中波發射臺的綜合防雷措施

文/牛凌

雷擊是大氣中自然放電的一種現象，雷電一旦經過建筑物、電器設備和人、畜等將遭到嚴重破壞和死亡。隨著廣播電視技術的不斷創新發展，中波廣播發射設備的固態化、集成化、網絡化逐步增強和微電子技術及計算機技術大量采用，對設備運行環境要求越來越高，設備的抗干擾抗雷擊抗浪涌能力很弱，一旦遭受雷擊，設備的敏感元件如場效應管、集成塊、壓敏元件等器件就會燒毀，導致設備損壞，直接影響到設備安全運行和安全播出。所以，如何有效防止雷擊保證人員和設備的安全，保證設備不間斷、高質量的安全運行做到優質播出，是中波發射臺一個十分重要的課題。下面就中波發射臺的綜合防雷措施進行探討和交流。

1 中波發射臺基本組成部分和易遭雷擊的幾個環節

中波發射臺一般由中波發射機、天饋系統、信號源系統、電源系統、自動化播出監控系統幾部分組成（如圖1）。

天饋系統又由同軸開關、饋線、天調網絡、中波發射天線（鐵塔）組成。

信號源系統又由衛星接收天線、衛星接收機、高頻頭、開路廣播信號接收天線、廣播調諧器組成，個別臺站還有微波線路或者光纜。

電源系統由高壓線路、變壓器、配電柜、交流穩壓器、備用發電機組成。

根據多年的總結，中波發射臺雷電最容易侵入的環節都是戶外的部分：天饋系統、信號源系統、電源系統。

天饋系統的雷擊主要來自發射天線（鐵塔），發射天線高度一般都在百米左右，就中波廣播發射臺所處的位置而言，方圓幾公里甚至十幾公里內都是絕對制高點，因此轉播臺附近落雷時，鐵塔往往是首當其沖的落雷點。可以這么說，中波廣播發射臺遭雷擊的概率，90%來自中波發射天線。中波發射鐵塔的拉線鐵塔底部有一個高度為20cm的絕緣柱，自立塔底部有三個高度為40cm的絕緣柱與地面相支撐，所以中波發射鐵塔不能直接與大地接觸，沒有良好的雷電流泄放途徑。如果沒有有效的放電措施，中波鐵塔不接地的特性將使雷電電流必然沿發射天線--調配網絡--饋線--同軸開關途徑進入發射機，擊穿功放管等。

信號源系統的無線接收天線和開路廣播接收天線一般都在屋頂，最容易受到雷電襲擊，雷擊后的大電荷就會通過饋線進入高頻頭、衛星接收機、廣播調諧器等設備，在瞬間損壞設備，導致信號中斷，影響安全播出。

電源系統的高壓線路，由于戶外路由比較長容易感應雷電，引起電壓或電流瞬間增高，形成浪涌脈沖，尖峰脈沖經過變壓器---入戶電纜---配電柜---用電設備，沖擊發射機、處理器、計算機等里面的場效應管、集成塊和敏感器件，直至損壞設備備件，導致停機。

2 中波發射臺綜合防雷措施

通過分析，知道了中波發射臺雷電侵害的環節，就針對性的采取多層多級的綜合防雷措施，就可以極大的提高設備的安全性。

2.1 天饋系統防雷措施

天饋系統的防雷是中波發射臺防雷的重點，對天饋系統一般采取三級防雷（如圖2）。

（1）在發射鐵塔底部安裝金屬放電球，其放電間距大小的設置非常關鍵。通常，放電球的間距，在常溫常濕時的經驗公式為1mm/1Kv，即1毫米間距耐壓1千伏。1KW發射機天線底部金屬放電球間距約1cm為宜。在雷擊的瞬間，對地拉弧放電，起到第一泄放的作用，承擔70%放電任務。

（2）在天調網絡輸出口安裝石墨放電球，調配網絡石墨放電球間隙是可調的，具有良好的放電特性，其放電電壓的變化隨著面積的增加而降低，可以根據具體情況設定，一般間距取2-3mm為宜。平時發射機正常工作的時候，加在調配網絡石墨放電球兩端的廣播信號峰值電壓大約為316v。顯然，此時放電球應處于絕緣狀態。當發射塔遭到雷擊時，加在石墨放電球兩端的雷電電壓達到或超過1000--1500v時，放電球應處于導通或飽和導通狀態。調配網絡石墨放電球承擔大約20%釋放雷電電流任務。

（3）饋線前端加裝避雷器。饋線避雷器也叫四分之一波長短路型浪涌保護器，是根據天饋線中的駐波理論和雷電波頻譜設計的。保護器內部做成同軸腔體形式，將一根相當于信號頻率的四分之一波長的末端短路的鍍金棒并聯在饋線上，一端接芯線一端接地。由傳輸線理論得知，當短路線長度為四分之一波長的奇數倍時，短路點上工作波阻抗為無窮大，相當于一個并聯諧振電路，此時對設備傳輸的信號功率衰減為零。但對于雷電波而言，由于其頻譜范圍很寬，而且絕大部分能量集中在30kHz以下的頻段。因此，該短路棒對雷電波并不是四分之一波長，而近似于短路，所以雷電波就被對地泄放了。饋線避雷器，承擔5%放電任務。

2.2 信號源系統防雷措施

信號源系統也是發射臺遭受雷擊的重災區，必須對信號源系采取科學可靠的避雷接地措施。信號源系統的防雷分三部分：衛星接收天線和無線廣播接收天線，信號電纜，衛星接收機和廣播調諧器。無線接收天線和開路信號接收天線是信號源系統中感應雷電的主要部分，防雷措施是將所有接收天線的接地端用0.5mm*2cm的鍍鋅扁鋼連接起來接入到避雷地網上，可有效防止雷擊對衛星天線和高頻頭的侵害。信號電纜一般都要貫穿室內外，也容易感應雷電，對其的避雷措施是，采用專用封閉式室外金屬工藝橋架，電纜通過橋架進入機房，每根信號電纜在進入橋架前端時和電纜接入功分器或衛星接收機之前安裝接地卡子。安裝時，將電纜外皮剝開，用鏈接套筒將電纜的裸露外皮部分包裹起來，再用卡箍固定。安裝好接地卡子后，用接地線連接到避雷地網上，以便將被雷擊中的電纜上的大電荷通過接地卡子上接地線經避雷地網泄放到大地。信號電纜在進入功分器或衛星接收機之前還要進行防雷接地處理，將進入機房的所有電纜連接到由避雷器組成的N型直通接口端子板上。避雷器端子板所有接口用橫截面積6mm的銅質導線壓接，再與機房避雷接地線牢固連接，這樣就能很好的保障信號源系統設備不受雷電的侵害。衛星接收機和廣播調諧器是最容易遭受雷電破壞的，對其進行防雷接地是必須的。每一個接收機在出廠時都留有避雷接地端，用0.3mm*1cm的銅皮把所有接收機逐個連接起來，再與機房控制臺公共接地母線牢固連接。

2.3 電源系統防雷措施

架空電源線容易引雷及產生很高的感應過電壓，從而形成了大的雷電流尖峰脈沖而損壞設備，危及人身安全，必須對其采取防雷措施。主要措施：

（1）在高壓電源線的零卡后，安裝高壓避雷器；變壓器外殼用2×50mm紫銅帶可靠接地。

（2）變壓器輸出至低壓配電柜的電纜，挖30cm×30cm地溝埋設金屬管，金屬管兩端可靠接地，電源線穿過金屬管接至配電柜。這里鐵管相當于一個大電感，利用電感的特性對電源線中因雷電感應形成的浪涌電流給予阻擋，減少對設備的損害。

（3）在低壓配電柜的空氣開關上加裝避雷器。

（4）在交流穩壓器的市電輸入端接一組FS型閥型避雷器和14D371壓敏避雷電阻，在接入電感電容組成的∏型濾波器，防止雷電尖脈沖擊穿穩壓器。14D371壓敏避雷電阻的特性是在導通電壓300V以上，特別是超過370V時，電阻急劇變小，通過電流很大，保險絲熔斷，起保護作用，當外加電壓回到導通電壓之下時，電阻又很快變大，相當于開路，它的導通時間極短、微秒級的，可以有效泄放尖脈沖電流。在穩壓器輸出接一組CJ-10交流接觸器，也接一組Fs0.22閥型避雷器，防止感應雷引入用電設備（如圖3）。

全臺所有播出設備用電都必須和穩壓器串接，使雷電進入設備的路上多一道障礙，發生大的雷擊時，最多損毀穩壓器，穩壓器可以斷電直通，播出設備就能不斷電，不影響播出。

2.4 發射機的防雷措施

發射機是發射臺安全播出的核心設備，是受保護的主要對象，在天饋系統、信號源系統、電源系統采取綜合避雷措施以后，應該說到達發射機的雷電已經不多了，但為了更加安全可靠，發射機也必須采取可靠的防雷措施。一是在發射機功放槽路輸出口安裝發射機內部銅質放電球，間距調到2-3mm為宜，它將承擔天線發射塔遭到雷擊時5%放電任務。二是在發射機電源輸入端加裝一組FS型閥型避雷器，防止穩壓器直通或未阻止的雷電脈沖電流或脈沖電壓。三是用0.5mm*3cm的銅皮把發射機和機房避雷接地母線牢固連接。

除上面重點談到的環節和設備，機房所有設備都得與機房避雷接地網進行可靠的連接

3 防雷設施日常維護要點

防雷設施是保證發射臺各種設備安全運行和人員人身安全的重要設施，一定要加強維護和管理。日常維護主要有：

（1）各級放電球的維護。對天線底部金屬放電球維護：1.放電球橫桿與放電球支撐直桿的連接要無縫焊接連接，不能用螺絲等的機械連接，因為機械連接接觸面銹蝕電阻會使鐵塔、饋線對地電位上升到極高的狀態，極易引起擊穿發射機功放管，并且可能會使鐵塔對于作為導電物體產生閃絡。2.及時去除金屬放電球銹跡和放電產生的焦痕。3.接地引下線要求用寬度大于100mm的銅帶直接焊接在放電球橫臂上。天線調配網絡石墨放電球維護，要求石墨放電球間隙合適、兩石墨球保持平行、石墨放電球與基座的連接緊密，雷暴天后及時檢查放電球，發現放電產生的凹坑，應旋轉放電球，使放電球相對的面光滑無痕跡。發射機內部放電球維護，每周必須清除上面的積塵，保持放電球表面光滑無痕跡、無積塵。放電球對地的連接最好用30mm寬的銅帶焊接。

圖1：中波發射臺組成方框圖

圖2：天饋系統三級防雷原理圖

圖3：穩壓器防雷接線圖

（2）定期檢查測試各級避雷器和壓敏電阻有無損壞和失效，尤其是重大雷雨天氣過后，必須進行檢查。

（3）定期檢查所有接地線和接地母線連接是否牢靠，有沒有脫落和虛接的情況。

（4）定期測試臺站的避雷接地網和重要設備的接地電阻，標準≤4歐姆，尤其在雷雨季節到來之前必須進行測試。