中波廣播發射臺的防雷保護措施及應用

張立學

（作者單位：內蒙古自治區新聞出版廣電局敖漢716發射臺）

隨著雨季的到來，雷電防護是中波廣播發射臺實現確保優質安全播出的重要的事務。防雷擊措施不僅僅是針對中波發射機，而是整個中波發射天饋系統﹑供電系統等配套設備以及機房的建筑設計都應有配套的措施。目前，各個發射臺中波廣播均采用固態發射機，所以，預防雷擊的破壞顯得更加重要，這就要求在技術上不斷進步。

敖漢716發射臺地處內蒙古赤峰市新惠鎮，這是一個易發閃電的地區，特別是在夏季高峰期，發射天線高達76 m，位于山頂，直接雷暴每年至少有4～5次，甚至更多。如果沒有良好的防雷措施，就會損壞發射天線﹑發射和發送設備。發射塔底部有一個50 cm高的支撐絕緣體。保溫瓷瓶有效37 cm，室外常壓小于4萬V。如果天線在廣播時遭受雷暴天氣的沖擊，而獨立的天線不使用特定的防雷措施，那么塔底的瓷瓶表面容易產生過電壓，甚至導致基底瓷器的損壞。為了最大程度提高天線輻射效率，通常在日饋線之間設計一個匹配網絡，它是一系列電感﹑高頻電容器等并并﹑串串匹配設計而成。同時，天線在遭受雷擊時，同樣可能會對電容器﹑電感器件造成損害。

1 中波發射機的內部保護

在每個發射機內部設計了以下類型的防雷電路。一是，在設計上的考慮及一般性防護，盡量減少MOSFRT管的負載，使其冗余。例如，500 V直流電壓的300 V組可以提供很大的安全空間。二是，當天線中有不規則電壓流反饋時，直流供電部分及快速駐波的保護電流合成器，可在極短時間內將發射機與天線的連接斷開，避免損壞。三是，如果發射機處于關斷狀態，則RF插頭可以在一段延遲之后連接到地球。

RF部分保護。無論是內部還是外部都可能遇到過電壓和高電壓條件,發射器的RF部分可以用精確校準的避雷器保護。

接地系統。一是中波廣播發射臺站的發射機房的地網最大格為2.0 m。二是發射機與地網間的阻抗必須是滿足技術規定的極低的電阻。三是應當避免某個發射機的地與其他設備的地電壓不同，所以，保持供電電源﹑同軸電纜和饋線與其他設備之間的地電壓一致性很重要。

2 發射機的外部保護

發射機機房的結構構造特別是地井設計的優劣，對防雷是極其重要的，其目的是能夠將饋入的雷電電流直接導入大地，而不是流串入發射機或者機房內。

第一，機房的布置。當地網布局理想時,同軸饋線﹑交流電源和所有其他電線電纜連接到發射機和其他設備。

第二，防雷和天線接地和天線饋電。

第三，高低壓供電部分過壓保護。為防止雷電從高壓電源系統進入發射臺發射機所需的措施是：高壓線路的上端框架裝有至少1 km長的架空地線；進到變電站要安裝避雷器；為了防雷擊，在防雷區應安裝避雷針；根據電力系統的要求，必須保證接地系統的安全接地，接地電阻不得大于規定值；在進入機艙后，變電站和發射機房應安裝地下電力電纜安裝避雷器；變壓器必須安裝壓敏電阻來抑制浪涌。

第四，發電機房接地系統。在射頻電源系統中，接地網由銅網構成。網面不大于2 m，接地網與機房外環接地系統相連，并增加輔助接地棒。機房頂部的地網系統應與地面環網相連，連接環的寬度不大于10 m。

第五，控制系統及其他設備的接地。所有附屬設備都連接到地面網絡。安裝在機艙外部的金屬裝置，如虛擬負載和熱交換系統應連接到接地網。腰帶尺寸采用100×1 mm銅箔。如果將這種裝置放置在屋頂上，它也應與100×1 mm的銅帶連接。

3 天調網絡防雷措施

圖1 防雷網絡

利用天調網絡，使其在匹配的同時具備防雷的功能。敖漢716發射臺中波發射機天調網絡一般都采用“Γ”或倒“Γ”型網絡，通常網絡的串臂端為感性元件，并臂端為容性元件，這種網絡用于PDM中波發射機以后，為防雷需要，將網絡中的串臂端改為容性元件，并臂端改為感性元件，如圖1所示。

顯然，在改變之后，電容被連接到饋線或天線，并且閃電，特別是靜電被阻擋，在饋線或天線的接地端的電感器連接到電感。對雷電中的主要儲量可以迅速泄入地，有效防止了雷擊，但這個網絡的弊端是對抑制諧波不利。對此，必須在技術上進行處理，在并臂端仍然并上一只電容。這樣，此網絡既是天饋匹配網絡，又有利于防雷，還可以抑制諧波輸出，真可謂是一舉三得。

以10 kW PDM中波發射機為例，網絡的計算如下：已知頻率為1278 kHz,饋線特性阻抗為50 Ω，天線阻抗ZA=Ra+JXA=210+J230 Ω，天線電阻RA大于饋線特性阻抗RФ，網絡應該被選擇為倒置的Γ類型。如圖1所示。天線阻抗等效于并聯阻抗的轉換：

其中：

等效電路如圖2所示。

圖2 等效電路

對于這個網絡的計算采用“Γ”網絡的計算方法將串聯臂電抗轉換為電容性電抗，并將臂電抗轉變為感性電抗。

在等效電路中，有一個視在電抗A，為抵消這個電抗的影響，在天線的下地端并聯一只電容這樣做的目的有二：一是可以適當地提高網絡對諧波的濾波度；二是可以安裝可調電容，方便網絡的調整。

令XC1=X′A則：

天調網絡如圖3所示。

根據計算值安裝網絡后，重復調整C，通過阻抗橋測量機房輸入線的輸入端口阻抗為50 Ω，饋線的波比值應為零。此網絡工作多年以來，發射機工作穩定，遇上強雷電天氣，發射機安然無恙，再也沒有出現過燒毀功放元器件現象。

圖3 天調網絡

閃電是一種自然現象，它的出現是不可預知的。但是，只要繼續采用先進的防雷技術，不斷總結實踐中的防雷經驗，就可以減少雷電造成的損失，所以，加強發射臺防雷技術研究十分必要。