試析全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷策略

付永生

【摘要】全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)是當(dāng)前我國中波廣播發(fā)射建設(shè)領(lǐng)域中最令人矚目的成績之一，它的全固態(tài)化設(shè)計(jì)引領(lǐng)國家中波發(fā)射機(jī)發(fā)展進(jìn)入了全新階段。當(dāng)熱，它也并非完美，其在防雷技術(shù)應(yīng)用方面還面臨嚴(yán)峻問題考驗(yàn)。本文中首先嘗試分析了雷電特征與性質(zhì)，并著重研究了全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及有效防雷策略。

【關(guān)鍵詞】全固態(tài)中波發(fā)射機(jī);天調(diào)網(wǎng)絡(luò);雷電特征性質(zhì);工作原理;防雷策略

全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的整體播出效率相比于傳統(tǒng)發(fā)射機(jī)擁有更高更優(yōu)良的發(fā)射效率，不過防雷能力卻是它的弱項(xiàng)，這就限制了發(fā)射機(jī)本身所能夠適應(yīng)的工作環(huán)境。但當(dāng)前全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)一般工作環(huán)境惡劣不佳，所以如果遭遇任何雷電事故，其場效應(yīng)管部分都可能被隨時(shí)擊穿，設(shè)備整體因此被嚴(yán)重破壞。目前人們都在研究如何規(guī)避雷擊的有效方法措施，希望采取相應(yīng)合理有效的防雷對策。

1. 雷電的基本特征與性質(zhì)簡析

在大自然的眾多自然現(xiàn)象中，雷電現(xiàn)象最為常見，它的發(fā)生普遍且主要產(chǎn)生于云云、云地之間，在雷電現(xiàn)象中必然會出現(xiàn)各種雷擊效果，而雷擊效果的本質(zhì)就是大氣中攜帶了不同極電荷的云層在相互碰撞后產(chǎn)生了特殊的放電現(xiàn)象，在雷擊過程中，它們所附帶的電荷不同，所處的云層不同，但是它們彼此之間會發(fā)生碰撞，釋放大量能量。就在這一能量釋放過程中所產(chǎn)生的就是大量的雷電電流。雷電現(xiàn)象所產(chǎn)生的雷電電流高達(dá)數(shù)千安以上，如果但就從雷電現(xiàn)象的放電過程來看，這種過程極短（只有幾微秒），它的周邊環(huán)境溫度也會大幅度升高。如果電流在電磁感應(yīng)作用下必然受到影響，此時(shí)它對于地面的物體會產(chǎn)生嚴(yán)重的雷擊現(xiàn)象，導(dǎo)致地面上所有物體都嚴(yán)重受損。就這一嚴(yán)重的雷擊現(xiàn)象需要考慮其所存在的集中電荷現(xiàn)象問題，越是地勢較差的地方月容易出現(xiàn)強(qiáng)雷擊事件，因?yàn)檫@里是具有良好導(dǎo)電性的區(qū)域，某些區(qū)域就要布置好針對性的防雷措施。就以全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的天調(diào)為例，由于它地處較高地勢且導(dǎo)電性良好位置，所以必須設(shè)置相應(yīng)防雷措施保證其天調(diào)網(wǎng)絡(luò)不受雷擊損害。

2. 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的基本概述

2.1 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中，一般中波廣播波長都相對較長，這增加了發(fā)射機(jī)加工演算波長的復(fù)雜性，在實(shí)際的中波發(fā)射過程中需要依賴對發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際阻抗進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)修正，如此可滿足對發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)的優(yōu)化，保證二者相互有效作用。

2.2 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的工作原理

再看中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭遇靜電甚至雷擊狀況時(shí)，必須針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相應(yīng)的濾波電路，濾波電路設(shè)置的主要作用就是通過濾波干擾信號，合理調(diào)整設(shè)備中的信號阻抗與信號轉(zhuǎn)換過程，保證發(fā)射機(jī)性能有效發(fā)揮，滿足實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)與工作性能要求。就全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)整體而言，當(dāng)它的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生雷擊現(xiàn)象時(shí)，也會同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)大電流，絕大部分流入到中波發(fā)射機(jī)中，導(dǎo)致其無法正常運(yùn)行工作，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)發(fā)射機(jī)線路燒毀，整個(gè)發(fā)射機(jī)設(shè)備就此完全損壞。所以必須提出有針對性的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷對策。

3. 全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷措施研究

3.1 針對全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天線的防雷措施

發(fā)射機(jī)的天線部分防雷措施要做到嚴(yán)謹(jǐn)合理到位，這是因?yàn)樘炀€一般處于較高的建筑頂端位置，一旦遭遇任何雷雨等惡劣天氣，例如遭受雷擊時(shí)就必須做好防雷措施，否則后果不堪設(shè)想，具體的損失表現(xiàn)就是過度電流直接從天線導(dǎo)入到大地中，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)設(shè)備完全失靈。舉例來說，如果出現(xiàn)的雷電放出電流達(dá)到1000A，它導(dǎo)入大地的電阻應(yīng)該在5Ω左右，此時(shí)塔基的電位就會提高到5kV以上，低電位在附近大量產(chǎn)生，強(qiáng)大的電流會直接被引入到發(fā)射機(jī)中。減小天線導(dǎo)入電流的方法主要有二：其一是研究做好接地工作，保證所產(chǎn)生的電阻越小越好，當(dāng)然也要相對削減其分流部分，確定好唯一接地點(diǎn)。再一方面就是要適當(dāng)減小地網(wǎng)中的電阻部分。

3.2 針對全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷措施

如上文所述，大氣中的雷電其由于自身所帶電流相當(dāng)強(qiáng)大，破壞能力非同小可，為此必須提出針對發(fā)射器效果良好的防雷對策。

3.2.1 石墨打火隙裝置的安裝

具體到發(fā)射機(jī)的防雷措施設(shè)置方面，需要結(jié)合調(diào)配室中所安裝的石墨打火隙裝置展開相應(yīng)設(shè)計(jì)，最大限度減少雷擊所帶來的負(fù)面不良影響，同時(shí)可規(guī)避放大發(fā)射機(jī)功率，對半導(dǎo)體等器件的損壞可能性也會相對減小。再者，這種裝置也能有效降低放電次數(shù)，舉個(gè)例子，可考慮為發(fā)射機(jī)制作全金屬放電隙接地線以及金屬桿，并在它們之上穿上大約50個(gè)左右的金屬磁環(huán)，這些磁環(huán)實(shí)際上并沒有促進(jìn)設(shè)備運(yùn)行效率的功能，但是它們能夠有效增強(qiáng)發(fā)射機(jī)自身阻抗，有效規(guī)避短路現(xiàn)象，在發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭遇雷電現(xiàn)象時(shí)可起到一定保護(hù)作用。需要明確其防御雷電的核心應(yīng)該為低頻與直流，換言之要保證雷電不會對發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的接地通路產(chǎn)生任何負(fù)面效應(yīng)。

3.2.2 隔直電容器LO的安裝

要充分考量在全固態(tài)發(fā)射機(jī)天線中可能存在的外界天氣影響現(xiàn)象，就比如說本文中所提到的雷電現(xiàn)象，因?yàn)槔纂姮F(xiàn)象所產(chǎn)生的電流會對發(fā)射機(jī)本身產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)大的負(fù)面影響，此時(shí)需要安裝隔直電容器LO。應(yīng)該選擇容量在1000～2000PF的LO，具體的容量范疇還要根據(jù)中波頻率而定，目的就是為了合理規(guī)避較強(qiáng)的壓降情況，在設(shè)計(jì)安裝過程中有必要提升電伏伏安量，保證發(fā)射機(jī)本身的輸出功率與LO電伏伏安量二者成正比。如果所輸出的功率與LO電伏伏安量之間二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，那么當(dāng)發(fā)射機(jī)功率變大時(shí)，其伏安量會相應(yīng)升高，輸出功率則會相應(yīng)有所減弱，它的伏安量則會相對降低。

3.2.3 移相網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

如果遭遇雷擊，發(fā)射機(jī)鐵塔基部位置會最先出現(xiàn)短路情況。為了避免雷擊造成二次或更大傷害，防止產(chǎn)生更大的負(fù)面影響，必須選擇在發(fā)射機(jī)端口位置增加保護(hù)，避免短路現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。另外，也可通過一定程序措施例如移相網(wǎng)絡(luò)設(shè)置來彌補(bǔ)小武差問題，即補(bǔ)償相移。具體做法就是將其轉(zhuǎn)化為π整數(shù)，在設(shè)置移相網(wǎng)絡(luò)過程中合理調(diào)節(jié)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的天線之間阻抗，匹配信號問題有效規(guī)避可能存在的各種負(fù)面影響。

3.2.4 高駐波保護(hù)與激勵(lì)封鎖的設(shè)置

在針對某些功率偏大的發(fā)射機(jī)實(shí)施高駐波保護(hù)與激勵(lì)封鎖設(shè)置時(shí)，應(yīng)該選擇電壓饋送能力較高的發(fā)射條件，此時(shí)必須合理配合電壓饋線與天調(diào)網(wǎng)絡(luò)饋線形成相互有效關(guān)聯(lián)，確保天條網(wǎng)絡(luò)饋線打火放電過程到位?？紤]到在針對某些功率偏大的發(fā)射機(jī)實(shí)施高駐波保護(hù)與激勵(lì)封鎖過程中需要選擇較高的電壓饋送條件，因此這里還需要根據(jù)電壓饋線對天調(diào)網(wǎng)絡(luò)饋線段位置進(jìn)行合理設(shè)置，明確發(fā)射機(jī)內(nèi)所產(chǎn)生的高壓駐波問題，特別注意對打火放電現(xiàn)象的控制，滿足發(fā)射機(jī)發(fā)射條件。然后熄滅電弧，并采用高激勵(lì)封鎖確保電弧被準(zhǔn)確熄滅，同時(shí)做到對信號的及時(shí)恢復(fù)。

上述措施具有一定科學(xué)性，特別是封鎖激勵(lì)機(jī)制可有效提升天線封鎖保護(hù)設(shè)置優(yōu)化措施，滿足全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營過程中的所有安全需求。

3.2.5 天線基底部采用高頻扼流圈接地裝置

在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的天線基底部可采用高頻扼流圈接地裝置，如此設(shè)計(jì)也可有效提高防雷有效性效果。目前比較常采用的系統(tǒng)為雙電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)擁有專門設(shè)置的變壓器部分，它專門設(shè)置在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)位置，且它充分考慮到雙電源系統(tǒng)中，主要圍繞所有高壓線路部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是它是完全暴露在室外部分的，所以非常容易引發(fā)雷擊事故。因此為有效杜絕雷擊問題可選擇在電源系統(tǒng)中專門設(shè)置分層防雷措施。它的具體做法就是圍繞天線的基礎(chǔ)位置安裝高頻率的扼流圈配合接地部分，并將天線設(shè)置在相應(yīng)的雷電接地位置，始終保證帶電云團(tuán)電荷被合理有效釋放。在該過程中，如果帶電云團(tuán)電荷擊穿大氣層，那么此時(shí)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的天線高頻扼流圈就會直接接地，此時(shí)可滿足所有放電條件。

3.2.6 天線基底部位置設(shè)置放電球

一般來說，天線基底位置的放電球是有效的防雷裝置，它被安裝于天線底部附近。放電球本身為半橢圓金屬結(jié)構(gòu)，將它安裝在天線底部與發(fā)射機(jī)連接，另一端則直接接地，與發(fā)射機(jī)關(guān)聯(lián)，調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)頻率過程中需要對其雷電的平均雷擊強(qiáng)度問題進(jìn)行分析，如果雷擊現(xiàn)象嚴(yán)重，則需要結(jié)合放電球上的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行針對性分析，確保放電球始終作為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的第一雷擊瞬時(shí)電荷放電工具。而在天線底部安裝放電球的注意事項(xiàng)主要有以下幾點(diǎn)：

第一，要準(zhǔn)確界定放電球的安全電壓值。

第二，要充分考慮到大氣中的雷擊現(xiàn)象是極不穩(wěn)定的，為了有效應(yīng)付變化，需要在大氣層中計(jì)算其所匯集的電荷數(shù)量，并為放電球設(shè)置最安全電壓值，配合放電處理裝置與放電球在短時(shí)間內(nèi)釋放大量電荷，保證電荷在陸地上有效擴(kuò)散。

第三，在夏季雷雨多發(fā)天氣與地區(qū)要嚴(yán)格檢查放電球的間隙是否符合國家所規(guī)定的安全間距要求，其目的是為了有效保障發(fā)射機(jī)可在正常狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行工作。

石墨放電球本身是具有良好的物理特性的，它的放電能力表現(xiàn)較強(qiáng)，在放電過程中，石墨類放電球的電壓會伴隨天調(diào)網(wǎng)絡(luò)輻射面積的增長而逐漸減小。在設(shè)置石墨放電球時(shí)，要保證它的安裝放置間距在1mm/kV以內(nèi)，且要保證安放過程中它能夠具有良好的接地性能。在安裝石墨放電球過程中還要安裝一個(gè)小磁環(huán)，保證小磁環(huán)與接地端完全串聯(lián)，一旦天線系統(tǒng)遭遇任何雷擊威脅，石墨球與小磁環(huán)都是能夠有效提升發(fā)射機(jī)短路阻抗的，它們對發(fā)射機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行都有一定的促進(jìn)保障作用。

4. 總結(jié)

在全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)中，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)是最為關(guān)鍵的一部分，它對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量影響都非常之大。但是由于受到外部自然環(huán)境因素的影響，發(fā)射機(jī)還必須克服雷電問題。本文中就著重探討了這一點(diǎn)，提出了若干方法追求全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行效果，同時(shí)確保其天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭受雷電攻擊的危害水平降到最低。

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