廣播電視發(fā)射塔防雷措施的實踐

1.設(shè)備環(huán)境

陽西廣播電視塔建于1994年，如圖1所示，發(fā)射塔上部為鋼塔結(jié)構(gòu)，下部為筒形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，所有鋼筋都焊接在一起，形成一個法拉第籠結(jié)構(gòu)，從塔頂?shù)降叵露急３至己玫碾姎膺B接，對外界的電磁場干擾有較強的屏蔽作用。發(fā)射機房設(shè)在法拉第籠結(jié)構(gòu)里面。地面衛(wèi)星接收天線安裝在離塔20米外空地上。共有三個地網(wǎng)：發(fā)射塔地網(wǎng)G1，機房地網(wǎng)G2，衛(wèi)星天線地網(wǎng)G3。接地電阻均符合有關(guān)規(guī)定要求。

2.實際防雷效果分析

從表面上看，該接地的都接地了，方案似乎比較完美。但實際的情況是機房經(jīng)常會受到雷電沖擊而損壞設(shè)備，其中衛(wèi)星接收天線還按上級的要求做了專門的接地，并安裝了專用的高頻頭避雷器，但卻是損壞率最高的設(shè)備。

問題究竟出在什么地方呢?經(jīng)過分析，筆者認(rèn)為主要還是接地方法錯誤所致，錯誤地進(jìn)行了多點接地。過去有些規(guī)范要求電子設(shè)備單獨接地，目的是防止電網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作，這是從通訊安全角度來考慮的?，F(xiàn)在，防雷工程領(lǐng)域不提倡單獨接地，推薦采用共用接地系統(tǒng)，若不能共地，應(yīng)該使防雷裝置與設(shè)備間隔一定距離，防止閃絡(luò)，這是從設(shè)備安全角度來考慮的。在IEC標(biāo)準(zhǔn)和ITU相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都不提倡單獨接地，美國標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd1100-1992更尖銳地指出:不建議采用任何一種所謂分開的、獨立的、計算機的、電子的或其它這類不正確的大地接地體作為設(shè)備接地導(dǎo)體的一個連接點。我國GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（2000版）中明確指出：“每幢建筑物本身應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)”即將建筑物內(nèi)的各種接地都統(tǒng)一接到建筑物的基礎(chǔ)上，或室外的接地裝置上。當(dāng)該建筑物遭受雷擊時，電力系統(tǒng)的電壓和電子設(shè)備工作接地的電壓同時上升，保持了設(shè)備的工作電壓不變，使電子設(shè)備在雷擊時可正常工作。雖然規(guī)范中明確指出不適用于天線塔、共用天線電視接收系統(tǒng)、油罐、化工戶外裝置的防雷設(shè)計，但其原理是可借鑒的。

當(dāng)塔身遭受直接雷擊時，雷電將沿塔架的各引下線和接地體匯入地，雷電流將在防雷系統(tǒng)中產(chǎn)生暫態(tài)高電位。在圖1中：雷電流在沖擊接地電阻Rg1產(chǎn)生壓降，接地母體相對大地的電位被抬高，由于機房設(shè)備外殼與塔架相連接（連接點在發(fā)射天線處），同時造成機房設(shè)備外殼的電位抬高，而此時衛(wèi)星接收天線處于低電位，在機房設(shè)備與衛(wèi)星接收天線間便會形成電位差，強大的雷電流就會通過高頻頭的饋線分流落地，由于饋線屏蔽層電阻的存在，強大的雷電流會在饋線中產(chǎn)生為強大的差模電壓，瞬間把高頻頭擊穿損壞，即使是裝有高頻頭避雷器也不能幸免。事后曾拆解過，發(fā)現(xiàn)避雷器里面的壓敏器件炸飛了，高頻頭里面的銅箔也汽化了，可見能量之大。

如果衛(wèi)星接收天線不接地，不為塔架提供落地回路，那么塔架就不會對衛(wèi)星天線造成反擊，高頻頭也就不會損壞了。不接地？可行嗎？這可是顛覆了很多人的想象。通常來說，衛(wèi)星接收天線是裝在樓頂?shù)?，處于最高的位置，如果不落地，如受到直擊雷的損壞那將是致命的。但是我臺發(fā)射塔是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于衛(wèi)星接收天線，衛(wèi)星天線是完全處于發(fā)射塔的雷擊保護(hù)范圍之內(nèi)，不用考慮直擊雷問題，實踐證明不接地反而更安全。

3.改進(jìn)措施

基于以上的分析，把原來的多點接地改為單點接地，把原來的三個地網(wǎng)并接為一個地網(wǎng)經(jīng)過改進(jìn)以后，防雷效果有了顯著的提高。經(jīng)過兩年的運行，暫未發(fā)現(xiàn)雷擊損壞情況，效果滿意。

4.總結(jié)

通過實踐，筆者總結(jié)出了一套防雷的原則：一接閃、二絕緣、三均壓。避雷針其實就是引雷針，通過犧牲自我的方式主動把附近危險的閃電受控地引導(dǎo)下來，防止閃電電弧不受控穿過建筑物而損壞建筑。在接閃時引下線會產(chǎn)生巨大的地電位反擊電壓，良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓，各類設(shè)備如條件允許最好和引下線絕緣并保持安全距離，防止閃絡(luò)。如條件不允許那就要進(jìn)行等電位處理，通過屏蔽、安裝電涌保護(hù)器、合理布線等方式處理，盡量把減少通過設(shè)備各端口雷擊電流，降低壓差，如果在雷擊瞬間也能接近等電位，就可防止雷擊事故發(fā)生。

本案例中，按上述原則來對照，第一項接閃有了，第二項絕緣沒條件，只能是寄希望第三項均壓了。改進(jìn)之前，如圖1通過G2、G3兩個地網(wǎng)，人為地增大了通過設(shè)備間的雷擊電流，升高了壓差，與等電位方向是背道而馳的，故雷擊損壞率較高。改進(jìn)后，切斷了通過設(shè)備間的雷擊電流通路，消除了壓差，與等電位方向是一致的，故雷擊損壞率較低。