浅析中波广播发射设备的防雷电措施

信阳中波转播台 刘 伟



浅析中波广播发射设备的防雷电措施

信阳中波转播台 刘 伟

【摘要】雷电对中波广播发射设备有巨大的威胁，本文结合工作实际，就我台在广播发射设备防雷电方面采取的措施做一阐述，希望为以后的工作提供参考。

【关键词】中波发射设备；防雷电；天调网络

信阳地跨淮河，位于亚热带和暖温带的地理分界线（秦岭-淮河）上，属于亚热带向暖温带过渡区域。该地既有绵延重迭的崇山峻岭，也有冈峦起伏的低山丘陵，降雨量丰沛，空气湿润，相对湿度年均77%。受地理地貌的影响，信阳属雷电多发区域，尤其是在每年的7-8月份，雷电活动频繁，闪电密度值在5.0次/（km2.a）以上，强度多在100kA以上。雷电是一种常见的自然现象，是大气中一种剧烈的放电活动，放电时会释放出巨大的能量［1］。雷电活动中对中波发射设备造成巨大危害的主要有两种：直击雷和感应雷。一、直击雷是指带电云层（雷云）与建筑物等物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电、热效应或机械力等一系列的破坏作用。对中波发射设备而言，雷电冲击电流流过天线等物体能形成幅值很高的冲击电压波，使电气设备绝缘破坏，从而造成极大破坏性。不过现实情况中，直击雷发生概率相对较低，造成危害的范围一般较小，其防避通常可采用避雷线、针、带和网络等进行防护。二、感应雷也称雷电感应或感应过电压，根据其原理不同，可分为：静电感应雷和电磁感应雷。感应雷一般通过导体（如电线等）侵入，其电压可达到几万-几十万v。该种过电压往往会造成导线、接地不良的金属导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而容易引起电击、火灾、爆炸，故其危害极其严重。当雷电活动频发时，由感应雷出现而带来的的故障，较轻者导致中波发射机内功放板上的场效应管大量损坏，严重者直接造成发射机停机，短时间内无法维修好，维修工作量巨大，耽误时间长，严重影响我台的安全、优质播出。为了避免雷电对中波发射设备产生损坏，影响正常播出，需要根据地域雷电特征对中波发射设备危害方式，结合我台的实际情况，采取多层次、综合性的防雷举措。从而有效抵御雷电对中波发射设备造成的破坏，确保中波台的安全、正常播出。本文根据实际情况总结了中波广播设备防雷、避雷的措施，供同行参考。

1　雷电对中波发射设备造成损坏的几种情形

一般情况下，中波发射设备被雷击受损有以下四种情形：一是直击雷电直接击中发射设备而导致其损坏；二是发射设备接地体在强雷击时产生瞬间高电压从而形成地电位“反作用”而致设备损坏；三是感应雷造成的，感应雷电脉冲沿着与设备相连的金属管线侵入使发射设备受损；四是安装中波发射设备的方法有误，或者某些设备安装位置不当，遭受雷击时在空间分布的电场、磁场影响而造成损坏［2］。

以上四种情况中的任一种发生都会使发射设备受到创伤，轻者断电，严重者停播，影响节目的转播和听众的收听。所以必须采取有效措施用以预防以上所述雷电对我中波发射设备造成破坏。

2　防雷举措

2.1天馈系统的防雷举措

中波发射设备的天馈系统一般安装在铁塔上，故应在塔尖加装避雷器，其安装高度要确保天馈系统内的天线都在其有效保护范围内。避雷器应高于天馈系统的天线。天馈系统安装的避雷器，可以有效保护该系统。并且避雷器的安装不影响发射信号，信号能顺利通过。当雷电出现造成系统异常电压增高时，安置在其内部的放大管立即起作用，极短时间内可以大量释放由上述感应雷击而产生的脉冲能量到安全地线上，进而保护机房内外的中波发射设备。

安装避雷器时，其接地端必须与大地可靠连接，并且接地电阻要≦10欧姆，否则防雷效果将受影响。另外，还需考虑由避雷器本身的插入引起的损耗，对天线发射信号的强度造成一定影响，所以还要注意驻波比出现的变化。

中波转播设备传输的无线信号是通过接收机接收的源自于卫星的信号，为了避免接收信号受到影响，接收天线一般安装在室外空旷的场地上，越空旷的地方存在孤立的天线时，越容易遭受雷击，而天线本身不能作避雷器。故应在距天线大概5 米的地方安置一支独立的避雷针。避雷针的引下线直接引到接地体，接地电阻不宜大于10Ω，卫星天线也要单独作引下线和接地体连接，以确保天线和卫星接收机共同的安全［3］。

2.2天调网络的防雷举措

下图是我台天调网络的防雷举措原理图，见图1。

图1　天线网络防雷系统原理图

2.2.1安装一定数量的石墨放电柱

由于石墨的导电性比较高，石墨放电柱放电电流大，遗漏电流小，具有良好的放电特性。我台在天线调配室接入一套（数量根据实际情况而定，我台3个）石墨放电柱装置，根据射频电压的大小适当调节石墨柱之间的间隙，利用多层间隙叠层技术可以连续放电，而每层放电间隙之间相互绝缘，从而解决了续流向问题并且逐层放电，距离增加，放电的电压却降低，无形中增大了石墨柱本身的通电能力。安装时，将石墨放电柱的一端接地，并在接地端铜棒上串接一定数量的磁环，这样天线在受到雷击时，巨大的电流可通过接地引线流入地下，上述磁环产生反向电动势，起到阻尼作用，从而有效提高发射机短路射频阻抗，对高频级损害极小，这样，在发射机控制电路保护动作前，就起到了保护作用。

2.2.2天线底座安置金属放电球

我台铁塔天线的底座安置有直径10cm左右的半球形金属放电球，通过适当调整两金属半球的间距，可以在雷击瞬间发挥泄放电荷能量的作用，承担主要放电任务。安置时，两个金属放电半球要水平安装，一定不能垂直安装，否则会因为雨雪天气时造成放电球短路，影响发射机稳定工作。

2.2.3安装隔直电容器

隔直电容器为的是两个电路之间的隔离，但它同时又承担着信号传输的功能，传输信号电容越大信号损失越小，而且容量大有利于低频信号的传输。我台在天线引入调配网络中串连一只2000pF的电容器C0，当电容器两端接通雷电的直流电时，电路中有充电电流，但是充电时间极短，充电结束后就不再有电流通过。这样能有效的避免雷电的直流电流流向发射机，并且不影响发射信号的输送。

2.2.4应用相移网络

所有高频通路中的网络、传输线都会产生相移。当发射天线遭雷击金属放电球短路时，发射机负载阻抗骤变，进而影响发射机正常工作。因此我台天调网络系统采用相移网络，当金属放电球短路时，通过相移网络，使得发射机负载阻抗产生的变化，仍然在发射机可承受范围之内，有效保障了发射机的安全。

2.2.5天线下端连接电感线圈

电感线圈是利用电磁感应的原理进行工作的器件。当有电流流过某根导线时，就会在这根导线的周围产生一定的电磁场，而这个电磁场的导线本身又会对处在这个电磁场范围内的导线发生感应作用。对产生电磁场的导线本身发生的作用，叫做“自感”，即导线自己产生的变化电流产生变化磁场，这个磁场又进一步影响了导线中的电流；对处在这个电磁场范围的其他导线产生的作用，叫做“互感“。电感线圈对电流信号所呈现的阻抗利用的是线圈的自感。在天线下端接一只80微亨利（μH）的电感线圈L0接地，该线圈由铜管绕制，铜管直径越大防雷效果越好。电感线圈是粗铜管绕制的，而且铜管短，电阻分量小，对雷电电流构成了良好的地下通路，雷电中的部分能量也可通过L0入地。

3　加强地网的维护

近年来，城市发展很快，原来我中波台周边少有建筑物，少有人员活动。但是最近几年，一座座高楼拔地而起，就在我台后面，甚至建起了物流仓库；建筑盖起来后，人员活动也密集了。这些建设，人员的频繁活动，使我台原来铺砌的地网遭到了不同程度的影响甚至破坏。

我们知道，当稳定的地网环境被破坏后，很有可能会因为底部某些阻抗不稳定而引起中波发射机参数数值发生改变，造成地网电阻值增加，不能将电流顺利的导出。鉴于以上情况，我单位要求值班人员每天对地网进行监控，发现问题及时维护、修补和改造，密切关注地网状况，一旦出现问题，及时补救。该法有效地避免了因地网破坏带来的安全隐患，有利于中波发射设备安全保护。

4　小结

中波发射器的防雷电是一项艰巨而长远的工作，首先在设计、建设时一定要有严谨的态度，根据实际情况，仔细认真的规划、设计，任何细微的差错都有可能带来意想不到的后果，因此需要从源头把控好各个设计细节，否则只会劳民伤财。

其次，工作中，每天检查，定期维护，做好这些工作才能防患于未然。我台在每年的雷雨季节，尤其是6、7、8月份，对周边地网、机房进行重点检查，逐一检测各防雷电元件是否正常运行，如果发现问题，能处理的及时处理，对于不能处理的，及时上报，尽快妥善处理。

另外，每次在检修完成、故障排除后，都会对故障原因进行调查，并分析、总结，尤其是雷电引起的故障。将故障现象和解决办法一一记录在案，以后出现类似问题，利于方便快捷的维修。

参考文献

［1］程丽丹，杨美荣，李鹏 等.河南省雷电活动时空分布特征［J］.气象与环境科学，2013，36（1）：50-53.

［2］温洪珍.探析雷电对中波发射设备的危害及防护措施［J］.信息与电脑：理论版，2014，4：41.

［3］王耕.大功率全固态广播发射机的综合防雷措施［J］.电子质量，2009，4：36-38.