淺析中波廣播發射設備的防雷電措施

2016-07-01 01:39:54信陽中波轉播臺

電子世界 2016年10期

信陽中波轉播臺劉偉

淺析中波廣播發射設備的防雷電措施

信陽中波轉播臺劉偉

【摘要】雷電對中波廣播發射設備有巨大的威脅，本文結合工作實際，就我臺在廣播發射設備防雷電方面采取的措施做一闡述，希望為以后的工作提供參考。

【關鍵詞】中波發射設備；防雷電；天調網絡

信陽地跨淮河，位于亞熱帶和暖溫帶的地理分界線（秦嶺-淮河）上，屬于亞熱帶向暖溫帶過渡區域。該地既有綿延重迭的崇山峻嶺，也有岡巒起伏的低山丘陵，降雨量豐沛，空氣濕潤，相對濕度年均77%。受地理地貌的影響，信陽屬雷電多發區域，尤其是在每年的7-8月份，雷電活動頻繁，閃電密度值在5.0次/（km2.a）以上，強度多在100kA以上。雷電是一種常見的自然現象，是大氣中一種劇烈的放電活動，放電時會釋放出巨大的能量［1］。雷電活動中對中波發射設備造成巨大危害的主要有兩種：直擊雷和感應雷。一、直擊雷是指帶電云層（雷云）與建筑物等物體、大地或防雷裝置之間發生的迅猛放電現象，并由此伴隨而產生的電、熱效應或機械力等一系列的破壞作用。對中波發射設備而言，雷電沖擊電流流過天線等物體能形成幅值很高的沖擊電壓波，使電氣設備絕緣破壞，從而造成極大破壞性。不過現實情況中，直擊雷發生概率相對較低，造成危害的范圍一般較小，其防避通常可采用避雷線、針、帶和網絡等進行防護。二、感應雷也稱雷電感應或感應過電壓，根據其原理不同，可分為：靜電感應雷和電磁感應雷。感應雷一般通過導體（如電線等）侵入，其電壓可達到幾萬-幾十萬v。該種過電壓往往會造成導線、接地不良的金屬導體和大型的金屬設備放電而引起電火花，從而容易引起電擊、火災、爆炸，故其危害極其嚴重。當雷電活動頻發時，由感應雷出現而帶來的的故障，較輕者導致中波發射機內功放板上的場效應管大量損壞，嚴重者直接造成發射機停機，短時間內無法維修好，維修工作量巨大，耽誤時間長，嚴重影響我臺的安全、優質播出。為了避免雷電對中波發射設備產生損壞，影響正常播出，需要根據地域雷電特征對中波發射設備危害方式，結合我臺的實際情況，采取多層次、綜合性的防雷舉措。從而有效抵御雷電對中波發射設備造成的破壞，確保中波臺的安全、正常播出。本文根據實際情況總結了中波廣播設備防雷、避雷的措施，供同行參考。

1　雷電對中波發射設備造成損壞的幾種情形

一般情況下，中波發射設備被雷擊受損有以下四種情形：一是直擊雷電直接擊中發射設備而導致其損壞；二是發射設備接地體在強雷擊時產生瞬間高電壓從而形成地電位“反作用”而致設備損壞；三是感應雷造成的，感應雷電脈沖沿著與設備相連的金屬管線侵入使發射設備受損；四是安裝中波發射設備的方法有誤，或者某些設備安裝位置不當，遭受雷擊時在空間分布的電場、磁場影響而造成損壞［2］。

以上四種情況中的任一種發生都會使發射設備受到創傷，輕者斷電，嚴重者停播，影響節目的轉播和聽眾的收聽。所以必須采取有效措施用以預防以上所述雷電對我中波發射設備造成破壞。

2　防雷舉措

2.1天饋系統的防雷舉措

中波發射設備的天饋系統一般安裝在鐵塔上，故應在塔尖加裝避雷器，其安裝高度要確保天饋系統內的天線都在其有效保護范圍內。避雷器應高于天饋系統的天線。天饋系統安裝的避雷器，可以有效保護該系統。并且避雷器的安裝不影響發射信號，信號能順利通過。當雷電出現造成系統異常電壓增高時，安置在其內部的放大管立即起作用，極短時間內可以大量釋放由上述感應雷擊而產生的脈沖能量到安全地線上，進而保護機房內外的中波發射設備。

安裝避雷器時，其接地端必須與大地可靠連接，并且接地電阻要≦10歐姆，否則防雷效果將受影響。另外，還需考慮由避雷器本身的插入引起的損耗，對天線發射信號的強度造成一定影響，所以還要注意駐波比出現的變化。

中波轉播設備傳輸的無線信號是通過接收機接收的源自于衛星的信號，為了避免接收信號受到影響，接收天線一般安裝在室外空曠的場地上，越空曠的地方存在孤立的天線時，越容易遭受雷擊，而天線本身不能作避雷器。故應在距天線大概5 米的地方安置一支獨立的避雷針。避雷針的引下線直接引到接地體，接地電阻不宜大于10Ω，衛星天線也要單獨作引下線和接地體連接，以確保天線和衛星接收機共同的安全［3］。

2.2天調網絡的防雷舉措

下圖是我臺天調網絡的防雷舉措原理圖，見圖1。

圖1　天線網絡防雷系統原理圖

2.2.1安裝一定數量的石墨放電柱

由于石墨的導電性比較高，石墨放電柱放電電流大，遺漏電流小，具有良好的放電特性。我臺在天線調配室接入一套（數量根據實際情況而定，我臺3個）石墨放電柱裝置，根據射頻電壓的大小適當調節石墨柱之間的間隙，利用多層間隙疊層技術可以連續放電，而每層放電間隙之間相互絕緣，從而解決了續流向問題并且逐層放電，距離增加，放電的電壓卻降低，無形中增大了石墨柱本身的通電能力。安裝時，將石墨放電柱的一端接地，并在接地端銅棒上串接一定數量的磁環，這樣天線在受到雷擊時，巨大的電流可通過接地引線流入地下，上述磁環產生反向電動勢，起到阻尼作用，從而有效提高發射機短路射頻阻抗，對高頻級損害極小，這樣，在發射機控制電路保護動作前，就起到了保護作用。

2.2.2天線底座安置金屬放電球

我臺鐵塔天線的底座安置有直徑10cm左右的半球形金屬放電球，通過適當調整兩金屬半球的間距，可以在雷擊瞬間發揮泄放電荷能量的作用，承擔主要放電任務。安置時，兩個金屬放電半球要水平安裝，一定不能垂直安裝，否則會因為雨雪天氣時造成放電球短路，影響發射機穩定工作。

2.2.3安裝隔直電容器

隔直電容器為的是兩個電路之間的隔離，但它同時又承擔著信號傳輸的功能，傳輸信號電容越大信號損失越小，而且容量大有利于低頻信號的傳輸。我臺在天線引入調配網絡中串連一只2000pF的電容器C0，當電容器兩端接通雷電的直流電時，電路中有充電電流，但是充電時間極短，充電結束后就不再有電流通過。這樣能有效的避免雷電的直流電流流向發射機，并且不影響發射信號的輸送。

2.2.4應用相移網絡

所有高頻通路中的網絡、傳輸線都會產生相移。當發射天線遭雷擊金屬放電球短路時，發射機負載阻抗驟變，進而影響發射機正常工作。因此我臺天調網絡系統采用相移網絡，當金屬放電球短路時，通過相移網絡，使得發射機負載阻抗產生的變化，仍然在發射機可承受范圍之內，有效保障了發射機的安全。

2.2.5天線下端連接電感線圈

電感線圈是利用電磁感應的原理進行工作的器件。當有電流流過某根導線時，就會在這根導線的周圍產生一定的電磁場，而這個電磁場的導線本身又會對處在這個電磁場范圍內的導線發生感應作用。對產生電磁場的導線本身發生的作用，叫做“自感”，即導線自己產生的變化電流產生變化磁場，這個磁場又進一步影響了導線中的電流；對處在這個電磁場范圍的其他導線產生的作用，叫做“互感“。電感線圈對電流信號所呈現的阻抗利用的是線圈的自感。在天線下端接一只80微亨利（μH）的電感線圈L0接地，該線圈由銅管繞制，銅管直徑越大防雷效果越好。電感線圈是粗銅管繞制的，而且銅管短，電阻分量小，對雷電電流構成了良好的地下通路，雷電中的部分能量也可通過L0入地。

3　加強地網的維護

近年來，城市發展很快，原來我中波臺周邊少有建筑物，少有人員活動。但是最近幾年，一座座高樓拔地而起，就在我臺后面，甚至建起了物流倉庫；建筑蓋起來后，人員活動也密集了。這些建設，人員的頻繁活動，使我臺原來鋪砌的地網遭到了不同程度的影響甚至破壞。

我們知道，當穩定的地網環境被破壞后，很有可能會因為底部某些阻抗不穩定而引起中波發射機參數數值發生改變，造成地網電阻值增加，不能將電流順利的導出。鑒于以上情況，我單位要求值班人員每天對地網進行監控，發現問題及時維護、修補和改造，密切關注地網狀況，一旦出現問題，及時補救。該法有效地避免了因地網破壞帶來的安全隱患，有利于中波發射設備安全保護。