中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)的分析及措施

王春娟

（內(nèi)蒙古自治區(qū)新聞出版廣電局牙克石785 臺(tái)，內(nèi)蒙古 牙克石 022150）

現(xiàn)階段廣播發(fā)射臺(tái)采取的防雷措施，通常是在天線底部與天調(diào)網(wǎng)絡(luò)安裝防電裝置。中波廣播發(fā)射臺(tái)通常采用垂直振子單桅桿拉線天線，底部采取絕緣處理，經(jīng)饋線前調(diào)網(wǎng)絡(luò)與鐵塔底部相連接。地網(wǎng)是以鐵塔底部圓形深度為0.8米的土壤中呈輻射狀鋪設(shè)的銅網(wǎng)。通過中波天線輻射的頻率，能夠極大地降低大地電流的消耗。無論是天線還是經(jīng)饋線、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)還是地網(wǎng)，任何一項(xiàng)細(xì)小指標(biāo)都會(huì)影響天線整體的防雷效果。當(dāng)大量電流通過發(fā)射機(jī)時(shí)，倒送過大的瞬間電流電壓將會(huì)在保護(hù)電路發(fā)揮作用之前損害發(fā)射臺(tái)。因此，現(xiàn)階段仍然有很多廣播發(fā)射臺(tái)在雷雨天氣中遭受雷擊損壞[1]。

一、中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷的必要性

我國的中波廣播發(fā)射機(jī)通常是末級(jí)射頻功率，采取模塊合成的方式輸出。使用IRF250場(chǎng)效應(yīng)管的全固態(tài)發(fā)射機(jī)。這種發(fā)射機(jī)雖然具有極高的效率與質(zhì)量，但是在極高的輸入阻抗性下，一旦產(chǎn)生任何細(xì)小的靜電，都有可能對(duì)發(fā)射機(jī)造成嚴(yán)重的損壞。雷電對(duì)房屋與工業(yè)工具造成的損壞正是通過釋放靜電與電磁波來實(shí)現(xiàn)的。雷電具有極大的破壞性，對(duì)房屋以及工業(yè)工具造成的損壞是摧毀性的。若是全固態(tài)發(fā)射機(jī)無法完全避免模塊打火的現(xiàn)象，那么在雷雨天氣中，必然會(huì)將雷電引入到發(fā)射機(jī)中，輕則造成信號(hào)中斷，影響節(jié)目正常播出，重則引發(fā)火災(zāi)爆炸，對(duì)工作人員與相關(guān)設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞。

我國當(dāng)前正處于全面建成小康社會(huì)的決勝階段，中波廣播發(fā)射臺(tái)的運(yùn)行與人民的文化生活有著緊密的關(guān)系，因此，探索中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)，提升中波廣播發(fā)射臺(tái)的防雷質(zhì)量，對(duì)于促進(jìn)我國廣播事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的意義。雷電是一種自然現(xiàn)象，有著極大的破壞力，同時(shí)具有突發(fā)性。雷電對(duì)高層建筑與電子設(shè)備有著極大的威脅。中波廣播發(fā)射臺(tái)由于所處地理位置特殊，在雷電天氣中很容易遭受雷擊。因此，優(yōu)化與創(chuàng)新中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷技術(shù)有著重要性，同時(shí)也有著必要性，建立多層次全方位的防雷體系，維護(hù)工作人員與相關(guān)設(shè)備的安全。

二、威脅中波廣播發(fā)射臺(tái)的雷電類型

現(xiàn)階段雷電仍然對(duì)中國波廣播發(fā)射臺(tái)構(gòu)成著嚴(yán)重的威脅，其中雷電的類型包括直擊雷、感應(yīng)雷與球擊雷。直擊雷是一種常見的自然雷電類型，直擊雷會(huì)對(duì)高層建筑或高層建筑的突出部位進(jìn)行放電反應(yīng)。中波廣播發(fā)射臺(tái)一旦遭受直擊雷的雷擊，雷電會(huì)以發(fā)射臺(tái)的天線與電子設(shè)備作為媒介，導(dǎo)入發(fā)射臺(tái)內(nèi)部設(shè)備中對(duì)發(fā)射臺(tái)造成嚴(yán)重的損壞。感應(yīng)雷以靜電場(chǎng)或電磁場(chǎng)的形式干擾區(qū)域內(nèi)的電子設(shè)備，與直擊雷不同的是，感應(yīng)雷對(duì)區(qū)域內(nèi)電子設(shè)備造成的干擾是非接觸式的，不會(huì)像直雷一樣對(duì)電子設(shè)備直接造成放電效果。當(dāng)區(qū)域內(nèi)的電子設(shè)備受到感應(yīng)雷干擾時(shí)，會(huì)瞬間釋放大量的能量，導(dǎo)致電子設(shè)備急劇升溫引發(fā)火災(zāi)或爆炸。球形雷的威脅度與破壞性極高，又被稱之為球狀閃電[2]。球形雷通常發(fā)生在雷暴天氣中，與直擊雷轉(zhuǎn)瞬即逝的特征不同，球形雷會(huì)在區(qū)域內(nèi)伴隨著大氣波動(dòng)進(jìn)行移動(dòng)，一旦在移動(dòng)中觸碰到障礙物或者電子設(shè)備，則會(huì)引發(fā)爆炸。球形雷并不常見，對(duì)中波廣播發(fā)射臺(tái)造成損壞的主要雷電類型是直擊雷，因此，相關(guān)人員要將直擊雷作為中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷處理的重點(diǎn)內(nèi)容。現(xiàn)階段我國大多數(shù)地區(qū)的中波廣播發(fā)射臺(tái)采用垂直振子單桅桿拉線天線，這能夠提升天線底部的絕緣能力，避免雷電以天線與電子設(shè)備作為媒介，進(jìn)入發(fā)射臺(tái)的內(nèi)部，損壞發(fā)射臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。除此之外，多數(shù)發(fā)射臺(tái)的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)以發(fā)射塔底部為中心，在一米范圍內(nèi)的土壤中鋪設(shè)銅線輻射網(wǎng)，提升發(fā)射臺(tái)的防電能力，在理論上采取以上兩種防雷技術(shù)，能夠有效地抵御高強(qiáng)度的雷電沖擊。

三、內(nèi)部防雷系統(tǒng)分析

由外到內(nèi)的區(qū)域劃分，能夠提升雷電電磁脈監(jiān)控與保護(hù)的目的，在由金屬框架與鋼筋混凝土等材料構(gòu)成的大空間中，電磁場(chǎng)逐漸衰弱，因此，遭受雷擊的可能性也極大的減小。但是在防范范圍之外的地方很容易遭受雷擊，在這種條件下，發(fā)射器的安裝位置要與墻體建筑結(jié)構(gòu)保持一定的距離，將其安放在中心且低層的位置能夠發(fā)揮出最大的雷電保護(hù)效果。為了確保全部的金屬管道線纜構(gòu)件都能夠與總等電位端子相接地相連，就要采取總等電位相連措施，對(duì)穿過各防雷區(qū)的金屬物體進(jìn)行等電位連接，將其落實(shí)在底層設(shè)置總電位端子箱，降低電磁波對(duì)發(fā)射機(jī)造成的影響，營造良好的運(yùn)行環(huán)境，減緩電磁干擾。保證建筑材料或設(shè)施硬件具有較強(qiáng)的電磁波屏蔽能力，同時(shí)保證所有金屬物件相互連接。對(duì)于材料自身屏蔽效果方面的問題，要進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，做好發(fā)射機(jī)機(jī)房的屏蔽建設(shè)。

三、綜合防雷的必要性與系統(tǒng)分析

現(xiàn)階段綜合性質(zhì)機(jī)房，室內(nèi)建設(shè)材料通常是以鋼筋混凝土等大物件的金屬器件所構(gòu)成的，具有一定的同質(zhì)性。在機(jī)房內(nèi)部設(shè)置以此類材料構(gòu)成的安全防雷擊區(qū)域，稱之為法拉第籠。這種防雷區(qū)域能夠有效地避免雷擊與電磁波對(duì)發(fā)射器造成損壞與干擾。在這種環(huán)境下，能夠極大地提升發(fā)射機(jī)的防雷能力[3]。

四、中波廣播臺(tái)的防雷技術(shù)改進(jìn)方式與新技術(shù)

在中波廣播發(fā)射臺(tái)中，防雷技術(shù)的原理與改進(jìn)措施，可以從以下幾方面落實(shí)。第一，及時(shí)地維護(hù)與修復(fù)地網(wǎng)。地網(wǎng)有可能在農(nóng)業(yè)工業(yè)生產(chǎn)或是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中出現(xiàn)一定的損壞，地網(wǎng)的底部抗阻不穩(wěn)定將會(huì)干擾發(fā)射機(jī)的參數(shù)數(shù)值。受到以上因素的影響，地網(wǎng)的電阻值會(huì)增加。第二，各級(jí)放電球的維護(hù)也非常重要，放電球與周邊的金屬物件生銹，會(huì)導(dǎo)致附近一定范圍內(nèi)的金屬物件相互連接，進(jìn)而增大電阻。第三，保證接地線有著足夠的粗度，接地線越粗，電流導(dǎo)出的效果就越好，接地線過細(xì)將會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的整體防雷及效果造成嚴(yán)重的影響。第四，保證石墨球與基連座的寬松，兩個(gè)石墨球平行能夠保證連接點(diǎn)不易打火，進(jìn)而提升防雷擊的效果。

新型的防雷器件如離子接地極，外表為紫銅合金，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高導(dǎo)電性，同時(shí)使用壽命得到了極大的延長。離子接地極的頂部有著呼吸孔，底部有著釋放孔，內(nèi)部有著高導(dǎo)電性離子化合物，突破了地形與空間的限制，能夠在山地與海島等地理環(huán)境中運(yùn)行。土壤中的電阻率由水分的含量與自由離子的濃度決定，土壤的高電阻率在自由離子流失后會(huì)上升，因此，想要提升土壤的電阻率，就要增加土壤中的自由離子，這樣能夠解決接地氣的電阻過大問題。在不斷的潮解作用下，離子接地極通過呼吸孔與釋放孔吸收空氣中的水分，潮解離子接力極中的化學(xué)晶體轉(zhuǎn)化為溶液流出釋放口，覆蓋土壤，深入底層，增加土壤中的自由離子數(shù)量，降低電阻率，將土壤轉(zhuǎn)換為高導(dǎo)體，提升滲透功能，在山地與巖石等復(fù)雜地形中應(yīng)用效果更加顯著。離子接地極有著極高的穩(wěn)定性，因此，生成的自由離子能夠不斷的補(bǔ)充。從埋設(shè)離子接地極之后，伴隨著時(shí)間的流逝，將會(huì)降低接地電阻，但是通常情況下，運(yùn)行時(shí)間能夠達(dá)到30年左右。接地極系統(tǒng)不會(huì)由于腐蝕污染環(huán)境，無須進(jìn)行頻繁的維護(hù)。離子接地極占地面積小，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，工作效率高，具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性與持久性，在當(dāng)今與未來的防雷工作中一種應(yīng)用廣泛的防雷器件。

五、天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的防雷措施

1.放電球

在天線鐵塔底部放置兩個(gè)半圓形金屬放電球，一只連接地面，一只連接鐵塔，在發(fā)射機(jī)100%調(diào)幅工作時(shí)，使用1mm1/kv計(jì)算此處產(chǎn)生的最高電壓，以此來調(diào)節(jié)兩球之間的距離。鐵塔未遭受雷擊時(shí)放電球不工作，直到鐵塔遭受雷擊時(shí)，在瞬間高壓作用下放電球被導(dǎo)通，雷電通過放電球引入地下，實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)效果。通常情況下，放電球在室外長期受到風(fēng)吹日曬與自然因素的侵蝕，對(duì)于自身質(zhì)量造成了一定的影響，因此要保持定期維護(hù)，保證放電球表面的清潔。金屬放電球在遭受雷擊放電之后，表面會(huì)出現(xiàn)凹凸不平，變得粗糙，此時(shí)要用砂紙打磨表面，使用粗砂紙磨平放電球表面，之后使用300目以上的細(xì)砂紙將放電球表面打磨光滑。接地端與放電球之間使用200×0.5mm的寬筒皮連接，使用銅焊大面積焊接焊點(diǎn)，控制接點(diǎn)電阻小于4歐姆能夠保證在雷擊時(shí)對(duì)地放電通暢。

2.微亨級(jí)接地電感

雷電能量集中于低頻與直流部分，在天線下并聯(lián)一只微亨級(jí)電感能夠?yàn)樘煺{(diào)網(wǎng)絡(luò)提供對(duì)地靜電放電通路。電感線圈的感抗小線徑粗，能夠促進(jìn)雷電能量入地。要注意的是微亨級(jí)電感會(huì)對(duì)天線的阻抗起到影響，要將其作為天線匹配網(wǎng)絡(luò)的一部分。同時(shí)微亨級(jí)電感的作用是為雷電提供靜電泄放通路，因此，線圈的導(dǎo)線直徑要盡量加粗[4]。

3.石墨放電柱裝置

除了在天線的基部放置放電球之外，在天調(diào)室接入石墨放電柱裝置，間隙根據(jù)工作電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。石墨放電柱的原理是在放電柱接地線上穿套40—50只磁環(huán)，發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行時(shí)不起任何效果。當(dāng)天線遭受雷擊出現(xiàn)短路，發(fā)射機(jī)未發(fā)揮出保護(hù)作用之前，能夠提高發(fā)射器的短路抗阻，對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行保護(hù)。但雷電的能量集中在直流于低頻，因此，不會(huì)對(duì)雷電的入地通路起到影響。在維護(hù)中當(dāng)石墨柱放電之后，分別轉(zhuǎn)動(dòng)兩柱相對(duì)位置，避免以放過電的位置相對(duì)。在完成多次放電之后，石墨柱表面無完好位置時(shí)，要及時(shí)地打磨或更換石墨柱。除此之外，要檢查磁環(huán)是否出現(xiàn)破損與開裂，若存在就要及時(shí)更換磁環(huán)。

4.移相網(wǎng)絡(luò)

為了避免雷擊對(duì)發(fā)射機(jī)造成嚴(yán)重的損壞，要保證鐵塔基部出現(xiàn)短路時(shí)，發(fā)射機(jī)出口處也處于短路狀態(tài)下。根據(jù)長線理論，想要實(shí)現(xiàn)這一目的，要將這兩點(diǎn)的相位差控制在180度的整數(shù)倍，從發(fā)射機(jī)起始經(jīng)過的各個(gè)元件都存在一定的相移引入，綜合后的相移通常和π的整數(shù)位有出入，為了將相移補(bǔ)償?shù)溅械恼麛?shù)倍，就要安裝移相網(wǎng)絡(luò)，保證發(fā)射器的正常運(yùn)行。

六、機(jī)房綜合防雷措施

1.建設(shè)機(jī)房室內(nèi)地網(wǎng)

圍繞機(jī)房室內(nèi)使用40×40mm熱鍍鋅扁鋼制作一個(gè)環(huán)形接地網(wǎng)，分兩個(gè)方向和新建室內(nèi)外地網(wǎng)與天線相連，每部發(fā)射機(jī)高頻接地使用專用接地引線，由高頻末級(jí)機(jī)箱槽路附近的地線端引至接地極機(jī)房會(huì)管接口處，外皮以及機(jī)房地線出口處要使用銅帶與高頻接地引線連接。

2.建設(shè)機(jī)房室外地網(wǎng)

在建設(shè)地網(wǎng)時(shí)結(jié)合電視臺(tái)的實(shí)際情況，在機(jī)房大樓四周開挖地溝，將其延伸到機(jī)房大樓后側(cè)土壤情況好的區(qū)域，埋設(shè)環(huán)形水平接地體、離子接地體、垂直接地體。水平接地體掩埋深度要高于0.8米，達(dá)到雷電流泄放標(biāo)準(zhǔn)。全部扁鋼使用高山專用降阻劑包裹之后再回填土壤。

3.設(shè)置電源多級(jí)防雷器

針對(duì)全固態(tài)發(fā)射機(jī)中使用單個(gè)防雷保護(hù)措施，無法滿足設(shè)備安全要求，因此，要采取多級(jí)防雷保護(hù)措施。在10kv高壓線路輸入高壓配電室、低壓配電室輸入端以及低壓配電室輸出端中配置避雷器，將侵入的雷電電壓控制在較低的電壓水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)電子設(shè)備的保護(hù)。

4.天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷擊

發(fā)射臺(tái)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷設(shè)計(jì)是中波廣播發(fā)射臺(tái)防雷處理的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，關(guān)鍵在于隔直流電容器的防雷技術(shù)設(shè)計(jì)。第一，對(duì)隔直流電容器進(jìn)行雷電低頻能量隔離設(shè)計(jì)，以保證在雷電天氣中發(fā)射臺(tái)發(fā)出的低頻信息不會(huì)被雷擊阻斷，維持信息的穩(wěn)定傳輸。第二，在設(shè)計(jì)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷方案時(shí)，要根據(jù)發(fā)射機(jī)的功率進(jìn)行靈活調(diào)整，發(fā)射機(jī)的功率越大，隔直流電容器的功率容量也越大。第三，若是天調(diào)網(wǎng)絡(luò)通過石墨放電柱運(yùn)行，則要將其控制在合理范圍內(nèi)，提升石墨放電柱的性能，以保證發(fā)射臺(tái)天線遭受雷擊時(shí)能夠及時(shí)地釋放大量電荷，緩解雷電造成的損害程度。第四，在設(shè)置發(fā)射臺(tái)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)所需的對(duì)地釋放回路時(shí)，采取并聯(lián)方式連接，將微亨級(jí)電感與天線進(jìn)行搭配使用，提升天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷能力[5]。

5.天饋信號(hào)系統(tǒng)的防雷措施

針對(duì)天饋信號(hào)系統(tǒng)的防雷措施改進(jìn)可以從室內(nèi)與室外兩方面出發(fā)。在室外防雷措施改進(jìn)中，首先，保證室外各條隱線與地面之間充分接觸，發(fā)揮出泄放電流能力。其次，可以使用屏蔽電纜保護(hù)引線，使屏蔽層在連接到發(fā)射機(jī)之前連接到地網(wǎng)，避免發(fā)射臺(tái)受到感應(yīng)雷的破壞。室內(nèi)地網(wǎng)的鋪設(shè)工作非常重要，要保證室內(nèi)外地網(wǎng)充分的連接，嚴(yán)格按照規(guī)定使用保護(hù)元件，充分地發(fā)揮出保護(hù)元件的作用，為電子元件創(chuàng)設(shè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。

結(jié)語

中波廣播發(fā)射臺(tái)是我國廣播事業(yè)的主要推廣渠道，強(qiáng)化中波廣播發(fā)射臺(tái)的防雷保護(hù)，對(duì)我國廣播事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著非常重要的作用。為了避免雷電對(duì)中波廣播發(fā)射臺(tái)造成的損壞，技術(shù)人員要做好天線發(fā)射臺(tái)主體、天調(diào)網(wǎng)絡(luò)與發(fā)射臺(tái)電源等設(shè)備的防雷保護(hù)，為中波廣播發(fā)射臺(tái)提供安全穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。