shè)備,每年至少在雨季來臨之前,由專業(yè)防雷機(jī)構(gòu)對(duì)防雷系統(tǒng)進(jìn)行一次安全檢測(cè),定期測(cè)量地阻。

結(jié)束語

防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,沒有任何一種產(chǎn)品可以全面防止雷害,我們必須提高對(duì)防雷工作的認(rèn)識(shí),積極研究新技術(shù),針對(duì)不同地點(diǎn)、不同保護(hù)對(duì)象,采用相應(yīng)的防雷措施?！?/p>