中波转播台防雷工程系统的设计

马金辉

（辽宁省朝阳市北票三三0转播台，辽宁朝阳，122000）

1 雷电对中波转播台的危害

1.1 直接雷击

雷云放电的过程中会产生超强的雷电流，电流值最高能达几百千安，如果对中波转播台的建筑物直接放电，会造成严重的损坏事故。雷电流击中建筑物，并在其中传播时，会产生一定的热量，引起建筑物的燃烧，建筑物的水分会因这大量的热量而受热急剧膨胀，很容易发生劈裂现象。因此，在雷云放电的过程中，很有可能会引起房屋起火、倒塌，甚至危及人们的生命安全。

1.2 雷电感应

雷云放电时，附近的物体，尤其是导体，会产生静电感应和电磁感应。雷云接近地面，产生电场，地面上的建筑物会感应大量与雷云电荷相反的电荷，称为静电感应现象。当雷云击中其他地方并放电后，云和地面的电场会瞬间消失，建筑物顶端的电荷会失去束缚，因电荷无法快速传播至地面，建筑物顶端会有大量的电荷留存，这些电荷相互排斥产生的能量具有较大危害力度，可能引发火灾或者导致建筑物震裂。发生雷击之后，一定区域空间内雷电流迅速变化形成强大磁场，就会产生电磁感应，附近的导体、线路会感应出很高的电压，具有较大的安全风险。

1.3 反击破坏

如果中波转播台中发射铁塔被雷电击中，则发射塔周边地网的电位会迅速飙升，导致转播台内各设备电源和设备外壳间的产生巨大的电位差值，电位差值通过发射塔经设备外壳持续作用到地电源，很有可能造成转播台设备电源的损坏。

1.4 电磁脉冲破坏

建筑物中敷设的信号线、电源线和金属管道等，会在建筑物空间中形成环路，当中波转播台的信号杆、建筑物被雷电击中时，建筑物内部空间会产生暂态脉冲电磁场，形成电磁脉冲，造成中波转播台信号系统和建筑物中导体回路感应过电流和过电压，对建筑物以及其中的电气设备、管线造成危害，中波转播台的天馈线系统遭到电磁脉冲破坏后会发生电路停电。

1.5 雷电浪涌破坏

中波转播台的信号设备中包含了多种微电子零部件，在中波转播台的日常运转中，如果雷电作用于微电子部件，就会造成雷电浪涌，使得通信系统数据失真、丢失，甚至造成电子设备、通信电路和电源被破坏，不仅会导致巨大的经济损失，还严重威胁到了工作人员的人身安全。

1.6 冲击波破坏

雷电冲击波是一种高压冲击波，会在空中金属管道或架空线路上沿着管道或线路以远大于声波的传播速度迅速传播。中波转播台的供电系统、高压线或其他设备如果遭到冲击波入侵，会因无法承受超高的电压，遭到严重破坏，影响中波转播台信号发射工作。

2 中波转播台防雷工程系统设计

2.1 高低压供电系统的防雷

为避免电源吸引雷电，使得雷电进入高低压供电系统，影响中波转播台正常运转，需要对供电系统进行电压保护，可在建筑高压架空线路上方敷设避雷线，在中波转播台的电力变压器处安装高压避雷器，电力输出端口安装低压避雷器等，与变压器相连的电源线应采用金属材质制作，中波转播台建筑物部分的电源线要足够长，不能少于50m。

TN-S是中波转播台中常见的低压配电系统，为将雷电流快速引导入地，实现多级泄流的目标，就要对建筑电源进行多级涌浪防护措施，具体可分三个等级进行防护，一级防护是针对中波转播台的总配电箱，为其加装三相电源防雷箱；二级防护是针对建筑配电箱，对其设置电箱开关，并安装高容量涌浪保器；三级防护是针对中波转播台的常用配电箱，对其安装高反应速率的涌浪保护器。

2.2 信号源系统的防雷

防雷措施会依据信号源的不同而具有差异性，通常，中波转播台的信号源有卫星信号、调频FM信号、光线信号。卫星接收机利用卫星天线可接收、解码卫星信号，供电电源系统经过了三级的防雷措施，不仅运行稳定且有着较强的抗雷电感应能力，因此在卫星接收机的防雷措施中，可在信号输入端安装一个高频同轴电涌保护器，就可有效防止沿信号线的雷电波入侵行为产生。可选择ASP ST75F型号电涌保护器，其标称放电电流为10KA，插入损耗小于0.2dB，频率范围为0-2.5GHz，有着使用寿命长、可任意选择匹配阻抗的优势。

对于调频FM信号的防雷保护，也可采用相同措施，安装此类高频同轴通信信号电涌保护器。对于光纤信号，其防雷保护措施已经相对完善，因为，经埋地光纤进行信号传输的方式，本身抗雷电感应能力较强。电视台输送端会对光纤信号进行防雷保护，中波转播台的光接收机使用的电源系统也经过了防雷处理，因此不必对于光纤信号加装保护器。

2.3 天馈线系统防雷

2.3.1 天线尖端放电

由于发射站的地理位置较高，中波转播台的天馈线系统很容易遭受雷电破坏，需要特别加强防雷保护。当雷电击中中波转播台天线时，会在天线底部形成很高的瞬时电压值，这些电压无法迅速完全释放，会造成天线、转播设备的损坏。对此可采取尖端放电的方式，在天线底座下安装金属放电器，通常为一对球半径约8厘米的半球形碗状的全金属放电器，放电器的间距需要结合实际情况进行调整，以满足发射铁塔的最大功率。两个球的间距最佳时，可将天线上由于雷击造成的大量电荷及时释放，从而对天线设备进行有效的防雷保护，保障中波转播台的正常转播。

2.3.2 石墨放电装置 ZZ

天线底部安装放电球后，还要在调配室增设一个石墨放电装置辅助放电球进行放电，并适当调节其间隙距离。需要在石墨电极的接地端套上阻尼磁环，数量大概在40到50只之间。在正常环境下，磁环不具备任何功能，当发射铁塔遭遇雷击后，能够产生反向的感应电动势，磁环的装入使得电感达到几十微亨，这几十微亨电感能够将天调网络的短路阻抗瞬间提高，即使石墨放电装置短路，也不会造成发射器短路，且石墨放电装置并不阻碍雷电电流的传输，从而保护发射系统。

2.3.3 微亨级电感 L0

微亨级电感一般小于100微亨，其工作原理为阻隔高频电流、通过低频电流，将微亨级电感器L0与天线串联接地。直流和低频部分承载了雷电的大部分能量，电感线圈的感抗较小，对于雷电的低频和直流电流有着较大的泄放能力，可保护天馈线系统。接地微亨级电感L0不会对中波转播台的广播发射电流产生影响，对高频发射频率消耗较小，当雷电击中天馈线系统时，可产生一条回路，将雷电电流接地。另外，将微亨级电感安装在发射铁塔底部并接地，相当于将发射铁塔改装为了避雷针，一方面，可以将直击雷引导入地，另一方面，可将雷云中的能量释放，避免感应雷对中波转播台的发射系统造成损坏。

2.3.4 隔直电容 C0

隔直电容C0的作用是阻隔直流，电容本身就可阻隔低频电流，因此大容量的隔直电容串联在信号回路上，可有效阻碍雷电中主要的直流和低频电流进入中波转播台发射系统，避免雷电损坏发射机的能力较强，且天线广播发射电流能正常通过隔直电容，不影响中波转播台的正常工作。中波频率上，通常采用的隔直电容C0在1000-2000pF之间。当转播台发射输出功率较大时，可相应选择较大伏安量的电容。

2.3.5 馈管避雷器的安装

馈管避雷器主要由气体放电管和隔直电容组成，该装置属于一种浪涌保护器。在正常环境下或者雷击较弱的情况下，气体放电管不导通，不处于地面回路中，透过隔直电容C0与天线传输信号；如果发生较强的雷击情况，气体放电管会被导通，此时处于地面回路中，可将雷电的能量接地进行释放。可采用TNC型天馈线避雷器AR25T安装到天馈线系统，起到信号浪涌保护作用，其具体安装位置如图1所示。

图1 馈管避雷器安装位置

如果中波转播台的天馈线系统中没有安装馈管避雷器，雷电直接作用于发射塔，会产生雷电电磁脉冲，雷电流形成的强大磁场也会使得馈线中感应出较高电压，过电压进入发射机，会严重损坏发射机。TNC型天馈线避雷器的安装，可显著提升天馈线系统的稳定、安全运行，避免中波转播台天馈线系统遭受雷电电磁脉冲破坏。

另外，对于发射机的防雷保护，可在发射机控制系统中，安装一套驻波比封锁装置或者平衡封锁，只要雷电击中天线，该装置就会将发射机高压切断，从而保护发射机末级设备免受雷击影响。为保障中波转播台所有发射机的铜排母线都能良好接地，与接地线有效连接，可采用Mm型等电位连接方式。

3 中波转播台防雷技术的维护措施

3.1 增强地网的改造力度

可结合现实需求适当增加发射天线塔体底部的复合型地网，提升雷电接地释放的效率，确保雷电能够及时、畅通地被引入地下。为减少雷击对发射机的损坏，发射天线铁塔的接地电阻越小越好。可采用降阻剂适当降低地网的电阻，降阻剂是一种良好的导电体，含有大量的重金属物质，一方面可以与接地体紧密接触，形成较大的电流流通面，一方面可以降低周围土壤的电阻率。大量的降阻剂虽然可以在最短的时间内降低地网的接地电阻，但降阻剂的添加，会对接地体造成腐蚀，其长期、整体的降阻效果不佳，也存在环境污染问题。因此，需要增强地网的改造力度，综合考虑降阻剂的使用特性，设定出吸水剂与导电粉的合理比例，将降阻剂掺入地网的土壤中，降低地网电阻并改善原有电阻率。另外，也需对地网进行实时的更新，保障地网始终处于良好运行状态，也可更换或更新地网中的紫铜线，增加中波转播台中信号覆盖面积，确保环保、稳定的改造效果。

3.2 增强室内设备防雷保护

在室内与室外信号的运行系统设备的连接工作中，应当选择电缆，并保证电缆良好接地。根据中波转播台实际情况，合理设计避雷装置的安装位置和数量。在系统设备较为集中或者室外信号系统的区域，可适当加装避雷装置，采用常见的避雷针、避雷线以及避雷网等，保护中波转播台室内系统和信号设备免受雷击的破坏。避雷装置的安装方式要正确、安装位置要合理，地线的位置需要与系统其他设备和电缆之间留有足够的安全距离，避免各组成之间的干扰和雷电连锁感应的产生。信号系统室外设备的安装过程中，重点注意各个设备的是否有效接地，例如，塔杆、信号发射塔、接收设备等，实现系统设备对雷电的有效引导入地。

3.3 增强室外建筑防雷保护

中波转播台建筑物中的金属构件和钢筋纵横交错，可增强对雷电电流的屏蔽效果和泄流效率。一般情况下可以建立综合防雷系统，多种避雷装置组合使用。如果中波转播台的建筑物位于天线塔的防雷工程系统保护范围内，则建筑物和天线塔应该使用同一防雷系统；如果二者相距较远，建筑物不在天线塔防雷保护范围内，那么需要对建筑物安装独立的防雷接地系统进行保护。对于机房的防雷保护中，需要落实机房屏蔽以及等电位防护措施，明确机房中应具备的雷电防护环境，划分好中波转播台内外防护工作，以实现对中波转播台更高的防护效果。需要科学解析中波转播台的电磁脉冲环境，并进行实时的监控，不断提高系统防雷效果。

3.4 防雷设施的日常维护

做好中波转播台众多设备的清洁工作，保障系统和设施的正常运行。定期对金属放电球石墨放电装置等进行清洁检查，球面是否洁净、有无烧灼痕迹、是否损坏等；检查隔直流电容、微亨级电感是否完好无损，测量电容容量、电感值是否在正常范围，电容的容量是否变小，隔直流电容和微亨级电感有无漏电、短路、碰地等。如果出现异常情况，及时修理并更换新的元器件，保证中波转播台系统和硬件设备的正常工作。在电台停播时间内，检查并清洁中波转播台室内室外设备，检查各元件是否有效接触、连接，接地线、地网线有无断裂或焊接不良问题。通过对中波转播台防雷设施的日常维护与检查更新，避免天气情况、系统本身设备情况以及人为等因素，影响到中波转播台的防雷效果。定期巡视过程中，工作人员应对天线、调配室、电抗元件等进行详细检查，并记录运行状态和相关数据，便于维护方案的合理制定和后期对一些防雷设施的重点检查。