中波轉播臺防雷工程系統的設計

馬金輝

（遼寧省朝陽市北票三三0轉播臺，遼寧朝陽，122000）

1 雷電對中波轉播臺的危害

1.1 直接雷擊

雷云放電的過程中會產生超強的雷電流，電流值最高能達幾百千安，如果對中波轉播臺的建筑物直接放電，會造成嚴重的損壞事故。雷電流擊中建筑物，并在其中傳播時，會產生一定的熱量，引起建筑物的燃燒，建筑物的水分會因這大量的熱量而受熱急劇膨脹，很容易發生劈裂現象。因此，在雷云放電的過程中，很有可能會引起房屋起火、倒塌，甚至危及人們的生命安全。

1.2 雷電感應

雷云放電時，附近的物體，尤其是導體，會產生靜電感應和電磁感應。雷云接近地面，產生電場，地面上的建筑物會感應大量與雷云電荷相反的電荷，稱為靜電感應現象。當雷云擊中其他地方并放電后，云和地面的電場會瞬間消失，建筑物頂端的電荷會失去束縛，因電荷無法快速傳播至地面，建筑物頂端會有大量的電荷留存，這些電荷相互排斥產生的能量具有較大危害力度，可能引發火災或者導致建筑物震裂。發生雷擊之后，一定區域空間內雷電流迅速變化形成強大磁場，就會產生電磁感應，附近的導體、線路會感應出很高的電壓，具有較大的安全風險。

1.3 反擊破壞

如果中波轉播臺中發射鐵塔被雷電擊中，則發射塔周邊地網的電位會迅速飆升，導致轉播臺內各設備電源和設備外殼間的產生巨大的電位差值，電位差值通過發射塔經設備外殼持續作用到地電源，很有可能造成轉播臺設備電源的損壞。

1.4 電磁脈沖破壞

建筑物中敷設的信號線、電源線和金屬管道等，會在建筑物空間中形成環路，當中波轉播臺的信號桿、建筑物被雷電擊中時，建筑物內部空間會產生暫態脈沖電磁場，形成電磁脈沖，造成中波轉播臺信號系統和建筑物中導體回路感應過電流和過電壓，對建筑物以及其中的電氣設備、管線造成危害，中波轉播臺的天饋線系統遭到電磁脈沖破壞后會發生電路停電。

1.5 雷電浪涌破壞

中波轉播臺的信號設備中包含了多種微電子零部件，在中波轉播臺的日常運轉中，如果雷電作用于微電子部件，就會造成雷電浪涌，使得通信系統數據失真、丟失，甚至造成電子設備、通信電路和電源被破壞，不僅會導致巨大的經濟損失，還嚴重威脅到了工作人員的人身安全。

1.6 沖擊波破壞

雷電沖擊波是一種高壓沖擊波，會在空中金屬管道或架空線路上沿著管道或線路以遠大于聲波的傳播速度迅速傳播。中波轉播臺的供電系統、高壓線或其他設備如果遭到沖擊波入侵，會因無法承受超高的電壓，遭到嚴重破壞，影響中波轉播臺信號發射工作。

2 中波轉播臺防雷工程系統設計

2.1 高低壓供電系統的防雷

為避免電源吸引雷電，使得雷電進入高低壓供電系統，影響中波轉播臺正常運轉，需要對供電系統進行電壓保護，可在建筑高壓架空線路上方敷設避雷線，在中波轉播臺的電力變壓器處安裝高壓避雷器，電力輸出端口安裝低壓避雷器等，與變壓器相連的電源線應采用金屬材質制作，中波轉播臺建筑物部分的電源線要足夠長，不能少于50m。

TN-S是中波轉播臺中常見的低壓配電系統，為將雷電流快速引導入地，實現多級泄流的目標，就要對建筑電源進行多級涌浪防護措施，具體可分三個等級進行防護，一級防護是針對中波轉播臺的總配電箱，為其加裝三相電源防雷箱；二級防護是針對建筑配電箱，對其設置電箱開關，并安裝高容量涌浪保器；三級防護是針對中波轉播臺的常用配電箱，對其安裝高反應速率的涌浪保護器。

2.2 信號源系統的防雷

防雷措施會依據信號源的不同而具有差異性，通常，中波轉播臺的信號源有衛星信號、調頻FM信號、光線信號。衛星接收機利用衛星天線可接收、解碼衛星信號，供電電源系統經過了三級的防雷措施，不僅運行穩定且有著較強的抗雷電感應能力，因此在衛星接收機的防雷措施中，可在信號輸入端安裝一個高頻同軸電涌保護器，就可有效防止沿信號線的雷電波入侵行為產生。可選擇ASP ST75F型號電涌保護器，其標稱放電電流為10KA，插入損耗小于0.2dB，頻率范圍為0-2.5GHz，有著使用壽命長、可任意選擇匹配阻抗的優勢。

對于調頻FM信號的防雷保護，也可采用相同措施，安裝此類高頻同軸通信信號電涌保護器。對于光纖信號，其防雷保護措施已經相對完善，因為，經埋地光纖進行信號傳輸的方式，本身抗雷電感應能力較強。電視臺輸送端會對光纖信號進行防雷保護，中波轉播臺的光接收機使用的電源系統也經過了防雷處理，因此不必對于光纖信號加裝保護器。

2.3 天饋線系統防雷

2.3.1 天線尖端放電

由于發射站的地理位置較高，中波轉播臺的天饋線系統很容易遭受雷電破壞，需要特別加強防雷保護。當雷電擊中中波轉播臺天線時，會在天線底部形成很高的瞬時電壓值，這些電壓無法迅速完全釋放，會造成天線、轉播設備的損壞。對此可采取尖端放電的方式，在天線底座下安裝金屬放電器，通常為一對球半徑約8厘米的半球形碗狀的全金屬放電器，放電器的間距需要結合實際情況進行調整，以滿足發射鐵塔的最大功率。兩個球的間距最佳時，可將天線上由于雷擊造成的大量電荷及時釋放，從而對天線設備進行有效的防雷保護，保障中波轉播臺的正常轉播。

2.3.2 石墨放電裝置 ZZ

天線底部安裝放電球后，還要在調配室增設一個石墨放電裝置輔助放電球進行放電，并適當調節其間隙距離。需要在石墨電極的接地端套上阻尼磁環，數量大概在40到50只之間。在正常環境下，磁環不具備任何功能，當發射鐵塔遭遇雷擊后，能夠產生反向的感應電動勢，磁環的裝入使得電感達到幾十微亨，這幾十微亨電感能夠將天調網絡的短路阻抗瞬間提高，即使石墨放電裝置短路，也不會造成發射器短路，且石墨放電裝置并不阻礙雷電電流的傳輸，從而保護發射系統。

2.3.3 微亨級電感 L0

微亨級電感一般小于100微亨，其工作原理為阻隔高頻電流、通過低頻電流，將微亨級電感器L0與天線串聯接地。直流和低頻部分承載了雷電的大部分能量，電感線圈的感抗較小，對于雷電的低頻和直流電流有著較大的泄放能力，可保護天饋線系統。接地微亨級電感L0不會對中波轉播臺的廣播發射電流產生影響，對高頻發射頻率消耗較小，當雷電擊中天饋線系統時，可產生一條回路，將雷電電流接地。另外，將微亨級電感安裝在發射鐵塔底部并接地，相當于將發射鐵塔改裝為了避雷針，一方面，可以將直擊雷引導入地，另一方面，可將雷云中的能量釋放，避免感應雷對中波轉播臺的發射系統造成損壞。

2.3.4 隔直電容 C0

隔直電容C0的作用是阻隔直流，電容本身就可阻隔低頻電流，因此大容量的隔直電容串聯在信號回路上，可有效阻礙雷電中主要的直流和低頻電流進入中波轉播臺發射系統，避免雷電損壞發射機的能力較強，且天線廣播發射電流能正常通過隔直電容，不影響中波轉播臺的正常工作。中波頻率上，通常采用的隔直電容C0在1000-2000pF之間。當轉播臺發射輸出功率較大時，可相應選擇較大伏安量的電容。

2.3.5 饋管避雷器的安裝

饋管避雷器主要由氣體放電管和隔直電容組成，該裝置屬于一種浪涌保護器。在正常環境下或者雷擊較弱的情況下，氣體放電管不導通，不處于地面回路中，透過隔直電容C0與天線傳輸信號；如果發生較強的雷擊情況，氣體放電管會被導通，此時處于地面回路中，可將雷電的能量接地進行釋放。可采用TNC型天饋線避雷器AR25T安裝到天饋線系統，起到信號浪涌保護作用，其具體安裝位置如圖1所示。

圖1 饋管避雷器安裝位置

如果中波轉播臺的天饋線系統中沒有安裝饋管避雷器，雷電直接作用于發射塔，會產生雷電電磁脈沖，雷電流形成的強大磁場也會使得饋線中感應出較高電壓，過電壓進入發射機，會嚴重損壞發射機。TNC型天饋線避雷器的安裝，可顯著提升天饋線系統的穩定、安全運行，避免中波轉播臺天饋線系統遭受雷電電磁脈沖破壞。

另外，對于發射機的防雷保護，可在發射機控制系統中，安裝一套駐波比封鎖裝置或者平衡封鎖，只要雷電擊中天線，該裝置就會將發射機高壓切斷，從而保護發射機末級設備免受雷擊影響。為保障中波轉播臺所有發射機的銅排母線都能良好接地，與接地線有效連接，可采用Mm型等電位連接方式。

3 中波轉播臺防雷技術的維護措施

3.1 增強地網的改造力度

可結合現實需求適當增加發射天線塔體底部的復合型地網，提升雷電接地釋放的效率，確保雷電能夠及時、暢通地被引入地下。為減少雷擊對發射機的損壞，發射天線鐵塔的接地電阻越小越好。可采用降阻劑適當降低地網的電阻，降阻劑是一種良好的導電體，含有大量的重金屬物質，一方面可以與接地體緊密接觸，形成較大的電流流通面，一方面可以降低周圍土壤的電阻率。大量的降阻劑雖然可以在最短的時間內降低地網的接地電阻，但降阻劑的添加，會對接地體造成腐蝕，其長期、整體的降阻效果不佳，也存在環境污染問題。因此，需要增強地網的改造力度，綜合考慮降阻劑的使用特性，設定出吸水劑與導電粉的合理比例，將降阻劑摻入地網的土壤中，降低地網電阻并改善原有電阻率。另外，也需對地網進行實時的更新，保障地網始終處于良好運行狀態，也可更換或更新地網中的紫銅線，增加中波轉播臺中信號覆蓋面積，確保環保、穩定的改造效果。

3.2 增強室內設備防雷保護

在室內與室外信號的運行系統設備的連接工作中，應當選擇電纜，并保證電纜良好接地。根據中波轉播臺實際情況，合理設計避雷裝置的安裝位置和數量。在系統設備較為集中或者室外信號系統的區域，可適當加裝避雷裝置，采用常見的避雷針、避雷線以及避雷網等，保護中波轉播臺室內系統和信號設備免受雷擊的破壞。避雷裝置的安裝方式要正確、安裝位置要合理，地線的位置需要與系統其他設備和電纜之間留有足夠的安全距離，避免各組成之間的干擾和雷電連鎖感應的產生。信號系統室外設備的安裝過程中，重點注意各個設備的是否有效接地，例如，塔桿、信號發射塔、接收設備等，實現系統設備對雷電的有效引導入地。

3.3 增強室外建筑防雷保護

中波轉播臺建筑物中的金屬構件和鋼筋縱橫交錯，可增強對雷電電流的屏蔽效果和泄流效率。一般情況下可以建立綜合防雷系統，多種避雷裝置組合使用。如果中波轉播臺的建筑物位于天線塔的防雷工程系統保護范圍內，則建筑物和天線塔應該使用同一防雷系統；如果二者相距較遠，建筑物不在天線塔防雷保護范圍內，那么需要對建筑物安裝獨立的防雷接地系統進行保護。對于機房的防雷保護中，需要落實機房屏蔽以及等電位防護措施，明確機房中應具備的雷電防護環境，劃分好中波轉播臺內外防護工作，以實現對中波轉播臺更高的防護效果。需要科學解析中波轉播臺的電磁脈沖環境，并進行實時的監控，不斷提高系統防雷效果。

3.4 防雷設施的日常維護

做好中波轉播臺眾多設備的清潔工作，保障系統和設施的正常運行。定期對金屬放電球石墨放電裝置等進行清潔檢查，球面是否潔凈、有無燒灼痕跡、是否損壞等；檢查隔直流電容、微亨級電感是否完好無損，測量電容容量、電感值是否在正常范圍，電容的容量是否變小，隔直流電容和微亨級電感有無漏電、短路、碰地等。如果出現異常情況，及時修理并更換新的元器件，保證中波轉播臺系統和硬件設備的正常工作。在電臺停播時間內，檢查并清潔中波轉播臺室內室外設備，檢查各元件是否有效接觸、連接，接地線、地網線有無斷裂或焊接不良問題。通過對中波轉播臺防雷設施的日常維護與檢查更新，避免天氣情況、系統本身設備情況以及人為等因素，影響到中波轉播臺的防雷效果。定期巡視過程中，工作人員應對天線、調配室、電抗元件等進行詳細檢查，并記錄運行狀態和相關數據，便于維護方案的合理制定和后期對一些防雷設施的重點檢查。