中波发射台防雷措施探讨
张巍松
【摘要】中波广播发射台一般都建设在宽广的空旷地带，天线高度较高，同时在天线的周围没有别的建筑物，中波广播发射台的设备在雷雨天气很容易被雷击而出现破坏。为了解决这一问题，我们将从防止雷击破坏方面入手，对中波广播发射台的防雷进行详细的分析。
【关键词】中波发射台;防雷;匹配网络
中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.17.016
1. 雷电的产生及种类
雷电常常出现在夏天，地面气温高，地表的空气蒸发到空中形成水蒸气。水蒸气聚集之后形成水滴，水滴经汇集以后成为雷雨云，云带有电荷，一般情况下分为两种，正电荷和负电荷。正电荷和负电荷的云相遇就形成了雷电。有的雷电会直击地面，这种雷叫低空雷。另外一种是高空雷，低空雷的危害是非常大的，在低空雷发生的瞬间就会造成对地超强的电流，同时释放出高达百千安培的电流，而且可以释放出的电的温度高达几万度，声音和亮度都非常大。
2. 防雷措施
因雷击引起的能量是巨大的，是极有破坏力的，人类至今对雷电的研究也不算完全，彻底。根据我国沿海及山区地形特点，特别是山区地区，气象条件恶劣，地形复杂，土壤电阻率高，雷电强度大、发生频率高。针对这些情况，我们根据当地情况制定了技术上可靠、经济上合理的中波广播发射台防雷措施。
2.1 中波发射塔塔底防雷
在中波发射塔底部安装一对放电球，放电球之间的间隙要根据发射天线的发射功率来进行调整，一般先根据发射功率和频率情况计算出塔底电压值，再按照1mm空气介质耐压1kV的原则进行放电球距离的设置，设置完后在使用过程中根据台站的雷电情况进行放电球距离的修正，使其达到良好的防雷效果。
现举例说明以下中波发射塔底放电球调整的过程：要对中波发射塔底防雷放电球距离进行调整，就需要对中波发射塔底电压进行确定，该台的底部电压由发射功率和对应发射频率的天线阻抗来确定。现以发射频率分别为846kHz、1098kHz、1557kHz，发射功率10KW的三频共塔天线为例进行塔底电压的计算。首先用PNA3628DP网络分析仪测试三个频率的天线阻抗，实测三个频率的天线阻抗如下：
846kHz：24.3-j1.9（发射功率10KW）
1098kHz：72.4+j151.2（发射功率10KW）
1557kHz：784.7+j42.4（发射功率10KW）
其次根据公式计算天塔底电压，计算结果如下：
1557kHz塔底电压计算：
1098kHz塔底电压计算：
846kHz塔底电压计算：
根据以上三个频率的塔底电压值和并联电路的电压确定原则可知，该发射塔的塔底放电球距离调整应以1557kHz塔底电压值为标准进行调整，即两个放电球间距应为7.9mm，调整完后在使用过程中根据台站的雷电情况进行放电球距离的修正，使其达到良好的防雷效果。
测量塔底的接地电阻值（正常值应小于2Ω），如果接地值高于正常值，我们将采用增加塔底接地地井数量的方式改善其接地电阻，使其接地电阻值达到正常值，保证雷电泄放畅通。
2.2 中波天线匹配网络防雷
在中波天线匹配网络的前端对地安装石墨放电球磁环装置（如下图1所示），泄放大电流雷电。石墨放电球是一对圆柱形的放电球，其间隙是可调的，两球间的距离调节和发射塔塔底放电球是一样的，它只需要直接按照1mm空气介质耐压1kV的原则进行调节。石墨放电球磁环装置具有良好的接地效果，在接地端的石墨柱下的连接铜管上，通常都会套有一串磁环，磁环一般选20--30只。这样在天线受雷击时能提高发射机短路射频阻抗，使中波发射机的负载不处于短路状态，有效的保护中波发射机。我台的天调网络中在该点串有30只磁环，由于石墨柱是柱状的，两柱的相对面积大，在放电时就能更快地泄放掉更多的雷电电流。在维护中，当石墨放电柱放电后，要分别转动调整两柱的相对位置，不要让已放过电的位置相对，经多次放电后，已无完好位置时，应及时进行打磨或更换石墨柱。还要检查磁环有没有裂开的，如有损坏应立即更换。石墨柱的接地端要采用与金属放电球相同宽的铜皮，保證雷电泄放。
在中波天线匹配网络中设计预调网络，其作用是把发射频率的天线阻抗值调整到一个合理的区间内，有利于匹配网络的匹配，同时可以拓宽网络带宽;其次是匹配网络中对地安装微亨级泄放线圈，泄放雷电的直流成份。雷电的主要能量集中在低频和直流部分，因此，在天线下并联一只微亨级线圈，它的主要作用是为天调网络提供一个对地静电泄放通路，由于电感线圈的感抗较小，线径较粗，有利于雷电能量入地;再次是中波天线匹配网络中串有隔直电容，根据电容的特性，它具有隔直流通交流的作用，而雷电能量是以低频和直流为主，电容串联在通路中，正好对雷电形成了阻隔作用，从而起到了防雷功能。隔直电容防止了雷电的能量通过天调网络进入发射机，其电容值一般在1000PF--2000PF，由于是防雷器件，所以要求该电容的耐压值越大越好，实际使用中可以采取多只串联加并联来满要求。
中波天线匹配采用到L型匹配网络。这种网络相对简单易调，维护方便。该网络由串壁和并壁组成，如图2所示，它共有两种形态，当输入阻抗Z1大于输出阻抗的实部R2时采用图二中（a）所示方式，当输入阻抗Z1小于输出阻抗的实部R2时采用图二中（b）所示方式。其中，X12和X21是选用两种不同的电抗构成的，即一个为容抗，则另一个为感抗，如果我们设计时采用串壁X12选择容抗，而并壁X21选择感抗，则可以是匹配网络除阻抗匹配功能外又增加了防雷功能，形成一个隔直电容防雷和一个对地电感防雷构成的两道防雷电路。我台该部分电路正好利用了这种方式形成了两道防雷电路。如果将这种方式合理的使用在实际设计中，不但能极大的提高匹配网络的防雷能力，而且不会增加匹配网络的成本，这是一种值得推广的好方法。
2.3 中波馈线的防雷
对馈线的外层沿馈线杆进行多点接地，并与发射机输出馈筒地﹑调配室屏蔽铜皮进行可靠连接。广播设施用于传输的电缆很多，主要措施是将所有架空电缆紧紧依附在接地的钢绞线上，每隔一定的距离打一条接地线，并使接地电阻在4Ω以下，从而预防和减少电缆感应雷电的进入。
在发射机输出口与馈线之间串接馈线避雷器。
4. 机房设备的防雷
4.1 做好发射机高频地
首先规定建筑物的防雷地井与高频地井距离（3-5）米，高频地井使用0.5mm×200mm紫铜带与发射机地线焊接。我们机房共有3个高频地井，每个地井坑的长和宽分别为2.5米，深度3米，接地紫铜板的厚度3mm，其面积不少于2平方米。地井坑的回填采用，木炭粉末，工业盐和土的混合物分层夯实回填。木炭粉末用量300kg，工业盐用量200kg。3个高频地井之间用0.5mm×200mm紫铜带连接成一个整体，引出铜带和发射机的底线用锡焊焊接。高频地井的接地电阻值为0.8Ω，符合发射机接地电阻小于1Ω的要求。
4.2 做好线路防雷
发射机房大多装有传输电缆、有线电视线、电话线等设施。这些设施不仅是外线路与室内设备的中接点，也是感应雷电通过外线路侵入室内设备的入口，因此，一定要在线路接入口加装“线路避雷器”。这种避雷器的功能是使信号顺利通过，当雷电造成异常高电压时其内部的电路立即起作用。
4.3 做好防雷接地
所有电源设备外壳都要接地，接地电阻控制在4Ω以内，使用市电的设备还要防止感应雷造成设备的损坏。
5. 接地与屏蔽
在雷云形成和闪电过程中，在周围空间会形成雷电电磁干扰，从而对广播设施造成严重危害。接地和屏蔽对空间传播的雷电电磁干扰有很好的防护作用，如果发射机房和天线调配室的接地和屏蔽不好，轻则会造成设备不能有效地运行，降低设备的可靠性，重则会损坏设备的部件，并影响人员的安全。所以，我们应定期检查接地电阻，看接地电阻的值是否在规范要求的范围内，同时电台发射机房和天线调配室的屏蔽一定要采用紫铜材料进行屏蔽。
6. 节传监控系统的防雷
6.1 内部防雷与外部防雷相结合
我们知道，由避雷针或避雷带﹑避雷网引下线和接地系统所构成的外部防雷系统，主要是为了保护建筑物等免受雷击造成的。如：火灾﹑人身安全和设备损坏等事故。而内部防雷系统则是防止静电和其他形式的过电压浸入设备而造成的毁坏，这是外部防雷系统无法保证的，为了实现内部防雷，要求进行各保护区的电缆、金属管道等都连接防雷及过压保护装置，并进行等电位连接。
6.2 防雷等电位连接
为了进一步避免雷电引起的毁坏性电位差，需要进行必要的等电位连接。电源线、信号线、金属管道等都应通过过电压保护器进行等电位连接，各内层保護区的界面处同样要依次进行局部等电位连接，各个局部等电位棒再相互连接，并且最终与主定电位连接棒相接。
总之，防雷是保证中波发射台安全播出的关键问题之一，多年来，我们经过认真分析，采取了一整套切实可行的防雷措施，服务于民，充分保障了电台的安全播出。
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