中波廣播發射臺防雷技術的分析及措施

曹勇

摘 要 中波廣播發射臺所處環境的客觀因素（地勢較高、平坦空曠且沒有高建筑物）和雷雨天氣不可控制的自然因素，防雷擊成了一個不得不面對的一個問題。在這種環境下，發射機很容易在雷雨天氣時將雷電引入，造成發射機的損壞后不能正常工作。本文就中波廣播發射臺防雷技術進行分析，并提出相應措施。

關鍵詞 中波廣播 防雷技術 措施

目前，大多數廣播臺的發射機防雷一般都是通過在天線底部和天調網絡安裝放電的裝置實現的。中波廣播發射天線通常采用垂直振子單桅桿拉線天線鐵塔，底部絕緣，經饋線、天調網絡與鐵塔底部連接。地網是以鐵塔底部為圓心深度為0.8 m的土壤中呈輻射狀敷設的銅網。通過中波天線輻射的頻率，可以起到大量的減少大地電流的損耗，不論是天線還是饋線，天調網絡和地網，它們每項細小的指標的好壞，都會對天線整體的防雷效果產生影響。當大量電流通過并倒送到發射機時，倒送過大的瞬間電流電壓在保護電路動作之前就會使發射機損害，所以在雷雨天氣的時候，仍會有為數不少的廣播發射臺遭到雷擊。

中國的發射機大部分都是末級射頻功率采取模塊合成的方式輸出。模塊采用IRF250場效應管的全固態發射機。雖然效率、質量極高，但是因為在具有極高的輸入阻抗性的條件下，極其微小的靜電都可造成對發射機的破壞，而雷電正是用過釋放靜電和電磁波來對房屋、工業工具的設施造成摧毀性的破壞，破壞程度不可小視。真是因為這樣，如果全固態發射機不能完全避免模塊打火的現象，在雷雨天氣下必將把雷擊引入發射機，造成電磁波、信號中斷和停播等嚴重后果。

一、內部防雷系統分析

從外部到內部區域明確劃分，這樣可以更有效率地達到保護、監控雷電電磁脈沖環境的目的。而在金屬框架和鋼筋混凝土鋼筋等組成的大空間內 ，因為電磁場逐漸衰減，所以遭受電擊的可能性極小。但是，在設施防范范圍之外的地方，容易遭受雷擊。在這種條件下，我們可以知道在安置發射機的位置選擇上要堅持將發射機安放在墻體建筑結構有一定距離的位置。以在中心且低層的位置為最佳，這樣就可以保證發射機與直雷擊非保護區的最遠距離。為了保證所有進出的金屬管道、線纜 、構件均就近與總等電位端子箱接地相連，應采取總等電位連接措施。要使穿過各防雷區的金屬物做等電位連接，此措施的實施應落實在底層設置總等電位端子箱。為了不使電磁影響發射機，營造一個好的運作環境，最大限度的排除電磁干擾，應通過自身的建筑材料或設施硬件和具有屏蔽電磁波能力在內的所有金屬物件都是相互連接影響的條件下。因為自身材料屏蔽效果不夠好，所以應該通過仔細科學的規劃設計，完善發射機機房的屏蔽性建設。

二、綜合防雷的必要性及系統分析

當今綜合性質機房的基本材料都大同小異，以鋼筋混凝土等大物件的金屬器件組成，所以，在機房內都會有此材料構成的一個安全防雷擊區域成為法拉第籠。有這樣一個安全防雷區域可以阻止雷擊及電磁波對發射機的干擾及破壞。在這樣一個有益條件下，發射機的防雷效果和效率會大大提高。

三、中波廣播臺的防雷技術改進的方法及新技術

中波廣播臺的防雷技術原理及改進的措施可在以下幾個方面進行改進：要及時對地網進行維護和修補，因為農田或者工業生產及基礎設施的建設都有可能對地網造成不同程度的破壞，有可能由于地網底部阻抗不穩定而導致發射機的參數數值發生改變。地網的電阻值有可能由于以上因素增加而不能將電流更好地導出；各級放點球的維護也十分必要，有可能因為點球與周邊金屬物件生銹使一定范圍內的金屬物件相互連接，導致電阻過大；要保證接地線有足夠的粗度，接地線越粗，導出電流的效果越好，反之如果接地線過細，對發射機整體的防雷擊效果就有較大的影響；要保證石墨球與基連座的寬松，即兩個石墨球平行，才能保證接點不易打火，也就保證了避雷擊的效果；

新型的防雷器件，離子接地極具有紫銅合金的外表，在達到高導電性的同時又能延緩使用壽命。離子接地極利用其頂部的呼吸孔、底部的釋放孔和其內部的高導電性離子化合物這個關鍵性的技術打破了原有的地形、地勢環境的限制，使其在山地、海島能夠更好地工作。水分含量的多少以及自由離子的濃度決定著土壤中的電阻率。土壤的高電阻率在自由離子流失后會上升。所以，要實現土壤的高電阻率就要通過增加土壤中的自由離子開始，進而解決接地極的電阻過大的問題。通過不斷的潮解作用，離子接地極一直通過呼吸孔和釋放孔，做著吸收空氣中的水分，然后潮解離子接地極中的化學晶體變為溶液后，流出釋放孔的動作。覆蓋土壤深入底層，使土壤中的自由離子數量大量增加，降低電阻率使土壤變為高導體正是其強大的滲透功能。在山地，巖石等復雜、惡劣的地形才能更好地顯示其優越的功能。因為是離子接地極具有穩定性，所以其產生的自由離子可以不斷得到補充，雖然離子接地極埋設后會隨著時間的推移導致接地電阻下降，但是其正常運作時間可長達30年。接地極系統不會因為腐蝕而產生環境污染，無需頻繁的維護工作。離子接地極不僅具有占地小、適應環境能力強、工作效率高效果好的優勢而且工作穩定持久。在今后的防雷工作中必將得到廣泛的推廣與應用。

四、防雷擊的具體措施

雷擊的危害十分嚴重，不同的雷侵入廣播發射系統的方式不同。有從天空直擊建筑物、接收天線、發射天線的；有從電源侵入，從其他引線侵入的；有從地電位反擊的。因此，廣播設備的避雷措施應是全面綜合的措施。

1.電源系統的防雷。（1）在高壓變壓器的高壓端和低壓端都必須有可靠的防雷設施。在高壓端的三相電上應分別裝上高壓避雷器，在雷電較強烈的地區還應加裝3只高頻線卷，增強避雷效果。采用這種方法其目的和作用是把雷電盡可能在變壓器之前泄放掉，以保護變壓器和前端設備的安全。（2）在低壓配電盤輸入端上裝一套ZGB系統的1級三相電源避雷器。將從高壓變壓器中漏過的殘余感應雷進一步泄放，對整個設備進行第二次保護。（3）在每一部發射機的電源輸入口處還要再安裝1個2級三相電源避雷器，對發射機進行了第三重的保護。電源避雷器一定要做良好的接地。

2.信號源系統的防雷。中波轉播臺的信號都是通過衛星接收機接收的信號。而室外的衛星接收天線是一個很容易受雷擊的設備。由于雷擊的電壓很高，會對高頻頭、衛星接收機等造成損壞。因此在安裝衛星天線時，最好在距衛星天線5 m左右的地方安裝一支獨立的避雷針。避雷針的引下線直接引到接地體。另外，衛星接收機的高頻輸入線在進入機房前，要使用高頻信號避雷器，將感應在高頻頭和引線上的雷電濾掉，以保證衛星接收機的安全。

3.天饋系統的防雷。天線通常是附近最高的建筑物，容易招引雷電。如果天線沒有得到良好的保護，由它引入的雷電將對發射機產生嚴重的破壞。

（1）接地。雷擊時，由天線引進的雷電能量經打火隙入地。為了更好的泄放雷擊電流，一是要減少地網接地電阻，天線地網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。二是接地要講究，地阻越小，雷擊地電壓越小，為了降低地電位差必須只有一個接地點，機房也必須要集中接地。

（2）石墨打火隙裝置。除天線基部已安裝放電球外，在天調室又接入了一只石墨放電裝置，其間隙可根據實際工作電壓大小適當調節。其原理是在放電隙接地線（通常用金屬桿）上，穿套40只～50只磁環。發射機正常工作時，它不起任何作用，但當天線受雷擊拉弧短路，而發射機保護動作發生之前，可以提高發射機的短路阻抗，從而保護了發射機。因雷電的主要能量是直流和低頻，所以，它也不影響雷電的入地通路。

（3）微亨級的電感線圈。雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，因此在天線下并聯一只微亨級電感，它的主要作用是為天調網絡提供一個對地靜電放電通路。由于電感線圈的感抗較小，線徑較粗，有利于雷電的能量入地。但注意的是：微亨級的電感會直接影響天線的阻抗，應作為天線匹配網絡的一部分考慮。同時，是為雷電提供靜電泄放通路，線圈導線的直徑盡可能地粗些。

（4）隔直流電容器。考慮到天線受雷擊時，還有一部分能量會經饋線去發射機，為此，又加了一道防護。電容的容量一般選擇在1 000 pf～2 000 pf，在中波頻率上它不致產生過大的壓降，但它的伏安量要選得大一些。當然，發射機輸出功率越大時，電容選用的伏安量也應該越大。

（5）移相網絡。為了有效地防止雷擊對發射機的損壞，還必須保證在鐵塔基部短路時，發射機出口處也是短路狀態。根據長線理論，要做到這一點就必須使這兩點的相位差為180°的整數倍，從發射機到絡，隔直電容器，套入放電隙地線中磁環和微亨級電感在內的各元件，都會有一定的相移引入。綜合后的相移通常和π的整數倍有出入，為了把相移補償到π的整數倍，通常要安裝移相網絡，來保證發射機安全運行。