中波發(fā)射臺(tái)天調(diào)系統(tǒng)防雷方案

劉伯頤

（作者單位：湖南人民廣播電臺(tái)二0一臺(tái)）

雷電的形成原因是帶電荷的雷雨云層與地間產(chǎn)生一個(gè)環(huán)境電場(chǎng)而導(dǎo)致其發(fā)生。如果雷雨云層或地面某一點(diǎn)上的電場(chǎng)強(qiáng)度大于地面上的電場(chǎng)強(qiáng)度3×106 V/m時(shí)，在地上突出隆起的地方、先導(dǎo)放電開(kāi)始于導(dǎo)電部件或金屬部件。向下先導(dǎo)從云端延伸到地面，向上先導(dǎo)則是從地面伸展到云端，向上先導(dǎo)與向下先導(dǎo)并將形成主放電。雖然已明顯看到雷電電流的峰值幅值已經(jīng)達(dá)到了300 kA，但在現(xiàn)實(shí)生活當(dāng)中，大概50%次雷擊只產(chǎn)生18 kA電流，其他的能譜分布在直流低頻附近至160 kHz。

1 雷電對(duì)中波臺(tái)的影響

廣播發(fā)射從要求來(lái)說(shuō)，是在任何情況下都不能中斷播出的。高聳的中波天線大多都在百米左右高度（76～120 m），處在地勢(shì)開(kāi)闊地帶，周圍高層建筑較少，所以，中波天線被雷擊的概率比一般建筑物大得多，容易遭受雷擊，雷電電流和中波天線與地面絕緣，以上這兩個(gè)條件意味著中波天線雷電防護(hù)的難度，因?yàn)閹щ娫茍F(tuán)通常有幾千伏特的電壓，在中和過(guò)程中能產(chǎn)生數(shù)千安培電流。因此，中波臺(tái)每年夏季都會(huì)受到雷暴侵害。為確?！案哔|(zhì)量、不間斷、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的廣播發(fā)射任務(wù)，中波臺(tái)的避雷尤為重要。

2 避雷與防雷

2.1 避雷原理

避雷器保護(hù)電路圖原理解析（見(jiàn)圖1）。避雷器包括有羊角避雷器、閥型避雷器、氧化鋅避雷器等多種形式。其中，氧化鋅避雷器是以電工碳化硅鋼片組成的，與常規(guī)閥型避雷器相比而言，有以下優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)作快、通流容量大、低殘余壓力、非連續(xù)流動(dòng)、大氣過(guò)電壓和開(kāi)關(guān)過(guò)電壓可起到保護(hù)作用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、壽命長(zhǎng)、維護(hù)簡(jiǎn)單等。

2.2 避雷針的作用

圖1 避雷器保護(hù)線路原理圖

避雷針的作用是讓接近它的低空雷雨云引導(dǎo)到避雷針附近，讓閃電電流根據(jù)預(yù)定路徑釋放到地面，自抗雷擊，防止其他設(shè)施被破壞。普通的單個(gè)避雷針對(duì)地面上的保護(hù)半徑r應(yīng)按r=1.5h計(jì)算，h為避雷針的高度（m），1.5為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

3 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)避雷措施

湖南人民廣播電臺(tái)二0一臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱“我臺(tái)”）處于地勢(shì)開(kāi)闊帶，高高的鐵塔容易引雷，比較大的事故，損壞發(fā)射機(jī)槽路、（50 Ω/150 Ω）阻抗變換，根據(jù)我臺(tái)的一些具體情況和多次受雷擊事故的處理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)天饋系統(tǒng)、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)做了一些改進(jìn)。

3.1 對(duì)中波鐵塔的改進(jìn)

首先，在鐵塔拉線繩的放電架上并接一個(gè)高頻電阻和放電線圈，高頻電阻為靜電提供一個(gè)放電接地的通路，線圈提供直流通路。

其次，在鐵塔底部的絕緣子上并接放電球。兩個(gè)放電球中的一個(gè)放電球接地，另一個(gè)放電球接鐵塔。

3.2 對(duì)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)

3.2.1 接泄放線圈

在天線輸入端口連接到一個(gè)微型電感線圈到地面（約100 uh），線圈形成一個(gè)良好的接地路徑雷電，起著直接向大地排放巨大閃電電流的作用。

3.2.2 接入隔離電容器

把天線連接上網(wǎng)絡(luò)以前，先連上一個(gè)內(nèi)存較大的真空陶瓷電容器C，容量控制在1 000～1 200p，它不妨礙高頻輸出路徑，但可以對(duì)雷電直流有很好的保護(hù)作用。

3.2.3 添加石墨放電裝置

在天饋調(diào)配室內(nèi)，裝上一組石墨放電球在天線接入端口，然后連接地導(dǎo)線，準(zhǔn)備27個(gè)磁環(huán)套上。如天線被雷擊到，石墨本來(lái)就有一些阻尼減幅放電作用，磁環(huán)形成mh級(jí)電感，構(gòu)成直流通道。假設(shè)發(fā)射機(jī)正常工作期間被雷擊中，在放電球發(fā)揮作用時(shí)，通過(guò)接地導(dǎo)線引起的反電動(dòng)勢(shì)的磁路，可以起到阻尼放電的作用，這樣不至于高頻能量短路。室內(nèi)放電球的放電距離取1 mm/10 kV。

3.3 電力系統(tǒng)的預(yù)防

為防止遭受雷擊危險(xiǎn)，我們首先在機(jī)艙的高壓線路上安裝一套閥門避雷器，以便將沖浪的高壓（電流）釋放到地面。另外，在電源饋線系統(tǒng)的低壓配電板上安裝有一套真空放電裝置，用作壓敏電阻避雷器，從而可靠地保護(hù)電源架空線路免受雷擊。

3.4 接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)包括地坑、接地體、降阻材料、其它添加劑等。

首先，在中波塔發(fā)射塔附近提前打好地網(wǎng)，它的構(gòu)成部分是一百根左右的φ4銅包鋼線，長(zhǎng)度在120 m左右，中心是在天線底部，以3°為夾角、共計(jì)120根向周圍以放射狀，并在以半徑5 m、24.6 m、26.6 m、60 m，把每根銅線短路，圍成4個(gè)大圓筑成。銅包鋼線的初始端用銅帶焊接，塔底的防雷放電球連接到地端。然而，對(duì)于所有固態(tài)發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，接地電阻方法不是很滿意。為此，在塔中建造了一口地井，這口井的深度大約是4 m，（以旱季土壤為標(biāo)準(zhǔn)）地井面積為2 m2，覆蓋上一塊長(zhǎng)度為2 m、寬度為1 m、銅板的厚度為5 mm，然后加入減阻劑、鹽等。銅板焊接有寬200 mm、厚1 mm的銅皮，放電球的端部與批量引線連接，再與地網(wǎng)相連接，這將為雷電電流提供可靠的接入。

其次，在天線饋線配電網(wǎng)絡(luò)室中，還制作了高頻地井。地面井的尺寸和深度與上述相同，銅板厚0.5 mm，寬300 mm。銅片與網(wǎng)絡(luò)的高頻接地線連接，并與天線接地網(wǎng)、防雷接地線、饋線接地線和部署室的屏蔽層緊密焊接。它不僅可以降低高頻損耗，而且有助于抑制雜波，保證發(fā)射機(jī)正常工作，確保穩(wěn)定輸出。

此外，在制作鐵塔用避雷針過(guò)程中，應(yīng)將避雷針尖刷長(zhǎng)200 m的錫，以提高避雷針尖的導(dǎo)電率，使云中的雷云電荷能快速導(dǎo)入地下。塔式避雷器的放電球必須進(jìn)行類似處理。

4 注意事項(xiàng)

第一，鐵塔維護(hù)時(shí)，室外放電球不要刷油漆，要特別仔細(xì)檢查，如果施工不小心刷了油漆，要及時(shí)清理干凈，起到防雷、避雷效果。

第二，在每年雨季到來(lái)之前，應(yīng)特別注意檢查接地電阻和防雷設(shè)施。

簡(jiǎn)而言之，雷電防護(hù)是全固態(tài)中波機(jī)應(yīng)用中的重要問(wèn)題之一。通過(guò)十多年的工作實(shí)踐和以上一些防雷措施的處理，雷擊損壞器件大為減少，避雷效果明顯。