淺談中波發(fā)射臺(tái)綜合防雷接地措施

郁琨　劉鵬昭

【摘要】? ? ?中波天線作為發(fā)射臺(tái)周邊唯一高聳建筑物，雷雨天氣極易遭受雷擊，造成天調(diào)網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射機(jī)損壞而影響安全播出。本文介紹了多種防雷措施和接地系統(tǒng)改造方法，保障雷雨天氣下中波發(fā)射臺(tái)設(shè)備、設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】? ? 中波天線? ? 發(fā)射機(jī)? ? 防雷措施

引言：

中波發(fā)射臺(tái)一般位于地勢(shì)平坦開(kāi)闊的城市郊區(qū)，由于附近高層建筑較少，中波天線作為周邊唯一高聳建筑物，夏季雷雨天氣極易遭受雷擊，雷電電流可能通過(guò)天線、饋線、供電線路、通信線纜等多種途徑引入發(fā)射機(jī)房，導(dǎo)致天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射機(jī)及機(jī)房電子設(shè)備遭雷擊損壞造成長(zhǎng)時(shí)間停播。為確保雷雨天氣下的安全播出，減少停播率，必須做好中波發(fā)射臺(tái)的防雷保護(hù)工作。

一、雷電的危害

雷電是危及人身生命安全和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的一種云層自然放電現(xiàn)象，每年由于雷電原因直接或間接引起的人員傷亡、設(shè)備設(shè)施損毀事件不計(jì)其數(shù)。從雷電造成的危害情況來(lái)分，主要分為直擊雷、感應(yīng)雷和雷電波等三種情況，其破壞方式包括熱效應(yīng)、機(jī)械力和電磁力。

1.1直擊雷

直擊雷是云層與地面突出物體之間直接放電形成的，當(dāng)雷云同地面突出物體之間的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，地面突出物體就成為雷電的泄放通道，它們之間發(fā)生的自然放電現(xiàn)象被稱(chēng)為直擊雷。其特點(diǎn)是在瞬間（通常只有幾微秒到幾百微妙）可以產(chǎn)生非常大的能量，并通過(guò)機(jī)械振動(dòng)和高溫高熱的方式使地面突出物體遭受?chē)?yán)重破壞，當(dāng)雷電流通過(guò)各類(lèi)電器設(shè)備的時(shí)候，就會(huì)破壞電器設(shè)備的絕緣、引起火花、造成電器設(shè)備燃燒或者爆炸等，從而造成電器設(shè)備的徹底損毀。

1.2感應(yīng)雷

靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)等兩種現(xiàn)象均會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)雷的形成。靜電感應(yīng)是指帶電雷云在接近地面的時(shí)候，地面金屬導(dǎo)體會(huì)因?yàn)殪o電感應(yīng)而產(chǎn)生大量的異性電荷，等到雷云放電結(jié)束后，金屬導(dǎo)體所束縛的異性電荷被釋放成為自由電荷，會(huì)形成很高的感應(yīng)電壓，導(dǎo)致金屬導(dǎo)體放電引起電器設(shè)備損壞。電磁感應(yīng)是指在發(fā)生雷擊的時(shí)候，雷電流會(huì)在附近空間中形成不斷變化的強(qiáng)大感應(yīng)電磁場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)效應(yīng)使附近的金屬導(dǎo)體和電器設(shè)備上產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，從而損壞電器設(shè)備內(nèi)部的各類(lèi)電子元件。

1.3雷電波

雷電波是指直擊雷或感應(yīng)雷的雷電流通過(guò)輸電線路、通信電纜等架空金屬線路進(jìn)行迅速傳播的雷電沖擊波，雷電波沿著輸電線路、通信電纜侵入與其連接的各種通信電子設(shè)備，并造成嚴(yán)重破壞。

二、防雷措施

目前，由于電子通信技術(shù)的高速發(fā)展，各類(lèi)廣播電視設(shè)備大量采用集成電路，設(shè)備精密度高、抗雷擊性能差，給發(fā)射臺(tái)的防雷保護(hù)工作帶來(lái)困難，也對(duì)防雷措施提出了更高的要求。為解決雷電對(duì)安全播出的影響，需對(duì)中波發(fā)射臺(tái)天饋線系統(tǒng)、衛(wèi)星信號(hào)接收系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)進(jìn)行防雷改造，并降低中波天線底部和發(fā)射機(jī)房接地系統(tǒng)的接地電阻。

2.1天線的防雷

中波天線是底部絕緣天線，其對(duì)雷電的泄放能力是所有天線中最差的，雷電能量的組成主要包括低頻分量和直流分量，其中雷電的低頻分量主要靠天線底部金屬放電球完成雷電泄放，放電球間距太小會(huì)導(dǎo)致中波天線瞬時(shí)短路引起發(fā)射機(jī)故障，放電球間距太大又降低中波天線的避雷能力。因此，在調(diào)整天線塔底放電球間距時(shí)，要根據(jù)發(fā)射功率、天線底部輸入阻抗、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)匹配結(jié)果、當(dāng)?shù)乩纂姀?qiáng)度等數(shù)據(jù)進(jìn)行理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析，精準(zhǔn)計(jì)算放電球的間距，并將其科學(xué)合理的調(diào)整至最佳狀態(tài)，這樣放電球才能具備良好有效的防雷效果。檢修人員要把對(duì)放電球的日常檢修維護(hù)納入日常巡視規(guī)定動(dòng)作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)放電球表面有附著物、出現(xiàn)打火或者銹蝕痕跡時(shí)要及時(shí)處理，用砂紙打磨放電球表面，使其始終保持清潔干凈和平整光滑。天線底部放電裝置如圖1所示。

2.2天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷

1.石墨放電裝置

除了安裝于中波天線基部原有的金屬放電球以外，在天線與天調(diào)網(wǎng)絡(luò)之間還要并聯(lián)一對(duì)圓柱形的石墨放電球，他們之間的間距同樣也可以調(diào)整。石墨放電球具備很好的放電特性，通過(guò)對(duì)石墨放電球的間距進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)整，可以使其防雷效果達(dá)到最佳，同時(shí)在連接石墨放電球的接地銅棒上嵌套了幾十個(gè)小磁環(huán)，目的是在中波天線遭遇雷擊的時(shí)候，可以通過(guò)提高發(fā)射機(jī)的高頻短路阻抗，泄放電流，緩沖雷電，對(duì)發(fā)射機(jī)起到很好的保護(hù)作用，如圖2所示。

2.豪亨級(jí)泄放線圈

雷電能量的構(gòu)成主要包括低頻和直流分量，在中波天線和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)之間并聯(lián)一個(gè)豪亨級(jí)靜電泄放線圈入地，可以給天調(diào)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)對(duì)地導(dǎo)通的雷電直流分量泄放通道，盡量選用線徑較粗的銅管來(lái)制作泄放線圈，這樣才能使雷電能量更有效地泄放入地。

3.隔直流電容

在天線和天調(diào)網(wǎng)絡(luò)之間串聯(lián)一個(gè)隔直電容，電容的容量一般在一千pF到三千pF之間。利用電容隔直流、通交流的特性，防止雷電能量的直流分量侵入天調(diào)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而通過(guò)饋線引入發(fā)射機(jī)，造成天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與發(fā)射機(jī)損壞。因此盡量選用伏安特性好，耐壓值高的電容，才能更有效防止雷電能量侵入天調(diào)網(wǎng)絡(luò)和發(fā)射機(jī)。

2.3饋線的防雷

在發(fā)射機(jī)房和天調(diào)室兩端對(duì)固定饋線的鋼絞線做好接地處理，發(fā)射機(jī)輸出端和饋線之間增加射頻防雷器，主要是針對(duì)發(fā)射機(jī)所采取的防雷保護(hù)，用于防止雷電電流通過(guò)饋線損壞發(fā)射機(jī)，射頻防雷器距離發(fā)射機(jī)越近，保護(hù)效果越好。

2.4衛(wèi)星信號(hào)接收系統(tǒng)的防雷

在衛(wèi)星接收天線和衛(wèi)星接收機(jī)之間增加信號(hào)防雷器，將通信線路中的雷電電流預(yù)先泄放或吸收掉，從而避免雷電電流通過(guò)通信線路損壞衛(wèi)星接收機(jī)，確保衛(wèi)星信號(hào)源的安全穩(wěn)定傳輸。

2.5供配電系統(tǒng)的防雷

在信號(hào)源、自動(dòng)播控、發(fā)射機(jī)等各系統(tǒng)設(shè)備前端的低壓配電柜空開(kāi)輸出端增加電源浪涌保護(hù)器，其作用是將供電線路中的雷電能量提前泄放入地，避免雷電電流通過(guò)供電回路對(duì)機(jī)房電子通信設(shè)備造成損壞。

三、接地系統(tǒng)改造

大地是一個(gè)非常大的電容器，可以吸收無(wú)限的電能，將重要的建筑物、設(shè)備、線路利用金屬物與大地的基準(zhǔn)接地體進(jìn)行連接，可以將導(dǎo)體上存在的雷電電流、靜電等泄放入地，從而保證這些設(shè)施、設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。接地是目前應(yīng)用最為廣泛的防雷保護(hù)方法，若接地不良將會(huì)造成防雷效果下降，電子通信系統(tǒng)出現(xiàn)干擾等問(wèn)題。隨著電子設(shè)備的大規(guī)模使用，對(duì)接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高。

接地不是簡(jiǎn)單的將地線連接到大地上，而是在一定深度的土壤層中設(shè)置導(dǎo)電性很高的裝置，該裝置需要滿足接地環(huán)境的要求，金屬棒、金屬帶、金屬板或接地井等傳統(tǒng)的接地系統(tǒng)只是利用金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電性將電流泄放入地，其接地電阻往往受到導(dǎo)體腐蝕、土壤濕度、電解質(zhì)含量等多種綜合因素影響，因此很難保證接地電阻值的穩(wěn)定。離子接地極是純銅配合熱熔焊接技術(shù)制造的導(dǎo)電體，其導(dǎo)電和抗腐蝕能力比傳統(tǒng)接地體有很大提高，并且離子接地極內(nèi)部含有離子緩釋劑，離子緩釋劑能夠不斷吸收土壤水分產(chǎn)生電解液，提高周?chē)寥赖膶?dǎo)電能力。

中波天線與發(fā)射機(jī)房的接地電阻應(yīng)當(dāng)小于1歐姆，可根據(jù)發(fā)射臺(tái)的實(shí)際情況在中波天線底部和機(jī)房外周?chē)鶆蚪诲e(cuò)布置離子接地極和鍍銅鋼接地極兩種垂直接地體。離子接地極的埋設(shè)采用先打孔，然后在孔內(nèi)灌入降阻劑和離子緩釋劑，再置入離子接地極的方式，鍍銅鋼接地極可直接用錘打入地下，然后使用鍍銅扁鋼將所有離子接地極和鍍銅鋼接地極焊接在一起，焊接完成后檢查每個(gè)連接點(diǎn)是否合格，最后回填降阻劑、原土并夯實(shí)。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章分析了雷電對(duì)廣播電視設(shè)施、設(shè)備造成的危害，針對(duì)中波發(fā)射臺(tái)如何做好防雷保護(hù)工作，提出了多種防雷措施和接地系統(tǒng)改造方案，為保障雷雨天氣下發(fā)射臺(tái)設(shè)備、設(shè)施的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考意見(jiàn)。由于防雷保護(hù)是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的工作，在今后的實(shí)踐工作中需要我們不斷探索與改進(jìn)防雷技術(shù)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]陳曉衛(wèi)，全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)使用與維護(hù)[M]，中國(guó)廣播電視出版社，2002.09，111-113。

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[3]劉洋，廣播電視高山臺(tái)站通信線路防雷措施的探索[J]，廣播電視信息，2021.03，104-106。