基于自立式中波天线防雷设计方案

2020-09-12 14:29:34 卫星电视与宽带多媒体 2020年13期

欧阳开勤

(贵州省广播电视局七0六台,贵州 凯里 556000)

【摘要】广播发射台自立式中波天线建设定型以后,自立式中波天线存在雷电流通过放电线圈入地,这就有可能导致雷击发射机故障。为长期、彻底地解决自立式中波天线可能发生的天线引雷隐患,很有必要对自立式中波天线进行最简单、又经济的技术改造。

【关键词】广播;自立式中波天线;防雷;技改

中图分类号:TN98                 文献标识码:A               文章编号:1673-0348(2020)013-076-03

Lightning protection scheme based on self-standing medium wave antenna

Ouyang Kaiqin

(Guizhou Radio and Television Bureau 706, Kaili 556000, Guizhou)

Abstract: After the construction of the self-supporting medium wave antenna in the broadcasting transmitting station is finalized, the lightning current of the self-supporting medium wave antenna enters the ground through the discharge coil, which may lead to the failure of the lightning strike transmitter. In order to thoroughly solve the potential lightning hazard of the self-supporting medium wave antenna for a long time, it is necessary to carry out the simplest and economical technical transformation of the self-supporting medium wave antenna.

Keywords: Broadcasting; Self-standing medium wave antenna: Lightning protection; Technological transformation

广播电视工作本质上就是政治工作。广播电台节目,是晨炼人、是车船工作者、是野外工作者必不可少的节目信号源。作为国家级重点单位,七0六台的政治宣传范围大,地波覆盖本地区;天波覆盖我国沿海地区、台湾省、东南亚地区。贵州省广播电视局七0六台200KW发射机开始播出起,与七0六台频率相近的美国之音、台湾之声、越南之声等在我国沿海地区、台湾省、东南亚地区就完全失去了影响力,这些“敌台”的声音统统都鸦雀无声。在我国沿海地区、台湾省、东南亚地区只能收听贵州人民广播电台的节目,纯洁了收音机听众的心灵。

七0六台的过去、现在的政治历史业绩是都是非常辉煌的。作为新一代广播人,在工作中,采取一切措施,降低停播率。在技术岗位上特别是搞好防雷工作设计、施工,就是做出了自己的贡献。

广播电视发射机设备与时俱进,现在中波广播发射机设備实现了三化,信号源系统设备全部集成化。集成化设备最怕雷电攻击。为确保发射机及其附属设备的安全,必须搞好防雷工作。

1. 第一代桅杆式中波天线防雷情况

贵州省广播电视局七0六台播出广播节目频率为1359KHz和927KHz。我台的第一代中波天线是162m桅杆式拉线铁塔。如图1所示。

706台第一代中波天线是桅杆式中波天线。在雷雨季节,特别是在春夏雷雨季节的晚上,在雷击瞬间,铁塔上形似篮球大小的火球,3、5成串、自上而下袭击天线。以前的电子管发射机的工作电压是10KV级的,在雷雨季节仍然时有雷击设备的故障发生。这是地网接地电阻偏大的现象之一,最重要的原因,还是中波天线被雷击时,天线上的雷电波能量不能直接入地引起。

随着国家政治、经济等各个方面的繁荣富强,随着城市大都市化发展,通过土地置换,在凯里市环境优美的九寨大坡重新建设了一个水电路三通、房屋建筑、机房所有设备全部现代化的、新的七0六台。

2. 中波天线类型与雷电流入地说明

现在建设的自立式中波天线有两种形式。如图2所示。

在图2b并馈式中波天线中,发射机信号源从a点输入,用λ/4终端短路传输线理论分析,线段ac与线段bc等于λ/4。Acb线段就是λ/4终端短路传输线,ab两点的阻抗无穷大。发射机信号不入地,而是全部送上天线发射出去。

从防雷的角度讨论,图2b为并馈式中波天线,该天线彻底解决了防雷问题,雷击时,雷电流波直接入地。图2a为自立式中波天线,雷电流放电回路主要依靠放电线圈。雷电流特别大时,放电线圈上产生的电压有可能导致发射机设备故障。

中波发射机输出阻抗50Ω,中波天线的输入阻抗不是固定值。所以中波天线都有天调匹配网络。我台自立式中波天线的天调匹配网络如图3所示。

我台播出2套节目,图3为f1发射机天调匹配网络原理图,图3中C3、L3阻止f2信号源反馈到f1发射机;L5、C5并联谐振阻止f1信号入地。L5等于9.153微亨,L5就是微亨级雷电流波放电线圈。

在图3中,所有电容的最高耐压为25KV。图3电路防雷原理,就是设计图3电路中A点瞬间电压达到15KV时,石墨放电器立即发生空气击穿,引起短路保护,达到防雷击目的。

3. λ/4终端短路传输线工作原理

终端短路传输线有多种型式。最简单的终端短路传输线如图4所示。

图4a中为平行传输线,平行传输线的特性阻抗固定不变,等于Z0。图4b中,传输线在不同线段位置的特性阻抗是变化的。不论传输线的特性阻抗值是大是小,不论传输线的特性阻抗是固定值或者是变化的,图4中,λ/4终端短路传输线,就是指图4中C点短路,a、b两点之间的阻抗都为无穷大。

4. 自立式中波天线防雷技改

图2a为自立式中波天线,对图2a进行防雷技改原理说明图,如图5所示。

4.1 自立式中波天线变化成为并馈式中波天线

我台自立式中波天线为三角形铁塔,铁塔底部为陶瓷绝缘。图5中,在自立式中波天线的λ/4高度处,建一个平台,再在该平台的中点焊接一根(或多根并联线)直径较粗的铜芯护导线直接入地,技改结果就是直接将雷电流入地。图5完成了的中波天线利用终端短路传输线的工作原理来实现自立式中波天线技改成为并馈式中波天线,技改简单、经济、实用。

例:我台的工作频率为1359KHz,在图5中,加接的一根较粗的铜芯护导线的长度:

在图5中,加接一根五十多米的铜芯护导线,这样就完成了自立式中波天线的防雷技改。

4.2 技改条件是工作地网的接地电阻很小

我台播出频率为1359KHz和927KHz。已知土壤的介电常数εr=3~7,计算时取εr=5。波长分别是为220.75m和323.97m。在土壤中的实际波长是100m和145m。

施工中,铁塔高度96m,天线埋地(埋地深度500mm)部分的铜管半波长度统一取80m。以便天线能够同时作为1359KHz和927KHz的负载。铁塔1、铁塔2总铜管长度20000m。

20000m铜管的接地电阻计算

已知:

L—水平接地极的总长度:20000m

H—水平接地极的埋设深度大于0.5m。

d—水平接地极的直径(d=3mm=0.003m)

A=5.6(由表1定)Φ=1.8(表2定)

土壤电阻率: p2=100 Ω·m。

20000m铜管水平接地极的接地电阻计算:

埋地铜管计算得到工作地网的接地电阻值R=0.02Ω(计算略)。总之,中波台工作地网的接地电阻值都是很小的。

5. 自立式中波天线防雷技改效果

自立式中波天线具有防雷功能的理论,一是依靠微亨级放电线圈放电,雷击瞬间依靠石墨放电器来实现防雷。缺点是雷电流不能直接入地,存在发生大故障的隐患。在工作实际中,自立式中波天线的坏处是:在雷雨天气,值班人员总是提心吊胆,精神高度紧张,随时准备排除可能发生的雷击故障。

在自立式中波天线铁塔λ/4高度处建设一个平台,从平台中间焊接一根粗铜护导线连接入地网(图5所示)。这样的技改,将自立式中波天线改造成为并馈式中波天线。这就长期、彻底地解决了自立式中波天線的防雷问题。在雷雨天气,保证了发射机工作安全。