中波发射台的综合防雷措施

文/牛凌

雷击是大气中自然放电的一种现象，雷电一旦经过建筑物、电器设备和人、畜等将遭到严重破坏和死亡。随着广播电视技术的不断创新发展，中波广播发射设备的固态化、集成化、网络化逐步增强和微电子技术及计算机技术大量采用，对设备运行环境要求越来越高，设备的抗干扰抗雷击抗浪涌能力很弱，一旦遭受雷击，设备的敏感元件如场效应管、集成块、压敏元件等器件就会烧毁，导致设备损坏，直接影响到设备安全运行和安全播出。所以，如何有效防止雷击保证人员和设备的安全，保证设备不间断、高质量的安全运行做到优质播出，是中波发射台一个十分重要的课题。下面就中波发射台的综合防雷措施进行探讨和交流。

1 中波发射台基本组成部分和易遭雷击的几个环节

中波发射台一般由中波发射机、天馈系统、信号源系统、电源系统、自动化播出监控系统几部分组成（如图1）。

天馈系统又由同轴开关、馈线、天调网络、中波发射天线（铁塔）组成。

信号源系统又由卫星接收天线、卫星接收机、高频头、开路广播信号接收天线、广播调谐器组成，个别台站还有微波线路或者光缆。

电源系统由高压线路、变压器、配电柜、交流稳压器、备用发电机组成。

根据多年的总结，中波发射台雷电最容易侵入的环节都是户外的部分：天馈系统、信号源系统、电源系统。

天馈系统的雷击主要来自发射天线（铁塔），发射天线高度一般都在百米左右，就中波广播发射台所处的位置而言，方圆几公里甚至十几公里内都是绝对制高点，因此转播台附近落雷时，铁塔往往是首当其冲的落雷点。可以这么说，中波广播发射台遭雷击的概率，90%来自中波发射天线。中波发射铁塔的拉线铁塔底部有一个高度为20cm的绝缘柱，自立塔底部有三个高度为40cm的绝缘柱与地面相支撑，所以中波发射铁塔不能直接与大地接触，没有良好的雷电流泄放途径。如果没有有效的放电措施，中波铁塔不接地的特性将使雷电电流必然沿发射天线--调配网络--馈线--同轴开关途径进入发射机，击穿功放管等。

信号源系统的无线接收天线和开路广播接收天线一般都在屋顶，最容易受到雷电袭击，雷击后的大电荷就会通过馈线进入高频头、卫星接收机、广播调谐器等设备，在瞬间损坏设备，导致信号中断，影响安全播出。

电源系统的高压线路，由于户外路由比较长容易感应雷电，引起电压或电流瞬间增高，形成浪涌脉冲，尖峰脉冲经过变压器---入户电缆---配电柜---用电设备，冲击发射机、处理器、计算机等里面的场效应管、集成块和敏感器件，直至损坏设备备件，导致停机。

2 中波发射台综合防雷措施

通过分析，知道了中波发射台雷电侵害的环节，就针对性的采取多层多级的综合防雷措施，就可以极大的提高设备的安全性。

2.1 天馈系统防雷措施

天馈系统的防雷是中波发射台防雷的重点，对天馈系统一般采取三级防雷（如图2）。

（1）在发射铁塔底部安装金属放电球，其放电间距大小的设置非常关键。通常，放电球的间距，在常温常湿时的经验公式为1mm/1Kv，即1毫米间距耐压1千伏。1KW发射机天线底部金属放电球间距约1cm为宜。在雷击的瞬间，对地拉弧放电，起到第一泄放的作用，承担70%放电任务。

（2）在天调网络输出口安装石墨放电球，调配网络石墨放电球间隙是可调的，具有良好的放电特性，其放电电压的变化随着面积的增加而降低，可以根据具体情况设定，一般间距取2-3mm为宜。平时发射机正常工作的时候，加在调配网络石墨放电球两端的广播信号峰值电压大约为316v。显然，此时放电球应处于绝缘状态。当发射塔遭到雷击时，加在石墨放电球两端的雷电电压达到或超过1000--1500v时，放电球应处于导通或饱和导通状态。调配网络石墨放电球承担大约20%释放雷电电流任务。

（3）馈线前端加装避雷器。馈线避雷器也叫四分之一波长短路型浪涌保护器，是根据天馈线中的驻波理论和雷电波频谱设计的。保护器内部做成同轴腔体形式，将一根相当于信号频率的四分之一波长的末端短路的镀金棒并联在馈线上，一端接芯线一端接地。由传输线理论得知，当短路线长度为四分之一波长的奇数倍时，短路点上工作波阻抗为无穷大，相当于一个并联谐振电路，此时对设备传输的信号功率衰减为零。但对于雷电波而言，由于其频谱范围很宽，而且绝大部分能量集中在30kHz以下的频段。因此，该短路棒对雷电波并不是四分之一波长，而近似于短路，所以雷电波就被对地泄放了。馈线避雷器，承担5%放电任务。

2.2 信号源系统防雷措施

信号源系统也是发射台遭受雷击的重灾区，必须对信号源系采取科学可靠的避雷接地措施。信号源系统的防雷分三部分：卫星接收天线和无线广播接收天线，信号电缆，卫星接收机和广播调谐器。无线接收天线和开路信号接收天线是信号源系统中感应雷电的主要部分，防雷措施是将所有接收天线的接地端用0.5mm*2cm的镀锌扁钢连接起来接入到避雷地网上，可有效防止雷击对卫星天线和高频头的侵害。信号电缆一般都要贯穿室内外，也容易感应雷电，对其的避雷措施是，采用专用封闭式室外金属工艺桥架，电缆通过桥架进入机房，每根信号电缆在进入桥架前端时和电缆接入功分器或卫星接收机之前安装接地卡子。安装时，将电缆外皮剥开，用链接套筒将电缆的裸露外皮部分包裹起来，再用卡箍固定。安装好接地卡子后，用接地线连接到避雷地网上，以便将被雷击中的电缆上的大电荷通过接地卡子上接地线经避雷地网泄放到大地。信号电缆在进入功分器或卫星接收机之前还要进行防雷接地处理，将进入机房的所有电缆连接到由避雷器组成的N型直通接口端子板上。避雷器端子板所有接口用横截面积6mm的铜质导线压接，再与机房避雷接地线牢固连接，这样就能很好的保障信号源系统设备不受雷电的侵害。卫星接收机和广播调谐器是最容易遭受雷电破坏的，对其进行防雷接地是必须的。每一个接收机在出厂时都留有避雷接地端，用0.3mm*1cm的铜皮把所有接收机逐个连接起来，再与机房控制台公共接地母线牢固连接。

2.3 电源系统防雷措施

架空电源线容易引雷及产生很高的感应过电压，从而形成了大的雷电流尖峰脉冲而损坏设备，危及人身安全，必须对其采取防雷措施。主要措施：

（1）在高压电源线的零卡后，安装高压避雷器；变压器外壳用2×50mm紫铜带可靠接地。

（2）变压器输出至低压配电柜的电缆，挖30cm×30cm地沟埋设金属管，金属管两端可靠接地，电源线穿过金属管接至配电柜。这里铁管相当于一个大电感，利用电感的特性对电源线中因雷电感应形成的浪涌电流给予阻挡，减少对设备的损害。

（3）在低压配电柜的空气开关上加装避雷器。

（4）在交流稳压器的市电输入端接一组FS型阀型避雷器和14D371压敏避雷电阻，在接入电感电容组成的∏型滤波器，防止雷电尖脉冲击穿稳压器。14D371压敏避雷电阻的特性是在导通电压300V以上，特别是超过370V时，电阻急剧变小，通过电流很大，保险丝熔断，起保护作用，当外加电压回到导通电压之下时，电阻又很快变大，相当于开路，它的导通时间极短、微秒级的，可以有效泄放尖脉冲电流。在稳压器输出接一组CJ-10交流接触器，也接一组Fs0.22阀型避雷器，防止感应雷引入用电设备（如图3）。

全台所有播出设备用电都必须和稳压器串接，使雷电进入设备的路上多一道障碍，发生大的雷击时，最多损毁稳压器，稳压器可以断电直通，播出设备就能不断电，不影响播出。

2.4 发射机的防雷措施

发射机是发射台安全播出的核心设备，是受保护的主要对象，在天馈系统、信号源系统、电源系统采取综合避雷措施以后，应该说到达发射机的雷电已经不多了，但为了更加安全可靠，发射机也必须采取可靠的防雷措施。一是在发射机功放槽路输出口安装发射机内部铜质放电球，间距调到2-3mm为宜，它将承担天线发射塔遭到雷击时5%放电任务。二是在发射机电源输入端加装一组FS型阀型避雷器，防止稳压器直通或未阻止的雷电脉冲电流或脉冲电压。三是用0.5mm*3cm的铜皮把发射机和机房避雷接地母线牢固连接。

除上面重点谈到的环节和设备，机房所有设备都得与机房避雷接地网进行可靠的连接

3 防雷设施日常维护要点

防雷设施是保证发射台各种设备安全运行和人员人身安全的重要设施，一定要加强维护和管理。日常维护主要有：

（1）各级放电球的维护。对天线底部金属放电球维护：1.放电球横杆与放电球支撑直杆的连接要无缝焊接连接，不能用螺丝等的机械连接，因为机械连接接触面锈蚀电阻会使铁塔、馈线对地电位上升到极高的状态，极易引起击穿发射机功放管，并且可能会使铁塔对于作为导电物体产生闪络。2.及时去除金属放电球锈迹和放电产生的焦痕。3.接地引下线要求用宽度大于100mm的铜带直接焊接在放电球横臂上。天线调配网络石墨放电球维护，要求石墨放电球间隙合适、两石墨球保持平行、石墨放电球与基座的连接紧密，雷暴天后及时检查放电球，发现放电产生的凹坑，应旋转放电球，使放电球相对的面光滑无痕迹。发射机内部放电球维护，每周必须清除上面的积尘，保持放电球表面光滑无痕迹、无积尘。放电球对地的连接最好用30mm宽的铜带焊接。

图1：中波发射台组成方框图

图2：天馈系统三级防雷原理图

图3：稳压器防雷接线图

（2）定期检查测试各级避雷器和压敏电阻有无损坏和失效，尤其是重大雷雨天气过后，必须进行检查。

（3）定期检查所有接地线和接地母线连接是否牢靠，有没有脱落和虚接的情况。

（4）定期测试台站的避雷接地网和重要设备的接地电阻，标准≤4欧姆，尤其在雷雨季节到来之前必须进行测试。