中波廣播發射天饋線系統的防雷設計

傅王潔

（浙江省中波發射管理中心，浙江 杭州 310000）

0 引言

中波廣播發射系統的天饋線是重要的發射陣列，極易受到雷電的損壞和干擾，因此科學合理的防雷設計至關重要。目前該領域存在相關研究不足、防雷措施簡單等問題[1]。為此，本文對應用最廣泛的中波天饋線系統的防雷設計進行深入探討，通過分析防雷效果的影響因素，從器件選擇、接地條件和線路防護等方面提出了系統性的防雷設計優化策略。

1 中波廣播發射天饋線系統結構與特點

1.1 系統組成

中波廣播發射天饋線系統主要由阻抗匹配網絡、同軸饋線及輻射器等組成。阻抗匹配網絡負責實現發射機輸出端與天饋線特征阻抗的匹配，采用π型匹配電路或T型匹配電路，通過調節電容電感參數，最大限度地傳遞發射機輸出的高頻電能，防止因阻抗失配產生站波現象。同軸饋線是中波天饋線系統的主體部分，長度一般為整數倍半波長，采用低損耗且具有相當機械強度的發射級硬銅管無縫制成，作為有效且穩定傳輸高頻電能的通道。輻射器安裝在同軸饋線盡頭，通過改變電、磁場分布，將同軸線路內傳輸的電能有效輻射發射到空間[2]。此外，天饋線系統還包括機械支撐設備、防雷設施等組成。支撐系統保證線路安裝的可靠性，防雷裝置防護線路免受雷擊或雷電侵蝕。各組成部分的電氣性能和機械性能直接關系著天饋線發射效果。

1.2 工作特點

由于中波信號波長較長，中波天饋線的電長較短，其分布參數效應顯著，等效為電氣上較短的線路。這會引起明顯的端反射波、諧波等問題，給信號質量和系統穩定運行帶來較大挑戰。中波天饋線架空設置于室外，需要面對各類惡劣氣候環境的影響侵蝕，主要包括雷雨天氣、臺風大風等極端條件。強降雨會淋濕線路，影響電氣性能；大風可能對機械結構和線路產生破壞，雷雨天氣則會對天饋線及設備產生雷擊、雷電過壓和雷波干擾。對此，要求中波天饋線系統有較強的抗干擾能力和防雷能力，還需要重點考慮線路的防雷等級要求、防雷保護器件配置以及防雷接地等關鍵問題，確保系統在惡劣氣候下可靠工作[3]。

1.3 易遭雷擊部位

中波天饋線高度可達幾十米至上百米，基本懸空于云層附近，是極易受到雷云直擊的區域。當雷云下垂或發展至一定高度時，容易觸發正向雷擊或自然釋放。雷放電同時伴有強烈電流沖擊效應，必將對天饋線系統造成損壞。作為天饋線電能輻射的部件，頂端的輻射器、線路末端的匹配電路更易首當其沖成為直擊目標。而系統中的同軸饋線和金屬塔架作為空中大面積的導體，也很可能引起放電或使雷擊形成回路，引起二次災害[4]。一旦中波天饋線遭到雷擊或雷電侵襲，后果可能十分嚴重，包括信號中斷、放大器損壞、饋線短路等故障；甚至會對人員造成電擊危險。對此，必須采取科學嚴密的防雷設計從多角度進行防護，針對饋線、金屬骨架、連接節點等關鍵部位提高防雷等級，增強抵御雷電流沖擊的能力，保障系統安全。

2 影響天饋線防雷效果的因素

2.1 外部環境因素

中波天饋線系統長期置于室外，需要面對多變復雜的外部環境影響。不同地理區域的氣候條件存在差異，某些地區雷暴天氣更加頻繁，雷擊出現的概率和強度均較大，這將加劇天饋線所受雷擊的威脅，使防雷設計難度加大。此外，位于城市區域的天饋線，由于周圍有高樓大廈等建筑物，這些建筑可能影響當地的電場分布，在一定條件下“引雷”概率增大，間接增加天饋線遭受雷擊的風險。若天饋線系統設置于山頂等相對突出的高處，更容易影響電荷分布并引起放電，也會提高受雷擊的可能性。綜上，復雜多樣的外部環境會對天饋線的防雷設計帶來較大挑戰[5]。為確保防雷效果，必須充分考慮各類環境差異，采取針對性防護與優化措施，比如加大防雷等級、合理布置防雷設備以及選取適宜的接地方式等。

2.2 設備抗雷能力因素

中波天饋線系統自身所選用的材料和設備，其抗雷性能優劣會直接影響整體防雷效果。例如，構成天饋線主體的金屬材料，抵抗強雷電流沖擊的能力存在差異。選擇抗雷電流大的金屬材料制作天饋線，系統抵御雷擊的可靠性就更高。連接部件方面，多采用絕緣連接方式，減少金屬導體之間的直接接觸，也有助于提升抗雷水平。此外，系統中所包含的發射機、測量設備等電氣設備也存在一定的抗雷要求。若這些設備的抗雷等級過低，同樣會成為容易被雷電流損壞的關鍵環節。對此，必須全面考量系統各組成部分的抗雷性能，使之都能夠滿足一定的抗雷標準，這樣才能使系統整體形成合理的防雷體系，獲得較強的抗雷能力。毫無疑問，設備本身的防雷能力是影響中波天饋線防雷水平的重要因素[6]。

2.3 接地條件因素

中波天饋線系統的接地條件直接影響防雷效果。接地系統電阻小，發生雷擊時，大部分雷流可以通過接地系統迅速引入地下，達到保護系統設備的目的。反之，電阻過大，則無法提供理想的回路路徑，設備遭受的沖擊更嚴重。接地系統的接地體材質與埋深、接地體數量、接地導線的截面積等都會影響防雷效果。選擇優良的接地體材料，增加接地體數量，使用大截面接地導線，并適當降低埋深，可以有效減小接地電阻。這是防雷設計中需要優化的關鍵部分。

3 天饋線系統的防雷設計策略

3.1 防雷器件的選擇與布置

合理選擇和科學布置防雷器件，是確保天饋線系統獲得良好防雷效果的重要環節。常用的避雷針、隔離開關、避雷器和限壓器等都有特定的防雷功能和最佳的布置位置。例如，在天饋線頂端設置避雷針，可以提前引發放電，減少直擊雷擊概率；將隔離開關、避雷器設置在饋線入口和關鍵設備前端，一旦發生雷擊可以快速斷電，防止故障擴散；在測量區兩端并聯限壓器，可以抑制和消耗部分雷涌功率，防止過壓損壞設備[7]。針對系統實際需求，選擇合規格防雷設備，重點布置于輸入端和測量區等關鍵部位，既可以充分發揮防雷效用，也符合經濟與合理配置的原則，是系統防雷的關鍵。

3.2 防雷接地系統的優化

高效的防雷接地系統能提供優質的回路路徑，使大部分雷流快速消散入地，是保護天饋線的重要手段。接地體要選用優良導電的材料，增大截面積；接地體數量要經濟與功效兼顧，多點接地可降低接地電阻；接地導線采用大截面高質量銅線，直連接地體，有利快速引入地下。此外，接地監測與定期檢查也很重要，可確保接地可靠性。這些針對性改善措施可顯著增強整體的抗雷能力，保護系統與設備安全。

3.3 線路的防護措施

中波天饋線與支撐的金屬塔架也需要重點加強線路本身的防護，主要從增強絕緣電壓強度、阻斷回路環路等方面入手。天饋線可在內外導體間設置一定厚度的絕緣層，提高其抗雷擊電壓的強度，避免在雷電的高壓沖擊下發生外殼與內芯間的故障。金屬塔架則可以采用避雷裝置或在適當位置安裝長絕緣子，將金屬骨架隔斷為幾段，防止雷電流依托塔架的金屬部件形成大面積的回路，使系統設備免受損壞[8]。此外，天饋線連接部位需要增強防水和絕緣處理，減少出現漏雨或淋濕而造成的短路概率；線路布置也要注意合理配置，盡可能避免形成大面積封閉的電流回路。這些防護手段可以共同發揮作用，有效降低雷電流形成回路的概率，增強線路的防雷性能。

4 結語

天饋線系統的防雷效果受多方面因素影響。為提高抗雷水平，需要從合理選擇防雷器件入手，重點加強饋線入口、測量區等關鍵部位的防護；同時，要優化防雷接地系統，采用多點接地方式降低接地電阻，提供充足的回路路徑；還需對天饋線和金屬塔架實施線路防護，提高絕緣電壓耐受度，避免形成大面積的回路環路。通過這些防雷設計與布置措施的綜合應用，可以有效保護天饋線系統的安全運行。