高山广播电视台的防雷设计方案分析

2022-09-10

雷电灾害是目前我国十大自然灾害之一, 为了保障人身安全及机器设备不被破坏, 应当十分注重避雷问题。我台建台二十多年来, 主要依靠建台初期的避雷系统, 目前随着高山台的发展这套系统已不适应现在的发展需要, 所以应逐步改造和设计新的接地系统。

1 高山广播电视台防雷及其途径

一是发射机房、天线及馈线所在地面与周围空间的异性电荷之间的电压使中间绝缘空气击穿, 正负电荷中和而产生上千安培的强大电流, 致使房屋倒塌、着火、设备烧毁, 即所谓的直击雷害。另一种是在高山发射台周围处发生雷击, 致使室外电路如电源馈线、天线馈线等, 感应了很高的电压, 此电压沿线路窜入机房, 使绝缘程度较低的电气设备击穿, 爆炸而产生的雷害。高山广播电视发射台站的防雷主要是针对这两方面的雷害, 采取措施、积极预防, 以避免雷击造成损失。防雷的基本途径就是为雷电提供一条雷电流对地泄放的合理的阻抗途径, 控制雷电流的转换和泄放。防雷的主要方法是建立一个系统的整体防护系统即做好设备接地、良好屏蔽及安装有效的防雷保护系统。良好接地:最好的防雷措施就是将闪电能量泄放入地;良好屏蔽:简单的说就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来, 避免雷击;防雷保护系统就是采用避雷器让雷电流逐级分流泄放, 电压逐级降低。在我台的实践中主要应采用根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域, 并在不同防雷区域的界面上进行等电位连接。避雷针接地、建筑物接地、铁塔接地、电源接地、机房与设备保护接地统一连接达到等位连接。在施工中应采用分区域铺设电网, 分别接地的方法。

2 高山广播电视台防雷应关注的重点

2.1 天线及馈线的防雷方案

在收、发天线主杆顶部安装避雷针以防止直击雷害是目前各高山台站采用较多的措施之一。整个避雷装置由避雷针、引下线、接地装置 (地网) 三部分组成。它的避雷基本原理是利用尖端放电效应, 把地面的异性电荷通过地网、引下线引至避雷针上, 使雷击发生在避雷针与雷云之间, 雷击时的电流通过引下线至地网迅速扩散。在高山台站制高点的避雷针, 具有一定的保护范围。将收、发天线、机房等置于避雷针的保护范围内。以避免直击雷的巨大电流、高温对它们的袭击。避雷针通常采用直径25～40毫米的圆钢制成, 长度80～100厘米左右。避雷针应进行镀锌处理, 尖端部分除镀锌以外, 还要镀导电性能良好的合金物质。安装时尖端垂直向上, 底端焊接在天线主杆上, 通过接地引下线, 接入接地极。由于引下线是雷电流通向接地极流散到大地的通路, 为了减小电阻和具有较大的电流容量, 要求它具有足够多的截面积, 可以采用4×40毫米镀锌扁铁做引下线, 如果天线主杆架设在铁塔上, 则可用铁塔本身作引下线, 在塔脚处焊接接地母线, 视土层导电情况, 加接接地极。根据各高山台站的地层条件, 接地极可具有不同的形式。对于地层具有优良导电性能的情况, 如土层较厚、湿度较大、接近水源的地方用一根直径50×4毫米, 长1.5米左右的钢管深埋2米, 焊上接地母线引出地面, 构成接地极;对于地层导电性能较差, 如我台的风化岩石结构的地层, 则要采用多个钢管或做成鱼骨形的结构 (规格同上) , 根据地层情况, 深埋40～50厘米, 焊上接地母线引出地面构成接地极;对于地层导电性能很差、如全岩石结构的地层, 应加大接地极的面积, 使用接地坑, 即挖一个直径4米, 深为2米的坑, 用直径50×4毫米的钢管 (或钢板) 焊上接地母线后投入坑内, 以木炭为三、食盐为一的比例, 分层投放坑内, 每半年向坑内浇灌一次盐水, 每三年更新一次, 也可用碱土代替木炭、食盐更为经济。

2.2 机房的防雷方案

机房是设备运行和工作人员活动的地方, 避雷措施更应完善。在平原地区, 由于雷击来于上空, 将机房建在避雷针的保护范围内就比较安全了。但处于高山环境的广播电视发射台站, 来雷方向多变, 雷击种类多, 不仅有竖雷、横雷、还有山坡滚动雷等, 只靠避雷针的保护范围来保护机房是不完备的, 还必须采取特殊措施。行之有效的方法是采用“铁笼子”骨架浇注水泥, 使机房成为一个等电位空间, 在雷击时, 人和设备可以触到的两点间电位差很小, 达到防雷的作用。房顶的金属网可防止上空雷击, 四面墙内金属网可防侧击雷;而地面的金属网可以减速小跨步电压对人体造成的伤害, 采用“铁笼子”机房建筑时, 还应注意:当机房面积过小或土层导电性能很差时, 仅靠地面金属网作接地系统是不够的, 还应在机房四角增设前述的接地坑。所有金属网应采用焊接连接 (包括增设接地坑的连接) , 保证良好的导电性能。同时, 机房顶部应加设避雷针。窗户、烟囱都应安装金属网罩, 以免球型雷窜入。

2.3 供电系统避雷

一是当供电电源线采用地下走线。一般在山下至山上发射机房间采用地下走线 (电缆沟) , 能有效地避免直击雷和感应雷害。

二是架空线的特殊措施。在每根电杆上加装避雷针, 电源上方加设避雷线, 避雷线与电杆上的避雷针相连, 在供电处和发射台分别接入避雷地网。供电线路走线与间距尽可能小, 电源线起始端加装避雷器, 电杆的避雷针与电源线间、起始端的电源与避雷线间加接适当的放电间隙。

三是采用防雷变压器。广播电视发射机内变压器初、次级之间的绝缘电压一般不会很高, 低压配电板上电器元件的耐压均为500伏, 这与雷击时感应电压相比低得多。因此感应电压窜入低压配电板、变压器时就会使绝缘层击穿造成雷害。我们可在电源输入配电板之前接入一个1:1的高绝缘性能的变压器并在各关键点接上压敏避雷电阻, 就可将雷击感应电压隔离在低压供电系统之外, 有效防止感应雷害。