中波发射台的防雷设计

温慧明

本文叙述了雷电对广电设备的危害，阐明了中波发射台防雷设计方法及有关实用措施。

2000年以后，中波发射机全面更新换代实现固态化，广播设备工作性能更加稳定、可靠、高效率。但固态机的抗雷能力差，因此采用可靠的防雷措施是保证全固态发射机正常工作的关键之一。

雷击的分类及对广电设备的影响。

①直击雷：指雷电对地面突出物体或电力装置的直接放电。其特点是所含能量巨大，主放电电流可达几百千安，电压达数百万伏，强大的雷电流通过这些物体入地。直击雷主要在广电设施的接收和发射天线侵入。

②雷电波：指输出架空线路遭雷击或发生感应雷时而产生的沿各个方向迅速传播的高电位冲击波。其传播速度在150m/s左右，对广电的播出环节极易造成干扰，形成干扰源。

③感应雷：由于静电感应和电场感应，雷电流向物体由先导放电发展到主导放电，引起金属体上产生极高电压而放电的过程。一是电网感应雷：通过电网对所连接的广电设备的电源部分造成损坏，如变压器，整流滤波电源，开关电源等。二是传输电缆感应雷：通过传输电缆对与之相连的元器件（如高频头、卫星接收机等）造成损害。

对广播设施危害最大、最多的是直击雷，概率最高的是感应雷，其次是雷电波。对直击雷的防范措施主要是按要求做好避雷针、避雷器、避雷带和接地。

防雷技术

造成广电设备损坏80%来自感应雷，由于极大的雷电流，在其周围形成瞬间电磁场，产生脉冲电磁辐射。如何将瞬间电脉冲阻止在发射机外，根据防雷原理，主要从以下方面考虑：

①将从天线串入的雷电流尽可能阻止在广播设备外。

②接地是让雷电流泄放到大地。接地是防雷系统中最基础、最重要的环节。接地电阻越小越好，表1是广电系统天线塔及机房防雷接地电阻参考值。一般天线塔地井要用2-4mm的铜板深埋到地下2-4m深以下，接到地下水为宜，铜板的面积根据发射机功率的大小而定，一般不小于2m×2m，从地井的铜板到天线下端的地线用15-20cm宽的铜线连接，地井到天线的地线铜皮尽量短些。机房设备的地线到室外的地井连接要求相同。地井如图1。

降低接地电阻可使用①添加食盐法：用木炭屑和盐交替添加，分层填到接地极周围，降低土壤电阻率。②长期化学降阻剂，用它将接地体包裹夯实即可。③增加接地体数量。采用2个以上接地体，其间距大于2.5m，以减少大地流散电阻的影响。

防雷措施

如要有效预防雷电，主要采用如下措施：

（一）天线系统的避雷

发射天线属高耸建筑物，经常是雷击的首要目标，铁塔底座绝缘子的高度通常以1厘米的绝缘高度最大承受1kV的电压来设计。50cm左右的绝缘瓷瓶耐压仅50kV左右，遭雷击时极易产生过压拉弧，从而导致底座绝缘子损坏。另外，雷电对传送高频能量的馈线、匹配网络均可击毁，因此需采取多道防雷设施，确保天馈系统的安全。

①放电球的应用

当天线遭遇直接雷，天线底座造成极高的电压，采用尖端放电原理，在天线底座应用一对半球状金属放电器对地安装，球径约为8cm，恰当调整好两半球间距，使其既能起到雷击天线瞬间泄放能量作用，又可保障正常播出。

②接入泄放线圈

由于雷电的主要成份是直流，因此在天线输入端并接一只微亨级电感线圈下地，见图2中L0，约选取60μH-100μH，线圈起到直接泄放巨大雷电流的作用。

③加装石墨放电器

在天馈调配室内，从天线输入端加装一组石墨放电球，在其接地引线上套上30-40只磁环。石墨本身具有阻尼放电作用，雷击时巨大的电流量通过接地引线流进大地，穿于接地引线上的磁环产生反向电动势，起到阻尼放电作用。石墨放电球间距取1mm/1kV计算，考虑各种因素，取1.1-1.3安全系数。

④接入隔离电容器

在天线引入调配网络前，串入一只大容量电容，如图2中C0，约取值1000pF~2200pF，它对高频输出通路无妨碍，但对雷电直流可起到良好的隔离作用。

⑤选好天调匹配网络

天调匹配网络有多种选择，我们首选二阶带通滤波器匹配网络，对各种杂波串扰起到良好的陷波、阻隔作用。

⑥应用相移网络，在匹配网络与发射机输出口加装相移网络，使馈线系统的输入电流（发射机出口处）与输出电流（铁塔基部处）幅度几乎不变。但有一相位差（nΠ），以防止负载过大时，在发射机功放电路里产生过大的瞬态电压电流，损坏功放管。

⑦在天馈调配网络室同样做一个高频地井，深度大小参见上述数据，其引上的铜皮接入调配网络的高频地线，并与天线地网、防雷地井、馈线地线、调配室屏蔽层等相焊牢。这样不但起到减少高频损耗作用，而且有助于杂波的衰减，对发射机稳定输出起到可靠的保障作用。

（二）电源系统的防雷

直击雷或感应雷都会在电力架空输电线上产生高压冲浪，危及安全播出。为避免危害，在机房高压进线处，安装一套阀式避雷器，对冲浪高电压（电流）对地泄放。此外，在电源进线系统低压配电盘上安装一套真空放电装置，Zno压敏避雷器，从而对电源供电线起到可靠的保护作用。

（三）信号源系统的防雷

①接收天线安装要选好地理位置，既要保证接收信号又要避开雷区。

②加入信号防雷器。信号防雷器的主要功能是使信号顺利通过，而万一出现雷电造成异常高电压时，其内部的放大管立即起作用，阻止雷电对设备造成损坏。

③架设避雷针。接收天线一般架设在楼顶上，很容易将雷电引入，特别是卫星天线。安装避雷针时要选用直径较粗的优质金属材料，接地引下线要深埋地下可靠接地，接地电阻控制在4Ω以内。

过以上措施，可以有效的提高发射台的设备安全，大幅度地避免雷电损坏播控设备，使设备得以可靠、安全运行。