中波發(fā)射臺(tái)的防雷設(shè)計(jì)

溫慧明

本文敘述了雷電對(duì)廣電設(shè)備的危害，闡明了中波發(fā)射臺(tái)防雷設(shè)計(jì)方法及有關(guān)實(shí)用措施。

2000年以后，中波發(fā)射機(jī)全面更新?lián)Q代實(shí)現(xiàn)固態(tài)化，廣播設(shè)備工作性能更加穩(wěn)定、可靠、高效率。但固態(tài)機(jī)的抗雷能力差，因此采用可靠的防雷措施是保證全固態(tài)發(fā)射機(jī)正常工作的關(guān)鍵之一。

雷擊的分類及對(duì)廣電設(shè)備的影響。

①直擊雷：指雷電對(duì)地面突出物體或電力裝置的直接放電。其特點(diǎn)是所含能量巨大，主放電電流可達(dá)幾百千安，電壓達(dá)數(shù)百萬(wàn)伏，強(qiáng)大的雷電流通過(guò)這些物體入地。直擊雷主要在廣電設(shè)施的接收和發(fā)射天線侵入。

②雷電波：指輸出架空線路遭雷擊或發(fā)生感應(yīng)雷時(shí)而產(chǎn)生的沿各個(gè)方向迅速傳播的高電位沖擊波。其傳播速度在150m/s左右，對(duì)廣電的播出環(huán)節(jié)極易造成干擾，形成干擾源。

③感應(yīng)雷：由于靜電感應(yīng)和電場(chǎng)感應(yīng)，雷電流向物體由先導(dǎo)放電發(fā)展到主導(dǎo)放電，引起金屬體上產(chǎn)生極高電壓而放電的過(guò)程。一是電網(wǎng)感應(yīng)雷：通過(guò)電網(wǎng)對(duì)所連接的廣電設(shè)備的電源部分造成損壞，如變壓器，整流濾波電源，開關(guān)電源等。二是傳輸電纜感應(yīng)雷：通過(guò)傳輸電纜對(duì)與之相連的元器件（如高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)等）造成損害。

對(duì)廣播設(shè)施危害最大、最多的是直擊雷，概率最高的是感應(yīng)雷，其次是雷電波。對(duì)直擊雷的防范措施主要是按要求做好避雷針、避雷器、避雷帶和接地。

防雷技術(shù)

造成廣電設(shè)備損壞80%來(lái)自感應(yīng)雷，由于極大的雷電流，在其周圍形成瞬間電磁場(chǎng)，產(chǎn)生脈沖電磁輻射。如何將瞬間電脈沖阻止在發(fā)射機(jī)外，根據(jù)防雷原理，主要從以下方面考慮：

①將從天線串入的雷電流盡可能阻止在廣播設(shè)備外。

②接地是讓雷電流泄放到大地。接地是防雷系統(tǒng)中最基礎(chǔ)、最重要的環(huán)節(jié)。接地電阻越小越好，表1是廣電系統(tǒng)天線塔及機(jī)房防雷接地電阻參考值。一般天線塔地井要用2-4mm的銅板深埋到地下2-4m深以下，接到地下水為宜，銅板的面積根據(jù)發(fā)射機(jī)功率的大小而定，一般不小于2m×2m，從地井的銅板到天線下端的地線用15-20cm寬的銅線連接，地井到天線的地線銅皮盡量短些。機(jī)房設(shè)備的地線到室外的地井連接要求相同。地井如圖1。

降低接地電阻可使用①添加食鹽法：用木炭屑和鹽交替添加，分層填到接地極周圍，降低土壤電阻率。②長(zhǎng)期化學(xué)降阻劑，用它將接地體包裹夯實(shí)即可。③增加接地體數(shù)量。采用2個(gè)以上接地體，其間距大于2.5m，以減少大地流散電阻的影響。

防雷措施

如要有效預(yù)防雷電，主要采用如下措施：

（一）天線系統(tǒng)的避雷

發(fā)射天線屬高聳建筑物，經(jīng)常是雷擊的首要目標(biāo)，鐵塔底座絕緣子的高度通常以1厘米的絕緣高度最大承受1kV的電壓來(lái)設(shè)計(jì)。50cm左右的絕緣瓷瓶耐壓僅50kV左右，遭雷擊時(shí)極易產(chǎn)生過(guò)壓拉弧，從而導(dǎo)致底座絕緣子損壞。另外，雷電對(duì)傳送高頻能量的饋線、匹配網(wǎng)絡(luò)均可擊毀，因此需采取多道防雷設(shè)施，確保天饋系統(tǒng)的安全。

①放電球的應(yīng)用

當(dāng)天線遭遇直接雷，天線底座造成極高的電壓，采用尖端放電原理，在天線底座應(yīng)用一對(duì)半球狀金屬放電器對(duì)地安裝，球徑約為8cm，恰當(dāng)調(diào)整好兩半球間距，使其既能起到雷擊天線瞬間泄放能量作用，又可保障正常播出。

②接入泄放線圈

由于雷電的主要成份是直流，因此在天線輸入端并接一只微亨級(jí)電感線圈下地，見圖2中L0，約選取60μH-100μH，線圈起到直接泄放巨大雷電流的作用。

③加裝石墨放電器

在天饋調(diào)配室內(nèi)，從天線輸入端加裝一組石墨放電球，在其接地引線上套上30-40只磁環(huán)。石墨本身具有阻尼放電作用，雷擊時(shí)巨大的電流量通過(guò)接地引線流進(jìn)大地，穿于接地引線上的磁環(huán)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，起到阻尼放電作用。石墨放電球間距取1mm/1kV計(jì)算，考慮各種因素，取1.1-1.3安全系數(shù)。

④接入隔離電容器

在天線引入調(diào)配網(wǎng)絡(luò)前，串入一只大容量電容，如圖2中C0，約取值1000pF~2200pF，它對(duì)高頻輸出通路無(wú)妨礙，但對(duì)雷電直流可起到良好的隔離作用。

⑤選好天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)

天調(diào)匹配網(wǎng)絡(luò)有多種選擇，我們首選二階帶通濾波器匹配網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各種雜波串?dāng)_起到良好的陷波、阻隔作用。

⑥應(yīng)用相移網(wǎng)絡(luò)，在匹配網(wǎng)絡(luò)與發(fā)射機(jī)輸出口加裝相移網(wǎng)絡(luò)，使饋線系統(tǒng)的輸入電流（發(fā)射機(jī)出口處）與輸出電流（鐵塔基部處）幅度幾乎不變。但有一相位差（nΠ），以防止負(fù)載過(guò)大時(shí)，在發(fā)射機(jī)功放電路里產(chǎn)生過(guò)大的瞬態(tài)電壓電流，損壞功放管。

⑦在天饋調(diào)配網(wǎng)絡(luò)室同樣做一個(gè)高頻地井，深度大小參見上述數(shù)據(jù)，其引上的銅皮接入調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的高頻地線，并與天線地網(wǎng)、防雷地井、饋線地線、調(diào)配室屏蔽層等相焊牢。這樣不但起到減少高頻損耗作用，而且有助于雜波的衰減，對(duì)發(fā)射機(jī)穩(wěn)定輸出起到可靠的保障作用。

（二）電源系統(tǒng)的防雷

直擊雷或感應(yīng)雷都會(huì)在電力架空輸電線上產(chǎn)生高壓沖浪，危及安全播出。為避免危害，在機(jī)房高壓進(jìn)線處，安裝一套閥式避雷器，對(duì)沖浪高電壓（電流）對(duì)地泄放。此外，在電源進(jìn)線系統(tǒng)低壓配電盤上安裝一套真空放電裝置，Zno壓敏避雷器，從而對(duì)電源供電線起到可靠的保護(hù)作用。

（三）信號(hào)源系統(tǒng)的防雷

①接收天線安裝要選好地理位置，既要保證接收信號(hào)又要避開雷區(qū)。

②加入信號(hào)防雷器。信號(hào)防雷器的主要功能是使信號(hào)順利通過(guò)，而萬(wàn)一出現(xiàn)雷電造成異常高電壓時(shí)，其內(nèi)部的放大管立即起作用，阻止雷電對(duì)設(shè)備造成損壞。

③架設(shè)避雷針。接收天線一般架設(shè)在樓頂上，很容易將雷電引入，特別是衛(wèi)星天線。安裝避雷針時(shí)要選用直徑較粗的優(yōu)質(zhì)金屬材料，接地引下線要深埋地下可靠接地，接地電阻控制在4Ω以內(nèi)。

過(guò)以上措施，可以有效的提高發(fā)射臺(tái)的設(shè)備安全，大幅度地避免雷電損壞播控設(shè)備，使設(shè)備得以可靠、安全運(yùn)行。