淺談中波廣播臺的防雷系統(tǒng)與日常維護

孫宇佶

1 雷電對中波系統(tǒng)造成的危害

雷電主要分為4種：直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃。其中對中波發(fā)射系統(tǒng)威脅最大的是直擊雷和球形雷。

直擊雷就是在云層中聚集了很多電荷，大量的電荷需要找到一個通道來釋放，而中波發(fā)射臺的發(fā)射塔正是絕佳的釋放通道，雷電通過發(fā)射塔直擊天饋線系統(tǒng)，損壞中波發(fā)射系統(tǒng)。

球形雷，俗稱滾地雷。通常在雷暴時發(fā)生，為圓球形狀的閃電。與直擊雷類似，球形雷也同樣會對中波發(fā)射系統(tǒng)造成損害。

直擊雷是威力最大的雷電，而球形雷的威力比直擊雷小。這兩種雷電如果直接擊中中波發(fā)射臺的發(fā)射塔，瞬間產(chǎn)生的數(shù)萬伏的高壓就會對發(fā)射天線、調(diào)配網(wǎng)絡、天饋線系統(tǒng)以及發(fā)射機造成嚴重損害。

有些時候，雖然雷云只是接近了發(fā)射塔，雷電并沒有直接擊中發(fā)射塔，但是由于感應雷的存在，中波發(fā)射系統(tǒng)仍然會感應到雷擊能量，產(chǎn)生電火花，損壞其中的設備。感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓，根據(jù)產(chǎn)生的原理不同，分為靜電感應雷和電磁感應雷。

2 中波發(fā)射系統(tǒng)的防雷措施

2.1 金屬放電球

浙江省第四廣播轉(zhuǎn)播臺的中波發(fā)射天線鐵塔的底部，安裝有一對金屬放電球，這是發(fā)射系統(tǒng)對雷電危害的第一道防線。這對金屬放電球一端接天線鐵塔，一端接地。兩個放電球的間隙距離需要根據(jù)預估可能遭遇的雷電強度與發(fā)射鐵塔的發(fā)射功率來進行調(diào)整，通常調(diào)整到可以滿足發(fā)射鐵塔的最大功率即可。而放電球的接地高度要根據(jù)發(fā)射塔的最高電壓來計算并設置，一般來說每千伏設置1mm 高，一般需要設置在40mm 到80mm 之間。

金屬放電球一般呈半球形的碗狀，碗面之間形成放電間隙。平時發(fā)射廣播時的正常工作電壓不足以擊穿碗面間的空氣。當遭遇雷擊時，雷電擊中天線鐵塔瞬間產(chǎn)生巨大的電壓擊穿碗面之間的空氣，形成接地回路，釋放雷電電流。

2.2 隔直流電容

圖1為浙江省第四廣播轉(zhuǎn)播臺三號塔天調(diào)網(wǎng)絡電路圖，圖1中的C0即為防雷用的隔直流電容。電容的工作原理是阻隔低頻電流、通過高頻電流。

雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，大容量的電容器串聯(lián)接在信號回路上有阻止雷電中低頻和直流部分能量通過天調(diào)網(wǎng)絡進入發(fā)射機的作用，而發(fā)射廣播的工作電流則可以正常通過隔直流電容不受到影響。

圖1 天調(diào)網(wǎng)絡電路圖

2.3 接地微亨級電感

圖1中的L0為防雷用的接地微亨級電感。它的工作原理和普通的扼流線圈有些相似，也就是阻隔高頻電流、通過低頻電流。

雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，由于電感線圈的感抗較小，線徑較粗，有利于雷電的低頻和直流能量入地，而發(fā)射廣播的工作電流則不會通過微亨級電感。接地微亨級電感能對中波廣播發(fā)射頻率進行有效的隔絕，高頻消耗極小，在雷擊發(fā)生時能夠產(chǎn)生一條引導雷電電流入地的回路。

另外，在發(fā)射鐵塔底部接上微亨級電感接地，實質(zhì)上也是將鐵塔本身變成了一個巨大的避雷針，不僅能有效引導直擊雷的入地，也能將附近的雷云中的能量接地釋放掉，從而阻止雷云產(chǎn)生的感應雷對中波發(fā)射系統(tǒng)的破壞。

2.4 石墨放電球

為了保證中波發(fā)射系統(tǒng)的實際防雷效果，通常還需要在天調(diào)網(wǎng)絡上再接入一個石墨放電球裝置，可以根據(jù)天調(diào)網(wǎng)絡實際的工作電壓對放電球間隙進行進一步調(diào)節(jié)，并在接地線上套30至40只阻尼磁環(huán)，磁環(huán)具有良好的阻尼放電作用，其能夠在發(fā)射塔遭到雷擊后，產(chǎn)生反向的感應電動勢，實現(xiàn)阻隔放電。

在發(fā)射機正常工作時，石墨放電球裝置不會起到任何作用。當發(fā)射鐵塔遭遇雷擊時，該裝置可以瞬間提高天調(diào)網(wǎng)絡的短路阻抗，從而保護發(fā)射系統(tǒng)。

3 防雷設施的日常維護

1）在天調(diào)網(wǎng)絡的日常維護中，要做好發(fā)射塔和調(diào)配網(wǎng)絡的日常清潔工作，注意檢查金屬放電球的球面上是否沾上了污物，是否有燒灼痕跡。如果出現(xiàn)上述情況，需要及時進行處理。2）定期檢查隔直流電容是否損壞，檢測電容的容量是否變小甚至完全失去容量，電容是否漏電或是短路。如果出現(xiàn)上述情況，需要及時修理并更換隔直流電容。3）定期檢查接地微亨級電感是否損壞，測量電感值是否正常。檢查是否有雜質(zhì)混入電感線圈中間。檢查電感線圈匝間是否有短路或是碰地。如果出現(xiàn)上述情況，需要及時修理并更換接地微亨級電感。4）做好石墨放電球裝置的表面清潔工作，檢查石墨放電球是否有損壞。5）充分利用電臺的停播時間，定期檢查并清潔天饋系統(tǒng)中各個絕緣體的表面，檢查各元件的連接處是否接觸良好，調(diào)配室內(nèi)的線圈、電容等元件有無過熱現(xiàn)象，調(diào)配室內(nèi)是否進入蛇鼠等動物。6）定期檢查各個接地線、地網(wǎng)線是否有焊接不良、斷裂或脫焊的問題。7）定期監(jiān)測天饋線系統(tǒng)的駐波比。對使用同軸電纜為主饋線的，必須定期用2500vMΩ 表測量電纜（包括接頭）的絕緣電阻，要求＞150MΩ。

通常上述工作至少每半個月進行一次，可與中波發(fā)射系統(tǒng)中的其他設備的維護同時進行。另外，由于中波臺選地特殊，中波發(fā)射鐵塔周圍往往存在民房或農(nóng)田，我臺位置更是由于歷史原因位于杭州市區(qū)內(nèi)，地網(wǎng)會因此受到不同程度的影響。如果地網(wǎng)的電阻值發(fā)生了改變，就會削弱其導出雷擊電流的能力，從而影響防雷效果，因此中波工作人員必須定期檢測并修補中波發(fā)射鐵塔周邊的地網(wǎng)。

4 遭遇雷擊損害時的應急處理措施

雷雨天氣時，可在允許的范圍內(nèi)，適當降低發(fā)射機的發(fā)射功率。若雷擊造成了發(fā)射機停機，應第一時間停止故障的發(fā)射機工作，切換至備用機器進行節(jié)目播出。通常雷擊會造成發(fā)射機內(nèi)的功放板或是調(diào)制板損壞。損壞的功放板或調(diào)制板一般可以聞到一股明顯的燒焦味，應及時取出，更換備用的功放板或調(diào)制板。如有能力也可自行修理故障的功放板或調(diào)制板。檢查故障發(fā)射機的保險絲是否熔斷，如果熔斷應及時更換。

快速檢測功放板是否正常的方法：檢測功放板正常與否時最主要檢測的元件為場效應管。為了檢測功放板上的場效應管是否正常，可使用萬用表，將萬用表放在R×1Ω 檔上，紅表棒接S，黑表棒接D，如果電阻很低，則D、S 已導通，管子已損壞。另外，在檢查場效應管之前，可以先觀察G 極上串聯(lián)的4.7Ω 電阻是否燒壞，4.7Ω 電阻前的背對背串接的穩(wěn)壓管是否燒壞，如果4.7Ω 的電阻已燒壞，則對應的場效應管也已損壞。我臺使用的HARRIS 發(fā)射機采用的是IRF350管，明珠10kW 發(fā)射機采用的是IRF460管，3kW 發(fā)射機采用IRF250管。

事后應對故障事件做好記錄，并對故障發(fā)射機以及天調(diào)網(wǎng)絡進行全面檢修，特別要注意的是如果雷擊時電壓過大，可能會導致石墨放電球的損壞，需要重點檢查。

5 結(jié)束語

廣播是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?。為了滿足廣播“滿時間、滿功率、滿調(diào)制度”的“三滿”播出要求，做好防雷措施是其中必不可少的一環(huán)。雷電作為大自然中的一個正常的自然現(xiàn)象，我們無法阻止雷電的出現(xiàn)，但是只要我們做好了中波發(fā)射系統(tǒng)的防雷工作，就能有效降低雷擊對廣播設施的損害，更好地保障中波廣播無間斷、高質(zhì)量地播出，滿足廣大聽眾的需求。