胡 毅

(黃石市廣播電影電視局，湖北 黃石 435002)

0 引言

隨著全球氣候變暖，極端氣候頻繁出現(xiàn)，雷電危害呈愈演愈烈之勢，特別是高山地區(qū)尤為明顯。黃石市廣播電視發(fā)射臺位于市區(qū)最高點(diǎn)月亮山之顛，海拔480余米，由于發(fā)射設(shè)備和通信設(shè)備較多，暴露在室外的線路也越來越長，因此月亮山發(fā)射臺成為雷擊災(zāi)害的多發(fā)區(qū)。隨著發(fā)射設(shè)備不斷更新?lián)Q代，相關(guān)設(shè)備采用了大量集成化和大功率模塊，工作電壓越來越低，它們對電網(wǎng)電壓的質(zhì)量要求也越來越高，但其對浪涌電壓承受能力較弱，成為雷電浪涌電壓侵入的薄弱環(huán)節(jié)[1]。因此雷電天氣，如何保障工作人員安全及設(shè)備安全運(yùn)行，成為日常工作的重點(diǎn)。本文結(jié)合我臺防雷工作實(shí)際狀況，全面闡述了發(fā)射臺整體防雷體系、防雷設(shè)施的設(shè)計(jì)安裝、應(yīng)對雷暴天氣所采取的應(yīng)對方法等，強(qiáng)調(diào)高山上建立一套完整、可靠、安全防雷系統(tǒng)的重要性，從而在最大程度上確保了工作人員在高山工作的人身安全和發(fā)射系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1 雷電機(jī)理等相關(guān)知識

1.1 雷電活動形成的原因

強(qiáng)對流天氣過程一般都伴隨著強(qiáng)烈的雷電活動，雷電活動按季節(jié)來分以夏季最活躍，冬季最少。當(dāng)夏季來臨，強(qiáng)對流天氣增多，氣流在對流過程中因磨擦而產(chǎn)生帶電云，當(dāng)帶2種電荷的云層靠近或帶電云較低時，地面感應(yīng)出相反的電荷，使帶電云層與地面之間形成很強(qiáng)的電場，當(dāng)有帶電粒子進(jìn)入時就會被加速運(yùn)動，并碰撞空氣分子，經(jīng)加速和碰撞后，在瞬間產(chǎn)生大量帶電粒子，形成放電通道。雷電所形成的那道閃亮的光線就是放電的路線，同時還會伴隨著大規(guī)模的電磁波輻射，這就是雷電活動現(xiàn)象[2]。

1.2 雷電的種類及危害

雷電按其產(chǎn)生的機(jī)理分類主要有3種：直擊雷、感應(yīng)雷及雷電波入侵[3]。

雷電具有沖擊電流幅值大(其電流可達(dá)數(shù)萬安甚至數(shù)十萬安)、雷電流陡度大(有的可達(dá)50 kA/μs)、沖擊性強(qiáng)、沖擊過電壓高(其感應(yīng)電壓可達(dá)億伏)的特點(diǎn)，其特點(diǎn)與其破壞性有著緊密的關(guān)系。雷電有電性質(zhì)、熱性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)等多方面的破壞作用，均可帶來人身危害、設(shè)備設(shè)施毀壞等極為嚴(yán)重的危害后果[4]。

2 發(fā)射臺雷擊事故實(shí)例

夏季來臨，雷暴天氣進(jìn)入高頻期。8月份的某日，天氣晴朗，在毫無征兆的情況下，天空突然變暗，狂風(fēng)肆虐，烏云由遠(yuǎn)及近，伴隨著閃電，逐步靠近黃石市廣播電視發(fā)射臺?？耧L(fēng)夾雜著很小的雨滴，似乎強(qiáng)降雨還未靠近，但隨著瞬間數(shù)聲驚雷乍響，機(jī)房內(nèi)瞬間黑暗，監(jiān)測屏幕全部黑屏。隨后經(jīng)過幾秒鐘的停頓，機(jī)房內(nèi)照明恢復(fù)，監(jiān)控屏幕亮起，窗外的狂風(fēng)依舊，雨滴隨著大風(fēng)噼里啪啦地砸了下來，經(jīng)過近半小時的狂風(fēng)暴雨之后，隨著烏云的飄離，天空漸漸恢復(fù)了往日的平靜。迅速組織值班人員和維修人員對廣播電視機(jī)房、微波機(jī)房、室內(nèi)配電機(jī)房進(jìn)行巡視，檢查后發(fā)現(xiàn)廣播機(jī)房內(nèi)2臺音頻調(diào)制解調(diào)器電源部分損壞。發(fā)射系統(tǒng)和微波系統(tǒng)運(yùn)行正常，室內(nèi)配電機(jī)房380 V輸電線路由袁倉線自動切換為大廈線，初步判斷袁倉線高壓線路遭雷擊損壞。對室外配電室仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，袁倉線路10 kVA高壓避雷器進(jìn)線端避雷器遭雷擊受損，高壓變壓器有滲油現(xiàn)象，經(jīng)及時搶修袁倉線高壓輸入端恢復(fù)正常，油式高壓變壓器加注變壓器油并密封后，經(jīng)檢測運(yùn)行正常。

總結(jié)：夏季里突然的雷暴天氣，由于降雨量少，沒有完全浸透地表層，地阻相對較高，遭雷擊后高壓輸入端避雷器破損，配電系統(tǒng)將袁倉線路自動切換為大廈線路，保證廣播電視信號正常傳輸發(fā)射，經(jīng)及時搶修確保了發(fā)射臺主、備2路高壓進(jìn)線電源的完好。

3 發(fā)射臺整體防雷體系

我臺整體防雷體系裝置有10 kVA高壓避雷器、接閃器、引下線、避雷網(wǎng)、避雷帶、浪涌保護(hù)器等,月亮山發(fā)射臺地網(wǎng)示意圖如圖1所示。高壓避雷器釋放雷電過電壓能量，保護(hù)設(shè)備免受瞬時過電壓危害。接閃器的防雷作用是能把閃電從保護(hù)物上方引向接閃器并安全地通過接閃器泄入大地，因此，其引雷性能和泄流性能是至關(guān)重要的。避雷帶則是用于當(dāng)雷電直接擊中建筑物的頂端或避雷針時，通過避雷帶、引下線和地網(wǎng)的作用，把雷擊電流均勻的泄放到大地上，保證雷電流不會直接流過建筑物本體將建筑物損壞。浪涌保護(hù)器則能在極短的時間內(nèi)將干擾電流或電壓導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路設(shè)備的損害。

圖1 月亮山發(fā)射臺地網(wǎng)示意圖

3.1 發(fā)射天線和機(jī)房建筑防雷

我臺發(fā)射塔是機(jī)房附近地面建筑的最高點(diǎn)。塔身既可成為防雷的避雷塔，也可能變成引雷器或產(chǎn)生感應(yīng)雷的導(dǎo)體[5]。我臺嚴(yán)格按照防雷設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置好天線塔避雷針和天線塔的接地地網(wǎng)，但由于我臺面積大、鐵塔高，發(fā)射鐵塔不能有效覆蓋整個工作區(qū)，所以在工作環(huán)境院內(nèi)東西兩側(cè)設(shè)置避雷針，與發(fā)射天線形成傘形，對發(fā)射臺院內(nèi)工作區(qū)和生活區(qū)形成有效的防御整體。避雷針覆蓋示意圖如圖2所示。

圖2 避雷針覆蓋示意圖

3.2 電源系統(tǒng)防雷及過電壓保護(hù)

實(shí)踐證明廣播電視發(fā)射臺大量的雷擊是由電源系統(tǒng)引入的，所以電源系統(tǒng)的防護(hù)是設(shè)備防護(hù)的根本和基礎(chǔ)。必須對電源系統(tǒng)進(jìn)行層層保護(hù)，圍繞導(dǎo)、阻、限3字方針實(shí)施，使雷電產(chǎn)生的浪涌電壓逐級泄放進(jìn)行防御[6]。

發(fā)射臺在前端臺站架空高壓線安裝架空避雷線，并做好接地。在變壓器機(jī)房高壓市電主備線進(jìn)線2端安裝高壓避雷器，變壓器外殼用2×50 mm銅帶可靠接地。從高壓變壓器機(jī)房輸出至低壓配電柜，在地平面以下0.8 m處設(shè)置金屬管，電纜線穿過金屬管至低壓配電柜，這樣就避免了受到電纜線涌浪電流的侵入。且必須要求防雷裝置各部位接點(diǎn)焊接牢固可靠，無虛焊、漏焊。在進(jìn)出機(jī)房的金屬管道處通過總等電位聯(lián)結(jié)端子箱與接地裝置可靠連接。這樣金屬管就相當(dāng)于大的電感，對電源線纜因雷擊感應(yīng)形成的涌浪電流進(jìn)行阻隔。并在低壓配電柜的空氣開關(guān)處加裝避雷器，使電源線纜2端都可靠接地。

3.3 發(fā)射基地工作接地

在我臺廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中,規(guī)范關(guān)于防雷分區(qū)和等電位連接的概念。專家希曼斯基在《過電壓保護(hù)理論與實(shí)踐》一書中提出了防雷保護(hù)的3道防線[7-8]：

1)外部保護(hù)。將絕大部分電流通過接閃器直接引入大地泄散。

2)內(nèi)部保護(hù)。阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、信號線侵入的雷電過電壓波。

3)過電壓保護(hù)。限制被保護(hù)設(shè)備上的浪涌過電壓幅值。

發(fā)射臺通過劃分防雷區(qū)域，鋪設(shè)地網(wǎng)，并在不同的防雷區(qū)域的界面上進(jìn)行等電位連接。在鋪設(shè)地網(wǎng)時應(yīng)把避雷針接地、建筑物接地、鐵塔接地、電源接地(中性線)、機(jī)房與設(shè)備保護(hù)線接地統(tǒng)一連接起來，達(dá)到等電位連接。等電位連接技術(shù)在防雷中如同接地一樣的重要，等電位連接是防止導(dǎo)體之間電位差的閃爍和擊穿，高標(biāo)準(zhǔn)做好等電位和接地技術(shù)，是預(yù)防一切不良電磁危害的基礎(chǔ)[9-10]。

黃石廣播電視發(fā)射機(jī)房內(nèi)的設(shè)備應(yīng)采取射頻接地并在溝槽內(nèi)設(shè)置寬不小于120 mm，厚為1 mm的銅皮作為接地干線，通過多點(diǎn)與室外地網(wǎng)連接，營造等電位環(huán)境。對重點(diǎn)線路部位可加裝同軸電纜保護(hù)器、高頻信號保護(hù)器、音頻線保護(hù)器等。

3.4 在鋪設(shè)接地地網(wǎng)方面

我臺根據(jù)地處高海拔且機(jī)房周邊土壤較淺等實(shí)際環(huán)境，選取機(jī)房周邊2片總面積約400 m2的空地鋪設(shè)地網(wǎng)。由于變壓器機(jī)房與發(fā)射機(jī)房距離較近，所以采用了變壓器機(jī)房與發(fā)射機(jī)房合用一個地網(wǎng)的方式。地網(wǎng)垂直接地體采用50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼，長為1.5 m，垂直接地體間距為3 m。垂直接地體下埋處開挖0.8 m的坑道，再將垂直接地體與地面垂直打入地下。相鄰垂直接地體間挖0.8 m的溝，水平接地體用40 mm×4 mm熱鍍鋅扁鋼，所有焊點(diǎn)均進(jìn)行防腐處理[11-12]。并在接地坑填埋2 t降阻劑，使用了8塊接地模塊。施工后經(jīng)檢測接地電阻小于1 Ω，接地效果良好。地網(wǎng)連接示意圖如圖3所示。

圖3 地網(wǎng)連接示意圖

4 結(jié)束語

高山防雷工作對于廣播電視發(fā)射工作來說非常關(guān)鍵和重要,不僅需要一套設(shè)計(jì)科學(xué)且可靠的防雷方案，還要嚴(yán)格落實(shí)定期檢測、維護(hù)制度，并做好數(shù)據(jù)收集和資料歸檔工作。黃石廣播電視發(fā)射臺在采用了以上全方位、立體化的綜合性防雷措施后，防雷效果顯著，有效降低了因雷擊而造成的人身安全危害和設(shè)備損壞，確保廣播電視發(fā)射系統(tǒng)高效優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行。

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