全固态中波广播发射机的防雷技术探究

2015-03-07张润生邯郸广播电视台河北邯郸056002

科技传播 2015年10期

张润生邯郸广播电视台，河北邯郸　056002

全固态中波广播发射机的防雷技术探究

张润生
邯郸广播电视台，河北邯郸056002

摘要随着科技的进步，我台中波发射机实现了全固态化。全固态机的稳定性、指标以及效率较电子管机有了较大提高。但由于全固态机使用的是场效应管，单管耐压低，容易遭到雷击的破坏，防雷能力远不及电子管发射机。本文就雷电对发射机的危害以及在工作实践中采取的防雷措施作了阐述，从电源系统、发射机、音频系统、地网系统、天调系统等方面对全固态中波发射机的防雷保护技术进行了有益的探究。

关键词全固态中波发射机；雷电；泄放电流；防雷技术

1　雷电及其危害

雷电是一种自然放电现象。在天气闷热潮湿的时候，地面上的空气受热上升，空气中的水蒸气到高空遇冷凝结成小水滴，这种浮悬的水滴逐渐聚集形成了雷云。云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主，上下之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是雷。雷击释放的能量很大，且放电时间很短，泄放电流可达几万甚至几十万安培，有极大的破坏力，因此防雷保护对发射台显得尤为重要。自然界中常见的雷电主要有直击雷、雷击电磁脉冲和球形雷三种，对广播发射设备的破坏渠道不是单一的，有空间通道、馈线通道、信号通道、供电通道等，所以防雷技术不能局限于任何单一的防雷器件，而要采用整体防范、多重保护、层层设防的综合防雷措施。

2　全固态中波发射机的防雷技术

2.1 电源系统的防雷

为防止停电事故发生，我台采用的是双路供电，两台变压器距离发射机房150米左右。高压线路传输距离长且露天架设，遇到雷雨天气，由感应雷产生峰值很高的浪涌电压对设备破坏比较常见。因此，对电源系统的防雷应分层设防。

1）在变压器高压入线端，加装一套阀式避雷器，泄放雷电造成的冲浪高电压（电流）。泄放启动电压要根据环境及雷电影响综合考虑后设定。

2）在变压器低压出线端，安装一套真空放电装置压敏电阻避雷器，进一步泄放由高压线路感应的雷电能量。

3）在进入机房配电盘的电源线路上安装电源防雷器，电源线两端应良好接地。配电室的零线做单独的地井，地线敷设环机房的环型接地沟。地井地沟的接地电阻应小于2欧姆，确保雷电能量迅速及时泄放。

4）全固态发射机的运行电压有几伏的变化，就不能正常工作。为防止雷电引起的电源电压变化，需要配置高性能的与发射机工作功率相匹配的防浪涌电源稳压器。

2.2 全固态发射机自身的防雷

我台中波发射已全部实现全固态化，共转播六套节目。虽然全固态机的稳定性、技术指标以及效率较电子管机有了较大提高，但由于全固态机使用的是场效应管，单管耐压低，易击穿。如果受到雷击，功放板上的场效应管会多个或全部损坏，严重危及安全播出。因此，在发射机自身采取以下防雷保护措施。

1）我们在发射机内部采用压敏电阻和放电管组成避雷电路。雷击时，虽然压敏电阻经常被击穿，但对发射机起到了保护作用。

2）机房各部发射机机壳接地；在发射机输出端安装中波馈线避雷器。

2.3 音频系统的防雷

音频信号的好坏直接影响到安全播出，如果音频系统遭遇雷击，必将损坏音频设备，导致播出信号中断，因此音频系统防雷不可忽视。

1）在卫星接收机输入和高频头输出端各安装一套同轴式电涌保护器。2）在卫星接收机输出端和发射机的输入端加装音频避雷器并与室内地网连接。

3）对卫星接收机的输入馈线，裸露在室外的部分采用金属管屏蔽，屏蔽用的金属管在进入机房室内时采用软铜芯线连接接入室外地网。在卫星接收天线处的屏蔽金属管就近接入卫星接收天线基座，然后采用热镀锌扁钢焊接接入室外地网。

4）在播控台和监控系统处增加两台稳压电源，机房信号线路安装信号避雷器。

2.4 地网系统的防雷

地网是提供雷电泄放的重要通道，良好的接地地网是防雷的基础。发射机在工作时，系统处于高频高压环境，地网系统的好坏，决定雷电是否有良好的泄放通路，直接影响发射机的安全与稳定。

1）机房接地地网主要由工作地网和建筑地网组成。A、工作机房内用铜皮依据设备安装位置铺设地网，并通过多点与室外地网连接好。在铺设地网时应把避雷针接地、铁塔接地、建筑接地、电源接地（中性线）、机房与设备保护接地统一起来，达到等电位连接。B、发射机的机壳接地、射频输出接地与音频设备接地应集中一点，接地地线最好分开走，避免接地串联连接，否则会影响发射机的播出质量。

2）天线地网为射频信号提供回路，同时也为雷电提供畅通的入地点，应与塔底的地井良好连接，接地电阻要足够小。我台天线地网在建发射台时铺设，以发射天线塔基为起点，用120根2.5mm铜线，每3度一根，每根长120米，向周围以放射状均匀铺设而成。这是根据原来的电子管发射机设计建造的，对目前的全固态发射机来说，并不是很理想。为此我们在塔底做了一个地井，面积2平方米，深3米，埋上长2米、宽1米、厚5毫米的铜板，加上木炭、铁屑、食盐、降阻剂等。铜板上再引一块铜皮，接在放电球地端引线上，并与120根地网相联接，最大限度地降低天线底座和网络屏蔽的接地电阻，使得雷电入地泄放更加畅通。

2.5 天调系统的防雷

我台的发射天线是76米高的桅杆天线，其底座与大地绝缘，很容易招引雷电。天线铁塔感应雷电后，一方面从避雷针引入地网后反馈到发射机（地网防雷已述）；另一方面沿发射天线→调配网络→主馈线引入发射机。要确保发射机的安全，在天线与调配网络之间需采取多重防雷措施，才能将天线引入的雷电逐级减弱至发射机允许的范围之内。如图1所示。

1）天线底部安装有半圆形金属放电球ZZ，一端接铁塔，另一端通地。球径约为10cm，采用尖端放电原理。球间距根据发射功率大小及本地雷电强度计算，恰当调整好球间距，能在雷击的瞬间起到第一泄放的作用。

2）由于雷电的主要能量集中在低频和直流部分，因此在天线下面并联一只微享级电感线圈Lo。它的主要作用是为天调网络提供一个对地静电放电通路。微亨级的电感Lo会直接影响天线的阻抗，所以用粗铜管绕制时应留有余量，并配短路抽头，以便调试。这样电感线圈的感抗较小，线径较粗，有利于雷电的能量入地。

3）在天馈调配室内接入一对圆柱形石墨放电球CAP，其间隙可调，原则上是1mm/kV。例如我台新闻频道963kHz，音乐频道1206kHz，功率均为10kW，双频共塔。经理论计算出天线底部雷击峰值电压为9530伏，则放电球理论间隙为9.53mm。考虑到环境气候等因素，取安全系数1.1～1.3，实际间隙调整为11mm。

石墨放电球的放电特性良好，放电电压的变化随面积的增加而降低。其一端应有良好的接地，在接地端铜棒上再串套40～50小磁环，发射机正常工作时，它不起任何作用。当天线遇雷击，石墨放电器放电，巨大的电流通过接地引线流进大地，穿于接地引线上的磁环产生反向电动势，就起到阻尼放电作用，提高了发射机的短路射频阻抗，保护发射机。

4）在天线与调配网络之间串联隔直流电容Co，以防天线受雷击时，部分能量会经过天调网络进入发射机。由于雷电的能量集中在低频和直流部分，Co对高频输出无妨碍，但对雷电可起到隔离作用。Co的容量一般选择在1000pF～3000pF，伏安量、耐压值越大越好。除满足工作需要，还要留有一定的安全度。如果单个电容不能满足，可使用多个电容串并联。

5）高频通路中的网络、传输线都会产生相移。对全固态发射机而言，还需进行相移网络设计。雷击时，天线底部放电球短路，从发射机到发射塔基的所有部件，包括馈线、高频滤波器、匹配网络、隔直电容器、套入接地铜棒上的磁环和微亨级电感在内的各元件，都会有一定的相移引入。要使发射机输出端与天线保持相同相位，必须在天线匹配网络中加入相移网络。相移网络可用T网络和π网络，T网络运用较常见。实践证明，加入相移网络后，当雷击放电引起负载短路时，发射机功放电路不会产生过大的瞬时电流、电压，保障了全固态机的安全播出。