廣播電視設施防雷擊技術探討

石志勝

摘 要：隨著我國國民經濟持續發展，人民生活水平不斷提高，城鄉居民的生活逐漸從溫飽型向小康型邁進，生活在安全、舒適、恬靜、信息傳遞快捷的居住環境是很多人的夢想。21世紀到來，我們正處在一個信息革命和知識經濟的時代，廣播電視的快捷、方便性，在農村宣傳黨的政策、科技文化知識、病蟲害防治、社會治安綜合治理以及災害預警等方面大有作用，農村廣播電視的發展不容忽視。

關鍵詞：廣播電視 防雷技術 探討

中圖分類號：TN934 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0022-04

1 雷擊過電壓的產生

雷擊過電壓產生通常由直擊雷、附近的雷擊、遠處的雷擊、開關浪涌及瞬態過電壓。在廣播電視設施（設備）、測量系統、控制系統和計算機網絡等都是在低電壓的供電系統工作，工作電壓基本均在220V 50Hz，有許多因素可引起瞬間高電壓。下面淺談4種雷擊易造成危害性最大的現象。

1.1 直擊雷

直擊雷的產生是受天空云層、風力、氣溫的變化而產生，在近距離內，垂直擊物體也可斜擊物體、滾球式擊物體等多種方式對外部物體高處尖端放電。對沒有防雷裝置的建筑物會易受到雷擊建筑物頂部。通過某種途徑傳輸雷電流入地表面，使得地電位抬升，如安有廣播電視設施的室外天饋線、衛星接收天錢、數據線等遭到雷擊時，這些設施會受到破壞。沒有防雷裝置的建筑物，安裝有限流器、避雷針能得到有效地將可能發生的雷電流入地，使直擊雷在保護區發生閃擊時，準確入地閃擊在避雷針上。

1.2 附近雷擊

在附近的物體或建筑物受到雷擊時會產生過電壓，這個浪涌過電壓直接通過電感性或電容性耦合到廣播電視設施裝置。在雷電流瞬間放電時，經過大地傳輸到廣播電視設備的保護地線，或者通過在雷電瞬間放電通道散發出的磁場，在設備線路上感應出過電壓，同時也在兩根地線之間容易感應出過電壓，稱為跨步電壓，部分雷電流可能通過大地傳輸到接地裝置的保護地線，從而入侵建筑物內部的廣播電視設備形成地電位反擊，引起接地裝置的電位升高，通常會擊壞廣播電視設施。

1.3 遠處的雷擊

在遠處雷電擊中電力線路（11.0kV以上）或擊上廣播電視數據信息線路，然后沿著傳輸線路侵入廣播電視設備。在雷電閃擊時，在低電壓導線、數據線上感應過電壓，該過電壓傳導到建筑物的接地裝置上，從而對廣播電視設備可能造成極大的危害。

1.4 開關浪涌

開關浪涌來自電路的閉合、大電流輸電線路的斷開時的轉換操作，來自感性和容性負載的開關操作，也來自短路電流的阻斷。特別是大型用電系統或200kVA以上電力變壓器的斷開會產生過電壓，可能引起對鄰近的廣播電視設備的損壞。

以上討論的4種都是危害最大的雷擊瞬態過電壓，對廣播電視設施、設備損害的程度也是最大的。在低電網最大的電壓峰值是由于雷電泄放引起的，當雷電直接打在外部防雷裝置或低壓架空線上時，包含高能量的雷電浪涌常常使得連接在電網上的負載（設備）完全損壞，在建筑物里的設備上、在電源線或廣播電視傳輸線上的感應過電壓峰值也可以達到正常工作電壓值的幾倍或幾十倍。一個瞬間的過電壓，時間少于1ms，該電壓遠遠超過廣播電視設備的最高允許工作電壓峰值，并且包含大量的能量，馬上摧毀廣播電視設備，開關浪涌導致的故障通常較遲出現，因為較小的瞬間過電壓是逐漸導致廣播電視設備中電子元器件老化，最后損壞。

2 雷擊防護措施

我們了解掌握雷擊過電壓產生的原因后，而對防護廣播電視設備不受雷擊，采用分區防雷的辦法。

（1）由外到內，防雷分區圖如圖1所示。

LPZOA：在建筑物外頂部，防護區外的物體暴露在按閃器的保護范圍以外，都可能遭到直接雷擊，屬完全暴露的不設防區。

LPZOB：廣播電視設施在建筑物外部，屬在本防護區，屬在接閃器保護范圍以內，不可能遭到所選滾球半徑對應的雷電直接雷擊；因在本區內電磁場沒得到任何屏蔽衰減措施，屬充分暴露在直擊雷防護區。

分區防雷的必要條件：一是正確安裝等電位連接；二是在各分區之間安裝防雷器。

依據IEC62305-4說明，等電位連接的，在于減小保護區間內、各金屬部件和各系統之間電位差。對非帶電金屬體（如水管等）需要采用導線進行等電位連接，對于帶電金屬體（如動力線纜等）需要采用防雷器做等電位連接，見圖2。

技術要求如下。

①屋頂上的避雷針是用KBT-UA限流式避雷針。②接地電阻≤1Ω。

若接地電阻>1Ω，用KBT-JZ長效防腐降阻劑，它是高土壤電阻率地區用于降低接地電阻的專用產品。

圖1所示的避雷針是用KBT-UA限流避雷針對雷電流形成一定的阻抗，使雷電流沿引下線泄入大地的強度減弱，使各種線路對雷電耦合的能量降低，使雷擊引起的各種危害大大降低。

保護半徑的計算參閱“科比特防雷資料”。

KBT-UA避雷針的保護半徑與高度（h）有關，與它的啟動搶先時間（△T）有關，以及與所選擇的保護半徑（RP）有關，當h≥5m時：

h為避雷針高度；

D為滾球半徑（閃擊距離）；

第一類建筑物為D=30m；

第二類建筑物為D=45m；

第三類建筑物為D=60m；

△L上行搶先距離，△L=V（m/μs）×△T（μs）；

V為先導傳播速度，一般取V=1m/μs；

△T提前預放電時間，一般為25～86μs。

（2）防雷分級的目的，是將需要保護的空間的設備劃分為不同的防雷區，以規定各部分空間的設備不同雷擊電磁脈沖的嚴重程度。防雷區的級數越多雷電磁場強度越小。

相對于不同的要求，安裝位置、保護級別和雷電沖擊流通容量，分級的目的是提供選擇浪涌保護，保證一個高能量吸收能力和得到盡可能最低的設備損害。endprint

3 綜合防雷設計

防雷是一項綜合系統工程見圖3，綜合防雷裝置分為兩大部分；外部防雷裝置和內部防雷裝置，在進行防雷設計時必須安裝外部防雷裝置和內部防雷裝置。要求全方位多層次防護，又要根據實際情況注意區別處理突出重點，在做到結構合理使整個系統在總體上達到最佳的運行狀態的同時，又經濟適用，見圖4。

N：均壓等電位母線（均壓環）接地電阻≤1Ω。

（1）電源電壓380V，用KBT-380；（2）電源電壓220V，用KBT-220；（3）數據線（電腦）用KBT-C100；（4）數據線（控制線）用KBT-485；（5）天饋線用KBT-T200；（6）視頻線用KBT-V800；（7）音頻線用KBT-A60。

圖6中：直擊雷地網和聯合地網是并聯在一起，接地電阻≤1Ω。

4 接地裝置敷設

接地裝置的接地體可分為自然接地體和人工接地體。

電氣設備接地裝置，應首先利用自然接地體，如敷設在底下的供水管道、井管、建筑物與地連接的金屬結構，建筑物的鋼筋混凝土基礎等，在自然接地體的接地電阻達不到要求時，可敷設人工接地體。

人工接地體有垂直和水平兩種敷設方式。垂直接地體一般是采用垂直埋入土中，用長約1.5～2m的鋼管或角鋼，排行為2～3m一根，每行一般設8～16根，分為多行。垂直入地用63×63×6的角鋼，與角鋼連接用40×4扁鋼，一般敷設按東南西北4條以上，如接地電阻>1Ω時，再增加敷設條數或增加其他降阻劑。鋼管或角鋼埋入地中時，其上端離地面的深度為0.5～1.0m，這樣可以使地電阻不會由于冬季土壤表面凍結和夏季水分蒸發而引起較大的變動。水平接地體多采用厚度不小于4mm、寬度20～40mm的扁鋼或直徑不小于8mm的圓鋼在地中水平敷設，埋于地下0.5～1.0m處。分成東、南、西、北多條水平接地體可成放射形布置，也可成排環形布置。

各種系統的防雷要求種類很多，但其防雷思想是一致的，在廣播電視設備系統中見圖5，屬弱電流用電，防雷與強電系統不一樣，就是再努力實現等電位。絕對的等電位只是一個理想，實際中只能盡量逼近，目前是綜合采用分流、屏蔽、箝位、接地等方法來近似實現等電位。

在均壓等電位連接系統中，能做直接電氣連接的金屬導體系統，做直接電氣連接，不能做直接電氣連接的線路（比如電源線、信號線、天線、數字線等）需做特殊的等電位連接。各類防雷器為了防止瞬態浪涌摧毀廣播電視設備系統，在信號輸入、輸出接口和電源接口都必須安裝防雷裝置及電涌保護器。

參考文獻

[1] 國際防雷標準IEC62305-4[S].

[2] 中國氣象局2005年2月1日發布實施的《防雷減災管理辦法》[Z].

[3] 防雷產品《說明書》[Z].endprint