中波發射臺天調系統防雷方案

劉伯頤

（作者單位：湖南人民廣播電臺二0一臺）

雷電的形成原因是帶電荷的雷雨云層與地間產生一個環境電場而導致其發生。如果雷雨云層或地面某一點上的電場強度大于地面上的電場強度3×106 V/m時，在地上突出隆起的地方、先導放電開始于導電部件或金屬部件。向下先導從云端延伸到地面，向上先導則是從地面伸展到云端，向上先導與向下先導并將形成主放電。雖然已明顯看到雷電電流的峰值幅值已經達到了300 kA，但在現實生活當中，大概50%次雷擊只產生18 kA電流，其他的能譜分布在直流低頻附近至160 kHz。

1 雷電對中波臺的影響

廣播發射從要求來說，是在任何情況下都不能中斷播出的。高聳的中波天線大多都在百米左右高度（76～120 m），處在地勢開闊地帶，周圍高層建筑較少，所以，中波天線被雷擊的概率比一般建筑物大得多，容易遭受雷擊，雷電電流和中波天線與地面絕緣，以上這兩個條件意味著中波天線雷電防護的難度，因為帶電云團通常有幾千伏特的電壓，在中和過程中能產生數千安培電流。因此，中波臺每年夏季都會受到雷暴侵害。為確保“高質量、不間斷、既經濟、又安全”的廣播發射任務，中波臺的避雷尤為重要。

2 避雷與防雷

2.1 避雷原理

避雷器保護電路圖原理解析（見圖1）。避雷器包括有羊角避雷器、閥型避雷器、氧化鋅避雷器等多種形式。其中，氧化鋅避雷器是以電工碳化硅鋼片組成的，與常規閥型避雷器相比而言，有以下優點：動作快、通流容量大、低殘余壓力、非連續流動、大氣過電壓和開關過電壓可起到保護作用、結構簡單、可靠性高、壽命長、維護簡單等。

2.2 避雷針的作用

圖1 避雷器保護線路原理圖

避雷針的作用是讓接近它的低空雷雨云引導到避雷針附近，讓閃電電流根據預定路徑釋放到地面，自抗雷擊，防止其他設施被破壞。普通的單個避雷針對地面上的保護半徑r應按r=1.5h計算，h為避雷針的高度（m），1.5為經驗系數。

3 全固態中波發射機避雷措施

湖南人民廣播電臺二0一臺（以下簡稱“我臺”）處于地勢開闊帶，高高的鐵塔容易引雷，比較大的事故，損壞發射機槽路、（50 Ω/150 Ω）阻抗變換，根據我臺的一些具體情況和多次受雷擊事故的處理經驗，對天饋系統、調配網絡做了一些改進。

3.1 對中波鐵塔的改進

首先，在鐵塔拉線繩的放電架上并接一個高頻電阻和放電線圈，高頻電阻為靜電提供一個放電接地的通路，線圈提供直流通路。

其次，在鐵塔底部的絕緣子上并接放電球。兩個放電球中的一個放電球接地，另一個放電球接鐵塔。

3.2 對調配網絡的改進

3.2.1 接泄放線圈

在天線輸入端口連接到一個微型電感線圈到地面（約100 uh），線圈形成一個良好的接地路徑雷電，起著直接向大地排放巨大閃電電流的作用。

3.2.2 接入隔離電容器

把天線連接上網絡以前，先連上一個內存較大的真空陶瓷電容器C，容量控制在1 000～1 200p，它不妨礙高頻輸出路徑，但可以對雷電直流有很好的保護作用。

3.2.3 添加石墨放電裝置

在天饋調配室內，裝上一組石墨放電球在天線接入端口，然后連接地導線，準備27個磁環套上。如天線被雷擊到，石墨本來就有一些阻尼減幅放電作用，磁環形成mh級電感，構成直流通道。假設發射機正常工作期間被雷擊中，在放電球發揮作用時，通過接地導線引起的反電動勢的磁路，可以起到阻尼放電的作用，這樣不至于高頻能量短路。室內放電球的放電距離取1 mm/10 kV。

3.3 電力系統的預防

為防止遭受雷擊危險，我們首先在機艙的高壓線路上安裝一套閥門避雷器，以便將沖浪的高壓（電流）釋放到地面。另外，在電源饋線系統的低壓配電板上安裝有一套真空放電裝置，用作壓敏電阻避雷器，從而可靠地保護電源架空線路免受雷擊。

3.4 接地系統

接地系統包括地坑、接地體、降阻材料、其它添加劑等。

首先，在中波塔發射塔附近提前打好地網，它的構成部分是一百根左右的φ4銅包鋼線，長度在120 m左右，中心是在天線底部，以3°為夾角、共計120根向周圍以放射狀，并在以半徑5 m、24.6 m、26.6 m、60 m，把每根銅線短路，圍成4個大圓筑成。銅包鋼線的初始端用銅帶焊接，塔底的防雷放電球連接到地端。然而，對于所有固態發射機來說，接地電阻方法不是很滿意。為此，在塔中建造了一口地井，這口井的深度大約是4 m，（以旱季土壤為標準）地井面積為2 m2，覆蓋上一塊長度為2 m、寬度為1 m、銅板的厚度為5 mm，然后加入減阻劑、鹽等。銅板焊接有寬200 mm、厚1 mm的銅皮，放電球的端部與批量引線連接，再與地網相連接，這將為雷電電流提供可靠的接入。

其次，在天線饋線配電網絡室中，還制作了高頻地井。地面井的尺寸和深度與上述相同，銅板厚0.5 mm，寬300 mm。銅片與網絡的高頻接地線連接，并與天線接地網、防雷接地線、饋線接地線和部署室的屏蔽層緊密焊接。它不僅可以降低高頻損耗，而且有助于抑制雜波，保證發射機正常工作，確保穩定輸出。

此外，在制作鐵塔用避雷針過程中，應將避雷針尖刷長200 m的錫，以提高避雷針尖的導電率，使云中的雷云電荷能快速導入地下。塔式避雷器的放電球必須進行類似處理。

4 注意事項

第一，鐵塔維護時，室外放電球不要刷油漆，要特別仔細檢查，如果施工不小心刷了油漆，要及時清理干凈，起到防雷、避雷效果。

第二，在每年雨季到來之前，應特別注意檢查接地電阻和防雷設施。

簡而言之，雷電防護是全固態中波機應用中的重要問題之一。通過十多年的工作實踐和以上一些防雷措施的處理，雷擊損壞器件大為減少，避雷效果明顯。