廣播電視發射塔防雷措施的實踐

1.設備環境

陽西廣播電視塔建于1994年，如圖1所示，發射塔上部為鋼塔結構，下部為筒形鋼筋混凝土結構，所有鋼筋都焊接在一起，形成一個法拉第籠結構，從塔頂到地下都保持良好的電氣連接，對外界的電磁場干擾有較強的屏蔽作用。發射機房設在法拉第籠結構里面。地面衛星接收天線安裝在離塔20米外空地上。共有三個地網：發射塔地網G1，機房地網G2，衛星天線地網G3。接地電阻均符合有關規定要求。

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常會受到雷電沖擊而損壞設備，其中衛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備。

問題究竟出在什么地方呢?經過分析，筆者認為主要還是接地方法錯誤所致，錯誤地進行了多點接地。過去有些規范要求電子設備單獨接地，目的是防止電網中雜散電流或暫態電流干擾設備的正常工作，這是從通訊安全角度來考慮的。現在，防雷工程領域不提倡單獨接地，推薦采用共用接地系統，若不能共地，應該使防雷裝置與設備間隔一定距離，防止閃絡，這是從設備安全角度來考慮的。在IEC標準和ITU相關標準中都不提倡單獨接地，美國標準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備接地導體的一個連接點。我國GB50057-94《建筑物防雷設計規范》（2000版）中明確指出：“每幢建筑物本身應采用共用接地系統”即將建筑物內的各種接地都統一接到建筑物的基礎上，或室外的接地裝置上。當該建筑物遭受雷擊時，電力系統的電壓和電子設備工作接地的電壓同時上升，保持了設備的工作電壓不變，使電子設備在雷擊時可正常工作。雖然規范中明確指出不適用于天線塔、共用天線電視接收系統、油罐、化工戶外裝置的防雷設計，但其原理是可借鑒的。

當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中產生暫態高電位。在圖1中：雷電流在沖擊接地電阻Rg1產生壓降，接地母體相對大地的電位被抬高，由于機房設備外殼與塔架相連接（連接點在發射天線處），同時造成機房設備外殼的電位抬高，而此時衛星接收天線處于低電位，在機房設備與衛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，發現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，衛星接收天線是裝在樓頂的，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。但是我臺發射塔是遠遠高于衛星接收天線，衛星天線是完全處于發射塔的雷擊保護范圍之內，不用考慮直擊雷問題，實踐證明不接地反而更安全。

3.改進措施

基于以上的分析，把原來的多點接地改為單點接地，把原來的三個地網并接為一個地網經過改進以后，防雷效果有了顯著的提高。經過兩年的運行，暫未發現雷擊損壞情況，效果滿意。

4.總結

通過實踐，筆者總結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。如條件不允許那就要進行等電位處理，通過屏蔽、安裝電涌保護器、合理布線等方式處理，盡量把減少通過設備各端口雷擊電流，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。改進之前，如圖1通過G2、G3兩個地網，人為地增大了通過設備間的雷擊電流，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。改進后，切斷了通過設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。