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高山台防雷设计与实施


作者: 高明会 李一峰
【摘 要】本文以涪陵转播台为例,阐述防雷原理,探讨解决办法,为高山台防雷设计与实施提供建设性意见和建议。
【关键词】高山台 防雷 措施
涪陵转播台位于武陵山公园内,海拔1980米,每逢春夏季节,雷雨频繁,机房设备时常遭受雷击,影响了节目的安全播出。为此,有效防范雷击成了涪陵转播台亟待解决的重要课题。
一、雷电的形成、种类与危害
雷电是指在云层形成中,受大气电场及温差起电影响,正负电荷积聚到一定程度,云与云、云与地之间发生的放电现象。以两种形式呈现的直击雷和感应雷,均以天馈或电力系统进入,摧毁建筑物,引起人员伤亡。据统计,我国每年因雷击造成的伤亡在数千人,财产损失50亿~100亿元。
二、雷电对电子设备损害途径及防护途径
(一)损害途径
1、直接击中计算机网络物理线路。雷电沿供电线路侵入计算机网络系统,造成UPS电源损坏、断电,致使整个系统瘫痪。沿天馈进入计算机网络系统,造成通信接口、接收系统、室内单元、路由器等设备损坏。对光缆、DDN、帧中继、X.25专线、电话线等产生强大的冲击波,造成物理线路损坏。
2、感应过电压。因导体线路在建筑物内存在回路,遭受雷击时,建筑物内部会产生脉冲暂态磁场,危及与回路相接的电子设备。对架空线产生静电感应,释放电荷,形成暂态过电压波。另外,雷击引起暂态高电压或过电压常通过网络线路耦合或转移到网络设备上,造成设备的损坏。
3、雷击地电位抬高入侵。雷电流沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地,如果引下线与周围网络设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地,两者之间出现很高的电压,并会发生放电击穿,导致网络设备严重损坏,甚至人身安全。
(二)防护途径
1、接闪与接地。通过建筑物主钢筋,上端与接闪器,下端与地网连接,中间与各层均压网或环形均压带连接,对进入建筑物的各种金属管线实施均压等电位连接,形成一个法拉第笼式接地系统。
2、均压连接与屏蔽。安装均压环,同时通讯电缆线槽及地线线槽需用金属屏蔽线槽,且做等电位连接。
3、分流。安装不同类别的电源类防雷器以及通讯网络类防雷器,使建筑物电源线、通讯线及前端符合防护标准。
三、当前高山台易遭雷击的客观因素
随着现代科技的迅速发展,广播电视传输、发射台,电子设备和通信设备日益增多,暴露在室外的线路越来越长,遭受雷击的概率大大增多。涪陵转播台大木发射基站位于涪陵武陵山脉大木山顶,平均雷暴日为每年45.8天,最多年63天(1963年),最少25天(1965年)。基站旁有相邻的三座铁塔,较高的有78米,机房楼高3层,楼顶与铁塔相距10米左右,易形成导电体。卫星接收天线的高频头输出电缆,直接从发射塔下穿过和室内解调器输入端,变压器低压侧及后端电源供电系统无任何防雷措施,易因雷电感应过电压和操作过电压受到冲击。目前采用的预防措施是拔掉高频接收的馈线和断电,这种做法会带来很大的安全隐患。
四、解决方案
(一)发射站总配电室
在总配电室(油机房)电源应安装(第一级)电源避雷器,采用中国普天间隙型防雷器FA/3AC50-ZT,用16mm2铜芯线连接相线,25mm2铜芯线做接地线用汇流排连接到总配电接地母线。该类型防雷器主要针对10/350感应雷波形雷电流。是通过10/350mu;s测试的I级SPD,因为I级和II、III级最大的区别就是测试冲击能量不同,用于处理雷击电流的I级SPD的耐受能量通常为用于进一步限压的II、III级的几十到几百倍。
(二)机房楼层配电系统
在机房大楼内,机房所在楼层配电柜处安装(第二级)电源避雷器,采用中国普天防雷器FBS/3AC30进行防雷保护。该防雷器选用氧化锌压敏电阻作为防雷模块,氧化锌压敏电阻具有的低保护残压、高通流量和快反映时间的优点。
(三)机房重点设备电源
在机房大楼内,机房重点设备处安装(末级)电源避雷器,采用中国普天防雷器FS/2AC20进行防雷保护。该防雷器选用氧化锌压敏电阻作为防雷模块,氧化锌压敏电阻具有的低保护残压、高通流量和快反映时间的优点。
(四)卫星接收系统
由于天线安装在楼顶上和铁塔下,容易将感应雷电波引入室内,室内接收机等设备很容易遭到袭击。因此应该在高频头输出端口和机柜内解调器端口前加装信号防雷器。选用中国普天防雷器T2000-N(KJ)/60浪涌保护器保护,并且馈线用金属管穿管铺设。
(五)等电位接地系统
等电位连接是将分开的装置、诸导电物体用等电位连接导体或电涌保护器连接起来以减小雷电流在它们之间产生的电位差。对建筑物来讲,需将建筑物内、附近的所有金属导体全用电气的方法连接起来,使整个建筑物成为一个良好的等电位体。当雷击到这座建筑物上的时候,在建筑物内部与出入建筑物的金属导体基本上是一等电位体,因此不会发生内部的设备和人被雷击或高电位反击。
五、涪陵转播台防雷保护增加方案
目前机房已安装有防雷系统,分别在变压器后端安装普天间隙型防雷器DXH06-FA/4w50作为第一级防雷措施,在一级配电柜安装DXH06-FBZS/4w160作为第二级防雷措施,在分配电箱内安装DXH06-FBS/4br80作为第三级防雷措施,并已做好机房的等电位连接铜排。
但在使用过程中,仍有雷电入侵现象,需在市电与发电前端配电处安装DXH06-FBZS/4w160作为第二级防雷措施。用16mm2铜芯线连接相线,25mm2铜芯线做接地线连接到接地主干线上。
机房作为台站防雷的第一关口,在安装材料上应选择10米左右的16mm2铜芯线,确保防雷器与主接地干线连接的25mm2铜芯线长度有余。引接线和地线应布放整齐,并通过接线端子或铜鼻子连接牢固。相应空开防雷器与前端的串联,以免因防雷器损坏造成用电线路故障。
通过以上措施,有效防范雷电对转播台及机房的袭击,减少人、财、物的损失,为安全优质播出铺平道路。