中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷探究

摘 要:雷電是影響中波廣播發(fā)射臺(tái)安全優(yōu)質(zhì)播出工作的主要因素之一。本文要介紹了中波廣播發(fā)射臺(tái)如何有效地抵御雷電的措施。

自然界中的雷電具有很強(qiáng)的破壞性，主要有直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電波侵入和地電壓反擊四種形式，其中對(duì)弱電設(shè)備破壞能力最強(qiáng)的是感應(yīng)雷和電壓反擊。當(dāng)天空的雷雨產(chǎn)生雷擊時(shí)，其將攜帶高負(fù)荷雷電脈沖、電壓及電流，以電磁波形式無(wú)規(guī)則釋放，從而導(dǎo)致雷區(qū)域1～5km范圍內(nèi)（視雷電波強(qiáng)度而定）所有帶金屬的導(dǎo)線（如高空架設(shè)天線、有線電視電纜、通信電纜、供電系統(tǒng)電纜等），在瞬間內(nèi)感應(yīng)到相應(yīng)強(qiáng)度的脈沖電壓及電流，這些電流沿著電器設(shè)備上的各種電源電線或信號(hào)電纜進(jìn)入電器設(shè)備內(nèi)部，在雷擊電壓超過(guò)電器設(shè)備額定抗電壓的瞬間擊壞內(nèi)部器件；主要原因是由于連接在電器上所有電線電纜所帶的電壓高低不等，高電壓就會(huì)往低壓沖去，形成電流，從而將電器設(shè)備局部擊壞，造成整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)癱瘓，嚴(yán)重時(shí)甚至把整機(jī)擊毀，甚至觸及到人身安全。

對(duì)于中波臺(tái)來(lái)說(shuō)，因?yàn)橹胁òl(fā)射需要較高天線，并且要求四周空曠不能有高大建筑，所以中波天線很容易受到雷擊。如果不能才不有效的防雷保護(hù)措施，雷電從天線就很容易進(jìn)入發(fā)射機(jī)給發(fā)射設(shè)備造成損害，無(wú)法保證正常播出。最近幾年很多中波臺(tái)都將電子管發(fā)射機(jī)更新為數(shù)字固態(tài)發(fā)射機(jī)，數(shù)字機(jī)穩(wěn)定、播出效果好，但防雷擊能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電子管發(fā)射機(jī)，所以更加需要重視雷擊保護(hù)問(wèn)題。以貴州省廣播電影電視局501臺(tái)為例，位于地處云貴高原的貴陽(yáng)市郊區(qū)，海拔約為1050m。根據(jù)貴陽(yáng)市以往統(tǒng)計(jì)，年雷暴日平均達(dá)到50天，最多的年份可達(dá)到80天，加上我臺(tái)屬于中波發(fā)射臺(tái)，目前有兩座發(fā)射鐵塔，高度分別為108m 和138m，在周圍幾公里范圍內(nèi)屬于絕對(duì)高度比較高的物體，雷雨天容易被擊中，從而容易導(dǎo)致發(fā)射機(jī)故障，所以防雷問(wèn)題非常嚴(yán)峻和急需解決。

針對(duì)中波臺(tái)的具體情況，以中波發(fā)射系統(tǒng)為防雷核心，將防雷系統(tǒng)大概的劃為鐵塔調(diào)配網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房、傳輸饋線、音頻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、接地等幾個(gè)部分。

1　天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的防雷

發(fā)射機(jī)自帶的防雷主要針對(duì)發(fā)射機(jī)駐波比保護(hù)、天饋線駐波比保護(hù)、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)等。這些保護(hù)只能有限地阻止雷電的破壞，而天饋線系統(tǒng)的防雷是防雷的第一關(guān)，從理論上和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以看出全固態(tài)發(fā)射機(jī)自身的防雷能力很弱，如果天饋線系統(tǒng)不能及時(shí)泄放掉雷電，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)射機(jī)[4]。

1.1 放電球

將兩個(gè)半圓形金屬放電球置于鐵塔的底部，一只連接地，一只連接鐵塔。調(diào)節(jié)兩球之間的距離需要根據(jù)發(fā)射機(jī)100％調(diào)幅工作時(shí)候，用1mm/1kV 計(jì)算在此處產(chǎn)生的最高的電壓來(lái)調(diào)節(jié)。沒(méi)有雷擊時(shí)候放電球不工作，當(dāng)有雷電擊中鐵塔后，在瞬間高壓的作用下放電球被導(dǎo)通或者飽和導(dǎo)通，雷電通過(guò)放電球被引入地下，完成雷電保護(hù)作用。根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，由于放電球放置室外，長(zhǎng)期風(fēng)吹日曬，維護(hù)中要保持放電球的表面清潔，金屬放電球在被雷擊放電后金屬表面會(huì)變得凹凸不平很粗糙，必須用砂紙進(jìn)行表面打磨，首先使用粗砂紙把放電球球面磨平，然后使用300目以上的細(xì)砂紙將放電球表面打磨光滑。接地端和放電球之間使用200×0.5mm 的寬銅皮來(lái)進(jìn)行連接，再使用銅焊大面積將接點(diǎn)進(jìn)行焊接，必須保證接點(diǎn)電阻小于4Ω，接近1Ω以下更好，這樣才能是雷擊時(shí)候?qū)Φ胤烹姇惩ā?/p>

1.2 微亨級(jí)接地電感

低頻和直流是雷電能量的主要集中部分，較早的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)主要采用毫亨級(jí)的接地電感，同時(shí)電感線徑很細(xì)，產(chǎn)生很不理想的放電效果，目前的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)采用微亨級(jí)接地電感 L1，以及后面的L2，由于需要的電感量比較小，從而可以用較粗的銅管繞制電感，十分利于將雷電的低頻和直流部分入地，更好的完成雷電的泄放。L1 和 L2 在選用時(shí)盡量采用線徑直徑較粗的電感，這樣防雷效果會(huì)更好。我單位目前的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中L2 和L1是使用直徑為10mm的電感線圈，這樣更有利于雷電的泄放。

1.3 隔直流電容器裝置C0

當(dāng)天線遭受雷擊時(shí)，通過(guò)饋管還有一部分能量會(huì)進(jìn)入發(fā)射機(jī)，使用一隔直流電容器C0在調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和天線之間，電容容量為1000～3000PF，并且要求電容的耐壓值越高越好，電容能很好的隔斷直流通交流的特性，從而很好的將雷電中的低頻和直流部分阻隔掉，在安裝中可以采取多只串聯(lián)加并聯(lián)來(lái)滿足要求。維護(hù)中，要判斷瓷片電容好壞，可以使用鐵棍輕輕敲擊電容邊，如果發(fā)出清脆的回聲就是正常，如果有雜音就是被損害，如果能有兆歐表和電容筆測(cè)試就能更加客觀。

1.4 石墨放電柱

在天調(diào)室內(nèi)放有一對(duì)圓柱形的石墨放電柱，采用金屬放電球的方法對(duì)石墨放電柱之間的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)，石墨柱下的接地端連接銅桿上一般會(huì)穿40～50只的磁環(huán)，達(dá)到增加放電時(shí)的短路阻抗，使得雷電對(duì)發(fā)射機(jī)的影響減小。由于柱狀的石墨柱，有相對(duì)面積大在兩柱之間，從而使得放電中有更多的雷電電流通過(guò)達(dá)到很好的放電效果。維護(hù)中，當(dāng)石墨柱放電后，要分別轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整兩柱相對(duì)的位置，不要讓已放過(guò)電的位置相對(duì)，經(jīng)多次放電后，已無(wú)完好位置時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行打磨或者加以更換石墨柱；此外，還要注意檢查磁環(huán)有沒(méi)有裂開的，如有損壞應(yīng)立即更換。

2　機(jī)房綜合防雷

接地系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)，首先必須把發(fā)射機(jī)零線和變壓器零線用專線連接在一起，保證變壓器的外殼有很好的接地。然后使用多股銅線或者銅帶將發(fā)射機(jī)外殼和室外的高頻地井相連，對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行高頻接地，最好采取一口高頻接地井對(duì)應(yīng)一臺(tái)發(fā)射機(jī)。對(duì)每個(gè)高頻接地井要使用電阻對(duì)地測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，必須要求接地電阻小于4Ω。安全保護(hù)地線也要求必須通過(guò)發(fā)射機(jī)機(jī)殼接入地井。

2.1 地網(wǎng)鋪設(shè)

2.1.1 建設(shè)機(jī)房室內(nèi)地網(wǎng)

圍繞機(jī)房室內(nèi)用40×40mm熱鍍鋅扁鋼做一個(gè)環(huán)形接地網(wǎng)。然后分兩個(gè)方向和新建室外地網(wǎng)和天線地連接。每部發(fā)射機(jī)的高頻接地采用專用接地引線，從高頻末極機(jī)箱槽路附近地線端引至接地極；機(jī)房饋管接口處外皮及機(jī)房地線出口處，必須用銅帶和高頻接地引線相接。

2.1.2 建設(shè)機(jī)房室外地網(wǎng)

地網(wǎng)建設(shè)中，根據(jù)我臺(tái)實(shí)際情況采用傳統(tǒng)與新技術(shù)、新產(chǎn)品相結(jié)合的原則。在機(jī)房大樓四周開挖地溝，將其延伸到機(jī)房大樓后面土壤較好的地方，埋設(shè)環(huán)形水平接地體（50×50mm熱鍍扁鋼）、離子接地體、垂直接地體（50×50× 5mm熱鍍鋅角鋼）。水平接地體掩埋深度不得小于0.8m以達(dá)到泄放雷電流的標(biāo)準(zhǔn)。所有扁鋼均用高山專用降阻劑包裹再回填土壤。

2.1.3 采取如下措施能很好減小接地電阻

采取用工業(yè)用鹽、木炭、鐵砂填入地井里面，這些都是具有很好的導(dǎo)電率吃的物體，最后采用導(dǎo)電率也很好的土壤將井填滿，可以很好減小接地電阻。接地體可以選用寬銅板或者粗銅棒，接地引線使用銅板、銅絞線，接頭處必須采取焊接，使得接觸點(diǎn)面積增大。

2.2 高頻接地

在中波發(fā)射臺(tái)為了減少發(fā)射機(jī)之間的互相干擾，必須設(shè)置高頻接地，每部發(fā)射機(jī)的高頻接地應(yīng)采用專用接地引線，從高頻末端機(jī)箱槽路附近地線端引至接地極。高頻接地極采用1500×600×5mm紫銅板垂直入地，其頂部距離地表面不低于800mm，接地極四周用土質(zhì)處理改善接地效果。

2.3 電源多級(jí)防雷器的設(shè)置

對(duì)于全固態(tài)發(fā)射機(jī)（采用脆弱的場(chǎng)效應(yīng)功放管），采用單個(gè)或單級(jí)防雷保護(hù)措施無(wú)法滿足設(shè)備安全要求，故需要設(shè)置多級(jí)防雷保護(hù)措施。在10kV高壓線路輸入、高壓配電室、低壓配電室輸入端、低壓配電室輸出端裝上對(duì)應(yīng)避雷器，經(jīng)各級(jí)逐級(jí)限壓，沿電力線路侵入的雷電暫態(tài)過(guò)電壓波逐步被限制到一個(gè)很低的電壓水平，從而獲得了對(duì)播出設(shè)備的可靠保護(hù)。

從安全播出的角度來(lái)看，在中波發(fā)射臺(tái)必須采取綜合防雷措施才能較好有效的減小雷電的破壞，從而減少雷電破壞保障發(fā)射機(jī)正常工作，保證發(fā)送設(shè)備的正常工作，以實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)質(zhì)播出。