廣播中波轉(zhuǎn)播站防雷控制系統(tǒng)技術(shù)研究

王木沙

摘 要：防雷是中波全固態(tài)發(fā)射機正常工作的一項重要保護措施。本研究對雷電對發(fā)射設(shè)備的危害進行了闡述，從構(gòu)建廣播中波轉(zhuǎn)播站完整的防雷保護系統(tǒng)出發(fā)，提出了解決上述問題的辦法和途徑，確定完善了影響廣播中波轉(zhuǎn)播站防雷系統(tǒng)作用的幾個關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：發(fā)射機；中波；防雷

防雷是中波全固態(tài)發(fā)射機正常工作的一項重要保護措施，防雷性能的好壞，直接影響到安全播出。

1 雷電對發(fā)射設(shè)備的危害

雷電危害根據(jù)雷擊的形式和影響分為三類：直擊雷、雷電感應(yīng)和雷電波入侵，前兩者實際上是雷擊動作的兩個部分。

1.1 直擊雷

由雷云直接對建筑物或地面上的其他物體放電的現(xiàn)象稱為直擊雷。直擊雷時，雷云放電的電流很大，使可燃物體瞬間燃燒爆炸，危害十分巨大，將直接危害臺內(nèi)的發(fā)射鐵塔和調(diào)配室天調(diào)網(wǎng)絡(luò)。

1.2 雷電感應(yīng)

這是直擊雷的第二次作用，即是雷電流在直擊雷附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備損壞80%來自感應(yīng)雷。由于極大的雷電流，在其周圍形成瞬間強電磁場，產(chǎn)生脈沖電磁輻射，對一定區(qū)域范圍的導(dǎo)體或用電設(shè)備產(chǎn)生電脈沖，將危害臺內(nèi)各電氣設(shè)備、通信傳輸線路、數(shù)據(jù)采集處理器及發(fā)射機攻防模塊等。

1.3 雷電波侵入

當架空線路或架空金屬管道遭受雷擊，或者與遭受雷擊的物體相碰，以及由于雷云在附近放電，就會在導(dǎo)線上感應(yīng)出很高的電動勢，沿線路或管路將高電位引進建筑物和電源系統(tǒng)內(nèi)部，從而造成電路系統(tǒng)中斷、線路火災(zāi)以及觸電事故，對臺站的危害具體表現(xiàn)在破壞電源系統(tǒng)以及天饋線系統(tǒng)，從而引發(fā)全臺大規(guī)模停電事故和天饋線損壞等重大安全事故。

2 防雷控制系統(tǒng)技術(shù)

雷電防護措施主要有：接閃、均壓、泄流、接地等。廣播中波轉(zhuǎn)播站在已采取雷電防護措施的情況下仍遭受雷擊侵擾，主要原因是一些關(guān)鍵技術(shù)措施的缺漏，如接地系統(tǒng)的布設(shè)不合理、屏蔽措施不到位、不同電路系統(tǒng)保護配合不妥當、線路布設(shè)不合理等。本文從構(gòu)建廣播中波轉(zhuǎn)播站完整的防雷保護系統(tǒng)出發(fā)，提出了解決上述問題的辦法和途徑，確定完善了影響廣播中波轉(zhuǎn)播站防雷系統(tǒng)作用的幾個關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 廣播轉(zhuǎn)播站的接地系統(tǒng)布設(shè)應(yīng)逐級分流

⑴轉(zhuǎn)播站各部分的接地特點。中波轉(zhuǎn)播站從外到內(nèi)應(yīng)有3個部分的保護接地網(wǎng)。鐵塔的保護接地網(wǎng)：天線塔在常態(tài)下是懸空的，在雷擊時通過放電球與地網(wǎng)相連，所以放電球的間隙要設(shè)置得恰到好處，且需要經(jīng)常維護，這相當于避雷針的直擊雷泄流地網(wǎng)。天線信號轉(zhuǎn)接箱的保護接地網(wǎng)：天線信號轉(zhuǎn)接箱的外殼連同天線饋線的金屬屏蔽層，連接到地網(wǎng)，這一地網(wǎng)應(yīng)能泄流沿信號饋線串向發(fā)射機房的瞬態(tài)高壓強脈沖。轉(zhuǎn)播站機房的弱電接地網(wǎng)：即獨立的工作機房保護接地網(wǎng)。

⑵逐級分流接地網(wǎng)的布設(shè)。中波轉(zhuǎn)播站防雷逐級分流地網(wǎng)分布見圖1。

地網(wǎng)1為鐵塔的保護地網(wǎng)，用以泄導(dǎo)天線塔接閃時的雷擊電流，由于在放電球接合時入地的電流等同于雷擊電流，強度很大，其瞬間地電位提升很快，所以這一地網(wǎng)應(yīng)作為直擊雷防護接地單獨布設(shè)在鐵塔附近，連接放電球外側(cè)。地網(wǎng)2為室外饋線保護地網(wǎng)，作為饋管的金屬屏蔽層和轉(zhuǎn)接箱接地。鐵塔接閃時大部分雷電流在地網(wǎng)1入地，一部分沿饋管信號線路串入，通過轉(zhuǎn)移阻抗在饋線的屏蔽層上產(chǎn)生暫態(tài)高電壓，這部分暫態(tài)電流應(yīng)在地網(wǎng)2入地，以阻止對機房的較大影響。地網(wǎng)3為轉(zhuǎn)播站工作機房的接地網(wǎng)，沿工作機房布設(shè)成環(huán)形，并間隔4m左右引一個接地端子至機房，與機房內(nèi)的匯流母排相連，將工作機房內(nèi)的金屬門窗、設(shè)備機架、機殼以及防靜電接地、保護接地端等均就近連接到母排之上，以使機房內(nèi)所有設(shè)備的等電位連接到位。為避免不同級地網(wǎng)地電位的“反擊”和相互干擾，3個接地網(wǎng)之間應(yīng)有大于4m的地中距離。

2.2 轉(zhuǎn)播站屏蔽措施

轉(zhuǎn)播站的屏蔽措施包括線路的屏蔽和弱電設(shè)備場所的屏蔽。對于線路的屏蔽，首先應(yīng)考慮遭遇浪涌過電壓風(fēng)險最大的天線饋線，而天線饋線屬于已布設(shè)好的線路。由于已布設(shè)好的線路再穿管進行屏蔽難以實施，本文提出屏蔽環(huán)群的思路，用以解決這一問題。

⑴屏蔽環(huán)群的思路。中波轉(zhuǎn)播臺的天線饋線出于抑制渦流干擾的需要只能單端接地，在室外天線遭受雷擊時，雷擊暫態(tài)高壓會使屏蔽層帶上高電位，從而使與其相連的發(fā)射機外殼帶上高電位而對發(fā)射機內(nèi)的元器件造成威脅。為了進一步削減雷電高壓的脈沖，也為了使饋線的最外層屏蔽管不直接連接至發(fā)射機，有必要在饋線的室外部分再套設(shè)多點接地的外層屏蔽層，以達到雙層屏蔽濾波。由于已布設(shè)好的大饋管再穿管屏蔽難以實施，故可使用屏蔽環(huán)群的方法，該方法采用微分屏蔽管后再進行疊加的思路：即在需要屏蔽的發(fā)射饋線外，每隔一定距離就環(huán)扣一個鋼圈，再用圓鋼對多個鋼圈進行焊接串聯(lián)，并使連接的圓鋼多點接地，其接地點應(yīng)在外圈地網(wǎng)中（地網(wǎng)2），這樣使得瞬間的暫態(tài)高壓脈沖在機房的外圍就能大部分入地，減少對發(fā)射機的干擾。

⑵工作室空間電磁輻射屏蔽網(wǎng)。機房未采取屏蔽措施時，其內(nèi)部的弱電設(shè)備電子器件在發(fā)生天線塔接閃時存在較大的失效或損壞風(fēng)險；這也是廣播電臺雷災(zāi)發(fā)生的主要原因之一。所以，對弱電設(shè)備集中的發(fā)射機房進行屏蔽處理非常必要。

屏蔽網(wǎng)格可裝于機房內(nèi)墻，嵌好后再抹裝飾涂層，應(yīng)特別注意與門窗框的連接，以免留下空洞。屏蔽網(wǎng)至地面與機房的閉合匯流排連接，防靜電地板也每隔2m與銅排相連，組成一完整的法拉第籠。

2.3 信號過電壓保護器與電源過電壓末級保護器的配合

單純從電源過電壓防護來看，有3級電源系統(tǒng)過電壓防護已基本能將通過電源線入侵的雷電波抑制到設(shè)備可承受的水平；但因為電源線和信號線連接同一設(shè)備，而它們的工作接地是不在一起的，因此在供重要設(shè)備用電的插座前安裝浪涌保護器SPD（末級電源SPD）是很必要的，它與各路信號SPD共用同一保護地，這樣在電源線和信號線間就有了一個共地防雷保護裝置，可以抑制兩個系統(tǒng)的暫態(tài)電位差。此外，電源線與信號線在系統(tǒng)布線時，他們之間的回路面積應(yīng)盡量小，以避免雷擊電磁脈沖穿過回路感應(yīng)出高暫態(tài)電壓造成威脅。所以各類導(dǎo)線連接設(shè)備時，要盡量平行布設(shè)，并分別穿管屏蔽。

3 結(jié)論

對于廣播中波轉(zhuǎn)播站而言，較為完整的防雷保護系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾個方面：?接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)是相對獨立的逐級分流式，其思路即直擊雷接閃的大電流、強感應(yīng)脈沖大電流應(yīng)在遠離機房的外部地網(wǎng)入地，對機房本身應(yīng)建設(shè)功能較好的獨立弱電接地網(wǎng)。各信號SPD安裝到位，電源系統(tǒng)的3級SPD防護中，注意各重要弱電設(shè)備前端的末級細保護不可省略。對工作機房的空間屏蔽和進出機房纜線屏蔽，應(yīng)注意饋線增加多點接地的外層屏蔽。機房各部分要嚴格等電位連接，并注意防止出現(xiàn)大的感應(yīng)回路。

弱電設(shè)備防雷系統(tǒng)建設(shè)是個相對復(fù)雜的問題，不可能依靠某種先進的防雷設(shè)備和防雷措施就能達到目的，必須針對雷害干擾的途徑，對各類可能產(chǎn)生雷擊的因素進行排除，綜合采用接地、均壓、屏蔽、分流等措施，才能將雷害減少到最低限度。

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