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浅析发射台防雷技术

 论文栏目:广播电视论文     更新时间:2013-11-19 14:54:35   

1广播电视发射台防雷措施

1.1直击雷防护

对于直击雷的防护措施主要是通过架设避雷针。当然,由于雷电的放电通道在很多偶然性因素的影响下会发生变化,避雷针并不能保证发射塔100%的不受直击雷袭击,因此切合实际情况对保护范围按照绕击率为1%而定。我们可以对避雷针保护范围和高度进行计算(图1)。其中,p为高度影响系数。hx(m)为被保护的物体的高度;h(m)为避雷针顶端到地面的高度。当h≤30m时,p=1,当30m<h≤120m时,p=h5.5当雷云放电接近地面时致使周围空间电场局部集中,影响到雷电先导放电的行进方向,引导雷电向避雷针产生放电,避雷针通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地。其工作原理就是通过将雷引导到自己身上,然后使之泄入大地。因此,避雷针并非适用于所有场合的防雷。避雷针用于线路的防雷,为了保证线路能够承受雷电产生的雷电过电压,要求线路有较高的整体耐雷水平。为了将强大的雷电流泄入大地,还要求避雷针和线路杆塔具有良好的接地。否则将会使避雷针或杆塔的电位升高,对绝缘子和线路造成反击。所以一般情况下,避雷针主要用于变电站和建筑物的防雷。如果用于输电线路则要求其具有较高的绝缘和耐雷水平。基于以上的分析,对于整体耐雷水平较低接地标准也比较低的配电线路不建议使用避雷针。在安排避雷针的时候需要注意的是,由于大风天气会对避雷针造成一定的影响。因此,设计安装避雷针要力求稳固,防止避雷针在大风天气的影响下扭曲、折断、脱落。

1.2感应雷防护

感应雷造成的损失达雷害事故总损失的80%以上。感应雷发生的几率大于直击雷,但是其带来的直接危害要小一些。感应雷过电压主要由静电感应和电磁感应两种。其幅值的大小跟雷云对地放电时的电流大小、雷击点周围的环境、线路长度、设备接地装置的电阻、雷击点与线路间的相对位置有关。为了减少感应雷带来的危害,一般可以采取以下的击中措施。第一,屏蔽保护。按照相关的建筑要求,通信机房控制室的建筑钢筋,金属底板构架等要通过焊接,形成等电位法拉第笼。如有需要,机房四周应配置金属屏蔽网。无论是室外还是室内的信号线都必须屏蔽。电缆也都要改为屏蔽电缆或者穿钢管处理。天线电缆在发射塔顶,进入过线桥及机房或控制室内进行三点共地。第二,等电位连接。等电位连接是指把防雷装置,电气装置,导体、电信装置、建筑物的金属构架、金属装置等采用连接导线或过电压保护器连接起来,以达到均压的目的。等电位连接可以有效的防止雷电对电子设备造成反击,消除了强电位差,对雷电流进行有效的分流,是比较常见的并实用的防雷措施。如果发射台控制室面积较小、站内设备比较少,在这种情况下,可以采用S型等电位连接。保证发射台站内设备及所有金属装置保持与共用接地系统的各装置有足够的绝缘。等电位连接通过接地基准点连接到接地环母。并通过电涌保护器的安装来限制过电压。第三,浪涌保护器。安装浪涌保护器是为了达到均衡导线和接地系统间的电位,与等电位连接目的基本上是相同的。正常时浪涌保护器呈现出高阻的状态,如果遭遇雷击出现过电压时,浪涌保护器呈现出低阻状态,将过电压能量写入大地,过电压一旦消失,浪涌保护器就会恢复常态成为高阻状态。比较常见的就是电子信息系统浪涌保护器和供电系统浪涌保护器两种。电子信息系统浪涌保护器作用是为了防止感应雷通过信号输入、输出线路进入设备;供电系统浪涌保护器的作用是为了防止感应雷通过电源系统进入低压电气设备。

1.3接地措施

由设计或施工不当造成接地电阻超标,影响到地网的均压效果和雷电流的散流,最终影响弱电系统的电子元件,损坏这些设备,影响电视发射站的正常运行。广播电视发射台的接地需要设置接地装置,设置有利于雷电流散流的周边放射形水平接地极,每隔3~5m设置环形水平均压带,同时水平接地板的长度不宜超过100m,通过设置可以让雷电流从接地装置均匀散流。采用截面不小于40mm2的铜排或铜缆在对信号、控制、保护等电缆经过的地方进行等电位连接,防止地网产生地电位差对电气和电子设备造成地电位干扰,另外,铜排或铜缆要每隔3m与接地网可靠连接。在机房内部设置接地环母,并采用多点引下(出)的方式与外水平接地带连接。槽钢应至少有两点与接地环母相连,相关设备应安装在接地的槽钢上。水平接地极的埋深应大于0.6m,回填土要用粘土或细土回填并分层夯实,可适当的使用降阻防腐材料进行保水。

1.4其他的避雷措施

部分广播电视高山发射台电源系统的变压器尽在高压侧安装由避雷器,变压器低压侧未装避雷器保护,这样对于变压器的防雷是不科学的,也是不可取的。当低压侧有雷电波入侵时,由于低压侧绝缘裕度比高压侧大,雷电波并没有损坏低压侧绝缘,而是通过绕组间的电磁耦合,在高压侧绕组上出现一个过电压造成变压器高压侧的绝缘损坏。针对这一情况,应该在变压器的低压侧安装避雷器。变压器低压侧三根相线宜加装氧化锌电涌保护器;变压器高压侧的三根相线应加阀型电涌保护器。高压侧的三个电涌保护器应尽量靠近变压器,接地端直接与变压器的金属外壳相连,同时最好能与机房和铁塔的接地网等电位连接。另外,还要整理、规范发射站内的线路的布置。杂乱的接线情况,没采取正规的接线方式容易造成错误接线,给发射台正常运行管理工作带来困难。同时也给发射台内线路的屏蔽,设备的接地带来了很大的困难。因此,必须要对发射台内各种线路的接线,走线位置方式等进行整理。对各种线路的接线、走线进行合理规范的设计,尽量避免线路交错的情况,对低压设备的接线进行整理,使其整洁,采用标准的配电装置对发射站内各设备供电。采用联合地网防护措施。如果铁塔与建筑物距离较近,最好将铁塔与建筑物的接地线连接起来组成联合地网以防止雷击所造成的破坏。如果建筑物属于框架结构,那么我们可以将基础钢筋作为环形接地网加以利用。需要注意的是联合地网接地电阻要求小于4Ω。

2广播电视发射台防雷设备

普通10kV变压器的耐雷水平较低,是为了满足大多数场所的实际需要而设计的。其全波冲击耐压只有75kV,对于高海波雷害事故频繁强烈的特殊场所不适合。普通变压器不能限制正、逆变换产生的过电压,不能采用四点接地的方式。为了更好的进行防雷,可以采用双曲折特种防雷变压器。此种变压器相对于普通的变压器来说在防雷上具有一定的优势。首先,曲折接线变压器为了消除各相位间的电压和电流的不平衡性,利用了绕组的相互交叉连接,通过相互补偿铁芯的磁通量的方式,抑制各相感应电动势的不平衡,以达到三相感应电动势平衡的目的。其次,采用双曲折特种防雷变压器可以抑制变压器正、逆变化过电压的传递,避免高压侧绕组绝缘被击穿。采用曲折连接方式,限制中性点的过电压,可以从一定程度上有效保护中性点。第三,采用双曲折特种防雷变压器抑制过电压通过电容耦合作用在高低压侧的传递。当雷击变压器进线端线路时,雷电流在变压器的绕组上激发产生零序磁通就会相互抵消,只能通过电容耦合的作用传递到副边。双曲折特种防雷变压器通过减小变压器一二次绕组间电容,加大其容抗的方法,可使一、二次绕组之间的容抗远大于一、二次绕组对地之间的容抗。一、二次绕组在此过程中只分担了很小部分的雷电过电压。采用双曲折特种防雷变压器后雷电过电压传递到变压器副边的值降低大约70%。第四,双曲折特种防雷变压器采用“四点共地”的防雷接地方式。采取这种接地保护方式,可以有效的保护变压器的主绝缘以及中性点,变压器主绝缘只承受避雷器的残压(图2)。

3结语

广播电视发射台可能各不相同,但防雷思想是一致的,都是基于等电位之上的。目前采用最多的方法就是分流、屏蔽、接地等,但并不就是说采用了上述方法就可以万无一失。要实现有效的防雷,就必须要结合发射台的实际情况进行设计,不断的完善防雷措施。当然,广播电视发射台的防雷还需要科技进步的支持,需要相关人员不断的努力研究。

作者:张俊刚 单位:宁夏广电总台六盘山转播台

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