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試析全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷策略

2019-09-10 07:22付永生
衛(wèi)星電視與寬帶多媒體 2019年19期
關(guān)鍵詞:工作原理

付永生

【摘要】全固態(tài)中波發(fā)射機是當前我國中波廣播發(fā)射建設(shè)領(lǐng)域中最令人矚目的成績之一,它的全固態(tài)化設(shè)計引領(lǐng)國家中波發(fā)射機發(fā)展進入了全新階段。當熱,它也并非完美,其在防雷技術(shù)應(yīng)用方面還面臨嚴峻問題考驗。本文中首先嘗試分析了雷電特征與性質(zhì),并著重研究了全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及有效防雷策略。

【關(guān)鍵詞】全固態(tài)中波發(fā)射機;天調(diào)網(wǎng)絡(luò);雷電特征性質(zhì);工作原理;防雷策略

全固態(tài)中波發(fā)射機的整體播出效率相比于傳統(tǒng)發(fā)射機擁有更高更優(yōu)良的發(fā)射效率,不過防雷能力卻是它的弱項,這就限制了發(fā)射機本身所能夠適應(yīng)的工作環(huán)境。但當前全固態(tài)中波發(fā)射機一般工作環(huán)境惡劣不佳,所以如果遭遇任何雷電事故,其場效應(yīng)管部分都可能被隨時擊穿,設(shè)備整體因此被嚴重破壞。目前人們都在研究如何規(guī)避雷擊的有效方法措施,希望采取相應(yīng)合理有效的防雷對策。

1. 雷電的基本特征與性質(zhì)簡析

在大自然的眾多自然現(xiàn)象中,雷電現(xiàn)象最為常見,它的發(fā)生普遍且主要產(chǎn)生于云云、云地之間,在雷電現(xiàn)象中必然會出現(xiàn)各種雷擊效果,而雷擊效果的本質(zhì)就是大氣中攜帶了不同極電荷的云層在相互碰撞后產(chǎn)生了特殊的放電現(xiàn)象,在雷擊過程中,它們所附帶的電荷不同,所處的云層不同,但是它們彼此之間會發(fā)生碰撞,釋放大量能量。就在這一能量釋放過程中所產(chǎn)生的就是大量的雷電電流。雷電現(xiàn)象所產(chǎn)生的雷電電流高達數(shù)千安以上,如果但就從雷電現(xiàn)象的放電過程來看,這種過程極短(只有幾微秒),它的周邊環(huán)境溫度也會大幅度升高。如果電流在電磁感應(yīng)作用下必然受到影響,此時它對于地面的物體會產(chǎn)生嚴重的雷擊現(xiàn)象,導(dǎo)致地面上所有物體都嚴重受損。就這一嚴重的雷擊現(xiàn)象需要考慮其所存在的集中電荷現(xiàn)象問題,越是地勢較差的地方月容易出現(xiàn)強雷擊事件,因為這里是具有良好導(dǎo)電性的區(qū)域,某些區(qū)域就要布置好針對性的防雷措施。就以全固態(tài)中波發(fā)射機的天調(diào)為例,由于它地處較高地勢且導(dǎo)電性良好位置,所以必須設(shè)置相應(yīng)防雷措施保證其天調(diào)網(wǎng)絡(luò)不受雷擊損害。

2. 全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的基本概述

2.1 全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

在全固態(tài)中波發(fā)射機中,一般中波廣播波長都相對較長,這增加了發(fā)射機加工演算波長的復(fù)雜性,在實際的中波發(fā)射過程中需要依賴對發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的實際阻抗進行相應(yīng)調(diào)節(jié)修正,如此可滿足對發(fā)射機工作狀態(tài)的優(yōu)化,保證二者相互有效作用。

2.2 全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的工作原理

再看中波天調(diào)網(wǎng)絡(luò),當天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭遇靜電甚至雷擊狀況時,必須針對網(wǎng)絡(luò)設(shè)置相應(yīng)的濾波電路,濾波電路設(shè)置的主要作用就是通過濾波干擾信號,合理調(diào)整設(shè)備中的信號阻抗與信號轉(zhuǎn)換過程,保證發(fā)射機性能有效發(fā)揮,滿足實際的運行狀態(tài)與工作性能要求。就全固態(tài)中波發(fā)射機整體而言,當它的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生雷擊現(xiàn)象時,也會同時產(chǎn)生強大電流,絕大部分流入到中波發(fā)射機中,導(dǎo)致其無法正常運行工作,嚴重時甚至會導(dǎo)致整個發(fā)射機線路燒毀,整個發(fā)射機設(shè)備就此完全損壞。所以必須提出有針對性的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)防雷對策。

3. 全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷措施研究

3.1 針對全固態(tài)中波發(fā)射機天線的防雷措施

發(fā)射機的天線部分防雷措施要做到嚴謹合理到位,這是因為天線一般處于較高的建筑頂端位置,一旦遭遇任何雷雨等惡劣天氣,例如遭受雷擊時就必須做好防雷措施,否則后果不堪設(shè)想,具體的損失表現(xiàn)就是過度電流直接從天線導(dǎo)入到大地中,導(dǎo)致發(fā)射機設(shè)備完全失靈。舉例來說,如果出現(xiàn)的雷電放出電流達到1000A,它導(dǎo)入大地的電阻應(yīng)該在5Ω左右,此時塔基的電位就會提高到5kV以上,低電位在附近大量產(chǎn)生,強大的電流會直接被引入到發(fā)射機中。減小天線導(dǎo)入電流的方法主要有二:其一是研究做好接地工作,保證所產(chǎn)生的電阻越小越好,當然也要相對削減其分流部分,確定好唯一接地點。再一方面就是要適當減小地網(wǎng)中的電阻部分。

3.2 針對全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷措施

如上文所述,大氣中的雷電其由于自身所帶電流相當強大,破壞能力非同小可,為此必須提出針對發(fā)射器效果良好的防雷對策。

3.2.1 石墨打火隙裝置的安裝

具體到發(fā)射機的防雷措施設(shè)置方面,需要結(jié)合調(diào)配室中所安裝的石墨打火隙裝置展開相應(yīng)設(shè)計,最大限度減少雷擊所帶來的負面不良影響,同時可規(guī)避放大發(fā)射機功率,對半導(dǎo)體等器件的損壞可能性也會相對減小。再者,這種裝置也能有效降低放電次數(shù),舉個例子,可考慮為發(fā)射機制作全金屬放電隙接地線以及金屬桿,并在它們之上穿上大約50個左右的金屬磁環(huán),這些磁環(huán)實際上并沒有促進設(shè)備運行效率的功能,但是它們能夠有效增強發(fā)射機自身阻抗,有效規(guī)避短路現(xiàn)象,在發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭遇雷電現(xiàn)象時可起到一定保護作用。需要明確其防御雷電的核心應(yīng)該為低頻與直流,換言之要保證雷電不會對發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的接地通路產(chǎn)生任何負面效應(yīng)。

3.2.2 隔直電容器LO的安裝

要充分考量在全固態(tài)發(fā)射機天線中可能存在的外界天氣影響現(xiàn)象,就比如說本文中所提到的雷電現(xiàn)象,因為雷電現(xiàn)象所產(chǎn)生的電流會對發(fā)射機本身產(chǎn)生相當強大的負面影響,此時需要安裝隔直電容器LO。應(yīng)該選擇容量在1000~2000PF的LO,具體的容量范疇還要根據(jù)中波頻率而定,目的就是為了合理規(guī)避較強的壓降情況,在設(shè)計安裝過程中有必要提升電伏伏安量,保證發(fā)射機本身的輸出功率與LO電伏伏安量二者成正比。如果所輸出的功率與LO電伏伏安量之間二者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系,那么當發(fā)射機功率變大時,其伏安量會相應(yīng)升高,輸出功率則會相應(yīng)有所減弱,它的伏安量則會相對降低。

3.2.3 移相網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置

如果遭遇雷擊,發(fā)射機鐵塔基部位置會最先出現(xiàn)短路情況。為了避免雷擊造成二次或更大傷害,防止產(chǎn)生更大的負面影響,必須選擇在發(fā)射機端口位置增加保護,避免短路現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)。另外,也可通過一定程序措施例如移相網(wǎng)絡(luò)設(shè)置來彌補小武差問題,即補償相移。具體做法就是將其轉(zhuǎn)化為π整數(shù),在設(shè)置移相網(wǎng)絡(luò)過程中合理調(diào)節(jié)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的天線之間阻抗,匹配信號問題有效規(guī)避可能存在的各種負面影響。

3.2.4 高駐波保護與激勵封鎖的設(shè)置

在針對某些功率偏大的發(fā)射機實施高駐波保護與激勵封鎖設(shè)置時,應(yīng)該選擇電壓饋送能力較高的發(fā)射條件,此時必須合理配合電壓饋線與天調(diào)網(wǎng)絡(luò)饋線形成相互有效關(guān)聯(lián),確保天條網(wǎng)絡(luò)饋線打火放電過程到位??紤]到在針對某些功率偏大的發(fā)射機實施高駐波保護與激勵封鎖過程中需要選擇較高的電壓饋送條件,因此這里還需要根據(jù)電壓饋線對天調(diào)網(wǎng)絡(luò)饋線段位置進行合理設(shè)置,明確發(fā)射機內(nèi)所產(chǎn)生的高壓駐波問題,特別注意對打火放電現(xiàn)象的控制,滿足發(fā)射機發(fā)射條件。然后熄滅電弧,并采用高激勵封鎖確保電弧被準確熄滅,同時做到對信號的及時恢復(fù)。

上述措施具有一定科學性,特別是封鎖激勵機制可有效提升天線封鎖保護設(shè)置優(yōu)化措施,滿足全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)運營過程中的所有安全需求。

3.2.5 天線基底部采用高頻扼流圈接地裝置

在全固態(tài)中波發(fā)射機天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的天線基底部可采用高頻扼流圈接地裝置,如此設(shè)計也可有效提高防雷有效性效果。目前比較常采用的系統(tǒng)為雙電源系統(tǒng),該系統(tǒng)擁有專門設(shè)置的變壓器部分,它專門設(shè)置在天調(diào)網(wǎng)絡(luò)位置,且它充分考慮到雙電源系統(tǒng)中,主要圍繞所有高壓線路部分進行設(shè)計,但是它是完全暴露在室外部分的,所以非常容易引發(fā)雷擊事故。因此為有效杜絕雷擊問題可選擇在電源系統(tǒng)中專門設(shè)置分層防雷措施。它的具體做法就是圍繞天線的基礎(chǔ)位置安裝高頻率的扼流圈配合接地部分,并將天線設(shè)置在相應(yīng)的雷電接地位置,始終保證帶電云團電荷被合理有效釋放。在該過程中,如果帶電云團電荷擊穿大氣層,那么此時天調(diào)網(wǎng)絡(luò)中的天線高頻扼流圈就會直接接地,此時可滿足所有放電條件。

3.2.6 天線基底部位置設(shè)置放電球

一般來說,天線基底位置的放電球是有效的防雷裝置,它被安裝于天線底部附近。放電球本身為半橢圓金屬結(jié)構(gòu),將它安裝在天線底部與發(fā)射機連接,另一端則直接接地,與發(fā)射機關(guān)聯(lián),調(diào)節(jié)發(fā)射機頻率過程中需要對其雷電的平均雷擊強度問題進行分析,如果雷擊現(xiàn)象嚴重,則需要結(jié)合放電球上的天調(diào)網(wǎng)絡(luò)進行針對性分析,確保放電球始終作為天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的第一雷擊瞬時電荷放電工具。而在天線底部安裝放電球的注意事項主要有以下幾點:

第一,要準確界定放電球的安全電壓值。

第二,要充分考慮到大氣中的雷擊現(xiàn)象是極不穩(wěn)定的,為了有效應(yīng)付變化,需要在大氣層中計算其所匯集的電荷數(shù)量,并為放電球設(shè)置最安全電壓值,配合放電處理裝置與放電球在短時間內(nèi)釋放大量電荷,保證電荷在陸地上有效擴散。

第三,在夏季雷雨多發(fā)天氣與地區(qū)要嚴格檢查放電球的間隙是否符合國家所規(guī)定的安全間距要求,其目的是為了有效保障發(fā)射機可在正常狀態(tài)下穩(wěn)定運行工作。

石墨放電球本身是具有良好的物理特性的,它的放電能力表現(xiàn)較強,在放電過程中,石墨類放電球的電壓會伴隨天調(diào)網(wǎng)絡(luò)輻射面積的增長而逐漸減小。在設(shè)置石墨放電球時,要保證它的安裝放置間距在1mm/kV以內(nèi),且要保證安放過程中它能夠具有良好的接地性能。在安裝石墨放電球過程中還要安裝一個小磁環(huán),保證小磁環(huán)與接地端完全串聯(lián),一旦天線系統(tǒng)遭遇任何雷擊威脅,石墨球與小磁環(huán)都是能夠有效提升發(fā)射機短路阻抗的,它們對發(fā)射機的安全穩(wěn)定運行都有一定的促進保障作用。

4. 總結(jié)

在全固態(tài)中波發(fā)射機中,天調(diào)網(wǎng)絡(luò)是最為關(guān)鍵的一部分,它對整個系統(tǒng)的運行質(zhì)量影響都非常之大。但是由于受到外部自然環(huán)境因素的影響,發(fā)射機還必須克服雷電問題。本文中就著重探討了這一點,提出了若干方法追求全固態(tài)中波發(fā)射機的安全穩(wěn)定運行效果,同時確保其天調(diào)網(wǎng)絡(luò)遭受雷電攻擊的危害水平降到最低。

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