中波發(fā)射臺發(fā)射系統(tǒng)防雷措施及實踐綜述

■新疆廣播電視局節(jié)目傳輸中心2071臺：孫寶才

1.引言

我臺地處山區(qū)，夏季雷雨多發(fā)，前幾年因雷擊電流倒送發(fā)射機(jī)，致使發(fā)射機(jī)燒毀情況時有發(fā)生，不僅給我臺造成了較大的財產(chǎn)損失，同時也給安全播出工作帶來了嚴(yán)重的隱患，所以，發(fā)射系統(tǒng)防雷工作已經(jīng)成為了工作中的重中之重，為有效應(yīng)對雷擊事件，我臺技術(shù)人員會同設(shè)備廠家從天線網(wǎng)絡(luò)到發(fā)射機(jī)再到饋線設(shè)置三重防雷裝置，經(jīng)過幾年實驗探索改進(jìn)，成效顯著，大大減少了因雷擊造成的設(shè)備損壞以及停播，確保了安全播出的萬無一失。

2.雷擊造成的危害

雷電是一種自然界中常見的放電現(xiàn)象，它的破壞力極大。會產(chǎn)生熱效應(yīng)，沖擊波效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)三種危害。而熱效應(yīng)通?？梢栽诶讚酎c(diǎn)局部范圍內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)8000~10000℃的高溫，甚至可能更高的溫度，高溫可造成發(fā)射機(jī)內(nèi)部的低壓供配電路直接熔斷；雷電沖擊波效應(yīng)和爆炸產(chǎn)生的沖擊波效應(yīng)類似，其在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會損壞電器設(shè)備，機(jī)械效應(yīng)雷電流流過金屬物體時產(chǎn)生的電動力可導(dǎo)致不可預(yù)知的發(fā)射機(jī)損壞，直擊雷是雷電災(zāi)害最主要的一種形式，破壞力十分巨大，如果不能迅速將其泄放入地，將造成放電通道內(nèi)的電子電氣系統(tǒng)元器件及電路板燒毀、致使整個系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)。

3.雷電天氣對中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的影響

中波廣播發(fā)射系統(tǒng)由中波廣播發(fā)射機(jī)，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)、饋線、發(fā)射天線系統(tǒng)組成。天饋系統(tǒng)如果設(shè)計不理想、防雷措施不得當(dāng)，會導(dǎo)致發(fā)射機(jī)頻繁遭遇受雷擊，造成停播事故。一般情況下，雷雨天氣可產(chǎn)生大量的帶電離子，所形成的雷擊電流就會對中波廣播發(fā)射系統(tǒng)造成比較嚴(yán)重的沖擊，如果避雷、接地、防雷等措施應(yīng)用不當(dāng)，那么就會很容易遭受到雷擊，從而對中波廣播發(fā)射系統(tǒng)造成一定程度的破壞，影響到中波廣播發(fā)射正常運(yùn)轉(zhuǎn)，同時，因為中波廣播發(fā)射系統(tǒng)大多配置在相對開闊的地方，而且信號發(fā)射塔通常位置較高，又缺少遮擋，所以更容易遭受雷擊。當(dāng)雷電能量達(dá)到一定程度，發(fā)射塔附近的磁場、電介質(zhì)也可能造成瞬時的電壓、能量波動而引起發(fā)射機(jī)反射保護(hù)。對于固態(tài)發(fā)射機(jī)而言、由于MOSFET管工作于開關(guān)狀態(tài)，內(nèi)阻低，雷電竄入發(fā)射系統(tǒng)的高頻回饋電壓會對固態(tài)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生較大危害，主要有兩個方面，一是回饋電壓送到功放電路，因為該電路工作于丁類開關(guān)狀態(tài)，所以要求激勵波形具有陡峭的前后沿，以減小管子的功耗，當(dāng)回饋嚴(yán)重時，回饋的電壓與本機(jī)激勵電壓疊加在一起，會破壞激勵波形，使MOSFET管功耗過大，瞬間損壞大量的MOSFET管。而且也會由于本機(jī)激勵與外界回饋電壓相疊加，導(dǎo)致欠激、過激監(jiān)測電路難以正常工作，同時，回饋電壓過大時會使駐波比的監(jiān)測電路報警產(chǎn)生動作，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)瞬斷或自動關(guān)機(jī)，造成播音缺字或中斷。因此，對全固態(tài)機(jī)來說，必須采取措施抑制從天線方向反送回來的射頻電壓，無論這個電壓是匹配不良所產(chǎn)生的反射，還是天饋線遭雷擊產(chǎn)生的感生高頻電壓而產(chǎn)生的回饋，這樣才能保護(hù)發(fā)射機(jī)的工作安全。

4.天饋系統(tǒng)的防雷

發(fā)射機(jī)自身的防雷包括發(fā)射機(jī)駐波比保護(hù)，天饋線駐波比保護(hù)，過流過壓保護(hù)。這些保護(hù)只能有限地阻止雷電的破壞，并不能最大限度的消除和限制雷電的侵入，而天饋線系統(tǒng)的防雷是防雷的第一關(guān)，如果天饋線系統(tǒng)不能及時泄放掉雷電，將會嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)射機(jī)，天饋線系統(tǒng)防雷包括∶天線調(diào)諧系統(tǒng)、接地銅網(wǎng)、饋線接地和接地樁地井等部分，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中引入雷電泄放線圈，隔離電容和石墨放電球?？紤]到雷電的主要成分是直流，因此在天線輸入端并聯(lián)一只微享級電感線圈下地，線圈對雷電流構(gòu)成了良好的接地通路，可起到直接泄放雷擊電流作用。在天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)輸入端串入一只大容量電容器（約1000pF至2200pF），它本身對高頻輸出通路無妨礙，但對雷電直流可起到良好的隔離作用。加裝石墨放電器在天饋調(diào)配室內(nèi)，從天線輸入端加裝一組石墨放電球，在其接地引線上，套上30～40只磁環(huán)。當(dāng)天線遇雷擊，石墨放電球放電，石墨本身具有一定的阻尼放電作用，如果發(fā)射機(jī)處于正常運(yùn)行期間天線遭遇雷擊，此時放電球放電時，巨大的電流量會通過接地引線，流進(jìn)大地，穿在接地引線上的磁環(huán)就會產(chǎn)生反向電動勢，就起到阻尼放電作用，此時對發(fā)射機(jī)的高頻能量也不會完全短路，同時設(shè)計安裝一組相移網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)放電球短路時，通過相移網(wǎng)絡(luò)，使得發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗的驟變，仍然在允許承受范圍之內(nèi)，保障了發(fā)射機(jī)的安全，這樣，在發(fā)射機(jī)控制電路保護(hù)動作前，就已起到保護(hù)作用，而良好的二階帶通濾波器匹配網(wǎng)絡(luò)，對各種雜波串?dāng)_起到良好的陷波、阻隔作用。

圖1：石墨放電及泄放網(wǎng)絡(luò)圖

5.發(fā)射機(jī)內(nèi)部防雷

早期上海明珠廠生產(chǎn)的PDM發(fā)射機(jī)本身在防雷效果上并不理想，在遇到雷雨、閃電等惡劣天氣，很容易燒毀調(diào)制功放，加之當(dāng)時并沒有配備備用發(fā)射機(jī)，一旦燒調(diào)制功放管，只能停播搶修，給安全播出工作帶來了很大影響，后來經(jīng)與廠家協(xié)商在發(fā)射機(jī)加裝一組50歐姆的避雷組件，相當(dāng)于除了天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷以外又增加了一道防雷組件，該避雷組件根據(jù)電壓擊穿原理，當(dāng)發(fā)射機(jī)正常工作時電壓峰值是一定的當(dāng)有雷電能量串入發(fā)射機(jī)時，發(fā)射機(jī)輸出電壓與輸入電壓疊加，電壓峰值達(dá)到擊穿電壓臨界點(diǎn)，兩避雷組件放電球短路放電，電流通過高頻接地入地，同時發(fā)射機(jī)檢測電路因瞬時短路關(guān)閉發(fā)射機(jī)輸出，發(fā)射機(jī)經(jīng)1秒封鎖過荷復(fù)位后恢復(fù)輸出，避免了倒送電壓串入功放，從而破壞功放管工作電壓波形，引起功放管的燒毀，經(jīng)一定時期檢驗，效果顯著，但在強(qiáng)雷或連續(xù)多雷的情況，仍有時會燒調(diào)制功放，就較以前來說已有很大改善。

圖2：發(fā)射機(jī)內(nèi)部防雷組件實物圖

6.饋線避雷器

在嘗試在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)以及發(fā)射機(jī)內(nèi)部加裝防雷組件外，又在饋線末端連接處加裝避雷器，我臺采用的是杭州雷立斯電視設(shè)備有限公司生產(chǎn)的lakes系列中波發(fā)射機(jī)射頻避雷器，它分為浪涌側(cè)和設(shè)備側(cè)，可直接安裝在網(wǎng)絡(luò)和饋線之間也可以裝在發(fā)射機(jī)與饋線之間，采用的一體化設(shè)計，便于安裝使用，該避雷器由LC阻斷器和多級放電模塊組成，LC阻斷器起直流阻隔作用，發(fā)射機(jī)發(fā)射的高頻射頻信號能順利通過，而靜電和低頻的雷擊浪涌電流則被阻斷器隔斷，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)射機(jī)目的，廠家測試數(shù)據(jù)表明，在3KV8/20us的測試條件下，避雷器的殘壓小于±150mv合理的殘壓設(shè)計符合IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)，頻帶寬、駐波比低、插入損耗小于0.1dB，回波損耗小于-28dB。能夠滿足要求，在發(fā)射臺站得到了廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步降低了雷電對發(fā)射機(jī)的危害。

圖3：避雷器實物連接圖

圖4：射頻避雷器實物圖

7.新型中波發(fā)射天線防雷放電裝置

為進(jìn)一步提高發(fā)射機(jī)防雷效果，保證發(fā)射機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，我臺近期又加裝升級了發(fā)射天線防雷裝置，該防雷設(shè)備由咸陽廣通電子科技有限公司生產(chǎn)，該組件在正對天線的一個立面，在距離該面900毫米距離的地方埋設(shè)中波天線防雷放電裝置底座，底座長∶寬∶高=400∶400∶340，底座埋入地下240毫米，天線防雷放電裝置與底座間用4套M12X35的不銹鋼螺絲連接，在天線鐵塔上選擇與防直擊雷接入點(diǎn)在一個水平面上的橫檔（銅材質(zhì)管夾），將防直擊雷接入點(diǎn)與天線鐵塔間用?22的銅管連接，兩放電球間距離7--8毫米。

圖5：天線避雷器安裝圖

圖6：密封式放電球

該中波天線防雷放電裝置優(yōu)點(diǎn)是采用多重防雷措施，放電球采用模具一次沖壓完成，放電球面進(jìn)行拋光處理，放電球表面更加光滑，放電效果更好。放電球進(jìn)行密封處理，放電球放電打火后不易氧化，提高了放電球的使用壽命，放電球安裝在密封腔內(nèi)，兩球處在一個固定的平臺上，可以保證放電球面之間的距離保持不變，放電電壓穩(wěn)定放電球安裝在密封腔內(nèi)，可以保證在下雨天氣或濕度較大時，密封腔內(nèi)始終保持干燥，防雷放電效果受天氣變化的影響小。同時可以保證昆蟲、小動物及飛鳥等不會到達(dá)放電球上，防止放電球誤放電，影響發(fā)射機(jī)的正常工作。

通過對防雷技術(shù)不斷的探索和實踐，從發(fā)射天線、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)、發(fā)射機(jī)內(nèi)、饋線終端四道防雷環(huán)節(jié)層層設(shè)防，防雷效果大大增強(qiáng)，從近年統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，因雷擊造成的設(shè)備損害和停播事故大大減少，效果還是顯而易見的。

8.中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的定期維護(hù)

做好防雷工作對于中波發(fā)射臺而言，是一項系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，技術(shù)手段只是其中一種，雖然加裝了幾道防雷，但也不能完全做到萬無一失，必須做到技防和人防相結(jié)合，所以，對防雷設(shè)施的維護(hù)和保養(yǎng)也至關(guān)重要，在日常維護(hù)過程中要注意以下幾點(diǎn)：

當(dāng)放電電極之間的距離比較近時，很容易由于堆積灰塵，或爬入小動物，導(dǎo)致正常工時的打火，為了防止這種問題的出現(xiàn)，可把石墨放電裝置密封起來，但該密封裝置應(yīng)能打開，以便檢查和調(diào)整更換石墨放電極。同時還要經(jīng)常觀察有無打火痕跡，及時用砂紙將打火痕跡打磨，增加放電靈敏度。

雷擊時，由天線引進(jìn)的雷電能量經(jīng)打火隙入地。設(shè)放電電流為100A，若地阻是5Ω，則塔基地電位就在瞬時上升到5kV，而離它遠(yuǎn)處的地才是真正的地電位，因此，就會有很大的電流流入發(fā)射機(jī)。為減少流入電流就要減小接地電阻，天線地網(wǎng)是為射頻信號提供回路，同時它也為雷電提供通暢的入地點(diǎn)，地阻越小，分流越好，所以，要注意地網(wǎng)的保護(hù)和維護(hù)，對有損壞的地網(wǎng)要及時修復(fù)，同時保證接地電阻阻值在最小范圍。

在運(yùn)行維護(hù)、巡視中應(yīng)注意經(jīng)常檢查天線鐵塔避雷裝置的連接點(diǎn)有無松動、接觸不良現(xiàn)象，下線連接點(diǎn)有無燒傷的痕跡，存在問題的應(yīng)退出運(yùn)行，及時進(jìn)行檢修更換，春季應(yīng)對與避雷器連接的接地電阻進(jìn)行測試，阻值應(yīng)不大于4歐姆。

要定期對中波廣播發(fā)射機(jī)內(nèi)部防雷組件檢查維護(hù)，查看放電球有沒有發(fā)生銹蝕、損毀和變形的情況，如果有要進(jìn)行及時的修復(fù)或者是進(jìn)行更換。損壞的避雷器更換新品要與原型號、規(guī)格相一致，尺寸一致，新避雷器安裝前要做浸水試驗，檢查密封性能，檢測合格方可進(jìn)行安裝投入使用。要及時清理中波廣播發(fā)射設(shè)備周邊雜物，確保周邊環(huán)境整潔有序，以排除可能對發(fā)射系統(tǒng)帶來的不良影響。

9.結(jié)語

雷電天氣是影響中波廣播發(fā)射的一個非常重要的因素，而防雷工作的好壞將直接影響到臺站的安全播出。所以做好中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的防雷工作十分重要，隨著科技的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，防雷技術(shù)相比以前已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但要完全消除雷擊對發(fā)射臺的危害和影響，目前還不能完全做到，只能將雷擊造成的危害降低到最小，通過不斷提高應(yīng)對中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的防雷能力和技術(shù)手段，加強(qiáng)防雷設(shè)備、設(shè)施的保養(yǎng)維護(hù)，從而保障中波廣播發(fā)射系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，確保發(fā)射臺站不間斷、高質(zhì)量的完成安全播出任務(wù)。