中波广播发射台的防雷保护措施

李 俊

（作者单位：贵州省广播电视局八五九台）

1 雷电危害类型与影响

据估计，雷云的电位为10 000～100 000 kV，雷电流的幅度值可达数千安至数百千安。虽然雷电放电的持续时间只有很短的几十微秒，但破坏力极大。中波广播发射台的位置一般选在地势相对较高的空旷场所，地理位置优越，改善信号接收效果的同时，却也增加了中波广播发射台遭遇雷害的概率。根据雷电产生和造成的危害类型不同，雷电大致可以分为直击雷、感应雷、球雷、雷电入侵波四种主要形式。

1.1 直击雷的危害特点

如果雷云较低，周围又没有带异性电荷的雷云，雷云便会在地面物体上感应异性电荷，形成与地面物体之间的放电，统称为直击雷。而中波广播发射台的室外发射天线和发射塔在地势环境的凸显下，比较容易成为直击雷感应异性电荷的对象。

直击雷造成的危害主要表现为在雷击时形成的冲击电压产生过电压作用，可击穿电气设备的绝缘，造成高压进入低压和设备漏电，而雷电流传入地下也有可能造成触电事故。因过电压发生的短路放电，可能会造成电火花，引发火灾或爆炸事故。此外，直击雷也可能在短时间内转换成大量的热量，高温作用造成发射台天馈线等设备金属部分熔化或易燃品燃烧，引起火灾。

有数据表明，直击雷对中波广播发射台所造成的雷电危害在所有类型的雷电中危害性最大，是中波广播发射台最常见的雷电灾害之一。

1.2 感应雷的危害特点

在中波广播发射台遭遇的所有雷害中，感应雷的出现频率最高，虽然危害性不如直击雷大，但对中波广播发射台的安全运行同样是巨大威胁。

感应雷分为静电感应和电磁感应两种。静电感应由于雷云接近地表，单一雷云带电的单极性导致附近的金属导体上感应产生大量的反极性电荷。金属导体自身产生很高的静电电压（感应电压），电压幅值可达几万到几十万伏。这种过电压往往会造成发射台内的导线、接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而产生电火花，容易引起电击、火灾、爆炸，危及人身安全或对供电系统造成危害。

电磁感应是雷击后雷电流带有的巨大电量在周围空间产生快速变化的磁场导致。该类磁场可以在附近的金属导体上感应出极高的电压。电磁感应雷侵入的主要途径包括供电线、馈线等传输线缆，对于特定点连接的元器件造成破坏。

1.3 其他类型雷电危害特点

雷电波侵入危害是由于雷雨天气时，雷电击中中波广播发射台室外发射装置的架空线路或空中金属管道，产生的冲击电压沿线路或管道向两个方向快速传导雷电波。雷电波沿导体（金属设备）入侵发射系统，对设备性能和运行的稳定性造成破坏，也属于常见的雷电危害。

球雷是一种球形发红光或白光的火球，直径多在20 cm 左右，以每秒数米的速度运动，可从门、窗、烟囱、机房排气口等通道入侵室内。相对来说，球雷对于中波广播发射台的危害较为少见，但仍需加以防范。

2 中波广播发射台的常见防雷器件分析

中波广播发射台防雷系统的搭建，通常会划分出职责明确的功能分区，在易受雷害的信号发射区域采取针对性强且周密的防雷措施，以实现发射台区的安全防护。即便是在一栋业务楼内，也会区分出外部区域、缓冲区域与内部区域，使雷电保护措施更具系统性和针对性，最终实现控制楼体电流脉冲的目标。中波广播发射台防止雷害的措施，比较常见的是采用避雷针、避雷线、避雷网、避雷带和避雷器等手段。

2.1 避雷针的防雷局限性

避雷针主要用来防范直击雷，多使用在保护露天配电设施、易燃易爆建筑物、烟囱、冷水塔等，通常以镀锌钢管或钢管为材料，作为接闪器，利用其高出被保护对象的特点将雷电引向自身，后通过接地引线将雷电引入大地，以保护避雷针下方的建筑或设备免遭雷击。然而避雷针的防护范围有其局限性，防护的半径与避雷针的高度正相关，当需要防护的设备与建筑较为分散时，可采用两支或更多避雷针来进行覆盖保护，然而多支等高避雷针的保护面积覆盖效果需要更加复杂的测算。当需要大面积的防雷覆盖保护时，仅靠避雷针的防雷覆盖，难免因为测算误差与其他客观因素导致意外，需要结合其他防雷手段。

2.2 避雷线、避雷网和避雷带形成的保护体系

避雷线、避雷网、避雷带实质上都是接闪器，对于保护不同特点的保护物呈现不同的形态。避雷线用于保护电力线路，多采用截面积不小于35 mm²的镀锌钢绞线，在电力线全线架设避雷线可以使导线免遭雷击，在我国110 kV 规格标准下的电流接地系统和部分重要的35 kV 线路经常运用该方法防雷，然而全电线架设避雷线造价较高，故无法大面积推广使用。

避雷网与避雷带用于保护避雷针无法大面积覆盖的建筑或建筑群。相较于避雷针，避雷网与避雷带的优势在于无须计算，针对易受雷击的建筑物边角部位可采用避雷带作为防护措施。业务楼大都采用钢筋混凝土结构，楼顶会形成一个避雷的保护区，该保护区因建筑材料的性质而自然形成，即法拉第笼。在该区域的防护下，结合避雷线、避雷带对于高风险部位的针对性防护，直击雷与感应雷的干扰都会被大幅度削弱，为中波广播发射台的稳定运行提供了保障。根据上述防雷的技术原理，避雷带等装置必须匹配良好的接地装置，如此方可发挥避雷作用。要对地网进行及时维修和保护。地网深埋地下，遭到破坏很难及时发现，而当地网不能引导电流接入大地，则会造成难以预估的严重后果。所以必须做好相应的维护，设置地网警示牌，并选择质量好的接地线，确保避雷装置可以正常导流，实现避雷效果。

2.3 避雷器防雷保护技术的运用

避雷器有羊角间隙避雷器、阀型避雷器和管型避雷器三种，主要用于保护电力设备免受感应雷和雷电入侵波危害，是防止高压入侵室内的防雷措施，避雷器的保护原理如图1 所示。

图1 避雷器的保护原理

避雷器架设于被保护物的引入端，上端与电路连接，下段连接地面，正常状态下避雷器与设备的间隙可维持绝缘状态，不会干扰设备的正常运行。而当雷电波入侵时，过电压波沿线路入侵，避雷器间的空隙被击穿的同时接地，达到强行切断入侵波的效果，能够侵入被保护物的冲击电压经过避雷器削弱后的残压，无法对系统造成严重威胁。雷电入侵波过后，避雷器间隙又将回到绝缘状态，使系统恢复正常运行。

3 中波广播发射台各系统防雷策略

在结合各类防雷器件搭建中波广播发射台防雷体系的过程中，还要根据当地的地理实际情况、信号发射与设备运行特点，对重点系统、重点设备、重点机房进行针对性的防雷布控。

3.1 电源系统的防雷策略

通常对于中波广播发射台来说，电源系统的防雷措施是防雷策略中的核心部分。供电作为中波台发射运行的基本条件，当电力出现问题时，其他环节的设备设施防雷保护措施效果也无法重新使发射台正常运转，因此加强电源系统保护和防雷保障是全台防雷措施中的首要任务。

电源系统的防雷遵循相应用电原则，安装高频电感线圈限制高压电流的冲击，在输出端安装三相避雷器，对经过高压端的电荷进行二次削弱释放，在每个三相避雷器上安装电阀来保障避雷器对于雷电入侵波的有效削弱，以此建立二元综合防雷体系[1]。同时，需要注意电源系统与避雷器的规格是否适配，定期对电源系统的防雷水平进行评估与升级，检查配电室避雷器的接地状态，最大限度为电源系统提供安全保障防护。

3.2 发射系统的防雷策略

发射系统的防雷策略大致分为对发射天馈线系统的防雷措施和对发射机的防雷保护两部分。天馈线系统作为广播信号传输的中转部分十分关键，包括负责连接发射机与发射天线的信号传输馈线、发射塔体与信号发射天线和天调网络。天馈线系统的传输效果会影响广播节目安全播出的效果和质量，而发射机作为发射台的主要输出设备，如果因受到雷害导致信号中断或性能损耗，同样会对广播电视的安全播出工作造成负面影响。

发射系统在防雷具体策略上可以从材料、结构等多角度出发。防雷布控在布置天线地网时要降低接地电阻的阻值，接地时可以选择以黄铜、紫铜等合金材质作为主体材料。铜材料不仅在电流的传导性和效率上具备铜金属的材料优势，同时改良后合金材料的坚固程度和使用年限也得到了有效提高。通常中波发射天线底部都会加装绝缘子，实现电气绝缘和机械固定的作用，而绝缘子会因环境湿度的变化逐渐产生损耗，需要时常测试并及时更新元器件，确保绝缘子的干燥，保证其防雷功效。而在配电室附近的高频地线、传输馈线地线、屏蔽层等重要节点也需要与地面保持牢固且良好的连接，为雷电入侵波提供安全通畅的导地路径[2]。

与老式电子管发射机相比，全固态发射机有运维难度较低、半导体材质综合性能突出、使用寿命长等优势[3]。中波广播发射台目前已经基本完成了电子管发射机的换代升级，由全固态发射机取代。而全固态发射机的高集成度与半导体材料属性等优势随之带来的是控制系统易损坏，发射机具有防护能力低下、折损率高的缺陷[4]。所以在对全固态发射机的防雷保护上，中波台的防雷任务反而随着发射技术的发展而更加艰巨。感应雷与雷电入侵波一旦通过电路或天馈线系统线缆窜入发射机内部，对全固态发射机来说是致命的打击。因此，对于发射机的防雷保护需要考虑线路之间的串扰情况，在不同通道、线路节点进行针对性防雷保护，理想条件下还可在发射机输出末端增设一组由电容器和电感线圈构成的相移网络，后者在此起到控制电流串扰程度在安全可控范围内的作用，保护发射机不会因此短路烧毁。

3.3 接收系统的防雷策略

中波发射台接收系统的正常运行是中波广播发射台业务开展的基础保障，没有信号源的接收、丧失发射功能的发射台对中波台的正常运行造成任何损失都是不可接受的。接收系统的卫星接收天线多设立在发射台地势较高的位置。由于雷害的电压极高，当信号接收系统遭遇雷击，如果防雷措施无效，雷击对于设备元器件的损毁尚在其次，造成安全播出事故，情况严重者造成人员伤亡，属于难以估量的损失。

对于接收系统的防雷措施主要体现在对接收天线的保护上，因天线的材质和体积特点与避雷针的防护特点高度适配，所以目前中波台在接收天线顶部加装避雷针的策略被证明是切实有效的[5]。在加装避雷针时需要注意天线高度与避雷针的长度，避雷针的保护半径与保护高度跟自身长度有直接关系。天线形状因种类不同，横截面积需要的保护范围和覆盖角度也需经过精细测算。避雷针的有效保护角度通常在45°左右，当避雷针的保护范围无法有效覆盖接收天线时，防雷效果就会极大降低，甚至有可能引雷毁线。此外，避雷针的接地线、接收线还要独立走线且与天馈线传输系统保持一定的安全距离，以保障天线本身的接收效果与工作质量。接收系统防雷措施还可以针对卫星信号的接收机做出相应部署，在输入前段增设高频信号的线圈与避雷器，过滤掉在传输过程中线路上残余的雷电流。此举不仅保障了系统安全，还降低了信号传输过程中对于高频能量的损耗，在一定程度上还改善了发射机的性能，提高了其运行的稳定性。

以上所述在中播广播发射台总体防雷措施方针下，各环节明确了针对性的防雷布控策略，台内需要安排专人落实具体防雷布控措施，评估预防雷电灾害工作的科学性和可行性，在合理规划的情况下提高中波广播发射台的防雷安全保障水平，切实降低雷害造成的影响，保护台内生命财产安全。

4 结语

通过对雷电危害类型及常见避雷器材的总结，结合目前我国中波台的实际情况，对重点系统重点设备的防雷策略在一定程度上做出了分析与探讨。传统中波广播发射台所采用的防雷策略多从整体出发，随着广电技术的发展，中波台的设备系统也将不断迭代升级，新的系统环境下需要面临的防雷形势也会随之改变。中波广播发射台的防雷工作，也需要工作人员不断提高对于设备属性与雷电可能造成新型危害的认知。对于广电发射工作来说，防雷措施保障不仅是系统工程，更是政治任务。每一位广电工作人员都需摆正工作心态，树立正确观念，不断提高雷害防护水平，筑牢安全播出保护屏障。