廣播電視高山臺站防雷減災措施與技術應用實踐

李國成

（天祝藏族自治縣毛毛山微波臺，甘肅 武威 733299）

0 引言

作為廣播電視節目傳播的重要環節，高山臺站由于其獨特的位置和復雜的線路與系統而成為雷電災害的高發部位[1]。雖然近年來的設備和系統升級提高了高山臺站的運行安全性，但在防范雷擊、降低雷擊的災害性等方面仍然存在較大的不足。基于此，需要結合當前廣播電視高山臺站布局和運行的實際情況，探尋更加科學有效的防雷減災措施。

1 廣播電視高山臺站概述

高山臺站是電視節目信號傳輸的中轉站[2]。一般性的高山臺站主要由發射塔、機房、監控系統、配電系統以及網絡系統等幾部分組成。其中，發射塔的塔架上配備有天線和同軸電纜等，機房內主要配備有機柜、走線架、信號接收設備、信號發射設備以及電源柜等。監控系統、配電系統、網絡系統分別對應承擔臺站運行狀態監控、臺站供電以及臺站網絡運行等功能[3]。

通常情況下，高山臺站的相關設備和系統主要是圍繞機房進行布局和組裝的。機房的選址和建設重點考慮氣候、地形和信號傳輸實情[4]。在氣候方面，高山臺站的布局會充分考慮所在地的整體氣候條件和規律，根據氣候設計機房建筑風格，以保證機房建筑與所在地的雨季等情況相匹配，例如，南方地區的高山臺站會按照歐式坡屋頂進行設計，目的在于保證雨季排水的速度。在地形方面，雖然高山臺站會盡可能地選擇在地勢較高的位置建設，但會根據所選位置的地形特點對機房的功能房間進行相應的調整，盡可能保證機房布局與地形特點吻合。在信號傳輸實情方面，為確保廣播電視信號的全覆蓋，會盡可能地將高山臺站安排在距離人口密集地區相對較近的地區，以保證信號傳輸的質量，降低信號中轉的成本。

2 雷電對廣播電視高山臺站的危害

相關研究表明，雖然高山臺站設備遭受雷電直擊的概率比較小，但一旦發生雷擊，會造成感應雷或者雷電波從線路侵入到臺站內部電路和系統中，導致機房內部的熔斷器、電源變壓器、整流元件、三端穩壓器等元器件出現損壞，進而導致設備和系統出現故障，無法正常運行[5]。高山臺站遭受雷擊的情況存在一定的差異，并且不同雷擊現象造成的危害也不盡相同。下面主要對直擊雷、感應雷及雷電波這3 種主要雷擊現象對應的危害進行分析說明。

2.1 直擊雷的危害

直擊雷是在雷云同機房周圍地面物體之間的電場強度達到空氣的擊穿強度時發生的一種放電現象。發生直擊雷時，雷電會在瞬間釋放出很大的能量，通過發生震動和產生高溫等方式破壞機房周圍的物體[6]。當直擊雷的雷電電流傳遞到臺站的電器設備時，會產生很大的感應電壓，破壞電器既有的絕緣性質和功能，產生火花，引燃周圍物體，甚至可能出現爆炸等情況，給周邊的設備造成嚴重的破壞。另外，雷電產生的熱量會對流過的物體進行加熱，導致物體上的水分因為受熱汽化原因而出現劇烈的膨脹，瞬間產生強大的沖擊力，對臺站周圍的人、建筑物、電器設備等產生毀壞性的影響。

2.2 感應雷的危害

感應雷是一種過電壓現象，一般是指當出現雷云時，臺站周圍地面的物體會由于靜電感應而聚集起大量與雷電極性相反的束縛電荷，當雷云對地或者對另一雷云產生閃擊放電后，云中的電荷就會轉變成自由電荷，從而產生出大量的靜電電壓，形成過電壓。相關研究表明，感應雷產生的過電壓幅值可以達到幾萬甚至幾十萬伏，這足以造成高山臺站周邊建筑物內的導線以及存在接地不良現象的金屬物導體和大型金屬設備因為放電而發生電火花，從而引起火災、爆炸等威脅臺站設備、系統及人員安全的現象。除了上述情況下會發生感應雷以外，還有另外一種情況會引發感應雷現象，即當發生雷電閃擊時，受較大變化率的雷電流的影響，雷電流通道附近會形成較強的感應電磁場，這種磁場會使周圍的建筑物、設備中的金屬構件出現感應電流，進而出現干擾和破壞系統與設備正常運行的情況。

2.3 雷電波的危害

雷電波指的是當高山臺站內的輸電線路遭受直擊雷或者感應雷后，電流會沿著輸電線路侵入到臺站機房內的配電系統和電子設備中，進而造成設備與系統出現損壞，嚴重的可能引起人員觸電傷亡的情況。顯然，雷電波對高山臺站的危害更多地體現在臺站內與線路或者管網連接的設備或者系統以及接觸線路或者管網的人員。

3 防范雷電對廣播電視高山臺站危害的措施

通過上述分析可以看出，目前廣播電視高山臺站可能遇到的雷擊危險主要有直擊雷、感應雷和雷電波。但就高山臺站運行的實際情況來看，臺站遭受直擊雷的可能性比較低，且受臺站內部電子設備較多、電路工作時的電壓偏低情況的影響，臺站很容易因為受較大電壓、電流波動的影響而發生感應雷和雷電波的危害。因此，在實際的防雷減災實踐中，更多地是針對可能發生的感應雷和雷電波實施相應的措施和技術應用。

3.1 構建全方位防護措施，防止雷電侵襲

考慮到感應雷、雷電波是通過侵入設備和系統而引發破壞的情況，廣播電視高山臺站建設應當重點從技術方面做好電源線路和信號電纜的防護工作，構建包括接地、分流、屏蔽、等電位連接在內的一系列技術防護措施，防止雷電波侵入系統和設備[7]。

首先，注意室外信號電纜的防護。為防止高山臺站使用的同軸電纜傳輸方式可能因為傳輸路徑與雷電流引下線方向一致而出現過電壓經同軸電路傳輸至機房設備的情況，在臺站建設過程中，要對同軸電纜進行相應的防雷技術處理，即將同軸電纜的外皮接到發射塔的上部和天線離塔下部處，以減少雷電波通過電纜侵入機房設備和線路的情況。對于同軸電纜需要一端接地和雙層屏蔽層時，要在電纜最外層的屏蔽層兩端進行接地處理，并在未接地側對芯線加裝信號浪涌保護器（Surge Protection Device，SPD）。

其次，重視電源線路的防護。以往的高山臺站電源線路多是通過從山底以架空的方式引入，這種長距離、露天架設電源線路的方式增加了線路遭受直擊雷和感應雷侵襲的概率。為減少雷擊情況的發生，在實際的電源線路布設過程中，應對入戶附近的幾根電線桿進行接地處理，處理方法為安裝簡易型羊角避雷裝置后進行接地處理，并對線路的配套金屬器件進行同步接地處理[8]。同時，為保證電源線路運行的安全性，要在機房內部配電室的變壓器前端加裝相應的高壓電涌保護器，以達到保護變壓器和泄放雷電流的目的。

最后，合理安裝SPD，加強監控信號線路防護。監控系統是無人值守高山臺站運行狀態動態監控的關鍵。在監控信號傳輸線路的防護方面，可以在監控線路電纜的電源連接處安裝三級電源SPD 或者防雷插座，提高防雷的性能[9]。同時，應根據臺站的情況，在視頻信號轉換處加裝SPD，以保證信號傳輸線路的安全性和穩定性。對于延伸到室外的電纜，要通過穿屏蔽管并進行接地處理的方式，或者加裝網絡電涌保護器的方式來保證室外電纜的安全性。

3.2 設置防雷接地網

雷電流分流是通過將雷擊產生的雷電流引入遠離設備、人員和各類接地線與線纜的地方，避免雷電反擊現象的產生。結合雷電流產生的原理，可以在高山臺站周邊加設相應的防雷接地網，來實現雷電流分流的目的。

3.2.1 設置發射塔防雷接地網

通常情況下，高山臺站周邊海拔最高的應當是發射塔，并且發射塔在地面部分通常是孤立的，這就使得發射塔實際上承擔了整個高山臺站的避雷塔。故而，發射塔的防雷避雷設置成為防范直擊雷等雷擊災害的重點所在。在發射塔防雷接地網的設置方面，應根據發射塔與機房的距離進行科學確定。當發射塔與機房的距離在5 m 以上時，可以設置單獨的鐵塔防雷接地網對鐵塔的雷電流進行分流，降低或者消除天饋線屏蔽層的分流電流，避免將雷電流直接引入機房；當發射塔與機房的距離在5 m 及以下時，除了設置防雷接地網以外，還要適當地增加接地井，對雷電流進行隔離，減弱或消除雷電流進入機房的情況[10]。

3.2.2 共用接地網時不共接地引入線

不共接地引入線的措施是在遵循等電位接地原則的基礎上，對環境受限的臺站進行防雷的重要技術手段。當由于臺站周圍可用土地面積有限，不能分別配套建設機房地網、鐵塔地網、變壓器及配電房接地網時，應在臺站的周邊建設邊界閉合的均壓網格地網，并分別設置地網接入線。這種共用接地網但不共接地引入線的方式，可以較好地避免臺站遭受雷擊二次反擊的現象。同時需要注意的是，臺站的各類接地干線在地網上的接入點的距離應當保持在5 m 以上，以保證避雷分流的效果。

3.3 兼用屏蔽接地措施

當出現雷電閃擊時，很有可能引起空間的高頻電場，即雷電電磁脈沖，這就需要通過屏蔽和接地措施來加以防范。

3.3.1 做好穿管屏蔽措施

考慮到直擊雷等發生時會產生強大的雷電流，且雷電波是在基本沒有衰減的情況下直接侵入低壓線路，很容易引起雷擊點附近產生很強的瞬變電磁場，進而破壞臺站的線路穩定和安全，因此，要對臺站的各類線路進行穿管屏蔽，以防護瞬變電磁場產生的過電壓、過電流。同時，要對暴露在地面的接地線進行相應的埋地敷設，以提高防護的能力和效果。

3.3.2 注意基本的接地防護

接地是避免或者減少雷擊損害的有效措施。考慮到臺站相關設備、系統、建筑物等物體狀況的差異，應當根據物體的不同分別實施相應的接地處理。除了做好臺站帶電物體的接地處理外，還要對臺站戶外和外墻周邊不帶電的金屬外殼、窗戶、電纜橋架、樓梯、不銹鋼護欄、金屬管等進行接地。同時，還要對衛星接收高頻頭采取套屏蔽筒接地措施，對射頻線路采取套屏蔽波紋管接地措施，以保證臺站的接地防護效果。

4 結語

雖然近年來高山臺站的選址和建設均充分考慮了雷擊現象發生的概率和危害性，并將防雷減災作為高山臺站建設和運營維護的重點，但由于我國高山臺站數量偏多，位置差異明顯，在防雷減災方面的水平和能力也參差不齊。針對高山臺站可能發生的雷擊現象，除了把握不同類型雷擊可能造成的危害以外，還要通過構建全方位防護措施、設置防雷接地網、兼用屏蔽接地措施等來提高臺站防雷減災的能力，確保臺站的安全性和穩定性。