張潤生邯鄲廣播電視臺(tái)，河北邯鄲　056002

全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)的防雷技術(shù)探究

張潤生
邯鄲廣播電視臺(tái)，河北邯鄲056002

摘要隨著科技的進(jìn)步，我臺(tái)中波發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)化。全固態(tài)機(jī)的穩(wěn)定性、指標(biāo)以及效率較電子管機(jī)有了較大提高。但由于全固態(tài)機(jī)使用的是場(chǎng)效應(yīng)管，單管耐壓低，容易遭到雷擊的破壞，防雷能力遠(yuǎn)不及電子管發(fā)射機(jī)。本文就雷電對(duì)發(fā)射機(jī)的危害以及在工作實(shí)踐中采取的防雷措施作了闡述，從電源系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)、音頻系統(tǒng)、地網(wǎng)系統(tǒng)、天調(diào)系統(tǒng)等方面對(duì)全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的防雷保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了有益的探究。

關(guān)鍵詞全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)；雷電；泄放電流；防雷技術(shù)

1　雷電及其危害

雷電是一種自然放電現(xiàn)象。在天氣悶熱潮濕的時(shí)候，地面上的空氣受熱上升，空氣中的水蒸氣到高空遇冷凝結(jié)成小水滴，這種浮懸的水滴逐漸聚集形成了雷云。云的上部以正電荷為主，下部以負(fù)電荷為主，上下之間形成一個(gè)電位差。當(dāng)電位差達(dá)到一定程度后，就會(huì)產(chǎn)生放電，這就是雷。雷擊釋放的能量很大，且放電時(shí)間很短，泄放電流可達(dá)幾萬甚至幾十萬安培，有極大的破壞力，因此防雷保護(hù)對(duì)發(fā)射臺(tái)顯得尤為重要。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、雷擊電磁脈沖和球形雷三種，對(duì)廣播發(fā)射設(shè)備的破壞渠道不是單一的，有空間通道、饋線通道、信號(hào)通道、供電通道等，所以防雷技術(shù)不能局限于任何單一的防雷器件，而要采用整體防范、多重保護(hù)、層層設(shè)防的綜合防雷措施。

2　全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的防雷技術(shù)

2.1 電源系統(tǒng)的防雷

為防止停電事故發(fā)生，我臺(tái)采用的是雙路供電，兩臺(tái)變壓器距離發(fā)射機(jī)房150米左右。高壓線路傳輸距離長且露天架設(shè)，遇到雷雨天氣，由感應(yīng)雷產(chǎn)生峰值很高的浪涌電壓對(duì)設(shè)備破壞比較常見。因此，對(duì)電源系統(tǒng)的防雷應(yīng)分層設(shè)防。

1）在變壓器高壓入線端，加裝一套閥式避雷器，泄放雷電造成的沖浪高電壓（電流）。泄放啟動(dòng)電壓要根據(jù)環(huán)境及雷電影響綜合考慮后設(shè)定。

2）在變壓器低壓出線端，安裝一套真空放電裝置壓敏電阻避雷器，進(jìn)一步泄放由高壓線路感應(yīng)的雷電能量。

3）在進(jìn)入機(jī)房配電盤的電源線路上安裝電源防雷器，電源線兩端應(yīng)良好接地。配電室的零線做單獨(dú)的地井，地線敷設(shè)環(huán)機(jī)房的環(huán)型接地溝。地井地溝的接地電阻應(yīng)小于2歐姆，確保雷電能量迅速及時(shí)泄放。

4）全固態(tài)發(fā)射機(jī)的運(yùn)行電壓有幾伏的變化，就不能正常工作。為防止雷電引起的電源電壓變化，需要配置高性能的與發(fā)射機(jī)工作功率相匹配的防浪涌電源穩(wěn)壓器。

2.2 全固態(tài)發(fā)射機(jī)自身的防雷

我臺(tái)中波發(fā)射已全部實(shí)現(xiàn)全固態(tài)化，共轉(zhuǎn)播六套節(jié)目。雖然全固態(tài)機(jī)的穩(wěn)定性、技術(shù)指標(biāo)以及效率較電子管機(jī)有了較大提高，但由于全固態(tài)機(jī)使用的是場(chǎng)效應(yīng)管，單管耐壓低，易擊穿。如果受到雷擊，功放板上的場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)多個(gè)或全部損壞，嚴(yán)重危及安全播出。因此，在發(fā)射機(jī)自身采取以下防雷保護(hù)措施。

1）我們?cè)诎l(fā)射機(jī)內(nèi)部采用壓敏電阻和放電管組成避雷電路。雷擊時(shí)，雖然壓敏電阻經(jīng)常被擊穿，但對(duì)發(fā)射機(jī)起到了保護(hù)作用。

2）機(jī)房各部發(fā)射機(jī)機(jī)殼接地；在發(fā)射機(jī)輸出端安裝中波饋線避雷器。

2.3 音頻系統(tǒng)的防雷

音頻信號(hào)的好壞直接影響到安全播出，如果音頻系統(tǒng)遭遇雷擊，必將損壞音頻設(shè)備，導(dǎo)致播出信號(hào)中斷，因此音頻系統(tǒng)防雷不可忽視。

1）在衛(wèi)星接收機(jī)輸入和高頻頭輸出端各安裝一套同軸式電涌保護(hù)器。2）在衛(wèi)星接收機(jī)輸出端和發(fā)射機(jī)的輸入端加裝音頻避雷器并與室內(nèi)地網(wǎng)連接。

3）對(duì)衛(wèi)星接收機(jī)的輸入饋線，裸露在室外的部分采用金屬管屏蔽，屏蔽用的金屬管在進(jìn)入機(jī)房室內(nèi)時(shí)采用軟銅芯線連接接入室外地網(wǎng)。在衛(wèi)星接收天線處的屏蔽金屬管就近接入衛(wèi)星接收天線基座，然后采用熱鍍鋅扁鋼焊接接入室外地網(wǎng)。

4）在播控臺(tái)和監(jiān)控系統(tǒng)處增加兩臺(tái)穩(wěn)壓電源，機(jī)房信號(hào)線路安裝信號(hào)避雷器。

2.4 地網(wǎng)系統(tǒng)的防雷

地網(wǎng)是提供雷電泄放的重要通道，良好的接地地網(wǎng)是防雷的基礎(chǔ)。發(fā)射機(jī)在工作時(shí)，系統(tǒng)處于高頻高壓環(huán)境，地網(wǎng)系統(tǒng)的好壞，決定雷電是否有良好的泄放通路，直接影響發(fā)射機(jī)的安全與穩(wěn)定。

1）機(jī)房接地地網(wǎng)主要由工作地網(wǎng)和建筑地網(wǎng)組成。A、工作機(jī)房內(nèi)用銅皮依據(jù)設(shè)備安裝位置鋪設(shè)地網(wǎng)，并通過多點(diǎn)與室外地網(wǎng)連接好。在鋪設(shè)地網(wǎng)時(shí)應(yīng)把避雷針接地、鐵塔接地、建筑接地、電源接地（中性線）、機(jī)房與設(shè)備保護(hù)接地統(tǒng)一起來，達(dá)到等電位連接。B、發(fā)射機(jī)的機(jī)殼接地、射頻輸出接地與音頻設(shè)備接地應(yīng)集中一點(diǎn)，接地地線最好分開走，避免接地串聯(lián)連接，否則會(huì)影響發(fā)射機(jī)的播出質(zhì)量。

2）天線地網(wǎng)為射頻信號(hào)提供回路，同時(shí)也為雷電提供暢通的入地點(diǎn)，應(yīng)與塔底的地井良好連接，接地電阻要足夠小。我臺(tái)天線地網(wǎng)在建發(fā)射臺(tái)時(shí)鋪設(shè)，以發(fā)射天線塔基為起點(diǎn)，用120根2.5mm銅線，每3度一根，每根長120米，向周圍以放射狀均勻鋪設(shè)而成。這是根據(jù)原來的電子管發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)建造的，對(duì)目前的全固態(tài)發(fā)射機(jī)來說，并不是很理想。為此我們?cè)谒鬃隽艘粋€(gè)地井，面積2平方米，深3米，埋上長2米、寬1米、厚5毫米的銅板，加上木炭、鐵屑、食鹽、降阻劑等。銅板上再引一塊銅皮，接在放電球地端引線上，并與120根地網(wǎng)相聯(lián)接，最大限度地降低天線底座和網(wǎng)絡(luò)屏蔽的接地電阻，使得雷電入地泄放更加暢通。

2.5 天調(diào)系統(tǒng)的防雷

我臺(tái)的發(fā)射天線是76米高的桅桿天線，其底座與大地絕緣，很容易招引雷電。天線鐵塔感應(yīng)雷電后，一方面從避雷針引入地網(wǎng)后反饋到發(fā)射機(jī)（地網(wǎng)防雷已述）；另一方面沿發(fā)射天線→調(diào)配網(wǎng)絡(luò)→主饋線引入發(fā)射機(jī)。要確保發(fā)射機(jī)的安全，在天線與調(diào)配網(wǎng)絡(luò)之間需采取多重防雷措施，才能將天線引入的雷電逐級(jí)減弱至發(fā)射機(jī)允許的范圍之內(nèi)。如圖1所示。

1）天線底部安裝有半圓形金屬放電球ZZ，一端接鐵塔，另一端通地。球徑約為10cm，采用尖端放電原理。球間距根據(jù)發(fā)射功率大小及本地雷電強(qiáng)度計(jì)算，恰當(dāng)調(diào)整好球間距，能在雷擊的瞬間起到第一泄放的作用。

2）由于雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，因此在天線下面并聯(lián)一只微享級(jí)電感線圈Lo。它的主要作用是為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)對(duì)地靜電放電通路。微亨級(jí)的電感Lo會(huì)直接影響天線的阻抗，所以用粗銅管繞制時(shí)應(yīng)留有余量，并配短路抽頭，以便調(diào)試。這樣電感線圈的感抗較小，線徑較粗，有利于雷電的能量入地。

3）在天饋調(diào)配室內(nèi)接入一對(duì)圓柱形石墨放電球CAP，其間隙可調(diào)，原則上是1mm/kV。例如我臺(tái)新聞?lì)l道963kHz，音樂頻道1206kHz，功率均為10kW，雙頻共塔。經(jīng)理論計(jì)算出天線底部雷擊峰值電壓為9530伏，則放電球理論間隙為9.53mm?？紤]到環(huán)境氣候等因素，取安全系數(shù)1.1～1.3，實(shí)際間隙調(diào)整為11mm。

石墨放電球的放電特性良好，放電電壓的變化隨面積的增加而降低。其一端應(yīng)有良好的接地，在接地端銅棒上再串套40～50小磁環(huán)，發(fā)射機(jī)正常工作時(shí)，它不起任何作用。當(dāng)天線遇雷擊，石墨放電器放電，巨大的電流通過接地引線流進(jìn)大地，穿于接地引線上的磁環(huán)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，就起到阻尼放電作用，提高了發(fā)射機(jī)的短路射頻阻抗，保護(hù)發(fā)射機(jī)。

4）在天線與調(diào)配網(wǎng)絡(luò)之間串聯(lián)隔直流電容Co，以防天線受雷擊時(shí)，部分能量會(huì)經(jīng)過天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入發(fā)射機(jī)。由于雷電的能量集中在低頻和直流部分，Co對(duì)高頻輸出無妨礙，但對(duì)雷電可起到隔離作用。Co的容量一般選擇在1000pF～3000pF，伏安量、耐壓值越大越好。除滿足工作需要，還要留有一定的安全度。如果單個(gè)電容不能滿足，可使用多個(gè)電容串并聯(lián)。

5）高頻通路中的網(wǎng)絡(luò)、傳輸線都會(huì)產(chǎn)生相移。對(duì)全固態(tài)發(fā)射機(jī)而言，還需進(jìn)行相移網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。雷擊時(shí)，天線底部放電球短路，從發(fā)射機(jī)到發(fā)射塔基的所有部件，包括饋線 、高頻濾波器 、匹配網(wǎng)絡(luò) 、隔直電容器 、套入接地銅棒上的磁環(huán)和微亨級(jí)電感在內(nèi)的各元件，都會(huì)有一定的相移引入。要使發(fā)射機(jī)輸出端與天線保持相同相位，必須在天線匹配網(wǎng)絡(luò)中加入相移網(wǎng)絡(luò)。相移網(wǎng)絡(luò)可用T網(wǎng)絡(luò)和π網(wǎng)絡(luò)，T網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用較常見。實(shí)踐證明，加入相移網(wǎng)絡(luò)后，當(dāng)雷擊放電引起負(fù)載短路時(shí)，發(fā)射機(jī)功放電路不會(huì)產(chǎn)生過大的瞬時(shí)電流、電壓，保障了全固態(tài)機(jī)的安全播出。

3　結(jié)論

全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的防雷保護(hù)是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須樹立整體防雷觀念，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，采用先進(jìn)的防雷技術(shù)，制定符合實(shí)際的、科學(xué)的防雷方案；并且嚴(yán)格執(zhí)行定期檢測(cè)、維護(hù)制度，特別是在雷雨季節(jié)到來之前一定要提前做好維護(hù)工作，這樣才能保證有備無患，減少雷電造成的損失，取得較好的防雷效果。

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中圖分類號(hào)G2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1674-6708（2015）139-0073-02