淺談中波廣播臺的防雷系統與日常維護

孫宇佶

1 雷電對中波系統造成的危害

雷電主要分為4種：直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃。其中對中波發射系統威脅最大的是直擊雷和球形雷。

直擊雷就是在云層中聚集了很多電荷，大量的電荷需要找到一個通道來釋放，而中波發射臺的發射塔正是絕佳的釋放通道，雷電通過發射塔直擊天饋線系統，損壞中波發射系統。

球形雷，俗稱滾地雷。通常在雷暴時發生，為圓球形狀的閃電。與直擊雷類似，球形雷也同樣會對中波發射系統造成損害。

直擊雷是威力最大的雷電，而球形雷的威力比直擊雷小。這兩種雷電如果直接擊中中波發射臺的發射塔，瞬間產生的數萬伏的高壓就會對發射天線、調配網絡、天饋線系統以及發射機造成嚴重損害。

有些時候，雖然雷云只是接近了發射塔，雷電并沒有直接擊中發射塔，但是由于感應雷的存在，中波發射系統仍然會感應到雷擊能量，產生電火花，損壞其中的設備。感應雷也稱為雷電感應或感應過電壓，根據產生的原理不同，分為靜電感應雷和電磁感應雷。

2 中波發射系統的防雷措施

2.1 金屬放電球

浙江省第四廣播轉播臺的中波發射天線鐵塔的底部，安裝有一對金屬放電球，這是發射系統對雷電危害的第一道防線。這對金屬放電球一端接天線鐵塔，一端接地。兩個放電球的間隙距離需要根據預估可能遭遇的雷電強度與發射鐵塔的發射功率來進行調整，通常調整到可以滿足發射鐵塔的最大功率即可。而放電球的接地高度要根據發射塔的最高電壓來計算并設置，一般來說每千伏設置1mm 高，一般需要設置在40mm 到80mm 之間。

金屬放電球一般呈半球形的碗狀，碗面之間形成放電間隙。平時發射廣播時的正常工作電壓不足以擊穿碗面間的空氣。當遭遇雷擊時，雷電擊中天線鐵塔瞬間產生巨大的電壓擊穿碗面之間的空氣，形成接地回路，釋放雷電電流。

2.2 隔直流電容

圖1為浙江省第四廣播轉播臺三號塔天調網絡電路圖，圖1中的C0即為防雷用的隔直流電容。電容的工作原理是阻隔低頻電流、通過高頻電流。

雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，大容量的電容器串聯接在信號回路上有阻止雷電中低頻和直流部分能量通過天調網絡進入發射機的作用，而發射廣播的工作電流則可以正常通過隔直流電容不受到影響。

圖1 天調網絡電路圖

2.3 接地微亨級電感

圖1中的L0為防雷用的接地微亨級電感。它的工作原理和普通的扼流線圈有些相似，也就是阻隔高頻電流、通過低頻電流。

雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，由于電感線圈的感抗較小，線徑較粗，有利于雷電的低頻和直流能量入地，而發射廣播的工作電流則不會通過微亨級電感。接地微亨級電感能對中波廣播發射頻率進行有效的隔絕，高頻消耗極小，在雷擊發生時能夠產生一條引導雷電電流入地的回路。

另外，在發射鐵塔底部接上微亨級電感接地，實質上也是將鐵塔本身變成了一個巨大的避雷針，不僅能有效引導直擊雷的入地，也能將附近的雷云中的能量接地釋放掉，從而阻止雷云產生的感應雷對中波發射系統的破壞。

2.4 石墨放電球

為了保證中波發射系統的實際防雷效果，通常還需要在天調網絡上再接入一個石墨放電球裝置，可以根據天調網絡實際的工作電壓對放電球間隙進行進一步調節，并在接地線上套30至40只阻尼磁環，磁環具有良好的阻尼放電作用，其能夠在發射塔遭到雷擊后，產生反向的感應電動勢，實現阻隔放電。

在發射機正常工作時，石墨放電球裝置不會起到任何作用。當發射鐵塔遭遇雷擊時，該裝置可以瞬間提高天調網絡的短路阻抗，從而保護發射系統。

3 防雷設施的日常維護

1）在天調網絡的日常維護中，要做好發射塔和調配網絡的日常清潔工作，注意檢查金屬放電球的球面上是否沾上了污物，是否有燒灼痕跡。如果出現上述情況，需要及時進行處理。2）定期檢查隔直流電容是否損壞，檢測電容的容量是否變小甚至完全失去容量，電容是否漏電或是短路。如果出現上述情況，需要及時修理并更換隔直流電容。3）定期檢查接地微亨級電感是否損壞，測量電感值是否正常。檢查是否有雜質混入電感線圈中間。檢查電感線圈匝間是否有短路或是碰地。如果出現上述情況，需要及時修理并更換接地微亨級電感。4）做好石墨放電球裝置的表面清潔工作，檢查石墨放電球是否有損壞。5）充分利用電臺的停播時間，定期檢查并清潔天饋系統中各個絕緣體的表面，檢查各元件的連接處是否接觸良好，調配室內的線圈、電容等元件有無過熱現象，調配室內是否進入蛇鼠等動物。6）定期檢查各個接地線、地網線是否有焊接不良、斷裂或脫焊的問題。7）定期監測天饋線系統的駐波比。對使用同軸電纜為主饋線的，必須定期用2500vMΩ 表測量電纜（包括接頭）的絕緣電阻，要求＞150MΩ。

通常上述工作至少每半個月進行一次，可與中波發射系統中的其他設備的維護同時進行。另外，由于中波臺選地特殊，中波發射鐵塔周圍往往存在民房或農田，我臺位置更是由于歷史原因位于杭州市區內，地網會因此受到不同程度的影響。如果地網的電阻值發生了改變，就會削弱其導出雷擊電流的能力，從而影響防雷效果，因此中波工作人員必須定期檢測并修補中波發射鐵塔周邊的地網。

4 遭遇雷擊損害時的應急處理措施

雷雨天氣時，可在允許的范圍內，適當降低發射機的發射功率。若雷擊造成了發射機停機，應第一時間停止故障的發射機工作，切換至備用機器進行節目播出。通常雷擊會造成發射機內的功放板或是調制板損壞。損壞的功放板或調制板一般可以聞到一股明顯的燒焦味，應及時取出，更換備用的功放板或調制板。如有能力也可自行修理故障的功放板或調制板。檢查故障發射機的保險絲是否熔斷，如果熔斷應及時更換。

快速檢測功放板是否正常的方法：檢測功放板正常與否時最主要檢測的元件為場效應管。為了檢測功放板上的場效應管是否正常，可使用萬用表，將萬用表放在R×1Ω 檔上，紅表棒接S，黑表棒接D，如果電阻很低，則D、S 已導通，管子已損壞。另外，在檢查場效應管之前，可以先觀察G 極上串聯的4.7Ω 電阻是否燒壞，4.7Ω 電阻前的背對背串接的穩壓管是否燒壞，如果4.7Ω 的電阻已燒壞，則對應的場效應管也已損壞。我臺使用的HARRIS 發射機采用的是IRF350管，明珠10kW 發射機采用的是IRF460管，3kW 發射機采用IRF250管。

事后應對故障事件做好記錄，并對故障發射機以及天調網絡進行全面檢修，特別要注意的是如果雷擊時電壓過大，可能會導致石墨放電球的損壞，需要重點檢查。

5 結束語

廣播是我們日常生活中不可缺少的一部分。為了滿足廣播“滿時間、滿功率、滿調制度”的“三滿”播出要求，做好防雷措施是其中必不可少的一環。雷電作為大自然中的一個正常的自然現象，我們無法阻止雷電的出現，但是只要我們做好了中波發射系統的防雷工作，就能有效降低雷擊對廣播設施的損害，更好地保障中波廣播無間斷、高質量地播出，滿足廣大聽眾的需求。