雷躍

(云南省廣播電視局，昆明 650031)

1 前言

廣播電視系統(tǒng)因其建筑物結構、傳輸發(fā)射設備設施特點，很容易遭受到雷擊，并且隨著廣播電視設備的飛速發(fā)展，防雷問題顯得愈加突出。要確保廣播電視系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，必須做好防雷工作。

2 雷電及其危害

1)直接雷擊:雷電直接擊到建筑物頂部。如果沒有適當的泄流途徑，雷電流的能量以極高的溫度、極大的熱量、強力沖擊波、極大的電動力對建筑物或其頂部的其他設施造成嚴重損害。

2)反擊:由于強大的雷電流在接地電阻和引下線上造成的很高的電阻和電感電壓降，使無雷擊時處于低電位的接地裝置或與之相連的金屬物體出現很高的電位。如果鄰近的物體沒有做好等電位連接而距離又不夠，就會發(fā)生擊穿，稱為反擊。

3)雷電侵入波:雷擊于遠處的架空的通訊線或電力線，然后沿著架空導線以過電壓、過電流波的形式侵入建筑物。如果架空線上方沒有避雷線，雷電波侵入的概率是相當大的。過電壓、過電流波進入建筑物后還會沿內部通訊線或電力線襲擊敏感設備。

4)雷電感應:雷電直接擊于建筑物上或附近，雷電流通道的電磁場對建筑物外部和內部都會有空間感應。如果建筑物、機房和管線無屏蔽，在建筑物的某些部位上磁場和電場可能達到有害的數值。雷電感應數量級雖較前幾種小得多，卻可能危害敏感的微電子器件，而且它作用范圍廣，入侵途徑多，比較難以捉摸。在過去主要著眼于大工業(yè)設備防雷時，雷電感應常被忽略，但是對于信息系統(tǒng)防雷而言，是應該予以嚴重關注的。

以上幾種是基本的雷害途徑，實際中可能是幾種方式的混合，如由一處地電位升高經水平接地引線傳遞到另一處;雷擊于地，雷電流經地下金屬管道傳入建筑物;雷擊于地，架空線受到感應，然后傳入建筑物，再傳遞到敏感設備。

3 雷電對廣播電視系統(tǒng)的危害

廣播電視中心大樓一般都是所在城市的超高層建筑，而且屋頂通常都帶有發(fā)射塔、天線等金屬器械，為最大限度提高發(fā)射效益，提高廣播電視覆蓋率，廣播電視無線發(fā)射臺、衛(wèi)星上行站等一般都建在地勢較高的山頂，且建有鐵塔，配備有天線設備、衛(wèi)星信號發(fā)射接收裝置等，再加上高空架設的輸電線路，與各種線纜相連的機房設備等，時刻都處于雷害的嚴重威脅之中。必須切實采取各種防雷措施，來保證廣播電視系統(tǒng)的安全運行。

4 防雷技術

防雷技術是指根據雷電的性質，分析雷擊危害的特點，采取有效的措施，設立相應裝置對保護對象進行防雷保護。

從電磁兼容的觀點來看，一個防雷保護區(qū)域從外到內可分為幾級保護區(qū)。最外面是直接雷擊區(qū)域，危險性最高，將其定義為一級區(qū)，越往內，危險程度越低。建筑物樓內為二級區(qū)，樓內房間為三級區(qū)，房屋內的金屬屏蔽柜架為四級區(qū)等，各級保護區(qū)的界面由外部防雷系統(tǒng)、鋼筋混凝土、金屬管道及金屬柜架等構成的屏蔽層形成。

發(fā)生雷擊時，雷電流約有一半直接流入大地，另一半則平均流入由電源線、信號線和金屬管道等構成的電氣通道。從一級保護區(qū)到最內層保護區(qū)，必須實行分級保護。

電源系統(tǒng)可按保護需要分為對應的三級或四級;信號、信息系統(tǒng)可分為粗保護和精保護兩級。作為保護一級區(qū)的外部防雷系統(tǒng)，由避雷針 (避雷線或避雷帶)、引下線、接地體組成，主要目的是保護建筑物免遭雷擊。而內部防雷系統(tǒng)則是防止雷電流侵入設備和產生電磁感應而造成損壞。為了實現內部避雷，有效消除雷電引起的毀壞性電位差，進出各保護區(qū)的線纜都必須通過過壓保護器進行等電位連接，各層保護區(qū)的金屬管道、金屬門窗、金屬構架物件都必須與相關的局部等電位連接棒連接，最后都與主等電位連接棒相連。

環(huán)形接地體和內部環(huán)形導體應連接到鋼筋或其它屏蔽件上，最好每隔5 m連接一次。建筑物內有信息系統(tǒng)時，在要求雷擊電磁脈沖影響最小之處，等電位連接帶宜采用金屬板，并與鋼筋或其屏蔽構件作多點連接。

電氣設備和電子設備的電源線路和信號線路可感應雷電瞬態(tài)對地電壓，此過電壓可能擊壞設備的絕緣，應作等電位連接來防范。但電源線路中的帶電導體和信號線路的芯線是不允許用導線直接和保護地線相連接的，必須采用浪涌保護器來實現等電位連接。平時保護器不導通，當線路感應瞬態(tài)過電壓時，保護器被擊穿導通而實現瞬間的等電位連接，它泄放雷電流并將瞬態(tài)過電壓鉗制在低水平上，使設備各端口的電壓將大致相同，即近似于等電位，從而保護設備免遭損壞。

引下線是避雷針與接地體的連接線。建筑物的結構中有大量鋼筋，經過綁扎、焊接會形成一個良好的導體，是建筑物很好的自然避雷引下線。用作等電位連接中的基礎鋼筋、地下水管和金屬外皮也都是很好的自然接地極，其使用壽命和建筑物相當。高層建筑物的基礎一般有幾十米深，用基礎鋼筋作接地體是符合要求的。如再單獨作接地體，為滿足接地電阻小于1 Ω的要求，必須使用大量的人工接地極，由于土壤腐蝕，這種人工接地極使用壽命非常有限，在經濟上是不可取的。對于低層建筑因其基礎較淺，根據系統(tǒng)設備要求，也可單獨作接地體。

針對直擊雷的保護裝置主要有避雷針、避雷線、避雷帶和避雷網等。雷電侵入波的保護裝置主要有閥型避雷器、保護間隙、管型避雷器、同軸電纜信息保護器、雙絞線信息線路保護器、天饋線保護器、串并口保護器和網絡浪涌保護器等。

避雷針是豎立在保護區(qū)最高處的針形金屬導體，與它大地良好接觸，雷電先導電路向地面延伸時，受到其畸變電場的影響，會逐漸轉向并擊中避雷針，然后向大地泄放雷電流，從而避免了雷電導向保護對象。避雷針其實是引雷針，它是將雷電引向自己從而起到保護對象免遭雷擊的作用。它主要用來保護電站、輸電線路和高層建筑物。

避雷線也叫架空地線，它是沿輸電線路架設于桿塔頂端，并連接良好的接地金屬導線，用來保護輸電線路。避雷線的保護原理與避雷針相似，除了能屏蔽輸電線免遭直接雷擊外，還能分散雷擊自身的雷電流，增大耦合系數，從而降低雷擊電壓的幅值。

避雷帶是在保護對象的頂部和周圍設置與大地可靠連接的金屬保護帶。避雷網是在保護對象的周圍設置與大地可靠連接的網狀金屬保護裝置。這兩者的保護原理均與避雷針相似，它們比避雷針更加可靠。

閥型避雷器主要由放電間隙和非線性電阻構成，當高幅值的雷電流侵入時，放電間隙先行放電，將限制保護對象上的過電壓。在泄放雷電流時，非線性電阻又將避雷器的殘壓限制在保護對象的耐壓水平之下。雷電流過去后，它還能自動將工頻續(xù)流切斷，從而達到保護的目的。保護間隙是一種簡單有效的過壓保護器件，它由帶電與接地兩個間隔一定距離的電極構成。當雷電波到來時，間隙先行擊穿，雷電流被引入大地，從而避免保護對象因高幅值的過電壓而擊毀。它的缺點是不具備熄弧能力，即使配備自動合閘裝置，也會出現幾百毫秒的中斷時間。管型避雷器是具有熄弧能力的保護間隙不須靠斷路器動作斷弧，可以保證保護對象工作的連續(xù)性。這三種保護器主要都是用于輸電系統(tǒng)的防雷保護。

5 廣播電視系統(tǒng)的防雷措施

5.1 建筑物與天線塔的防雷

廣播電視中心大樓樓頂一般都建有發(fā)射鐵塔，塔體必須與樓體鋼筋可靠焊接，樓體鋼筋與接地體可靠連接，而且大樓在設計時要考慮樓體的防雷問題。預防直擊雷的避雷針可固定在天線塔上，利用塔體或樓體鋼筋作接閃器和引下線，塔基或樓基的四角埋設垂直接地體，水平接地體應圍繞塔基或樓基做成閉合環(huán)形，并與垂直接地體相連，接地電阻應小于4 Ω。

天線塔上的所有金屬物件，如天線的支桿或框架、反射器的框架、甚至航空障礙信號燈等，都必須與塔體可靠連接。波導管或同軸傳輸線纜的金屬外皮及敷設電纜的金屬管應在塔體的上下兩端和每約10m處與塔體作金屬連接，并與機房內的接地網相連。塔上照明燈的電源線應采用金屬外皮電纜穿管敷設，電纜外皮和金屬套管兩端與塔體連接。

5.2 機房的防雷

廣播電視系統(tǒng)的機房，如微波機房、發(fā)射機房甚至播出中心機房、編輯制作機房和演播機房，一般都處于天線塔避雷針的保護范圍之內，機房防雷問題就簡單得多了。

如果機房不處于天線塔保護范圍內，如一些衛(wèi)星地面站機房等，必須沿房頂四周裝設閉合環(huán)形避雷帶，利用墻柱中的鋼筋或專設引下線接地。機房外應圍繞機房埋設地下環(huán)形水平接地體。機房內用截面大于120×0.35 mm2的銅帶沿墻體敷設環(huán)形接地母線，室內各種設備外殼、電纜的金屬外皮、金屬管道和鋁合金門窗等不帶電的金屬部分，均應就近與室內環(huán)形接地母線連接。室內接地母線、室外環(huán)形接地體和屋頂環(huán)形避雷帶間，至少應有四個對稱分布的連接線互相連接，相鄰連接線間的距離應小于18m。機房的接地網與塔體的接地網間，至少應連接有兩根水平接地體，總接地電阻應小于1 Ω。

進出機房內的輸電線、信號電纜應有金屬外皮或敷設在金屬管內，金屬外皮和金屬套管必須良好接地。

5.3 衛(wèi)星地面站裝置的防雷

衛(wèi)星地面站可能既沒有天線塔，也沒有高層建筑物，因此衛(wèi)星地面站的發(fā)送或接收裝置的防雷問題有所不同。

衛(wèi)星地面站的防雷，可以設置專用的獨立避雷針，也可以在天線反射體拋物面骨架頂端或在調整器頂端預留的專用位置上安裝避雷針。避雷針的接地可以專設接地引下線，也可以利用鋼筋混凝土構件內的鋼筋代替。防雷接地、電子接地和保護接地共用一個接地裝置，接地體沿建筑物四周敷設成閉合環(huán)形，接地電阻小于1 Ω。

5.4 電源系統(tǒng)的防雷

廣播電視系統(tǒng)使用的電源系統(tǒng)為三相五線制和單相三線制，應采用三級保護方式。

電源系統(tǒng)三級保護的基本要求分別是:第一級采用高能量防雷器，防雷擊電流不小于100 kA，響應時間不大于100 ns;第二級采用過壓保護器，可承受最大放電電流40 kA，響應時間不大于25 ns;第三級采用浪涌吸收精細過壓保護器，可承受放電電流5 kA，響應時間不大于25 ns。

5.5 信號、信息電纜的防雷

對信號、信息電纜的防雷是內部防雷的重要組成部分。在雷電流通過外部防雷系統(tǒng)泄放時，強大的雷電流除了在防雷裝置上產生高電位外，還會在其周圍產生一定的電磁場，并在電氣環(huán)路中產生危險的高電壓。如果屏蔽不好、耐壓能力低、脆弱敏感的電子設備很可能被擊壞。另外，與室外系統(tǒng)相連的電源線和通信線纜、衛(wèi)星信號電纜都可能引入附近其它建筑物或架空線纜遭受雷擊時的雷電波。海南電視臺建立在內部防雷系統(tǒng)之前，就經歷過兩次因外部雷擊而引起感應雷電波擊壞內部重要設備的慘痛教訓。我局主樓消防控制中心及電梯機房電源系統(tǒng)曾發(fā)生過因未安裝防雷擊電磁脈沖裝置，雷擊造成消防控制設備損壞的事故。

信號、信息電纜的防雷應以獨立機房為單元，對進出單元的電纜一律加裝信息線路保護器，要根據信號性質選擇保護器類型，滿足其相應的要求。

用于傳輸模擬視頻信號或數字視音頻信號的同軸電纜，應加裝同軸電纜信息保護器，其參考參數為可承受最大放電電流20 kA，，帶寬為SDI數字視頻信號不小于150 MHz，模擬視頻信號或數字音頻信號不小于8 MHz。用于傳輸有線電視信號和衛(wèi)星傳送、接收信號的天線饋線電纜，應加裝可承受最大放電電流20 kA的天饋線防雷保護器，所有不平衡傳輸的信號使用的保護器，要求其在所適應的最大傳輸頻率下反射損耗不大于20 dB，插入損耗不大于3 dB。

6 結束語

防雷工作在廣播電視系統(tǒng)的安全播出和設備維護工作中起著至關重要的作用，提高技術能力和手段，以盡可能低的成本把雷害減少到最小程度，還需要不斷地探索。

［1］建筑物防雷設計規(guī)范.GB 50057－2010［S］.

［2］建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范.GB50343－2012［S］ .

［3］防雷與接地安裝 ［Z］.

［4］建筑物防雷裝置安全檢測技術規(guī)范.GB/T21431－2008［S］ .

［5］雷電電磁眿沖的防護.GB/T 19271.1－2003［S］.