北高峰发射台新防雷系统改造

北高峰发射台新防雷系统改造

杜崇建;温岱岩

【摘要】介绍了北高峰发射台原有防雷系统,分析了北高峰发射台防雷系统改造内容和防雷措施,阐述了新防雷系统改造.提出新防雷系统改造后,极大提高北高峰发射台安全播出的可靠性,确保电视发射系统在雷雨季节不断电情况下的安全运行.【期刊名称】《现代建筑电气》

【年(卷),期】2017(008)009

【总页数】3页(P44-46)

【关键词】发射台;防雷系统改造;感应型消雷针;防雷措施

【作者】杜崇建;温岱岩

【作者单位】浙江广播电视传输发射中心,浙江杭州310005;浙江广播电视传输发射中心,浙江杭州310005

【正文语种】中文

【中图分类】TU856

北高峰发射台是浙江省属最大的高山发射台,承担着中央级、省级广播电视和地面高、标清、CMMB等数字节目的无线发射任务,海拔高度为313 m,极易遭受雷电侵害。

该发射台五座铁塔(塔身)及台内地排(网)每年春季均进行接地电阻测试,数据表明即使最干旱的年份接地电阻也不超过0.4 Ω,但雷电入地后不能快速泄放,特别是当出现大量雷电荷集中泄放时,造成山顶地表电位高,极易损坏发射台设备。因此,现有防

雷系统已无法保证发射台安全播出,须对现有防雷系统进行改造。

近年来,随着自然气候异常加剧,雷电天气逐步增多,雷灾频繁加剧,给北高峰发射台安全播出造成重大影响。随着经济的快速发展,北高峰发射台承载的任务越来越繁重,铁塔和播出设备的配置不断增多,特别是随着台内技改的深入,播控系统中引进了大量“高、新、精”设备,且这些播控管理设备均为抗雷击能力弱的低电压芯片类设备,一旦遭受雷击损坏,将带来巨大的损失。另外,雷灾在北高峰有愈演愈烈的趋势,2005～2008年仅出现过一次因雷击造成的设备损坏事件,而2009年安装传统防雷系统后每年增加至二、三起,且破坏程度和范围在不断加剧。

雷电灾害没有规律和不确定性,所以难以预防,且造成损害时往往故障现象复杂,不易处理。北高峰发射台一年里很少发生的几次停播事故中,因雷电灾害造成的停播次数占总停播次数的50%,按照停播时间来算,雷电灾害造成的停播时间占全年总停播时间的比例超过85%。

北高峰发射台现有的防雷系统已不能满足现阶段发展的需要,亟需对北高峰发射台实施防雷系统改造。

GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》[1]第4.2.1 8条规定:第一类防雷建筑物,每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10 Ω。北高峰发射台的接地电阻<0.4 Ω,雷击时入地电压仍升得很高。因此,只降低防雷接地电阻是无效的。降低防雷引下线的入地点电位,以免产生反击而损坏与地相连的设备,是防雷的关键。

北高峰发射台典型防雷系统设置示意如图1所示。在铁塔1安装有早期的多针分流半导体消雷针,在铁塔2、铁塔3、铁塔4上采用传统的富兰克林针尖击闪型避雷针。多针半导体消雷装置安装于20世纪70年代末期,年久失修,多年来的雷击和自然侵蚀,已致其残缺不全。富兰克林避雷针的原理是:一根金属棒用接地引下线接入地网,雷云电荷通过击闪通道泄放到大地,从而避免其他物体不被雷击。事实证明,在雷电发生击闪的瞬间,击闪不可能把雷云电荷全部泄放到大地。因此,击闪不是直接

雷击保护技术的必要条件和有效方法。富兰克林避雷针的击闪对复杂的电子信息系统和人员安全的保护是弊大于利。

北高峰发射台由于引雷和地电位升高缺陷,造成许多设备故障,给安全播出带来很大

隐患。近3年来北高峰发射台共发生有损失的大雷击6次,小雷击无数次,造成通信线路、办公电脑、数据交换机、服务器板卡、高频头、卫星接收机和激励器等设备损坏,其中最严重的是发生在2011年8月的一起雷击,造成西水和老东岳两路光缆

钢芯烧熔而引起光纤熔断,导致停播事故[2]。

感应型消雷针具有保护可靠性高、安装方便、无须地线维护等特点,是一种新技术

雷电保护产品,已应用在多个高山电视发射台、广播中波发射台、通信移动基站、

石油化工等行业,用于直接雷击保护。

感应型消雷针主要原理是:在保护范围内的雷云电场作用于消雷针的接闪体,使接闪

体表面产生感应势能,该感应势能表示消雷针把保护空间电场能转化为消雷针系统

电势能的能力,引雷能力越强,保护的有效空间范围越大,接闪体的指向能力越强,保护的可靠性越高。接闪体面积越大,雷云电场的转换能力越强,效果越好。

空间雷云电场电子在消雷系统中从消雷针接闪体输出的雷电作用电势能,以高电势、小电流的方式全部消耗在大地零电势点前,其中在消雷针的耗雷体上消耗绝大部分

的电势能,消雷针系统消耗的电势能越大,表示消耗的空间雷云电场的能力越强。耗

雷体的质量等级越高,消雷的效果越好。

为保证北高峰发射台安全播出,在2012年中旬实施防雷新技术改造工程,使用感应

型消雷针产品对4座发射塔进行直接雷击的保护措施,其中在75 m铁塔、45 m铁塔和32 m铁塔上安装2 000 kV主消雷针,在小铁塔上安装600 kV消雷针。感应型消雷针的主要参数:重量为15 kg,高度为1.2 m,抗风强度>35 m/s,2 000 kV时

消雷概率(效果)为95%以上。

感应型消雷针结构如图2所示。北高峰发射台安装实景如图3所示。

北高峰发射台防雷改造后,在2012年和2013年的二次重大雷击中主电路和信号设备都完好,但雷击损坏弱电子信息系统和弱电子系统的部分线路电源(+5 V,+12 V,24 V)(主要设备是监控探头和红外监测装置、HDMI信号延长器、打印机、电脑网卡、电话机)。

上述情况说明,北高峰发射台的防雷新技术改造后,已能够消除保护区域范围内正上方直接地闪雷击引起的故障,但雷电对铁塔的绕击和索道系统的侧闪引起的感应雷击仍未解决,导致发射台内部地电位的反击,引起弱电系统的损坏。

因此,发射台将信号监控系统中的HDMI-RJ45延长器改为HDMI-光纤延长器,将2台交换机级联的30 Mb网线更换为光纤。对北高峰的数字监控及红外对射的电源系统进行隔离保护,安装隔离型免接地电源雷击保护器(单相220 V,标称电流60 kA)。

新防雷系统改造后,极大提高北高峰发射台安全播出的可靠性,确保电视发射系统在雷雨季节不断电情况下的安全运行。经过实际检验,北高峰发射台在随后的多次雷电后主电路和信号设备都完好无损,达到改造的预期目标。

北高峰发射台新防雷系统改造工程取得良好的效果,为安全播出提供强大的保障。后期还将研究在地面安装消雷针,尝试用下导体(带有屏蔽层的引下线,目前工程上采用美国或澳大利亚进口的产品)将塔顶消雷针所引导的直击雷通过引线引入地下,以避免雷电经过塔身。因避雷针安装在铁塔上,铁塔会受到绕击,下导体可减少侧向跳火及大电流瞬间通过感应产生破坏的风险,同时下导体上还可装机械式雷电计数器,无须外接电源,并以电感式线圈感应电流完成计数工作。

【相关文献】

[1] 建筑物防雷设计规范:GB 50057—2010[S].

[2] 建筑物防雷工程施工与质量验收规范:GB 50604—2010[S].