中波发射台天调系统防雷方案

刘伯颐

（作者单位：湖南人民广播电台二0一台）

雷电的形成原因是带电荷的雷雨云层与地间产生一个环境电场而导致其发生。如果雷雨云层或地面某一点上的电场强度大于地面上的电场强度3×106 V/m时，在地上突出隆起的地方、先导放电开始于导电部件或金属部件。向下先导从云端延伸到地面，向上先导则是从地面伸展到云端，向上先导与向下先导并将形成主放电。虽然已明显看到雷电电流的峰值幅值已经达到了300 kA，但在现实生活当中，大概50%次雷击只产生18 kA电流，其他的能谱分布在直流低频附近至160 kHz。

1 雷电对中波台的影响

广播发射从要求来说，是在任何情况下都不能中断播出的。高耸的中波天线大多都在百米左右高度（76～120 m），处在地势开阔地带，周围高层建筑较少，所以，中波天线被雷击的概率比一般建筑物大得多，容易遭受雷击，雷电电流和中波天线与地面绝缘，以上这两个条件意味着中波天线雷电防护的难度，因为带电云团通常有几千伏特的电压，在中和过程中能产生数千安培电流。因此，中波台每年夏季都会受到雷暴侵害。为确保“高质量、不间断、既经济、又安全”的广播发射任务，中波台的避雷尤为重要。

2 避雷与防雷

2.1 避雷原理

避雷器保护电路图原理解析（见图1）。避雷器包括有羊角避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等多种形式。其中，氧化锌避雷器是以电工碳化硅钢片组成的，与常规阀型避雷器相比而言，有以下优点：动作快、通流容量大、低残余压力、非连续流动、大气过电压和开关过电压可起到保护作用、结构简单、可靠性高、寿命长、维护简单等。

2.2 避雷针的作用

图1 避雷器保护线路原理图

避雷针的作用是让接近它的低空雷雨云引导到避雷针附近，让闪电电流根据预定路径释放到地面，自抗雷击，防止其他设施被破坏。普通的单个避雷针对地面上的保护半径r应按r=1.5h计算，h为避雷针的高度（m），1.5为经验系数。

3 全固态中波发射机避雷措施

湖南人民广播电台二0一台（以下简称“我台”）处于地势开阔带，高高的铁塔容易引雷，比较大的事故，损坏发射机槽路、（50 Ω/150 Ω）阻抗变换，根据我台的一些具体情况和多次受雷击事故的处理经验，对天馈系统、调配网络做了一些改进。

3.1 对中波铁塔的改进

首先，在铁塔拉线绳的放电架上并接一个高频电阻和放电线圈，高频电阻为静电提供一个放电接地的通路，线圈提供直流通路。

其次，在铁塔底部的绝缘子上并接放电球。两个放电球中的一个放电球接地，另一个放电球接铁塔。

3.2 对调配网络的改进

3.2.1 接泄放线圈

在天线输入端口连接到一个微型电感线圈到地面（约100 uh），线圈形成一个良好的接地路径雷电，起着直接向大地排放巨大闪电电流的作用。

3.2.2 接入隔离电容器

把天线连接上网络以前，先连上一个内存较大的真空陶瓷电容器C，容量控制在1 000～1 200p，它不妨碍高频输出路径，但可以对雷电直流有很好的保护作用。

3.2.3 添加石墨放电装置

在天馈调配室内，装上一组石墨放电球在天线接入端口，然后连接地导线，准备27个磁环套上。如天线被雷击到，石墨本来就有一些阻尼减幅放电作用，磁环形成mh级电感，构成直流通道。假设发射机正常工作期间被雷击中，在放电球发挥作用时，通过接地导线引起的反电动势的磁路，可以起到阻尼放电的作用，这样不至于高频能量短路。室内放电球的放电距离取1 mm/10 kV。

3.3 电力系统的预防

为防止遭受雷击危险，我们首先在机舱的高压线路上安装一套阀门避雷器，以便将冲浪的高压（电流）释放到地面。另外，在电源馈线系统的低压配电板上安装有一套真空放电装置，用作压敏电阻避雷器，从而可靠地保护电源架空线路免受雷击。

3.4 接地系统

接地系统包括地坑、接地体、降阻材料、其它添加剂等。

首先，在中波塔发射塔附近提前打好地网，它的构成部分是一百根左右的φ4铜包钢线，长度在120 m左右，中心是在天线底部，以3°为夹角、共计120根向周围以放射状，并在以半径5 m、24.6 m、26.6 m、60 m，把每根铜线短路，围成4个大圆筑成。铜包钢线的初始端用铜带焊接，塔底的防雷放电球连接到地端。然而，对于所有固态发射机来说，接地电阻方法不是很满意。为此，在塔中建造了一口地井，这口井的深度大约是4 m，（以旱季土壤为标准）地井面积为2 m2，覆盖上一块长度为2 m、宽度为1 m、铜板的厚度为5 mm，然后加入减阻剂、盐等。铜板焊接有宽200 mm、厚1 mm的铜皮，放电球的端部与批量引线连接，再与地网相连接，这将为雷电电流提供可靠的接入。

其次，在天线馈线配电网络室中，还制作了高频地井。地面井的尺寸和深度与上述相同，铜板厚0.5 mm，宽300 mm。铜片与网络的高频接地线连接，并与天线接地网、防雷接地线、馈线接地线和部署室的屏蔽层紧密焊接。它不仅可以降低高频损耗，而且有助于抑制杂波，保证发射机正常工作，确保稳定输出。

此外，在制作铁塔用避雷针过程中，应将避雷针尖刷长200 m的锡，以提高避雷针尖的导电率，使云中的雷云电荷能快速导入地下。塔式避雷器的放电球必须进行类似处理。

4 注意事项

第一，铁塔维护时，室外放电球不要刷油漆，要特别仔细检查，如果施工不小心刷了油漆，要及时清理干净，起到防雷、避雷效果。

第二，在每年雨季到来之前，应特别注意检查接地电阻和防雷设施。

简而言之，雷电防护是全固态中波机应用中的重要问题之一。通过十多年的工作实践和以上一些防雷措施的处理，雷击损坏器件大为减少，避雷效果明显。