傅高强

（浙江省磐安县融媒体中心，浙江金华 322300）

0.引言

磐安县广播电视发射台（白云山发射点）位于新渥街道白云山巅上，经纬度（120.45962，28.980919），海拔为950m，发射铁塔高度为35m。白云山发射点承担着发射中央电视中一、中七等12套数字电视节目、浙江卫视、金华综合频道、磐安综合频道、文化生活频道的无线数字电视节目，浙江之声、浙江交通之声、磐安FM98等3套调频广播节目的发射任务，信号可有效覆盖新老城区及周边地区。

因此，有效保证磐安县白云山广播电视发射台的雷电浪涌防护能力，减少雷电活动对发射台广播、电视节目的播出和接收的危害是广电发射台站安全管理工作的重要职责。本文从磐安县白云山广播电视发射台遭受雷击原因分析，在传统防雷措施的基础上，采用大保护角直击雷保护装置和云平台智能监测防雷技术，通过智能的监测设备、防雷设备和监测控制云平台实现广电发射台智能化的雷电防护和监测技术，保证发射台防雷技术和措施的智能化和可靠性，提高广电发射台的防雷技术和管理水平的一些实践[1]。

1.雷电对广播电视发射台的危害

雷电危害一般大致可分为直击雷危害和感应雷危害，其中直击雷危害极大，广播电视发射设备如果遭受到直击雷大概率都会造成报废。雷电活动危害发射台的形式大致会有以下3种：

1.1 直击雷危害

直击雷是指带有正电荷或负电荷的云层对地面目标之间的迅猛放电，其放电电压最高达几百千伏以上，峰值电流则达200kA以上，放电时产生的电场效应、电磁效应和机械力都具有很强的破坏性。对于发射台来说，主要危害所在地的建筑物、发射铁塔及塔上的发射天线和机房内弱电、控制设备。当这些物体遭受到直击雷后，强大的直击雷电流沿着接闪物体、接地引下线、接地装置入地。由于存在接地电阻，雷电流入地后会瞬间抬高地电位，这个抬高的地电位对设备等放电反击，造成设备损坏或人员伤亡[2]。

1.2 感应雷危害

感应雷是雷云对地放电时，在雷击点周边的金属物导体上就会存在电场感应和电磁感应，这2种感应现象会使金属物体之间产生放电现象，感应雷可能由雷云对地闪击产生，也可能由雷云间的放电产生。

在感应雷对地闪击时，当距离雷击点比较近时，在周边产生的感应电压较大，其作用的半径也较大，一般空旷地带1km范围内的电子电气设备均容易受到感应雷的破坏。感应雷产生的浪涌电流如不能瞬时对地释放，就会形成过电压或放电火花，危害电气设备或干扰、破坏机房内的发射设备，甚至引起火灾。

1.3 雷电波侵入

当输电线路、光缆等入户线路在进入建筑物前的架空线路或金属管道遭受到直击雷击或产生感应浪涌电流时，直击雷或感应雷的高电位会以波的传导方式沿着这些线路或管道进入建筑物内，造成机房设备损害或对机房内的金属物体放电，还有可能危及人的生命安全。

2.广播电视发射台传统防雷措施

根据综合防雷技术理论，传统雷电防护措施分为建筑物外部防雷和建筑物内部防雷，建筑物外部防雷一般为直击雷防护，建筑物内部防雷一般为感应雷防护。

2.1 防直击雷措施

防直击雷措施主要是引导雷云对接闪装置放电，使雷击电流瞬间泄放入地，从而保护发射塔或建筑物免受雷击。防直接雷击的防雷装置和措施有装设避雷针、避雷带、避雷线及引下线和接地系统等。防雷装置的设置位置和接地系统的冲击接地电阻值应符合设计和相关标准要求。

2.2 防感应雷措施

感应雷破坏的本质是感应过电压，感应过电压有多种耦合途径，常见的防范措施有以下几种。

2.2.1 防电磁感应、静电感应措施

（1）等电位连接和接地：等电位连接的结构形式采用S型、M型或它们的组合与接地装置构成接地系统。

（2）合理布线：可以远离干扰源、减小环路面积和避免平行布线。

（3）采用双绞线：双绞线可以有效降低电感耦合影响，双绞线绞距所形成环路的磁通方向与相邻的环路磁通方向相反，磁通量互相抵消。

（4）采用屏蔽线：采用屏蔽线后，感应的静电荷都处在屏蔽层，将屏蔽层接地后，其电位相当于零，不会对屏蔽层内的线路造成干扰。

（5）合理安装SPD：选择SPD时应根据其耐冲击电压值、最大持续工作电压、冲击电流、标称放电电流、特性阻抗等参数进行合理选用安装。

2.2.2 防地电位反击措施

（1）等电位连接：将各独立接地的发射塔或建筑物进行等电位连接，减小各发射塔或建筑物之间的地电位差。

（2）安装等电位连接器：如在发射塔或建筑物之间进行等电位连接有影响时，可安装等电位连接器。当各独立地之间某处发生地电位抬升时，通过等电位连接器瞬间将各接地装置进行等电位，减小地电位差。

2.3 防雷电波侵入措施

雷电波的侵入形式主要是通过各种线路或管道进入建筑物，根据标准规范、防雷等级要求，合理选择适用的SPD。

对电源线路，在各防雷区界面处，如总配电柜、分配电柜和设备终端安装电源SPD。当电源线路有屏蔽层时，将屏蔽层进行两端接地。

对信号线路，在入户端或设备终端安装对应的信号SPD。当信号线路有屏蔽层时，将屏蔽层进行单端接地。

上述电源或信号线路为架空线进出建筑物时，根据规范要求进行穿金属管埋地引入和接地处理。对进出建筑物的管道，将管道进出端与邻近的接地装置进行等电位连接。

3.大保护角直击雷保护装置防护技术

传统避雷针是在其避雷针上感应的电荷反放电（向上先导放电)与雷云产生的梯式（级）向下先导接通，形成一个充满负电荷（对地负闪）为主的通道，称为电离通道或闪电通道，通过避雷针将电荷引入大地。

3.1 大保护角直击雷保护装置的主要创新

大保护角直击雷保护装置金属电极积累的电荷反放电后，高压大电流开关以纳秒级的速度关断大保护角直击雷保护装置的接地通道，金属电极放出的电荷将“有去无回”，在空中破坏了下行先导产生闪电的条件。大保护角直击雷保护装置中和雷电的创新原理就是不让雷电落下来，而传统避雷针则是尽快地将雷电引入大地。

大保护角直击雷保护装置突破了传统避雷针接闪引雷入地的的理念，解决了雷电放电通道的阻断问题，有效的避免和降低了被保护区域内直击雷导致的雷电灾害。

大保护角直击雷保护装置的创新原理为：在具有强电场带电雷云的作用下，装置顶部的金属电极开始积累电荷，当该电极的电荷值对地的电位差达到装置内大电流高压开关设定的开关电压值时，大电流高压开关接通，通过接地引下线从地面向上面的金属电极加载电荷。当带电雷云对大保护角保护装置的电场强度达到使金属电极上累积的电荷出现反放电时（向上先导放电的瞬间），金属电极积累的电荷对地电位差消失，大电流高压开关断开。向上先导放电与带电雷云的向下先导的瞬间中和（微秒级），破坏了出现闪电的条件，使在保护范围内没有雷击发生。

大保护角直击雷保护装置通过破坏向下先导产生闪电的条件后，金属电极又恢复到初始时的状态，等待对雷电向下先导的下一次发生并中和。在中和过程中自动有效地减少了雷击的危害。

3.2 大保护角保护装置与传统避雷针应用比较效果

将大保护角直击雷保护装置、提前放电避雷针、普通避雷针放在同样高度，可以得到如下比较结论：

（1）提前放电避雷针和传统避雷针都是接闪针，只是提前放电避雷针增加了高度，保护角是一样的，但加大了保护半径。

（2）天幕型直击雷保护装置中和上方的雷电下行先导，由于下行先导不是密集存在，因此有很大的保护角（70°），其保护半径也很大，达到48m。

（3）最重要的是天幕型不接闪，没有大的雷电流入地的过程，直击雷可大大减少，也就大大减少了感应雷击的产生。

4.云平台智能监测防雷技术

云平台智能监测防雷系统主要由罗氏线圈和雷电流智能监测器组成，智能监测器将罗氏线圈采集到的雷击浪涌信息通过串口服务器上传至云平台智能管理系统。

雷电流智能监测器能准确监测到：雷击浪涌强度大小、能量大小、雷击发生次数、雷击发生时间。当接闪器或线路管道发生雷击浪涌入侵时，通过罗氏线圈采集发生的雷击浪涌数据，并通过网络上传到云平台智能监测管理系统，实现对监测到的浪涌数据进行远程管理[3]。

5.大保护角直击雷保护装置和云平台智能监测防雷技术实施方案

本实施方案结合磐安县白云山广播电视发射台易遭受雷击的原因分析，在传统防雷措施的基础上，采用云平台智能监测防雷系统技术，通过智能监测设备、防雷设备和监测控制云平台，实现广电发射台智能化的雷电防护和监测技术，保证发射台防雷技术措施的智能化和可靠性，提高广电发射台的防雷技术和管理水平的一些实践。

发射台传统防雷应用技术在防雷设计施工时都会有涉及到，此实践方案中不再重复描述。本实践主要实施采用大保护角直击雷保护装置用以防护直击雷和减少感应雷；采用云平台智能监测防雷系统技术实施发射台智能直击雷监测、智能感应雷监测和智能接地电阻监测。

5.1 大保护角直击雷保护装置直击雷防护实施方案

大保护角直击雷保护装置比传统避雷针拥有较好的优势，且发射塔距离机房较远，传统避雷针的保护范围不足以有效保护机房建筑物。因此，此方案中在发射塔最高点由装设传统避雷针改为装设大保护角直击雷保护装置，该装置可将塔上发射天线和机房建筑物置于直击雷保护范围内，而且在该装置应用时，不但在保护范围内将雷电对地面的闪击大幅度减少，还大幅减少了传统避雷针接闪（引雷入地）时所产生的大量感应雷击，从而大大减少了从电源线、信号线、天馈线上产生的感应雷击。现场安装施工如图1所示。

图1 发射塔顶大保护角直击雷保护装置

5.2 直击雷智能监测实施方案

发射台中最高位置的发射塔非常容易接闪，本方案在发射塔塔座地表内埋入罗氏线圈作为浪涌电流传感装置，传感装置可采集雷击能量和强度大小、雷击发生次数、雷击发生时间等浪涌数据。当发射塔接闪时，由传感装置采集发生的雷击浪涌数据，并通过网络上传到云平台智能监测防雷管理系统，实现对监测到的浪涌数据进行远程管理。

5.3 感应雷智能监测实施方案

根据相关雷击案例统计分析显示，在雷击事故中，从电源线路侵入感应雷浪涌过电压损坏设备占有较大比例。所以电源线路的感应雷防护是所有设备防护的根本和基本条件，没有电源线路感应雷的防护，其他的措施都是舍本逐末。为此，本方案在建筑物机房内总配电柜中装设带有防雷和监测功能的智能防雷一体箱，该智能防雷一体箱集雷电防护和在线监测为一体，通过连接罗氏线圈后可实时监测电源线路上感应雷浪涌的峰值强度、发生时间、发生次数和自身劣化状态，并通过网络上传到云平台智能监测防雷管理系统，实现对监测到的浪涌数据进行远程管理[4]。

6.结语

本文通过对云平台智能监测防雷技术应用实践的探讨，提出广电发射台防雷技术系统进行升级改造的实践思路，在传统雷电防护措施的基础上，对大保护角直击雷保护装置和云平台智能监测防雷技术进行简明扼要的设计说明，从直击雷防护和减少感应雷、直击雷监测和感应雷监测到接地电阻监测，进行了智能监测防雷系统工程设计。通过对防雷项目的建设实践，形成了统一的智能监测防雷管理系统平台，实现了防护直击雷、减少感应雷、监测直击雷、监测感应雷、监测接地电阻等实时智能监测和雷电防护功能。