朱鳳華

（棗莊市棗莊轉(zhuǎn)播臺，山東 棗莊 277100）

0 引 言

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國公布的10種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，被國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）視為“信息時代的公害”。隨著自然環(huán)境的變化，全球雷電災(zāi)害呈逐年增加的趨勢。近年來，廣播電視技術(shù)及發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備不斷更新?lián)Q代，各類規(guī)模化集成電路、微電子及計算機等精密設(shè)備應(yīng)用廣泛，發(fā)射設(shè)備內(nèi)置大量半導(dǎo)體集成模塊，具有集成度高、工作電壓低、抗雷電電磁脈沖能力差及過壓、過流脆弱等典型特征，這種特征決定了廣播電視發(fā)射系統(tǒng)極易遭受雷擊損害。一旦遭遇雷電，輕者將影響發(fā)射臺設(shè)備正常運行及廣播電視節(jié)目的安全播出，重者會嚴(yán)重危害人們生命安全，引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟及社會危害。因此，如何加強廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的綜合防雷保護(hù)，成為廣播電視臺安全防護(hù)的重要課題之一。廣播電視發(fā)射系統(tǒng)相關(guān)的雷電危害種類眾多，涉及地電位的反擊危害、雷電直擊危害、擊中后的電感應(yīng)危害以及雷電波侵入危害等；發(fā)射系統(tǒng)的接地危害也很多，如直流、交流、安全保護(hù)與防雷接地等。為了保障廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的安全運行，有必要深入探討廣電發(fā)射系統(tǒng)的雷電損害成因及綜合防雷保護(hù)技術(shù)。

1 廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的雷電損害成因

雷電是因空氣的對流運動形成的。積雨云中雷電的產(chǎn)生往往伴隨著強大的電流與沖擊力，具有極強的破壞力。雷擊涉及多種類型，如直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷等。就廣播電視發(fā)射系統(tǒng)而言，雷電損害主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

1.1 直接雷擊損害

直接雷擊損害是指建筑物、動植物、人等受雷電直擊，在熱效應(yīng)、電效應(yīng)及機械效應(yīng)等因素的影響下而引發(fā)的人畜傷亡或建筑物損壞等問題。雷電蘊含著巨大的能量，直接雷擊會造成巨大的破壞。對于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)而言，雷電直擊將釋放出上千安的電流與百萬伏的電壓，并在短時間內(nèi)迅速放電，可能對廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的設(shè)備及設(shè)施帶來嚴(yán)重的熱效應(yīng)損傷，或形成電效應(yīng)、電動力效應(yīng)，引發(fā)電路故障，嚴(yán)重時甚至能導(dǎo)致設(shè)備燒毀[1]。

1.2 感應(yīng)雷擊損害

感應(yīng)雷擊指的是雷云放電時在金屬導(dǎo)體處所形成的靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)。雷云對地放電往往會引發(fā)地面通信線路、電力線路或設(shè)備連接處出現(xiàn)電磁感應(yīng)。該電磁感應(yīng)還會侵入線路設(shè)備，產(chǎn)生進(jìn)一步破壞。相對于直接雷擊損害，感應(yīng)雷擊損害雖危害程度較輕，但發(fā)生率較高，且在電力線路的作用下，感應(yīng)高壓的影響范圍會持續(xù)擴大。由于電子電氣設(shè)備是感應(yīng)雷擊的主要對象，因此，此類雷擊對于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的危害不容忽視。廣播電視發(fā)射系統(tǒng)感應(yīng)雷擊損害主要包括兩種，一種是雷云放電時引發(fā)的強雷電流脈沖與地面物體產(chǎn)生近距離雷電感應(yīng)，繼而引發(fā)高壓電流，對發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至造成發(fā)射臺設(shè)備被擊穿或燒毀；二是雷電區(qū)域內(nèi)的地面設(shè)備與雷云中的靜電產(chǎn)生感應(yīng)，尤其是發(fā)射架等較高金屬設(shè)施，更易遭遇 損害[2]。

1.3 地電位反擊損害

地電位反擊損害是當(dāng)直接雷擊發(fā)生于外部防雷裝置時，接地電阻兩端產(chǎn)生過電壓，受接閃物影響，設(shè)備接地線與其他設(shè)備連通，導(dǎo)致設(shè)備遭到進(jìn)一步損害的現(xiàn)象。對于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)而言，當(dāng)設(shè)備遭遇雷電直擊，電流將沿著避雷設(shè)備進(jìn)入地面，形成地電位反擊損害，此時無論是接地體還是引下線亦或避雷裝置等，電位均會急劇上升至數(shù)十萬伏，繼而導(dǎo)致發(fā)射設(shè)備嚴(yán)重受損。地電位反擊損害并非直接危害，發(fā)生率較低，對于發(fā)射系統(tǒng)及其相關(guān)設(shè)備的危害度較低[3]。

1.4 雷電電磁脈沖侵入損害

廣播電視發(fā)射系統(tǒng)遭遇雷電擊中后，發(fā)射臺本體、相關(guān)設(shè)備、金屬管道及架空線路間往往會因雷電效應(yīng)而產(chǎn)生雷電電磁脈沖。雷電電磁脈沖會沿著設(shè)備金屬管線、架設(shè)線路等侵入發(fā)射系統(tǒng)，并對發(fā)射線路及關(guān)聯(lián)設(shè)備造成嚴(yán)重危害。從發(fā)生率層面而言，雷電電磁脈沖侵入損害相對頻繁[4]。

2 廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的綜合防雷保護(hù)技術(shù)

2.1 雷電直擊損害的防護(hù)技術(shù)

為了有效防止廣播電視發(fā)射系統(tǒng)遭受雷電直擊損害，一方面，需要利用接地體的散流作用，將其埋入地下，利用相互連接的方式形成網(wǎng)絡(luò)，繼而達(dá)到疏導(dǎo)和擴散雷電流的作用，通常需要選擇壁厚的鋼管或扁鋼等接地體材料，并將其構(gòu)建成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，該結(jié)構(gòu)能夠在引下線和環(huán)形地網(wǎng)組合的情況下均勻分散內(nèi)部電位，有效弱化雷電直擊的危害；另一方面，針對易受雷電直擊的發(fā)射塔及相關(guān)設(shè)備，需要科學(xué)安裝接閃器即避雷針、避雷網(wǎng)等，通過選擇與發(fā)射設(shè)備相匹配的避雷器，將其安裝在發(fā)射臺頂部，達(dá)到避雷的效果。為了提高防雷效果，還需要對接閃器及防雷保護(hù)區(qū)域面積進(jìn)行校準(zhǔn)[5]。此外，還可設(shè)置引下線提高防雷效果。應(yīng)注意的是，引下線設(shè)置時數(shù)量必須大于2根，并在發(fā)射臺周圍以對稱方式布設(shè)，如此方可確保下泄電流磁場均衡抵消。設(shè)置引下線時，間距不得超過18 m，否則將失去防雷效果。若引下線長度有限，可通過焊接適度延長。對于框架結(jié)構(gòu)的建筑物，需要利用發(fā)射臺內(nèi)部鋼筋形成引下線，如此方可確保侵入的雷電流均勻入地[6]。

2.2 感應(yīng)雷擊損害的防護(hù)技術(shù)

針對感應(yīng)雷擊損害的防護(hù)技術(shù)又被稱為內(nèi)部防護(hù)技術(shù)，主要是通過均衡系統(tǒng)電位、限制過電壓幅值而達(dá)到防雷保護(hù)的作用。感應(yīng)雷擊防護(hù)主要由均等電位連接、過電壓保護(hù)器等構(gòu)成，針對感應(yīng)雷擊侵入途徑的多元化，可分別從電源防雷、信號系統(tǒng)防雷、等電位連接、屏蔽接地等方面出發(fā)，有效保護(hù)設(shè)備和電源，使雷電感應(yīng)通過設(shè)備外機殼時受到屏蔽。

針對電源防雷，可依循多級防護(hù)的原則，采用避雷器防護(hù)方案，結(jié)合接線、接地、接熔茲等要求，采用三級SPD保護(hù)模式，借助SPD瞬時將設(shè)備接入等電位系統(tǒng)中，成功將雷擊脈沖能量泄放到大地，從而防止設(shè)備因過電壓沖擊而遭受破壞；針對信號系統(tǒng)防雷，需要結(jié)合信號線種類、接口類型、通信方式等科學(xué)選擇避雷口，并利用避雷口串聯(lián)或并聯(lián)等方式限制過電壓，保護(hù)相連的電子設(shè)備；等電位連接是利用導(dǎo)體將各自獨立的接地系統(tǒng)相連接，從而減小雷電流在系統(tǒng)間所產(chǎn)生的電位差，實現(xiàn)雷電能量的有效釋放；屏蔽接地是利用連續(xù)的金屬槽兩端接地形成屏蔽，以此規(guī)避雷電電磁脈沖對槽內(nèi)線路的損害[7]。

2.3 地電位反擊損害的防護(hù)技術(shù)

針對地電位反擊損害，需要采取對應(yīng)的地電位反擊防護(hù)技術(shù)，避免發(fā)射機內(nèi)引入瞬間高壓破壞設(shè)備。通常，地電位反擊損害的防護(hù)是借助共同連接保護(hù)接地、防雷接地、工作接地等方式，建立起一個性能穩(wěn)定的等電位接地網(wǎng)絡(luò)。這樣，當(dāng)廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的接地裝置中的導(dǎo)體處于同等電位狀態(tài)時，將有效避免高壓電位反擊的危害。值得注意的是，如果等電位連接過程中各接地獨立時相互距離達(dá)不到規(guī)范要求，極易引發(fā)地電位反擊損害。針對此類雷電損害，需要盡可能將供電系統(tǒng)接地網(wǎng)、發(fā)射鐵塔接地網(wǎng)、建筑物接地網(wǎng)、發(fā)射設(shè)備保護(hù)接地網(wǎng)等連接在一起，若實際情況不允許直接連接，則需要借助等電位連接器的幫助[8]。

2.4 雷電電磁脈沖侵入損害的防護(hù)技術(shù)

對于雷電電磁脈沖侵入損害而言，最有效的防護(hù)技術(shù)是采用接地方式進(jìn)行分流和泄放，這也是電位均衡補償?shù)幕A(chǔ)，旨在使雷電流通過低阻抗接地系統(tǒng)向大地泄放。為了達(dá)到合理接地的目的，一方面需要依循規(guī)范及發(fā)射系統(tǒng)的差異對地線進(jìn)行改造，必要時利用低阻、高效、非金屬接地模塊與降阻劑減小地線電阻，達(dá)到降低反擊電位之效；另一方面，需要將系統(tǒng)接地與防雷接地實行“共地”，即利用公共接地點提供基準(zhǔn)零電位，以防各系統(tǒng)獨立接地繼而產(chǎn)生毀壞性電位差。接地體多采用網(wǎng)狀接地體、板狀接地體等方式，其中，網(wǎng)狀接地體是利用扁鋼做成長方形或方形網(wǎng)狀，面積在12～16 m2，水平埋入地下1～2 m深，并以扁鋼焊接引出地面；板狀接地體則是由厚度為3～4 mm的銅板或鐵板埋入地下1～2 m處，以銅帶引出地面[9]。

3 結(jié) 語

隨著廣播電視節(jié)目收視率的逐步提高，廣播電視發(fā)射系統(tǒng)所承擔(dān)的任務(wù)愈加重要。廣播電視發(fā)射系統(tǒng)面臨的最大問題即雷電損害，加上信息電子設(shè)備數(shù)量的不斷增加及其精密度的持續(xù)提升，發(fā)射系統(tǒng)面臨的雷擊概率也逐步提高。因此，必須根據(jù)雷電的產(chǎn)生機理及其危害性，結(jié)合發(fā)射臺遭受雷擊全過程，分別從直接雷擊、感應(yīng)雷擊、地電位反擊、雷電電磁脈沖等多方面出發(fā)，持續(xù)深入地探索廣播電視發(fā)射系統(tǒng)雷電損害的形成原因，并從廣播電視發(fā)射系統(tǒng)安全運行的角度出發(fā)，通過宏觀到微觀、內(nèi)部防雷到外部防雷、天線到地線、強電到弱電各方面統(tǒng)籌考量，制定系統(tǒng)、完善的綜合防雷保護(hù)技術(shù)方案，配合防雷系統(tǒng)的日常維護(hù)、接地電阻的定期測量，切實提升廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的抗雷擊水平，保障廣播電視節(jié)目的正常播出。