淺析中波廣播發(fā)射設(shè)備的防雷電措施

信陽中波轉(zhuǎn)播臺 劉 偉

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淺析中波廣播發(fā)射設(shè)備的防雷電措施

信陽中波轉(zhuǎn)播臺 劉 偉

【摘要】雷電對中波廣播發(fā)射設(shè)備有巨大的威脅，本文結(jié)合工作實(shí)際，就我臺在廣播發(fā)射設(shè)備防雷電方面采取的措施做一闡述，希望為以后的工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】中波發(fā)射設(shè)備；防雷電；天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

信陽地跨淮河，位于亞熱帶和暖溫帶的地理分界線（秦嶺-淮河）上，屬于亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)域。該地既有綿延重迭的崇山峻嶺，也有岡巒起伏的低山丘陵，降雨量豐沛，空氣濕潤，相對濕度年均77%。受地理地貌的影響，信陽屬雷電多發(fā)區(qū)域，尤其是在每年的7-8月份，雷電活動頻繁，閃電密度值在5.0次/（km2.a）以上，強(qiáng)度多在100kA以上。雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，是大氣中一種劇烈的放電活動，放電時(shí)會釋放出巨大的能量［1］。雷電活動中對中波發(fā)射設(shè)備造成巨大危害的主要有兩種：直擊雷和感應(yīng)雷。一、直擊雷是指帶電云層（雷云）與建筑物等物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電、熱效應(yīng)或機(jī)械力等一系列的破壞作用。對中波發(fā)射設(shè)備而言，雷電沖擊電流流過天線等物體能形成幅值很高的沖擊電壓波，使電氣設(shè)備絕緣破壞，從而造成極大破壞性。不過現(xiàn)實(shí)情況中，直擊雷發(fā)生概率相對較低，造成危害的范圍一般較小，其防避通?？刹捎帽芾拙€、針、帶和網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行防護(hù)。二、感應(yīng)雷也稱雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓，根據(jù)其原理不同，可分為：靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。感應(yīng)雷一般通過導(dǎo)體（如電線等）侵入，其電壓可達(dá)到幾萬-幾十萬v。該種過電壓往往會造成導(dǎo)線、接地不良的金屬導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而容易引起電擊、火災(zāi)、爆炸，故其危害極其嚴(yán)重。當(dāng)雷電活動頻發(fā)時(shí)，由感應(yīng)雷出現(xiàn)而帶來的的故障，較輕者導(dǎo)致中波發(fā)射機(jī)內(nèi)功放板上的場效應(yīng)管大量損壞，嚴(yán)重者直接造成發(fā)射機(jī)停機(jī)，短時(shí)間內(nèi)無法維修好，維修工作量巨大，耽誤時(shí)間長，嚴(yán)重影響我臺的安全、優(yōu)質(zhì)播出。為了避免雷電對中波發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生損壞，影響正常播出，需要根據(jù)地域雷電特征對中波發(fā)射設(shè)備危害方式，結(jié)合我臺的實(shí)際情況，采取多層次、綜合性的防雷舉措。從而有效抵御雷電對中波發(fā)射設(shè)備造成的破壞，確保中波臺的安全、正常播出。本文根據(jù)實(shí)際情況總結(jié)了中波廣播設(shè)備防雷、避雷的措施，供同行參考。

1　雷電對中波發(fā)射設(shè)備造成損壞的幾種情形

一般情況下，中波發(fā)射設(shè)備被雷擊受損有以下四種情形：一是直擊雷電直接擊中發(fā)射設(shè)備而導(dǎo)致其損壞；二是發(fā)射設(shè)備接地體在強(qiáng)雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電壓從而形成地電位“反作用”而致設(shè)備損壞；三是感應(yīng)雷造成的，感應(yīng)雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的金屬管線侵入使發(fā)射設(shè)備受損；四是安裝中波發(fā)射設(shè)備的方法有誤，或者某些設(shè)備安裝位置不當(dāng)，遭受雷擊時(shí)在空間分布的電場、磁場影響而造成損壞［2］。

以上四種情況中的任一種發(fā)生都會使發(fā)射設(shè)備受到創(chuàng)傷，輕者斷電，嚴(yán)重者停播，影響節(jié)目的轉(zhuǎn)播和聽眾的收聽。所以必須采取有效措施用以預(yù)防以上所述雷電對我中波發(fā)射設(shè)備造成破壞。

2　防雷舉措

2.1天饋系統(tǒng)的防雷舉措

中波發(fā)射設(shè)備的天饋系統(tǒng)一般安裝在鐵塔上，故應(yīng)在塔尖加裝避雷器，其安裝高度要確保天饋系統(tǒng)內(nèi)的天線都在其有效保護(hù)范圍內(nèi)。避雷器應(yīng)高于天饋系統(tǒng)的天線。天饋系統(tǒng)安裝的避雷器，可以有效保護(hù)該系統(tǒng)。并且避雷器的安裝不影響發(fā)射信號，信號能順利通過。當(dāng)雷電出現(xiàn)造成系統(tǒng)異常電壓增高時(shí)，安置在其內(nèi)部的放大管立即起作用，極短時(shí)間內(nèi)可以大量釋放由上述感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的脈沖能量到安全地線上，進(jìn)而保護(hù)機(jī)房內(nèi)外的中波發(fā)射設(shè)備。

安裝避雷器時(shí)，其接地端必須與大地可靠連接，并且接地電阻要≦10歐姆，否則防雷效果將受影響。另外，還需考慮由避雷器本身的插入引起的損耗，對天線發(fā)射信號的強(qiáng)度造成一定影響，所以還要注意駐波比出現(xiàn)的變化。

中波轉(zhuǎn)播設(shè)備傳輸?shù)臒o線信號是通過接收機(jī)接收的源自于衛(wèi)星的信號，為了避免接收信號受到影響，接收天線一般安裝在室外空曠的場地上，越空曠的地方存在孤立的天線時(shí)，越容易遭受雷擊，而天線本身不能作避雷器。故應(yīng)在距天線大概5 米的地方安置一支獨(dú)立的避雷針。避雷針的引下線直接引到接地體，接地電阻不宜大于10Ω，衛(wèi)星天線也要單獨(dú)作引下線和接地體連接，以確保天線和衛(wèi)星接收機(jī)共同的安全［3］。

2.2天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷舉措

下圖是我臺天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷舉措原理圖，見圖1。

圖1　天線網(wǎng)絡(luò)防雷系統(tǒng)原理圖

2.2.1安裝一定數(shù)量的石墨放電柱

由于石墨的導(dǎo)電性比較高，石墨放電柱放電電流大，遺漏電流小，具有良好的放電特性。我臺在天線調(diào)配室接入一套（數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況而定，我臺3個(gè)）石墨放電柱裝置，根據(jù)射頻電壓的大小適當(dāng)調(diào)節(jié)石墨柱之間的間隙，利用多層間隙疊層技術(shù)可以連續(xù)放電，而每層放電間隙之間相互絕緣，從而解決了續(xù)流向問題并且逐層放電，距離增加，放電的電壓卻降低，無形中增大了石墨柱本身的通電能力。安裝時(shí)，將石墨放電柱的一端接地，并在接地端銅棒上串接一定數(shù)量的磁環(huán)，這樣天線在受到雷擊時(shí)，巨大的電流可通過接地引線流入地下，上述磁環(huán)產(chǎn)生反向電動勢，起到阻尼作用，從而有效提高發(fā)射機(jī)短路射頻阻抗，對高頻級損害極小，這樣，在發(fā)射機(jī)控制電路保護(hù)動作前，就起到了保護(hù)作用。

2.2.2天線底座安置金屬放電球

我臺鐵塔天線的底座安置有直徑10cm左右的半球形金屬放電球，通過適當(dāng)調(diào)整兩金屬半球的間距，可以在雷擊瞬間發(fā)揮泄放電荷能量的作用，承擔(dān)主要放電任務(wù)。安置時(shí)，兩個(gè)金屬放電半球要水平安裝，一定不能垂直安裝，否則會因?yàn)橛暄┨鞖鈺r(shí)造成放電球短路，影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定工作。

2.2.3安裝隔直電容器

隔直電容器為的是兩個(gè)電路之間的隔離，但它同時(shí)又承擔(dān)著信號傳輸?shù)墓δ埽瑐鬏斝盘栯娙菰酱笮盘枔p失越小，而且容量大有利于低頻信號的傳輸。我臺在天線引入調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中串連一只2000pF的電容器C0，當(dāng)電容器兩端接通雷電的直流電時(shí)，電路中有充電電流，但是充電時(shí)間極短，充電結(jié)束后就不再有電流通過。這樣能有效的避免雷電的直流電流流向發(fā)射機(jī)，并且不影響發(fā)射信號的輸送。

2.2.4應(yīng)用相移網(wǎng)絡(luò)

所有高頻通路中的網(wǎng)絡(luò)、傳輸線都會產(chǎn)生相移。當(dāng)發(fā)射天線遭雷擊金屬放電球短路時(shí)，發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗驟變，進(jìn)而影響發(fā)射機(jī)正常工作。因此我臺天調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用相移網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)金屬放電球短路時(shí)，通過相移網(wǎng)絡(luò)，使得發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗產(chǎn)生的變化，仍然在發(fā)射機(jī)可承受范圍之內(nèi)，有效保障了發(fā)射機(jī)的安全。

2.2.5天線下端連接電感線圈

電感線圈是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的器件。當(dāng)有電流流過某根導(dǎo)線時(shí)，就會在這根導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生一定的電磁場，而這個(gè)電磁場的導(dǎo)線本身又會對處在這個(gè)電磁場范圍內(nèi)的導(dǎo)線發(fā)生感應(yīng)作用。對產(chǎn)生電磁場的導(dǎo)線本身發(fā)生的作用，叫做“自感”，即導(dǎo)線自己產(chǎn)生的變化電流產(chǎn)生變化磁場，這個(gè)磁場又進(jìn)一步影響了導(dǎo)線中的電流；對處在這個(gè)電磁場范圍的其他導(dǎo)線產(chǎn)生的作用，叫做“互感“。電感線圈對電流信號所呈現(xiàn)的阻抗利用的是線圈的自感。在天線下端接一只80微亨利（μH）的電感線圈L0接地，該線圈由銅管繞制，銅管直徑越大防雷效果越好。電感線圈是粗銅管繞制的，而且銅管短，電阻分量小，對雷電電流構(gòu)成了良好的地下通路，雷電中的部分能量也可通過L0入地。

3　加強(qiáng)地網(wǎng)的維護(hù)

近年來，城市發(fā)展很快，原來我中波臺周邊少有建筑物，少有人員活動。但是最近幾年，一座座高樓拔地而起，就在我臺后面，甚至建起了物流倉庫；建筑蓋起來后，人員活動也密集了。這些建設(shè)，人員的頻繁活動，使我臺原來鋪砌的地網(wǎng)遭到了不同程度的影響甚至破壞。

我們知道，當(dāng)穩(wěn)定的地網(wǎng)環(huán)境被破壞后，很有可能會因?yàn)榈撞磕承┳杩共环€(wěn)定而引起中波發(fā)射機(jī)參數(shù)數(shù)值發(fā)生改變，造成地網(wǎng)電阻值增加，不能將電流順利的導(dǎo)出。鑒于以上情況，我單位要求值班人員每天對地網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)維護(hù)、修補(bǔ)和改造，密切關(guān)注地網(wǎng)狀況，一旦出現(xiàn)問題，及時(shí)補(bǔ)救。該法有效地避免了因地網(wǎng)破壞帶來的安全隱患，有利于中波發(fā)射設(shè)備安全保護(hù)。

4　小結(jié)

中波發(fā)射器的防雷電是一項(xiàng)艱巨而長遠(yuǎn)的工作，首先在設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)一定要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，根據(jù)實(shí)際情況，仔細(xì)認(rèn)真的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，任何細(xì)微的差錯(cuò)都有可能帶來意想不到的后果，因此需要從源頭把控好各個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，否則只會勞民傷財(cái)。

其次，工作中，每天檢查，定期維護(hù)，做好這些工作才能防患于未然。我臺在每年的雷雨季節(jié)，尤其是6、7、8月份，對周邊地網(wǎng)、機(jī)房進(jìn)行重點(diǎn)檢查，逐一檢測各防雷電元件是否正常運(yùn)行，如果發(fā)現(xiàn)問題，能處理的及時(shí)處理，對于不能處理的，及時(shí)上報(bào)，盡快妥善處理。

另外，每次在檢修完成、故障排除后，都會對故障原因進(jìn)行調(diào)查，并分析、總結(jié)，尤其是雷電引起的故障。將故障現(xiàn)象和解決辦法一一記錄在案，以后出現(xiàn)類似問題，利于方便快捷的維修。

參考文獻(xiàn)

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