广播电视台站防雷的措施探究

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  雷电是自然界中一种物理现象,雷电的产生、释放条件很复杂,电荷存储能量之大,放电的破坏性不言而喻,但放电以尖端放电为最常见。一年当中春、夏、秋季都时有雷电现象发生。雷击瞬间给大自然万物极强的破坏力。雷电形成多伴有大雨、冰雹、大风同时出现。因此对雷电防范是必须高度重视的大问题。
  广播电视设备防雷是很重要的一项基础性工作,加强防雷措施和必要的检测是每年必须做的一项重要工作。怎样解决广播电视系统设备、器件、网络的有效防雷电问题,长期以来一直是各地广播电视发射台、有线电视网络、计算机网络及广播电视供电系统头疼的难题;怎样有效进行雷电防护?我们不妨先对雷电防护知识作一些了解,以便采取积极有效的防护设施。
  闪电是雷电在大气中的放电现象,放电瞬间形成一个强磁暴,雷击主要有二种:(1)直击雷;(2)感应雷;而危害最大的感应雷,占雷击率的90%,危害范围广,难以有效进行防护,广播电视系统中的电子设备雷击故障,主要是感应雷所造成的设备损坏的。我们重点是对“感应雷击”的防护。
  随着现代科技的迅速发展,广播电视传输、发射塔,电子设备和通信设备日益增多,音视频信号传输暴露在室外的线路越来越长,感雷的概率大大增多,再加上现代电子设备中集成电路的工作电压越来越低,CMOS管等器件应用的越来越多。印刷电路板的线间距离越来越小,使得设备抗雷击能力越来越弱。
  目前世界上还没有对直击雷进行十分有效防护的产品;在广播电视塔、广播电视播出系统和网络中,常用避雷针、SLE半导体少长针消雷装置、避雷器、避雷线和避雷网来防护、低压端的浪涌吸收设备等进行预防。
  避雷设备关键是处理好接地问题。接地看上去很简单,但是处理不好会造成不可挽回的损失。广播电视设备绝大多数是弱电设备,理论上接地、防雷、零线、地线这样的事情已经由供电部门、建住设计部门解决了。往往错误的认为我们不需要理会,而实际上我们却经常遭受感应雷电的袭扰。给广播电视播出带来很大麻烦。特别是高山台(站)由于地势问题,防雷更是不可逃避的大问题。
  设备防雷的主要方法是切断雷电损害的途径。德国的防雷专家西曼斯提出了现代防雷保护的三道防线:(1)外部保护,将绝大部分雷电流直接引入大地泄放;(2)内部保护,阻塞沿电源线或数据线、信号线的雷电波危害设备;(3)过电压保护,限制被保护设备上的雷电过电压幅值”。只有三道防线相互配合,综合应用才能有效防雷。
  要避免感应雷造成危害,可采取如下措施:
  (1)电源防雷。通常采取三级防护,第一级保护将避雷器安装在变电所高压进户线上,或安装在高压柜电源总进户柜内。主要用于保护整栋建筑物或主要用电设备;第二级保护主要安装在设备配电柜内;第三级保护主要安装在各个低压用电设备的电源端,用于保护最终的用电设备。
  (2)信号系统防雷。与电源防雷一样,信号系统的防雷主要采用信号避雷器。
  (3)等电位连接。一个完整的防雷系统中必须实施等电位连接,目的是减小防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差,防止雷电反击。电源线和信号线都要经过压保护器或接地模块进行等电位连接。设备的金属外壳、电源线和信号线的屏蔽体、建筑物的金属构件、金属管线与接地系统进行等电位可靠连接,防止这些物件上感应雷电高电压或接地装置上雷电入地高电位的传递对设备绝缘、电缆芯线造成反击。等电位连接为雷电流提供低阻抗通道,使雷电流迅速地泄流入地。
  (4)金属屏蔽和多点接地。除以上措施外,还应采用有效的屏蔽、多点接地等办法,避免架空线路直接进入建筑物内配电系统和信号系统;尽可能采用埋地电缆引入方式,并采用金属管屏蔽,屏蔽金属管进入建筑物或机房前多点接地管接头要焊接牢固(焊接跳线),最大限度地衰减有可能感应到线缆上的雷电压。这样就大大减小了通过线缆感应雷电损坏设备的可能性。
  接地的功能和要求
  理论上我们将大地当作一个等势体,作为零电位,我们出于接地功能考虑和避雷防护功能的考虑,要将一些设备的某些部分与大地连接起来,这就是保护接地。一般来说,接地按作用一般分为功能性接地和保护性接地。供电系统接地电阻要求不得大于4Ω。
  (1)接地方式。为了保证电气系统及电气设备的正常运行,实现其可靠性及固有性能的接地,分为以下几种:
  a.工作接地。根据系统运行的需要进行的接地,例如中性点接地,这个接地系统通常有电流通过。三相四线制的零线在供电变压器端是接在这个接地点上的,保护接零也属于这种接地。
  b.逻辑接地。造成一个等电位点或等电位面作为电子电路的公共电位参考点,仅是逻辑上的接地,不一定是大地零电位。
  c.屏蔽接地:为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感,必须进行必要的隔离和屏蔽,这些隔离和屏蔽的金属必须接地。
  (2)接地部分:广电系统的信号发射部分、传输部分的各节点以及各种装置都需要一个合格的接地装置,常规的接地方法是在建筑或构筑物下方或周围地下埋设由水平及垂直接地体组成的接地装置,接地体一般采用镀锌钢材。在施工及使用中不可避免地要面临施工难度大、工程量大、接地效果不理想及接地装置使用寿命短、维护费用高的问题。现在已有“离子长效接地单元”、接地模块、降阻剂、研发成功,经众多用户长期使用,证明可对上述问题有效解决。它采用导电性高、耐腐蚀的铜合金为材料,配以技术先进的填充材料,垂直敷设于土壤中,改善土壤导电性能、保持水分,使接地电阻值明显降低并长期保持稳定。
  在对高山台站防雷问题的调研中发现,高上台每年感雷是平地台站的3-5倍。而高山台站高压进户线因资金问题,多半是架空裸线,由山下架杆沿山坡蔓延引入山上进户,因此感雷的机率很大。好些高山台站,打雷就必须关机停播。
  有的台站为防雷更新了老式隔离刀开关,换用新型空气开关,往往忽略了开关触头间距问题。原有低压线路采用了老式隔离刀开关,隔离开关分开时触头有很大的分合间距。雷电来临时,手动把隔离刀开关分开。而雷电过后再手动把隔离开关合上,正常开机播出。
  然而更换了空气断路器后,遇到雷雨,空开被雷电击碎,险些伤人。经分析主要原因:是空气开关分断后,动静触头间距太小,大的感应雷瞬间放电,分开的空气开关,动静触头正好适应了雷电放电距离雷电击坏了开关的同时也损坏了广播电视设备。因此广播电视高山台站的防雷工作必须给予高度重视并从多方面采取技术措施解决。
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