中波广播发射台的防雷保护措施及应用

张立学

（作者单位：内蒙古自治区新闻出版广电局敖汉716发射台）

随着雨季的到来，雷电防护是中波广播发射台实现确保优质安全播出的重要的事务。防雷击措施不仅仅是针对中波发射机，而是整个中波发射天馈系统﹑供电系统等配套设备以及机房的建筑设计都应有配套的措施。目前，各个发射台中波广播均采用固态发射机，所以，预防雷击的破坏显得更加重要，这就要求在技术上不断进步。

敖汉716发射台地处内蒙古赤峰市新惠镇，这是一个易发闪电的地区，特别是在夏季高峰期，发射天线高达76 m，位于山顶，直接雷暴每年至少有4～5次，甚至更多。如果没有良好的防雷措施，就会损坏发射天线﹑发射和发送设备。发射塔底部有一个50 cm高的支撑绝缘体。保温瓷瓶有效37 cm，室外常压小于4万V。如果天线在广播时遭受雷暴天气的冲击，而独立的天线不使用特定的防雷措施，那么塔底的瓷瓶表面容易产生过电压，甚至导致基底瓷器的损坏。为了最大程度提高天线辐射效率，通常在日馈线之间设计一个匹配网络，它是一系列电感﹑高频电容器等并并﹑串串匹配设计而成。同时，天线在遭受雷击时，同样可能会对电容器﹑电感器件造成损害。

1 中波发射机的内部保护

在每个发射机内部设计了以下类型的防雷电路。一是，在设计上的考虑及一般性防护，尽量减少MOSFRT管的负载，使其冗余。例如，500 V直流电压的300 V组可以提供很大的安全空间。二是，当天线中有不规则电压流反馈时，直流供电部分及快速驻波的保护电流合成器，可在极短时间内将发射机与天线的连接断开，避免损坏。三是，如果发射机处于关断状态，则RF插头可以在一段延迟之后连接到地球。

RF部分保护。无论是内部还是外部都可能遇到过电压和高电压条件,发射器的RF部分可以用精确校准的避雷器保护。

接地系统。一是中波广播发射台站的发射机房的地网最大格为2.0 m。二是发射机与地网间的阻抗必须是满足技术规定的极低的电阻。三是应当避免某个发射机的地与其他设备的地电压不同，所以，保持供电电源﹑同轴电缆和馈线与其他设备之间的地电压一致性很重要。

2 发射机的外部保护

发射机机房的结构构造特别是地井设计的优劣，对防雷是极其重要的，其目的是能够将馈入的雷电电流直接导入大地，而不是流串入发射机或者机房内。

第一，机房的布置。当地网布局理想时,同轴馈线﹑交流电源和所有其他电线电缆连接到发射机和其他设备。

第二，防雷和天线接地和天线馈电。

第三，高低压供电部分过压保护。为防止雷电从高压电源系统进入发射台发射机所需的措施是：高压线路的上端框架装有至少1 km长的架空地线；进到变电站要安装避雷器；为了防雷击，在防雷区应安装避雷针；根据电力系统的要求，必须保证接地系统的安全接地，接地电阻不得大于规定值；在进入机舱后，变电站和发射机房应安装地下电力电缆安装避雷器；变压器必须安装压敏电阻来抑制浪涌。

第四，发电机房接地系统。在射频电源系统中，接地网由铜网构成。网面不大于2 m，接地网与机房外环接地系统相连，并增加辅助接地棒。机房顶部的地网系统应与地面环网相连，连接环的宽度不大于10 m。

第五，控制系统及其他设备的接地。所有附属设备都连接到地面网络。安装在机舱外部的金属装置，如虚拟负载和热交换系统应连接到接地网。腰带尺寸采用100×1 mm铜箔。如果将这种装置放置在屋顶上，它也应与100×1 mm的铜带连接。

3 天调网络防雷措施

图1 防雷网络

利用天调网络，使其在匹配的同时具备防雷的功能。敖汉716发射台中波发射机天调网络一般都采用“Γ”或倒“Γ”型网络，通常网络的串臂端为感性元件，并臂端为容性元件，这种网络用于PDM中波发射机以后，为防雷需要，将网络中的串臂端改为容性元件，并臂端改为感性元件，如图1所示。

显然，在改变之后，电容被连接到馈线或天线，并且闪电，特别是静电被阻挡，在馈线或天线的接地端的电感器连接到电感。对雷电中的主要储量可以迅速泄入地，有效防止了雷击，但这个网络的弊端是对抑制谐波不利。对此，必须在技术上进行处理，在并臂端仍然并上一只电容。这样，此网络既是天馈匹配网络，又有利于防雷，还可以抑制谐波输出，真可谓是一举三得。

以10 kW PDM中波发射机为例，网络的计算如下：已知频率为1278 kHz,馈线特性阻抗为50 Ω，天线阻抗ZA=Ra+JXA=210+J230 Ω，天线电阻RA大于馈线特性阻抗RФ，网络应该被选择为倒置的Γ类型。如图1所示。天线阻抗等效于并联阻抗的转换：

其中：

等效电路如图2所示。

图2 等效电路

对于这个网络的计算采用“Γ”网络的计算方法将串联臂电抗转换为电容性电抗，并将臂电抗转变为感性电抗。

在等效电路中，有一个视在电抗A，为抵消这个电抗的影响，在天线的下地端并联一只电容这样做的目的有二：一是可以适当地提高网络对谐波的滤波度；二是可以安装可调电容，方便网络的调整。

令XC1=X′A则：

天调网络如图3所示。

根据计算值安装网络后，重复调整C，通过阻抗桥测量机房输入线的输入端口阻抗为50 Ω，馈线的波比值应为零。此网络工作多年以来，发射机工作稳定，遇上强雷电天气，发射机安然无恙，再也没有出现过烧毁功放元器件现象。

图3 天调网络

闪电是一种自然现象，它的出现是不可预知的。但是，只要继续采用先进的防雷技术，不断总结实践中的防雷经验，就可以减少雷电造成的损失，所以，加强发射台防雷技术研究十分必要。