浅谈中波广播台的防雷系统与日常维护

孙宇佶

1 雷电对中波系统造成的危害

雷电主要分为4种：直击雷、电磁脉冲、球形雷、云闪。其中对中波发射系统威胁最大的是直击雷和球形雷。

直击雷就是在云层中聚集了很多电荷，大量的电荷需要找到一个通道来释放，而中波发射台的发射塔正是绝佳的释放通道，雷电通过发射塔直击天馈线系统，损坏中波发射系统。

球形雷，俗称滚地雷。通常在雷暴时发生，为圆球形状的闪电。与直击雷类似，球形雷也同样会对中波发射系统造成损害。

直击雷是威力最大的雷电，而球形雷的威力比直击雷小。这两种雷电如果直接击中中波发射台的发射塔，瞬间产生的数万伏的高压就会对发射天线、调配网络、天馈线系统以及发射机造成严重损害。

有些时候，虽然雷云只是接近了发射塔，雷电并没有直接击中发射塔，但是由于感应雷的存在，中波发射系统仍然会感应到雷击能量，产生电火花，损坏其中的设备。感应雷也称为雷电感应或感应过电压，根据产生的原理不同，分为静电感应雷和电磁感应雷。

2 中波发射系统的防雷措施

2.1 金属放电球

浙江省第四广播转播台的中波发射天线铁塔的底部，安装有一对金属放电球，这是发射系统对雷电危害的第一道防线。这对金属放电球一端接天线铁塔，一端接地。两个放电球的间隙距离需要根据预估可能遭遇的雷电强度与发射铁塔的发射功率来进行调整，通常调整到可以满足发射铁塔的最大功率即可。而放电球的接地高度要根据发射塔的最高电压来计算并设置，一般来说每千伏设置1mm 高，一般需要设置在40mm 到80mm 之间。

金属放电球一般呈半球形的碗状，碗面之间形成放电间隙。平时发射广播时的正常工作电压不足以击穿碗面间的空气。当遭遇雷击时，雷电击中天线铁塔瞬间产生巨大的电压击穿碗面之间的空气，形成接地回路，释放雷电电流。

2.2 隔直流电容

图1为浙江省第四广播转播台三号塔天调网络电路图，图1中的C0即为防雷用的隔直流电容。电容的工作原理是阻隔低频电流、通过高频电流。

雷电的主要能量集中在低频和直流部分，大容量的电容器串联接在信号回路上有阻止雷电中低频和直流部分能量通过天调网络进入发射机的作用，而发射广播的工作电流则可以正常通过隔直流电容不受到影响。

图1 天调网络电路图

2.3 接地微亨级电感

图1中的L0为防雷用的接地微亨级电感。它的工作原理和普通的扼流线圈有些相似，也就是阻隔高频电流、通过低频电流。

雷电的主要能量集中在低频和直流部分，由于电感线圈的感抗较小，线径较粗，有利于雷电的低频和直流能量入地，而发射广播的工作电流则不会通过微亨级电感。接地微亨级电感能对中波广播发射频率进行有效的隔绝，高频消耗极小，在雷击发生时能够产生一条引导雷电电流入地的回路。

另外，在发射铁塔底部接上微亨级电感接地，实质上也是将铁塔本身变成了一个巨大的避雷针，不仅能有效引导直击雷的入地，也能将附近的雷云中的能量接地释放掉，从而阻止雷云产生的感应雷对中波发射系统的破坏。

2.4 石墨放电球

为了保证中波发射系统的实际防雷效果，通常还需要在天调网络上再接入一个石墨放电球装置，可以根据天调网络实际的工作电压对放电球间隙进行进一步调节，并在接地线上套30至40只阻尼磁环，磁环具有良好的阻尼放电作用，其能够在发射塔遭到雷击后，产生反向的感应电动势，实现阻隔放电。

在发射机正常工作时，石墨放电球装置不会起到任何作用。当发射铁塔遭遇雷击时，该装置可以瞬间提高天调网络的短路阻抗，从而保护发射系统。

3 防雷设施的日常维护

1）在天调网络的日常维护中，要做好发射塔和调配网络的日常清洁工作，注意检查金属放电球的球面上是否沾上了污物，是否有烧灼痕迹。如果出现上述情况，需要及时进行处理。2）定期检查隔直流电容是否损坏，检测电容的容量是否变小甚至完全失去容量，电容是否漏电或是短路。如果出现上述情况，需要及时修理并更换隔直流电容。3）定期检查接地微亨级电感是否损坏，测量电感值是否正常。检查是否有杂质混入电感线圈中间。检查电感线圈匝间是否有短路或是碰地。如果出现上述情况，需要及时修理并更换接地微亨级电感。4）做好石墨放电球装置的表面清洁工作，检查石墨放电球是否有损坏。5）充分利用电台的停播时间，定期检查并清洁天馈系统中各个绝缘体的表面，检查各元件的连接处是否接触良好，调配室内的线圈、电容等元件有无过热现象，调配室内是否进入蛇鼠等动物。6）定期检查各个接地线、地网线是否有焊接不良、断裂或脱焊的问题。7）定期监测天馈线系统的驻波比。对使用同轴电缆为主馈线的，必须定期用2500vMΩ 表测量电缆（包括接头）的绝缘电阻，要求＞150MΩ。

通常上述工作至少每半个月进行一次，可与中波发射系统中的其他设备的维护同时进行。另外，由于中波台选地特殊，中波发射铁塔周围往往存在民房或农田，我台位置更是由于历史原因位于杭州市区内，地网会因此受到不同程度的影响。如果地网的电阻值发生了改变，就会削弱其导出雷击电流的能力，从而影响防雷效果，因此中波工作人员必须定期检测并修补中波发射铁塔周边的地网。

4 遭遇雷击损害时的应急处理措施

雷雨天气时，可在允许的范围内，适当降低发射机的发射功率。若雷击造成了发射机停机，应第一时间停止故障的发射机工作，切换至备用机器进行节目播出。通常雷击会造成发射机内的功放板或是调制板损坏。损坏的功放板或调制板一般可以闻到一股明显的烧焦味，应及时取出，更换备用的功放板或调制板。如有能力也可自行修理故障的功放板或调制板。检查故障发射机的保险丝是否熔断，如果熔断应及时更换。

快速检测功放板是否正常的方法：检测功放板正常与否时最主要检测的元件为场效应管。为了检测功放板上的场效应管是否正常，可使用万用表，将万用表放在R×1Ω 档上，红表棒接S，黑表棒接D，如果电阻很低，则D、S 已导通，管子已损坏。另外，在检查场效应管之前，可以先观察G 极上串联的4.7Ω 电阻是否烧坏，4.7Ω 电阻前的背对背串接的稳压管是否烧坏，如果4.7Ω 的电阻已烧坏，则对应的场效应管也已损坏。我台使用的HARRIS 发射机采用的是IRF350管，明珠10kW 发射机采用的是IRF460管，3kW 发射机采用IRF250管。

事后应对故障事件做好记录，并对故障发射机以及天调网络进行全面检修，特别要注意的是如果雷击时电压过大，可能会导致石墨放电球的损坏，需要重点检查。

5 结束语

广播是我们日常生活中不可缺少的一部分。为了满足广播“满时间、满功率、满调制度”的“三满”播出要求，做好防雷措施是其中必不可少的一环。雷电作为大自然中的一个正常的自然现象，我们无法阻止雷电的出现，但是只要我们做好了中波发射系统的防雷工作，就能有效降低雷击对广播设施的损害，更好地保障中波广播无间断、高质量地播出，满足广大听众的需求。