李 俊

（作者單位：貴州省廣播電視局八五九臺）

1 雷電危害類型與影響

據(jù)估計，雷云的電位為10 000～100 000 kV，雷電流的幅度值可達(dá)數(shù)千安至數(shù)百千安。雖然雷電放電的持續(xù)時間只有很短的幾十微秒，但破壞力極大。中波廣播發(fā)射臺的位置一般選在地勢相對較高的空曠場所，地理位置優(yōu)越，改善信號接收效果的同時，卻也增加了中波廣播發(fā)射臺遭遇雷害的概率。根據(jù)雷電產(chǎn)生和造成的危害類型不同，雷電大致可以分為直擊雷、感應(yīng)雷、球雷、雷電入侵波四種主要形式。

1.1 直擊雷的危害特點

如果雷云較低，周圍又沒有帶異性電荷的雷云，雷云便會在地面物體上感應(yīng)異性電荷，形成與地面物體之間的放電，統(tǒng)稱為直擊雷。而中波廣播發(fā)射臺的室外發(fā)射天線和發(fā)射塔在地勢環(huán)境的凸顯下，比較容易成為直擊雷感應(yīng)異性電荷的對象。

直擊雷造成的危害主要表現(xiàn)為在雷擊時形成的沖擊電壓產(chǎn)生過電壓作用，可擊穿電氣設(shè)備的絕緣，造成高壓進(jìn)入低壓和設(shè)備漏電，而雷電流傳入地下也有可能造成觸電事故。因過電壓發(fā)生的短路放電，可能會造成電火花，引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故。此外，直擊雷也可能在短時間內(nèi)轉(zhuǎn)換成大量的熱量，高溫作用造成發(fā)射臺天饋線等設(shè)備金屬部分熔化或易燃品燃燒，引起火災(zāi)。

有數(shù)據(jù)表明，直擊雷對中波廣播發(fā)射臺所造成的雷電危害在所有類型的雷電中危害性最大，是中波廣播發(fā)射臺最常見的雷電災(zāi)害之一。

1.2 感應(yīng)雷的危害特點

在中波廣播發(fā)射臺遭遇的所有雷害中，感應(yīng)雷的出現(xiàn)頻率最高，雖然危害性不如直擊雷大，但對中波廣播發(fā)射臺的安全運行同樣是巨大威脅。

感應(yīng)雷分為靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。靜電感應(yīng)由于雷云接近地表，單一雷云帶電的單極性導(dǎo)致附近的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)產(chǎn)生大量的反極性電荷。金屬導(dǎo)體自身產(chǎn)生很高的靜電電壓（感應(yīng)電壓），電壓幅值可達(dá)幾萬到幾十萬伏。這種過電壓往往會造成發(fā)射臺內(nèi)的導(dǎo)線、接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而產(chǎn)生電火花，容易引起電擊、火災(zāi)、爆炸，危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成危害。

電磁感應(yīng)是雷擊后雷電流帶有的巨大電量在周圍空間產(chǎn)生快速變化的磁場導(dǎo)致。該類磁場可以在附近的金屬導(dǎo)體上感應(yīng)出極高的電壓。電磁感應(yīng)雷侵入的主要途徑包括供電線、饋線等傳輸線纜，對于特定點連接的元器件造成破壞。

1.3 其他類型雷電危害特點

雷電波侵入危害是由于雷雨天氣時，雷電擊中中波廣播發(fā)射臺室外發(fā)射裝置的架空線路或空中金屬管道，產(chǎn)生的沖擊電壓沿線路或管道向兩個方向快速傳導(dǎo)雷電波。雷電波沿導(dǎo)體（金屬設(shè)備）入侵發(fā)射系統(tǒng)，對設(shè)備性能和運行的穩(wěn)定性造成破壞，也屬于常見的雷電危害。

球雷是一種球形發(fā)紅光或白光的火球，直徑多在20 cm 左右，以每秒數(shù)米的速度運動，可從門、窗、煙囪、機(jī)房排氣口等通道入侵室內(nèi)。相對來說，球雷對于中波廣播發(fā)射臺的危害較為少見，但仍需加以防范。

2 中波廣播發(fā)射臺的常見防雷器件分析

中波廣播發(fā)射臺防雷系統(tǒng)的搭建，通常會劃分出職責(zé)明確的功能分區(qū)，在易受雷害的信號發(fā)射區(qū)域采取針對性強且周密的防雷措施，以實現(xiàn)發(fā)射臺區(qū)的安全防護(hù)。即便是在一棟業(yè)務(wù)樓內(nèi)，也會區(qū)分出外部區(qū)域、緩沖區(qū)域與內(nèi)部區(qū)域，使雷電保護(hù)措施更具系統(tǒng)性和針對性，最終實現(xiàn)控制樓體電流脈沖的目標(biāo)。中波廣播發(fā)射臺防止雷害的措施，比較常見的是采用避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶和避雷器等手段。

2.1 避雷針的防雷局限性

避雷針主要用來防范直擊雷，多使用在保護(hù)露天配電設(shè)施、易燃易爆建筑物、煙囪、冷水塔等，通常以鍍鋅鋼管或鋼管為材料，作為接閃器，利用其高出被保護(hù)對象的特點將雷電引向自身，后通過接地引線將雷電引入大地，以保護(hù)避雷針下方的建筑或設(shè)備免遭雷擊。然而避雷針的防護(hù)范圍有其局限性，防護(hù)的半徑與避雷針的高度正相關(guān)，當(dāng)需要防護(hù)的設(shè)備與建筑較為分散時，可采用兩支或更多避雷針來進(jìn)行覆蓋保護(hù)，然而多支等高避雷針的保護(hù)面積覆蓋效果需要更加復(fù)雜的測算。當(dāng)需要大面積的防雷覆蓋保護(hù)時，僅靠避雷針的防雷覆蓋，難免因為測算誤差與其他客觀因素導(dǎo)致意外，需要結(jié)合其他防雷手段。

2.2 避雷線、避雷網(wǎng)和避雷帶形成的保護(hù)體系

避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶實質(zhì)上都是接閃器，對于保護(hù)不同特點的保護(hù)物呈現(xiàn)不同的形態(tài)。避雷線用于保護(hù)電力線路，多采用截面積不小于35 mm2的鍍鋅鋼絞線，在電力線全線架設(shè)避雷線可以使導(dǎo)線免遭雷擊，在我國110 kV 規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)下的電流接地系統(tǒng)和部分重要的35 kV 線路經(jīng)常運用該方法防雷，然而全電線架設(shè)避雷線造價較高，故無法大面積推廣使用。

避雷網(wǎng)與避雷帶用于保護(hù)避雷針無法大面積覆蓋的建筑或建筑群。相較于避雷針，避雷網(wǎng)與避雷帶的優(yōu)勢在于無須計算，針對易受雷擊的建筑物邊角部位可采用避雷帶作為防護(hù)措施。業(yè)務(wù)樓大都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樓頂會形成一個避雷的保護(hù)區(qū)，該保護(hù)區(qū)因建筑材料的性質(zhì)而自然形成，即法拉第籠。在該區(qū)域的防護(hù)下，結(jié)合避雷線、避雷帶對于高風(fēng)險部位的針對性防護(hù)，直擊雷與感應(yīng)雷的干擾都會被大幅度削弱，為中波廣播發(fā)射臺的穩(wěn)定運行提供了保障。根據(jù)上述防雷的技術(shù)原理，避雷帶等裝置必須匹配良好的接地裝置，如此方可發(fā)揮避雷作用。要對地網(wǎng)進(jìn)行及時維修和保護(hù)。地網(wǎng)深埋地下，遭到破壞很難及時發(fā)現(xiàn)，而當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)不能引導(dǎo)電流接入大地，則會造成難以預(yù)估的嚴(yán)重后果。所以必須做好相應(yīng)的維護(hù)，設(shè)置地網(wǎng)警示牌，并選擇質(zhì)量好的接地線，確保避雷裝置可以正常導(dǎo)流，實現(xiàn)避雷效果。

2.3 避雷器防雷保護(hù)技術(shù)的運用

避雷器有羊角間隙避雷器、閥型避雷器和管型避雷器三種，主要用于保護(hù)電力設(shè)備免受感應(yīng)雷和雷電入侵波危害，是防止高壓入侵室內(nèi)的防雷措施，避雷器的保護(hù)原理如圖1 所示。

圖1 避雷器的保護(hù)原理

避雷器架設(shè)于被保護(hù)物的引入端，上端與電路連接，下段連接地面，正常狀態(tài)下避雷器與設(shè)備的間隙可維持絕緣狀態(tài)，不會干擾設(shè)備的正常運行。而當(dāng)雷電波入侵時，過電壓波沿線路入侵，避雷器間的空隙被擊穿的同時接地，達(dá)到強行切斷入侵波的效果，能夠侵入被保護(hù)物的沖擊電壓經(jīng)過避雷器削弱后的殘壓，無法對系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅。雷電入侵波過后，避雷器間隙又將回到絕緣狀態(tài)，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

3 中波廣播發(fā)射臺各系統(tǒng)防雷策略

在結(jié)合各類防雷器件搭建中波廣播發(fā)射臺防雷體系的過程中，還要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩韺嶋H情況、信號發(fā)射與設(shè)備運行特點，對重點系統(tǒng)、重點設(shè)備、重點機(jī)房進(jìn)行針對性的防雷布控。

3.1 電源系統(tǒng)的防雷策略

通常對于中波廣播發(fā)射臺來說，電源系統(tǒng)的防雷措施是防雷策略中的核心部分。供電作為中波臺發(fā)射運行的基本條件，當(dāng)電力出現(xiàn)問題時，其他環(huán)節(jié)的設(shè)備設(shè)施防雷保護(hù)措施效果也無法重新使發(fā)射臺正常運轉(zhuǎn)，因此加強電源系統(tǒng)保護(hù)和防雷保障是全臺防雷措施中的首要任務(wù)。

電源系統(tǒng)的防雷遵循相應(yīng)用電原則，安裝高頻電感線圈限制高壓電流的沖擊，在輸出端安裝三相避雷器，對經(jīng)過高壓端的電荷進(jìn)行二次削弱釋放，在每個三相避雷器上安裝電閥來保障避雷器對于雷電入侵波的有效削弱，以此建立二元綜合防雷體系[1]。同時，需要注意電源系統(tǒng)與避雷器的規(guī)格是否適配，定期對電源系統(tǒng)的防雷水平進(jìn)行評估與升級，檢查配電室避雷器的接地狀態(tài)，最大限度為電源系統(tǒng)提供安全保障防護(hù)。

3.2 發(fā)射系統(tǒng)的防雷策略

發(fā)射系統(tǒng)的防雷策略大致分為對發(fā)射天饋線系統(tǒng)的防雷措施和對發(fā)射機(jī)的防雷保護(hù)兩部分。天饋線系統(tǒng)作為廣播信號傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)部分十分關(guān)鍵，包括負(fù)責(zé)連接發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線的信號傳輸饋線、發(fā)射塔體與信號發(fā)射天線和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。天饋線系統(tǒng)的傳輸效果會影響廣播節(jié)目安全播出的效果和質(zhì)量，而發(fā)射機(jī)作為發(fā)射臺的主要輸出設(shè)備，如果因受到雷害導(dǎo)致信號中斷或性能損耗，同樣會對廣播電視的安全播出工作造成負(fù)面影響。

發(fā)射系統(tǒng)在防雷具體策略上可以從材料、結(jié)構(gòu)等多角度出發(fā)。防雷布控在布置天線地網(wǎng)時要降低接地電阻的阻值，接地時可以選擇以黃銅、紫銅等合金材質(zhì)作為主體材料。銅材料不僅在電流的傳導(dǎo)性和效率上具備銅金屬的材料優(yōu)勢，同時改良后合金材料的堅固程度和使用年限也得到了有效提高。通常中波發(fā)射天線底部都會加裝絕緣子，實現(xiàn)電氣絕緣和機(jī)械固定的作用，而絕緣子會因環(huán)境濕度的變化逐漸產(chǎn)生損耗，需要時常測試并及時更新元器件，確保絕緣子的干燥，保證其防雷功效。而在配電室附近的高頻地線、傳輸饋線地線、屏蔽層等重要節(jié)點也需要與地面保持牢固且良好的連接，為雷電入侵波提供安全通暢的導(dǎo)地路徑[2]。

與老式電子管發(fā)射機(jī)相比，全固態(tài)發(fā)射機(jī)有運維難度較低、半導(dǎo)體材質(zhì)綜合性能突出、使用壽命長等優(yōu)勢[3]。中波廣播發(fā)射臺目前已經(jīng)基本完成了電子管發(fā)射機(jī)的換代升級，由全固態(tài)發(fā)射機(jī)取代。而全固態(tài)發(fā)射機(jī)的高集成度與半導(dǎo)體材料屬性等優(yōu)勢隨之帶來的是控制系統(tǒng)易損壞，發(fā)射機(jī)具有防護(hù)能力低下、折損率高的缺陷[4]。所以在對全固態(tài)發(fā)射機(jī)的防雷保護(hù)上，中波臺的防雷任務(wù)反而隨著發(fā)射技術(shù)的發(fā)展而更加艱巨。感應(yīng)雷與雷電入侵波一旦通過電路或天饋線系統(tǒng)線纜竄入發(fā)射機(jī)內(nèi)部，對全固態(tài)發(fā)射機(jī)來說是致命的打擊。因此，對于發(fā)射機(jī)的防雷保護(hù)需要考慮線路之間的串?dāng)_情況，在不同通道、線路節(jié)點進(jìn)行針對性防雷保護(hù)，理想條件下還可在發(fā)射機(jī)輸出末端增設(shè)一組由電容器和電感線圈構(gòu)成的相移網(wǎng)絡(luò)，后者在此起到控制電流串?dāng)_程度在安全可控范圍內(nèi)的作用，保護(hù)發(fā)射機(jī)不會因此短路燒毀。

3.3 接收系統(tǒng)的防雷策略

中波發(fā)射臺接收系統(tǒng)的正常運行是中波廣播發(fā)射臺業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)保障，沒有信號源的接收、喪失發(fā)射功能的發(fā)射臺對中波臺的正常運行造成任何損失都是不可接受的。接收系統(tǒng)的衛(wèi)星接收天線多設(shè)立在發(fā)射臺地勢較高的位置。由于雷害的電壓極高，當(dāng)信號接收系統(tǒng)遭遇雷擊，如果防雷措施無效，雷擊對于設(shè)備元器件的損毀尚在其次，造成安全播出事故，情況嚴(yán)重者造成人員傷亡，屬于難以估量的損失。

對于接收系統(tǒng)的防雷措施主要體現(xiàn)在對接收天線的保護(hù)上，因天線的材質(zhì)和體積特點與避雷針的防護(hù)特點高度適配，所以目前中波臺在接收天線頂部加裝避雷針的策略被證明是切實有效的[5]。在加裝避雷針時需要注意天線高度與避雷針的長度，避雷針的保護(hù)半徑與保護(hù)高度跟自身長度有直接關(guān)系。天線形狀因種類不同，橫截面積需要的保護(hù)范圍和覆蓋角度也需經(jīng)過精細(xì)測算。避雷針的有效保護(hù)角度通常在45°左右，當(dāng)避雷針的保護(hù)范圍無法有效覆蓋接收天線時，防雷效果就會極大降低，甚至有可能引雷毀線。此外，避雷針的接地線、接收線還要獨立走線且與天饋線傳輸系統(tǒng)保持一定的安全距離，以保障天線本身的接收效果與工作質(zhì)量。接收系統(tǒng)防雷措施還可以針對衛(wèi)星信號的接收機(jī)做出相應(yīng)部署，在輸入前段增設(shè)高頻信號的線圈與避雷器，過濾掉在傳輸過程中線路上殘余的雷電流。此舉不僅保障了系統(tǒng)安全，還降低了信號傳輸過程中對于高頻能量的損耗，在一定程度上還改善了發(fā)射機(jī)的性能，提高了其運行的穩(wěn)定性。

以上所述在中播廣播發(fā)射臺總體防雷措施方針下，各環(huán)節(jié)明確了針對性的防雷布控策略，臺內(nèi)需要安排專人落實具體防雷布控措施，評估預(yù)防雷電災(zāi)害工作的科學(xué)性和可行性，在合理規(guī)劃的情況下提高中波廣播發(fā)射臺的防雷安全保障水平，切實降低雷害造成的影響，保護(hù)臺內(nèi)生命財產(chǎn)安全。

4 結(jié)語

通過對雷電危害類型及常見避雷器材的總結(jié)，結(jié)合目前我國中波臺的實際情況，對重點系統(tǒng)重點設(shè)備的防雷策略在一定程度上做出了分析與探討。傳統(tǒng)中波廣播發(fā)射臺所采用的防雷策略多從整體出發(fā)，隨著廣電技術(shù)的發(fā)展，中波臺的設(shè)備系統(tǒng)也將不斷迭代升級，新的系統(tǒng)環(huán)境下需要面臨的防雷形勢也會隨之改變。中波廣播發(fā)射臺的防雷工作，也需要工作人員不斷提高對于設(shè)備屬性與雷電可能造成新型危害的認(rèn)知。對于廣電發(fā)射工作來說，防雷措施保障不僅是系統(tǒng)工程，更是政治任務(wù)。每一位廣電工作人員都需擺正工作心態(tài)，樹立正確觀念，不斷提高雷害防護(hù)水平，筑牢安全播出保護(hù)屏障。