中波發(fā)射臺防雷措施的探析

鄧美亮

防雷是廣播電視發(fā)送工作者的一個(gè)大課題，突然的雷擊可能會造成廣播電視設(shè)備的損壞和停播。在中波轉(zhuǎn)播臺工作，高聳入云的發(fā)射天線最易引雷，直擊雷、感應(yīng)雷、及地電位上升引起高電壓會沿天饋線、電源線、信號源及地線系統(tǒng)等進(jìn)入設(shè)備，若對雷擊防護(hù)不力往往就會造成廣播發(fā)射設(shè)備的損壞。當(dāng)修復(fù)受損設(shè)備所花費(fèi)的人力和財(cái)力以及由此帶來的停播，都是我們不愿意看到的。因此，對中波發(fā)射臺該如何做到有效防雷，進(jìn)行以下的探析。

雷電的產(chǎn)生

雷電是一種攜帶巨大能量的自然現(xiàn)象。云層形成過程中，在大氣電場以及溫差引起電效應(yīng)等作用下，正負(fù)電荷在云層不同部位積聚，當(dāng)達(dá)到一定能量，云與云、云與地之間會發(fā)生放電，因?yàn)閹щ娫茍F(tuán)有數(shù)千上萬伏的電壓，在中和時(shí)，可以產(chǎn)生數(shù)千安培的電流，雷擊時(shí)它所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓可由 公式計(jì)算，式中Vmax為感應(yīng)電壓最大值（千伏），Imax為雷電對地放電電流最大值（千安），H為導(dǎo)線對地平均高度（米），S為線路至雷擊點(diǎn)的水平距離（米）。在雷電產(chǎn)生的過程中還會產(chǎn)生感應(yīng)雷，感應(yīng)雷也稱間接雷擊或二次雷擊。雷電在放電時(shí)，在附近導(dǎo)體中產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，它可能使金屬部件之間產(chǎn)生火花，使金屬導(dǎo)線回路產(chǎn)生較強(qiáng)的感應(yīng)電流。一般發(fā)射臺外面的引入線路最容易引入雷電的感應(yīng)電壓，造成廣播電視的設(shè)備損壞，下面將探討中波轉(zhuǎn)播臺各系統(tǒng)的防雷措施。

接地的防雷措施

接地是防雷裝置最重要的組成部分之一，接地體的結(jié)構(gòu)及接地體接地電阻的優(yōu)劣，直接影響到防雷效果的好壞。廣播發(fā)送接地技術(shù)是工程界探討多年的問題，在工程實(shí)踐中，經(jīng)常遇到的有防雷接地、電源接地、屏蔽接地、防靜電接地、保護(hù)接地和信號接地等；按功能可分為保護(hù)接地、工作接地二大類。在70年代分為三地，防雷、電源、信號地。長期以來，接地系統(tǒng)的接法存在嚴(yán)重的分岐，主要分成兩種學(xué)派：一種是主張共用接地；另一種是主張獨(dú)立接地。因此，防雷接地五花八門，設(shè)備受雷擊損壞不斷的增加，經(jīng)過長時(shí)間的實(shí)踐和總結(jié)，很多雷害原因與獨(dú)立接地有關(guān)聯(lián)，而且長期的實(shí)踐中證明，采用共用接地可以很好地消除雷害。由于采用共用接地為發(fā)送設(shè)備及人身安全提供了可靠的保證，共用接地技術(shù)受到人們的高度重視，并得到逐步推廣及廣泛的應(yīng)用。所以，規(guī)范良好的接地是廣播電視設(shè)備安全運(yùn)行的可靠保證，同時(shí)應(yīng)定期的對接地線進(jìn)行檢查、測量接地電阻，確保接地良好。

電源的防雷措施

為了避免雷電造成的損失，保證發(fā)射設(shè)備安全播出，我們應(yīng)該在電源部分做好以下的措施：

1、供電線路上的防雷

從隔離變壓器到機(jī)房之間最好采用地下電纜供電。對于架空供電線路應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：（1）電力線應(yīng)裝在屏蔽槽內(nèi)，中線不要接地（即零線與接地不能合一），三線間距離應(yīng)盡量小，即使雷擊時(shí)，相間電位差也較低，從而在變壓器次級感應(yīng)電壓就更小。屏蔽槽應(yīng)有效接在共用地線上，地阻應(yīng)小于3Ω。（2）電力線起始端都要安裝避雷器，各線桿最好都加裝避雷針和放電閥。（3）避雷器要根據(jù)電源電壓選合適的規(guī)格，并且在每個(gè)避雷器上并一個(gè)適當(dāng)間隙的放電閥。

2、高壓變壓器至機(jī)房電源的防雷

（1）加大高壓線路上層避雷線與電力線的距離，使雷擊時(shí)電力線上感應(yīng)電壓低。（2）在高壓變壓器的高壓端和低壓端都必須裝有可靠的防雷設(shè)備。在高壓端的三相電上應(yīng)分別裝上高壓避雷器，在雷電較強(qiáng)烈的地區(qū)還應(yīng)加裝3只高頻線卷，增強(qiáng)避雷效果。（3）在低壓配電盤輸入端上安裝1套ZGB系列的1級三相電源避雷器。將從高壓變壓器中漏過的殘余感應(yīng)雷進(jìn)一步泄放。（4）由于我們的發(fā)射機(jī)價(jià)值高，設(shè)備復(fù)雜，還要按時(shí)保證工作，一旦出了故障維修困難，影響重大，所以必須在每一部發(fā)射機(jī)的電源輸入口處再安裝1個(gè)2級三相電源避雷器，以確保發(fā)射機(jī)的安全。

天線的防雷措施

天線可以將傳輸線送來的導(dǎo)行波的能量轉(zhuǎn)換成向空間傳播的電磁波的能量，也可以接收空間電磁波的能量轉(zhuǎn)換成導(dǎo)行波能量經(jīng)傳輸線送到接收機(jī)。由于天線架設(shè)在地面空間易受雷擊，所以要特別注意發(fā)射天線與接收天線的防雷。

1、發(fā)射天線的防雷

發(fā)射塔一旦遭受雷擊建筑物各部位鋼筋的電位仍然是不夠均衡的，特別是縱向電位梯度較大，由于電磁感應(yīng)和靜電感應(yīng)產(chǎn)生的高電位對一些電氣設(shè)備仍然可能產(chǎn)生反擊過電壓，這樣天線場地的地阻越小越好，最好小于1Ω，這樣不但可提高中波的輻射效率，而且當(dāng)雷電襲擊時(shí)電流也能較快的在大地上流散開，以免使直擊雷的大電流流向機(jī)房，破壞發(fā)射設(shè)備。因此，在鐵塔底部的底座絕緣子上要并接避雷器。一端接鐵塔，另一端通地，避雷器要用黃銅做成球狀放電器，打雷時(shí)可以使雷電流通過間隙放電而入地，球狀的間隙距離為4—80mm。要根據(jù)發(fā)射功率大小和當(dāng)?shù)乩纂姀?qiáng)度而定。這樣可以起到較好的防雷效果。

2、接收天線的防雷

中波發(fā)射臺的信號源大多數(shù)是用衛(wèi)星接收或調(diào)頻接收。隨著廣播電視的發(fā)展，用光纖傳輸信號源也已經(jīng)很普遍。

在用衛(wèi)星和調(diào)頻接收信號時(shí)我們一定要注意防雷，尤其是安裝在雷雨較多地區(qū)的接收點(diǎn)，為了防止雷擊造成設(shè)備損壞，應(yīng)建立較完整的避雷系統(tǒng)。一般情況下，多采用單支避雷針保護(hù)方式。單支避雷針的保護(hù)范圍如圖1所示。

圖中h為避雷針高度，虛線框位部分是保護(hù)高度，r x是離地高度為 hx時(shí)的保護(hù)半徑，它由下式確定：

hx ≥1/2h時(shí)，rx=h－h(huán)x

hx＜1/2h時(shí)，rx= 1.5h－2hx

當(dāng)h超過30m時(shí)，由上式求得的r x還需乘一系數(shù)p=5.5/。p總是小于1，這說明隨著離地高度的增加，避雷針的保護(hù)范圍與高度的比例在不斷減小。

連接避雷針的接地線應(yīng)獨(dú)立走線，這樣可以防止對信號的干擾，同時(shí)可以保證有較小的接地電阻。一般避雷系統(tǒng)接地電阻應(yīng)小于4Ω。如果在天線場周圍較高的建筑物或發(fā)射鐵塔上架設(shè)避雷針，同樣可以收到較好的避雷效果。

信號源的傳輸饋線除了要遠(yuǎn)離避雷針的接收線外，還應(yīng)遠(yuǎn)離電源傳輸線，以免感應(yīng)到其它雜波信號而降低音頻質(zhì)量。

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷措施

在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中我們可以采用石墨放電球、微亨級的電感、隔直流電容等這幾種防雷措施：（1）石墨放電球，其間隙是可調(diào)的，它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，起到雷擊天線瞬間泄放電荷能量的作用；（2）微亨級的電感是指在天線下并聯(lián)一只微亨級的電感，主要作用是為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)對地靜電放電通路；（3）隔直流電容一般選擇在1000—2000PF，在中波頻率上它不會產(chǎn)生過大的壓降，但是它的伏安量要選得大一些，因?yàn)樗梢苑乐估纂姷哪芰客ㄟ^天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入發(fā)射機(jī)。當(dāng)發(fā)射機(jī)輸出功率越大時(shí)，它選用的伏安量也應(yīng)該越大。

機(jī)房的防雷措施

通常由于發(fā)射天線過高會有引雷的作用。一方面會造成雷電直擊或側(cè)擊建筑物的可能性增加；另一方面是由于雷擊造成電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢，或靜電感應(yīng)產(chǎn)生的高電位超過了被害物體本身所能承受的絕緣強(qiáng)度。同時(shí)雷電侵入波進(jìn)入電源線路導(dǎo)致用電設(shè)備損壞，為了防止對建筑物可能遭受雷害的損壞，應(yīng)采取如下的防雷措施：

（1）建筑物內(nèi)應(yīng)盡量做到電位均衡，各樓層應(yīng)設(shè)置等電位連接母線，母線應(yīng)用不小于20mm2銅板連接，要將電線管、水管、線槽、風(fēng)管形成等電位的連接系統(tǒng)，接地電阻最好能做到1Ω以下。

（2）建筑物上面的金屬門窗，金屬欄桿以及建筑物表面其它金屬物體均應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)的鋼筋連接，形成一個(gè)等電位的空間，特別是值班機(jī)房，對四周圍墻體應(yīng)敷設(shè)銅網(wǎng)，減少電磁波輻射，防止側(cè)擊雷和滾雷的襲擊，確保人身和設(shè)備的安全。

結(jié)束語

要作好防雷工作必須要增強(qiáng)防雷意識，把防雷保護(hù)作為一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程來做。吸取前人的防雷工作經(jīng)驗(yàn)，制定科學(xué)的、切實(shí)可行的防雷方案。才能確保人身和機(jī)器設(shè)備的安全，確保廣播電視的安全播出。