中波發(fā)射臺的綜合防雷措施

文/牛凌

雷擊是大氣中自然放電的一種現(xiàn)象，雷電一旦經(jīng)過建筑物、電器設(shè)備和人、畜等將遭到嚴重破壞和死亡。隨著廣播電視技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，中波廣播發(fā)射設(shè)備的固態(tài)化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化逐步增強和微電子技術(shù)及計算機技術(shù)大量采用，對設(shè)備運行環(huán)境要求越來越高，設(shè)備的抗干擾抗雷擊抗浪涌能力很弱，一旦遭受雷擊，設(shè)備的敏感元件如場效應(yīng)管、集成塊、壓敏元件等器件就會燒毀，導(dǎo)致設(shè)備損壞，直接影響到設(shè)備安全運行和安全播出。所以，如何有效防止雷擊保證人員和設(shè)備的安全，保證設(shè)備不間斷、高質(zhì)量的安全運行做到優(yōu)質(zhì)播出，是中波發(fā)射臺一個十分重要的課題。下面就中波發(fā)射臺的綜合防雷措施進行探討和交流。

1 中波發(fā)射臺基本組成部分和易遭雷擊的幾個環(huán)節(jié)

中波發(fā)射臺一般由中波發(fā)射機、天饋系統(tǒng)、信號源系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、自動化播出監(jiān)控系統(tǒng)幾部分組成（如圖1）。

天饋系統(tǒng)又由同軸開關(guān)、饋線、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、中波發(fā)射天線（鐵塔）組成。

信號源系統(tǒng)又由衛(wèi)星接收天線、衛(wèi)星接收機、高頻頭、開路廣播信號接收天線、廣播調(diào)諧器組成，個別臺站還有微波線路或者光纜。

電源系統(tǒng)由高壓線路、變壓器、配電柜、交流穩(wěn)壓器、備用發(fā)電機組成。

根據(jù)多年的總結(jié)，中波發(fā)射臺雷電最容易侵入的環(huán)節(jié)都是戶外的部分：天饋系統(tǒng)、信號源系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。

天饋系統(tǒng)的雷擊主要來自發(fā)射天線（鐵塔），發(fā)射天線高度一般都在百米左右，就中波廣播發(fā)射臺所處的位置而言，方圓幾公里甚至十幾公里內(nèi)都是絕對制高點，因此轉(zhuǎn)播臺附近落雷時，鐵塔往往是首當(dāng)其沖的落雷點?？梢赃@么說，中波廣播發(fā)射臺遭雷擊的概率，90%來自中波發(fā)射天線。中波發(fā)射鐵塔的拉線鐵塔底部有一個高度為20cm的絕緣柱，自立塔底部有三個高度為40cm的絕緣柱與地面相支撐，所以中波發(fā)射鐵塔不能直接與大地接觸，沒有良好的雷電流泄放途徑。如果沒有有效的放電措施，中波鐵塔不接地的特性將使雷電電流必然沿發(fā)射天線--調(diào)配網(wǎng)絡(luò)--饋線--同軸開關(guān)途徑進入發(fā)射機，擊穿功放管等。

信號源系統(tǒng)的無線接收天線和開路廣播接收天線一般都在屋頂，最容易受到雷電襲擊，雷擊后的大電荷就會通過饋線進入高頻頭、衛(wèi)星接收機、廣播調(diào)諧器等設(shè)備，在瞬間損壞設(shè)備，導(dǎo)致信號中斷，影響安全播出。

電源系統(tǒng)的高壓線路，由于戶外路由比較長容易感應(yīng)雷電，引起電壓或電流瞬間增高，形成浪涌脈沖，尖峰脈沖經(jīng)過變壓器---入戶電纜---配電柜---用電設(shè)備，沖擊發(fā)射機、處理器、計算機等里面的場效應(yīng)管、集成塊和敏感器件，直至損壞設(shè)備備件，導(dǎo)致停機。

2 中波發(fā)射臺綜合防雷措施

通過分析，知道了中波發(fā)射臺雷電侵害的環(huán)節(jié)，就針對性的采取多層多級的綜合防雷措施，就可以極大的提高設(shè)備的安全性。

2.1 天饋系統(tǒng)防雷措施

天饋系統(tǒng)的防雷是中波發(fā)射臺防雷的重點，對天饋系統(tǒng)一般采取三級防雷（如圖2）。

（1）在發(fā)射鐵塔底部安裝金屬放電球，其放電間距大小的設(shè)置非常關(guān)鍵。通常，放電球的間距，在常溫常濕時的經(jīng)驗公式為1mm/1Kv，即1毫米間距耐壓1千伏。1KW發(fā)射機天線底部金屬放電球間距約1cm為宜。在雷擊的瞬間，對地拉弧放電，起到第一泄放的作用，承擔(dān)70%放電任務(wù)。

（2）在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)輸出口安裝石墨放電球，調(diào)配網(wǎng)絡(luò)石墨放電球間隙是可調(diào)的，具有良好的放電特性，其放電電壓的變化隨著面積的增加而降低，可以根據(jù)具體情況設(shè)定，一般間距取2-3mm為宜。平時發(fā)射機正常工作的時候，加在調(diào)配網(wǎng)絡(luò)石墨放電球兩端的廣播信號峰值電壓大約為316v。顯然，此時放電球應(yīng)處于絕緣狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射塔遭到雷擊時，加在石墨放電球兩端的雷電電壓達到或超過1000--1500v時，放電球應(yīng)處于導(dǎo)通或飽和導(dǎo)通狀態(tài)。調(diào)配網(wǎng)絡(luò)石墨放電球承擔(dān)大約20%釋放雷電電流任務(wù)。

（3）饋線前端加裝避雷器。饋線避雷器也叫四分之一波長短路型浪涌保護器，是根據(jù)天饋線中的駐波理論和雷電波頻譜設(shè)計的。保護器內(nèi)部做成同軸腔體形式，將一根相當(dāng)于信號頻率的四分之一波長的末端短路的鍍金棒并聯(lián)在饋線上，一端接芯線一端接地。由傳輸線理論得知，當(dāng)短路線長度為四分之一波長的奇數(shù)倍時，短路點上工作波阻抗為無窮大，相當(dāng)于一個并聯(lián)諧振電路，此時對設(shè)備傳輸?shù)男盘柟β仕p為零。但對于雷電波而言，由于其頻譜范圍很寬，而且絕大部分能量集中在30kHz以下的頻段。因此，該短路棒對雷電波并不是四分之一波長，而近似于短路，所以雷電波就被對地泄放了。饋線避雷器，承擔(dān)5%放電任務(wù)。

2.2 信號源系統(tǒng)防雷措施

信號源系統(tǒng)也是發(fā)射臺遭受雷擊的重災(zāi)區(qū)，必須對信號源系采取科學(xué)可靠的避雷接地措施。信號源系統(tǒng)的防雷分三部分：衛(wèi)星接收天線和無線廣播接收天線，信號電纜，衛(wèi)星接收機和廣播調(diào)諧器。無線接收天線和開路信號接收天線是信號源系統(tǒng)中感應(yīng)雷電的主要部分，防雷措施是將所有接收天線的接地端用0.5mm*2cm的鍍鋅扁鋼連接起來接入到避雷地網(wǎng)上，可有效防止雷擊對衛(wèi)星天線和高頻頭的侵害。信號電纜一般都要貫穿室內(nèi)外，也容易感應(yīng)雷電，對其的避雷措施是，采用專用封閉式室外金屬工藝橋架，電纜通過橋架進入機房，每根信號電纜在進入橋架前端時和電纜接入功分器或衛(wèi)星接收機之前安裝接地卡子。安裝時，將電纜外皮剝開，用鏈接套筒將電纜的裸露外皮部分包裹起來，再用卡箍固定。安裝好接地卡子后，用接地線連接到避雷地網(wǎng)上，以便將被雷擊中的電纜上的大電荷通過接地卡子上接地線經(jīng)避雷地網(wǎng)泄放到大地。信號電纜在進入功分器或衛(wèi)星接收機之前還要進行防雷接地處理，將進入機房的所有電纜連接到由避雷器組成的N型直通接口端子板上。避雷器端子板所有接口用橫截面積6mm的銅質(zhì)導(dǎo)線壓接，再與機房避雷接地線牢固連接，這樣就能很好的保障信號源系統(tǒng)設(shè)備不受雷電的侵害。衛(wèi)星接收機和廣播調(diào)諧器是最容易遭受雷電破壞的，對其進行防雷接地是必須的。每一個接收機在出廠時都留有避雷接地端，用0.3mm*1cm的銅皮把所有接收機逐個連接起來，再與機房控制臺公共接地母線牢固連接。

2.3 電源系統(tǒng)防雷措施

架空電源線容易引雷及產(chǎn)生很高的感應(yīng)過電壓，從而形成了大的雷電流尖峰脈沖而損壞設(shè)備，危及人身安全，必須對其采取防雷措施。主要措施：

（1）在高壓電源線的零卡后，安裝高壓避雷器；變壓器外殼用2×50mm紫銅帶可靠接地。

（2）變壓器輸出至低壓配電柜的電纜，挖30cm×30cm地溝埋設(shè)金屬管，金屬管兩端可靠接地，電源線穿過金屬管接至配電柜。這里鐵管相當(dāng)于一個大電感，利用電感的特性對電源線中因雷電感應(yīng)形成的浪涌電流給予阻擋，減少對設(shè)備的損害。

（3）在低壓配電柜的空氣開關(guān)上加裝避雷器。

（4）在交流穩(wěn)壓器的市電輸入端接一組FS型閥型避雷器和14D371壓敏避雷電阻，在接入電感電容組成的∏型濾波器，防止雷電尖脈沖擊穿穩(wěn)壓器。14D371壓敏避雷電阻的特性是在導(dǎo)通電壓300V以上，特別是超過370V時，電阻急劇變小，通過電流很大，保險絲熔斷，起保護作用，當(dāng)外加電壓回到導(dǎo)通電壓之下時，電阻又很快變大，相當(dāng)于開路，它的導(dǎo)通時間極短、微秒級的，可以有效泄放尖脈沖電流。在穩(wěn)壓器輸出接一組CJ-10交流接觸器，也接一組Fs0.22閥型避雷器，防止感應(yīng)雷引入用電設(shè)備（如圖3）。

全臺所有播出設(shè)備用電都必須和穩(wěn)壓器串接，使雷電進入設(shè)備的路上多一道障礙，發(fā)生大的雷擊時，最多損毀穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓器可以斷電直通，播出設(shè)備就能不斷電，不影響播出。

2.4 發(fā)射機的防雷措施

發(fā)射機是發(fā)射臺安全播出的核心設(shè)備，是受保護的主要對象，在天饋系統(tǒng)、信號源系統(tǒng)、電源系統(tǒng)采取綜合避雷措施以后，應(yīng)該說到達發(fā)射機的雷電已經(jīng)不多了，但為了更加安全可靠，發(fā)射機也必須采取可靠的防雷措施。一是在發(fā)射機功放槽路輸出口安裝發(fā)射機內(nèi)部銅質(zhì)放電球，間距調(diào)到2-3mm為宜，它將承擔(dān)天線發(fā)射塔遭到雷擊時5%放電任務(wù)。二是在發(fā)射機電源輸入端加裝一組FS型閥型避雷器，防止穩(wěn)壓器直通或未阻止的雷電脈沖電流或脈沖電壓。三是用0.5mm*3cm的銅皮把發(fā)射機和機房避雷接地母線牢固連接。

除上面重點談到的環(huán)節(jié)和設(shè)備，機房所有設(shè)備都得與機房避雷接地網(wǎng)進行可靠的連接

3 防雷設(shè)施日常維護要點

防雷設(shè)施是保證發(fā)射臺各種設(shè)備安全運行和人員人身安全的重要設(shè)施，一定要加強維護和管理。日常維護主要有：

（1）各級放電球的維護。對天線底部金屬放電球維護：1.放電球橫桿與放電球支撐直桿的連接要無縫焊接連接，不能用螺絲等的機械連接，因為機械連接接觸面銹蝕電阻會使鐵塔、饋線對地電位上升到極高的狀態(tài)，極易引起擊穿發(fā)射機功放管，并且可能會使鐵塔對于作為導(dǎo)電物體產(chǎn)生閃絡(luò)。2.及時去除金屬放電球銹跡和放電產(chǎn)生的焦痕。3.接地引下線要求用寬度大于100mm的銅帶直接焊接在放電球橫臂上。天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)石墨放電球維護，要求石墨放電球間隙合適、兩石墨球保持平行、石墨放電球與基座的連接緊密，雷暴天后及時檢查放電球，發(fā)現(xiàn)放電產(chǎn)生的凹坑，應(yīng)旋轉(zhuǎn)放電球，使放電球相對的面光滑無痕跡。發(fā)射機內(nèi)部放電球維護，每周必須清除上面的積塵，保持放電球表面光滑無痕跡、無積塵。放電球?qū)Φ氐倪B接最好用30mm寬的銅帶焊接。

圖1：中波發(fā)射臺組成方框圖

圖2：天饋系統(tǒng)三級防雷原理圖

圖3：穩(wěn)壓器防雷接線圖

（2）定期檢查測試各級避雷器和壓敏電阻有無損壞和失效，尤其是重大雷雨天氣過后，必須進行檢查。

（3）定期檢查所有接地線和接地母線連接是否牢靠，有沒有脫落和虛接的情況。

（4）定期測試臺站的避雷接地網(wǎng)和重要設(shè)備的接地電阻，標(biāo)準(zhǔn)≤4歐姆，尤其在雷雨季節(jié)到來之前必須進行測試。