高山臺站立體防雷探析
編輯:2021-11-15 10:38:54
四川廣播電視臺614 發射傳輸臺機房建在海拔3596米會理龍肘山頂孤峰之上,是四川省直屬微波臺海拔高的臺站,我們在這里工作了29年,所經歷的機房設備設施損壞,很多時候都是由雷擊引起的。有效防止雷擊對設備設施的損害成了我們工作的重中之重,也是確保安全傳輸、發射、播出任務優質圓滿完成的重要條件之一,有效防止雷電對設備設施的損害是我臺工程技術人員思考和研究的重要課題之一,立體防雷理念的提出是我們多年防雷經驗的總結。
高山臺站采用單支接閃器的防雷局限性
避雷針的作用實質上引雷作用,是將雷電引到自己身上來,避免了在它保護范圍內其他物體遭受雷擊。我們在考慮避雷時,一般都是首選避雷針,單支避雷針一般都是對保護物的一個方向進行有效避雷,就是從接閃器到地面以避雷針為軸的折線圓錐體形的有效保護范圍。而對于高山臺站來說,這一理論是有局限的。
在以前的教材和所學的知識中避雷針的工作原理是這樣的:當雷雨天氣時,高層建筑物的上空出現帶有電荷的云層的時候,高層建筑物頂部和避雷針都被感應上了大量的電荷,再由于避雷針頂端是尖銳的而且又高,此時避雷針頂端聚集的電荷就多,整個避雷針就被感應聚集上了大部分的電荷。形象的比喻,此時避雷針就與帶云層形成了一個電容器,而避雷針頂端又尖銳,也就是電容器兩極板正對面積非常小,電容肯定很小,能容納的電荷就少。而它又聚集了大部分電荷,因此當云層上帶有的電荷較多時,云層與避雷針之間的空氣就很容易被擊穿,而形成導體,形成通路。避雷針又是接地的,它就能把閃電電荷從保護的物體上方引向自己,并通過這一通道泄入大地,使其不對高層建筑物、設施、設備等構成危害,以保證它們安全。
以往,避雷桿上的接閃器一般采用針長1-2 米,直徑不小于20平方毫米的鍍鋅圓鋼或直徑不小于25平方毫米的鍍鋅鋼管制成;接地引下線一般采用直徑不小于16平方毫米的鍍鋅圓鋼或截面積不小于25平方毫米的鍍鋅鋼管;接地體埋入地下深度不應小于0.6 米,垂直接地體的長度不應小于2.5米,一般采用鍍鋅圓鋼或扁鋼,也可采用鍍鋅鋼絞線,其尺寸要求分別是:圓鋼直徑≥ 8平方毫米;扁鋼厚度≥ 4 平方毫米,截面積≥ 48 平方毫米,鋼絞線截面積≥25平方毫米。接地體的接地電阻(一般在4歐以下)必須達到要求。我們在維護中發現,有的避雷針已經不符合GB標準技術要求。
避雷針的保護范圍計算理論都是建立在避雷針及保護物都是在平面上的理想化狀態,即雷擊是從避雷針及保護物的上方發生的。高山臺站的雷電會從臺站的上、下、左、右、前、后六方而來。避雷就要考慮被保護物的上、下、左、右、前、后六方。
(1)1989 年,會理縣廣播局工程技術人員到龍肘山頂,踏勘選定縣廣播局電視轉播站地址,他們在返回縣城途中,沿山脊而下,在半山突遇強雷擊,有兩人,不幸身亡。證明,雷擊在半山也會發生。
(2)站在龍肘山頂,有時會看見山下雨打雷,大地顫抖,真正能感受到雷聲和閃電就在腳下。事實證明:雷電會發生在山下。
(3)龍肘山頂鐵塔高71米,按資料計算,它的防雷保護半徑應該是71 米×15=106.5 米。然而位于鐵塔南面60米的縣林業局護林防火瞭望站遭受雷擊,站內的照明線路全部被雷擊成小段小段的。證明,避雷針避雷理論在高山地區它的保護范圍沒那么大,它能防頂雷,但它防不了側雷、滾雷。
(4)614 臺的監控探頭,就在71 米高的鐵塔下40米的機房墻外,原來一陣雷后,肯定損壞。不是探頭就是串口。40米就在106.5米的保護范圍內呢,不一樣損壞。證明:避雷針避雷理論在高山地區需要擴展。后來在探頭外加裝了避雷針和避雷小塔,614臺的監控探頭才沒有因雷擊而損壞。
(5)614 臺機房的衛星接收天線上的高頻頭,原來也是每次一陣雷后,肯定全部損壞,必須全部更換,一年下來損失幾十個。衛星接收天線的位置也是建在71米高的鐵塔四周30-40米的地方。按避雷針避雷理論也是在保護范圍內,然而每次都是遭受無情的雷擊!嚴重時還會損壞后面連接的設備。后來,我們在衛星接收天線的四周都加裝了避雷針。并將避雷針連接,形成一個立體的四方體,并將衛星接收天線(被保護物)置于由避雷針連接而成的立體四方體之中?,F在好幾年過去了。我臺的高頻頭和設備沒有因雷擊而損壞過。
(6)在輸電線路的維護中,加裝避雷線也是直接有效的避雷措施之一,安裝避雷線開始就能夠對線路的電流電壓實施分流,即便是受到了電擊,也能夠有效減少流過桿塔的雷電流,避免雷擊的傷害。此外,因為避雷線與導線存在聯合作用,還能夠降低線路絕緣體的電壓與感應過電壓,進而減少雷害的影響。同時,避雷線能夠對導線具有相應的屏蔽作用,為了讓這種屏蔽效果更好,讓雷電很難擊中導線,我們一般使用避雷線對邊導線的保護角來完成,通常情況下,保護角控制在10-30度的范圍之內。
特別對于海拔高、輸電線路又無法繞開的雷擊區孤立山峰,對這一特殊地段,傳統意義上只考慮了頂部安裝避雷線防雷。然而雷擊會從上、下、左、右四面而來,故應考慮在輸電導線的上、下、左、右四面加裝避雷線,用立體避雷的方法,來解決這一特殊地段的避雷問題。
綜上所述,針對高山臺站的避雷而言,書本上的避雷針避雷理論是不夠的。所以,高山臺站應將被保護物置于立體的避雷空間內,才能有效地避免被保護物直接遭受雷擊,保障設備的安全可靠性。