中波廣播發(fā)射臺的防雷保護措施及應(yīng)用

張立學

（作者單位：內(nèi)蒙古自治區(qū)新聞出版廣電局敖漢716發(fā)射臺）

隨著雨季的到來，雷電防護是中波廣播發(fā)射臺實現(xiàn)確保優(yōu)質(zhì)安全播出的重要的事務(wù)。防雷擊措施不僅僅是針對中波發(fā)射機，而是整個中波發(fā)射天饋系統(tǒng)﹑供電系統(tǒng)等配套設(shè)備以及機房的建筑設(shè)計都應(yīng)有配套的措施。目前，各個發(fā)射臺中波廣播均采用固態(tài)發(fā)射機，所以，預(yù)防雷擊的破壞顯得更加重要，這就要求在技術(shù)上不斷進步。

敖漢716發(fā)射臺地處內(nèi)蒙古赤峰市新惠鎮(zhèn)，這是一個易發(fā)閃電的地區(qū)，特別是在夏季高峰期，發(fā)射天線高達76 m，位于山頂，直接雷暴每年至少有4～5次，甚至更多。如果沒有良好的防雷措施，就會損壞發(fā)射天線﹑發(fā)射和發(fā)送設(shè)備。發(fā)射塔底部有一個50 cm高的支撐絕緣體。保溫瓷瓶有效37 cm，室外常壓小于4萬V。如果天線在廣播時遭受雷暴天氣的沖擊，而獨立的天線不使用特定的防雷措施，那么塔底的瓷瓶表面容易產(chǎn)生過電壓，甚至導致基底瓷器的損壞。為了最大程度提高天線輻射效率，通常在日饋線之間設(shè)計一個匹配網(wǎng)絡(luò)，它是一系列電感﹑高頻電容器等并并﹑串串匹配設(shè)計而成。同時，天線在遭受雷擊時，同樣可能會對電容器﹑電感器件造成損害。

1 中波發(fā)射機的內(nèi)部保護

在每個發(fā)射機內(nèi)部設(shè)計了以下類型的防雷電路。一是，在設(shè)計上的考慮及一般性防護，盡量減少MOSFRT管的負載，使其冗余。例如，500 V直流電壓的300 V組可以提供很大的安全空間。二是，當天線中有不規(guī)則電壓流反饋時，直流供電部分及快速駐波的保護電流合成器，可在極短時間內(nèi)將發(fā)射機與天線的連接斷開，避免損壞。三是，如果發(fā)射機處于關(guān)斷狀態(tài)，則RF插頭可以在一段延遲之后連接到地球。

RF部分保護。無論是內(nèi)部還是外部都可能遇到過電壓和高電壓條件,發(fā)射器的RF部分可以用精確校準的避雷器保護。

接地系統(tǒng)。一是中波廣播發(fā)射臺站的發(fā)射機房的地網(wǎng)最大格為2.0 m。二是發(fā)射機與地網(wǎng)間的阻抗必須是滿足技術(shù)規(guī)定的極低的電阻。三是應(yīng)當避免某個發(fā)射機的地與其他設(shè)備的地電壓不同，所以，保持供電電源﹑同軸電纜和饋線與其他設(shè)備之間的地電壓一致性很重要。

2 發(fā)射機的外部保護

發(fā)射機機房的結(jié)構(gòu)構(gòu)造特別是地井設(shè)計的優(yōu)劣，對防雷是極其重要的，其目的是能夠?qū)伻氲睦纂婋娏髦苯訉氪蟮?，而不是流串入發(fā)射機或者機房內(nèi)。

第一，機房的布置。當?shù)鼐W(wǎng)布局理想時,同軸饋線﹑交流電源和所有其他電線電纜連接到發(fā)射機和其他設(shè)備。

第二，防雷和天線接地和天線饋電。

第三，高低壓供電部分過壓保護。為防止雷電從高壓電源系統(tǒng)進入發(fā)射臺發(fā)射機所需的措施是：高壓線路的上端框架裝有至少1 km長的架空地線；進到變電站要安裝避雷器；為了防雷擊，在防雷區(qū)應(yīng)安裝避雷針；根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，必須保證接地系統(tǒng)的安全接地，接地電阻不得大于規(guī)定值；在進入機艙后，變電站和發(fā)射機房應(yīng)安裝地下電力電纜安裝避雷器；變壓器必須安裝壓敏電阻來抑制浪涌。

第四，發(fā)電機房接地系統(tǒng)。在射頻電源系統(tǒng)中，接地網(wǎng)由銅網(wǎng)構(gòu)成。網(wǎng)面不大于2 m，接地網(wǎng)與機房外環(huán)接地系統(tǒng)相連，并增加輔助接地棒。機房頂部的地網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)與地面環(huán)網(wǎng)相連，連接環(huán)的寬度不大于10 m。

第五，控制系統(tǒng)及其他設(shè)備的接地。所有附屬設(shè)備都連接到地面網(wǎng)絡(luò)。安裝在機艙外部的金屬裝置，如虛擬負載和熱交換系統(tǒng)應(yīng)連接到接地網(wǎng)。腰帶尺寸采用100×1 mm銅箔。如果將這種裝置放置在屋頂上，它也應(yīng)與100×1 mm的銅帶連接。

3 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷措施

圖1 防雷網(wǎng)絡(luò)

利用天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，使其在匹配的同時具備防雷的功能。敖漢716發(fā)射臺中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)一般都采用“?！被虻埂唉！毙途W(wǎng)絡(luò)，通常網(wǎng)絡(luò)的串臂端為感性元件，并臂端為容性元件，這種網(wǎng)絡(luò)用于PDM中波發(fā)射機以后，為防雷需要，將網(wǎng)絡(luò)中的串臂端改為容性元件，并臂端改為感性元件，如圖1所示。

顯然，在改變之后，電容被連接到饋線或天線，并且閃電，特別是靜電被阻擋，在饋線或天線的接地端的電感器連接到電感。對雷電中的主要儲量可以迅速泄入地，有效防止了雷擊，但這個網(wǎng)絡(luò)的弊端是對抑制諧波不利。對此，必須在技術(shù)上進行處理，在并臂端仍然并上一只電容。這樣，此網(wǎng)絡(luò)既是天饋匹配網(wǎng)絡(luò)，又有利于防雷，還可以抑制諧波輸出，真可謂是一舉三得。

以10 kW PDM中波發(fā)射機為例，網(wǎng)絡(luò)的計算如下：已知頻率為1278 kHz,饋線特性阻抗為50 Ω，天線阻抗ZA=Ra+JXA=210+J230 Ω，天線電阻RA大于饋線特性阻抗RФ，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該被選擇為倒置的Γ類型。如圖1所示。天線阻抗等效于并聯(lián)阻抗的轉(zhuǎn)換：

其中：

等效電路如圖2所示。

圖2 等效電路

對于這個網(wǎng)絡(luò)的計算采用“Γ”網(wǎng)絡(luò)的計算方法將串聯(lián)臂電抗轉(zhuǎn)換為電容性電抗，并將臂電抗轉(zhuǎn)變?yōu)楦行噪娍埂?/p>

在等效電路中，有一個視在電抗A，為抵消這個電抗的影響，在天線的下地端并聯(lián)一只電容這樣做的目的有二：一是可以適當?shù)靥岣呔W(wǎng)絡(luò)對諧波的濾波度；二是可以安裝可調(diào)電容，方便網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整。

令XC1=X′A則：

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

根據(jù)計算值安裝網(wǎng)絡(luò)后，重復(fù)調(diào)整C，通過阻抗橋測量機房輸入線的輸入端口阻抗為50 Ω，饋線的波比值應(yīng)為零。此網(wǎng)絡(luò)工作多年以來，發(fā)射機工作穩(wěn)定，遇上強雷電天氣，發(fā)射機安然無恙，再也沒有出現(xiàn)過燒毀功放元器件現(xiàn)象。

圖3 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)

閃電是一種自然現(xiàn)象，它的出現(xiàn)是不可預(yù)知的。但是，只要繼續(xù)采用先進的防雷技術(shù)，不斷總結(jié)實踐中的防雷經(jīng)驗，就可以減少雷電造成的損失，所以，加強發(fā)射臺防雷技術(shù)研究十分必要。