延边广播电视转播台防雷实践

我们吉林省延边广播电视转播台地处海拔1074米的高山上，雷电灾害异常严重，特别是对卫星接收机及监控系统的的破坏尤为突出，自从安装卫星接收机及监控系统以来，每年都有大部分卫星接收机及监控设备被雷击损坏，给安全播出造成隐患的同时，也给单位造成很大的损失。我们经过近几年的防雷探索，发现了一些雷电规律，找出了一些行之有效的防治办法，本文结合本单位的防雷实践，对雷电感应进行分析，并介绍一些防雷方法。

“雷电感应”

对监控信号系统侵袭与防范

1雷电感应产生

在笔者单位，广播电视发射塔高80余米，塔身多处接地，避雷效果很好，雷电直接击中设备的可能性微乎其微，在这种情况下卫星接收及监控设备不断被雷击损坏。从被雷击损坏的设备检查发现，卫星接收机的电源部分和高频头均有损坏；监控设备主要损坏电源部分和视频信号处理部分，而这两部分都是与外部有连线，即信号线和电源线，雷电恰恰是通过这两种连线将雷电流引入的。通过这两种线引入的雷电主要是“雷电感应”引起。雷电产生的感应磁场透过信号线的铜网屏蔽层，在芯线上产生破坏电压的。产生感应磁场的途径有两方面，一方面，在打雷时，雷电通过伸向室外的接到高耸入云发射塔的射频电缆将雷电引入室内，再通过机壳的接地电缆进入大地，那么在打雷时接地电缆上一定会有强大的浪涌电流存在，在该浪涌电流的周围就会产生变化的磁场，如图1所示，是雷电感应对信号线的侵袭示意图，I0为雷电在地线中产生的浪涌电流，B为感应磁场，I1是在感应磁场B的作用下产生的感生电流（电动势），是该电动势产生的过电压破坏了相关设备。另一个是，雷电击中信号线附近，雷电本身即是雷云对地放电过程，放电时在其周围会产生强大的变化磁场，在信号线的芯线上也会产生破坏电压；另一方面，在打雷时，雷电击中设备附近，雷电在放电时，在其周围会产生强大的变化磁场，该变化磁场感应到卫星接收机的高频信号县内和监控系统的信号线内，使连接信号线的相关设备遭受损坏。

2用导磁材料屏蔽信号线是一个有效方法

由于铜质材料的导磁率小于1，对恒定磁场没有屏蔽作用，雷电产生破坏频率相对较低（一般在1khz至2khz左右），信号线的外侧铜网对雷电产生的磁场屏蔽效果有限，即使两端外侧铜网接地良好，也会在信号线的芯线上产生感生电动势，而破坏摄像头和高频头以及信号处理系统的相关器件。

具体有效防范方法之一是将信号线用导磁材料屏蔽，将信号线穿与铁管内，铁管的管壁越厚屏蔽效果越好，铁管过薄时，在雷电产生的磁场过大时会致使铁管进入磁饱和状态，影响屏蔽效果，使设备损坏。

笔者发明了“防雷电感应信号传输线”已获国家专利，专利号为：201120068770.1，也是一个很好地解决办法，该专利产品是在普通信号线的外侧再加一层用导磁材料制成的屏蔽层，该产品尚未批量生产，同时希望有生产厂家合作，尽快投放市场。

雷电感应

对电源系统的侵袭与防范

1雷电感应对电源系统侵袭

如图1所示，是雷电感应对高压输变电线路的侵袭示意图，雷云带有的大量电荷对大地进行放电时瞬间产生巨大的雷电电流，该电流是一个巨大的脉冲电流，具有极大的电流变化率，在该电流的周围也就产生一个巨大的变化磁场B，在该变化磁场的作用下，在高压线及其周围的线路中会产生感生电动势，该感生电动势具有强大的波坏力。

2雷电感应进入市电的原因

2.1变压器耦合进入市电

我们所使用的市电几乎都是三相四线制，是将外电高压电经过三相变压器变压到相电压为380伏、线电压为220伏的三线四线制使用。如图3所示，是高压变压器，外电高压三线A、B、C分别连接变压器的三个绕组的一端，三个绕组的另一端接在一起并与大地相连接。在变压器的输出端三个输出绕组的一端连在一起与大地相连接，同时该端也作为三相四线制的一个输出端（零线N），而三个绕组另一端分别作为三个输出端（火线A、B、C）。变压器输出端A、B、C之间的电压为相电压，是380伏，线电压（A与N、B与N、与N之间的电压）为220伏，我们民用的市电一般都取线电压，也就是A、B、C三项其中一项与零线之间的电压。

由此可见当有雷电在输入端的A、B、C产生的破坏电压时，在变压器的输出端的A、B、C与地（零线）之间也会产生雷电感应电压，而我们市电用户恰恰使用这一电压，这就难免造成用电设备的损坏。

2.1分布电容耦合进入市电

在缠绕变压器时，初级线圈和次级线圈一般是叠加缠绕的，那么初次级线圈之间就一定会有分布电容产生，这个分布电容对于50Hz的十点来讲是可以忽略不记得，但对于频率较高的雷电来讲可能会有一定影响。他会将雷电感应电压从变压器初级耦合到次级，进入市电。

3对雷电感应的防治

在实际防雷工作中，一般都会加装避雷器和改善接地来防范雷击，可在实际使用当中，在笔者的单位无论如何加装避雷器并更换不同品牌的避雷器和改善接地，就是不能完全杜绝设备遭受雷击而损坏。究其可能的原因有：避雷器的保护电压过高、反应时间过慢以及接地电阻过大等。本人基于以上的分析，找出了一些的防雷方法，并在多年的实践当中证明十分有效。

3.1采用380V/220V变压器进行隔离

选用功率相当的380伏变220伏的变压器，变压器的输入端接380V，也就是相电压（两根火线之间的电压），输出端即输出220伏的电压，将该220伏的交流电作为交流电源使用。由于我们的输电线路走线都是平行走线，线与线距离很近，线的长短也基本相同，打雷时在每一根相线上产生的感应电压的幅度和相位都相同，三个相线上产生的感应电压大小相位都是相同的，在雷电脉冲到来时，在380伏的输入端电压同时升高，相线之间没有“雷电感应”产生的电压的存在，在变压器的输入绕组线圈中就不会有雷电产生的电流存在，在220V的输出端就不会有雷电感应电压输出，设备也就不受损坏了。在笔者单位，对220伏电源进行改造，经过改造后我们已经使用了三个夏季，在改造前每年多有多台的电子设备被雷击损坏，改造后没有发生一次雷击而损坏。

在制作变压器时要尽量选择“口”铁心，而不要选择“日”铁心，初级线圈与次级线圈分开缠绕，不叠加在一起，这样可使初次级之间有更好的绝缘，同时也大大减少初次级之间分布电容，使初次级之间相互影响尽可能地减小。

3.2在电源线中串联电感

在220伏电源线两根中的一根线（最好是零线）中串接一个电感。该电感选用几十瓦以上的变压器铁心，选用相当粗细的导线（也可使用电源线中的一根线），在铁芯上缠绕10―20圈，所缠绕的圈数可根据用户的电压决定，然后将该电感串接在零线中（注意线圈的固定、绝缘、震动摩擦，注意安全）。对于正常用电时，由于在铁心上缠绕的圈数很少，因此对于50HZ的市电在铁芯上最多产生3―5伏的压降，如果选用铁心质量好，就不会发热，就不会对用户产生影响。而对雷电感应具有很好的抑制作用。我们可以估算出雷击产生破坏力最大的电流频率在1khz―2khz左右，要远远大于市电频率50hz，即使在50w的铁芯上缠绕十圈，对雷电流的阻抗在10k欧姆以上。对雷电流有很大的抑制作用。

2.3在线路上并联电容器

选择容量为2μF左右，耐压为450V的无极性电容，并接在220V的电路中，由于电容器的容抗随着频率的升高而减小，2μF左右的电容器对50HZ的市电没有不良影响。而对雷电产生的脉冲电压具有很好的旁路作用。能在很大程度上削减雷电脉冲的幅度，进而达到防雷的目的。该方法也是最为简单易行的防雷方法，只需在商店买来无极性电容器，在将电容器的两根引线接一个电源插头，与需要保护的用电设备共同插在同一个插座上即可，成本很低，效果也很好。