中波广播发射天馈线系统的防雷设计

傅王洁

（浙江省中波发射管理中心，浙江 杭州 310000）

0 引言

中波广播发射系统的天馈线是重要的发射阵列，极易受到雷电的损坏和干扰，因此科学合理的防雷设计至关重要。目前该领域存在相关研究不足、防雷措施简单等问题[1]。为此，本文对应用最广泛的中波天馈线系统的防雷设计进行深入探讨，通过分析防雷效果的影响因素，从器件选择、接地条件和线路防护等方面提出了系统性的防雷设计优化策略。

1 中波广播发射天馈线系统结构与特点

1.1 系统组成

中波广播发射天馈线系统主要由阻抗匹配网络、同轴馈线及辐射器等组成。阻抗匹配网络负责实现发射机输出端与天馈线特征阻抗的匹配，采用π型匹配电路或T型匹配电路，通过调节电容电感参数，最大限度地传递发射机输出的高频电能，防止因阻抗失配产生站波现象。同轴馈线是中波天馈线系统的主体部分，长度一般为整数倍半波长，采用低损耗且具有相当机械强度的发射级硬铜管无缝制成，作为有效且稳定传输高频电能的通道。辐射器安装在同轴馈线尽头，通过改变电、磁场分布，将同轴线路内传输的电能有效辐射发射到空间[2]。此外，天馈线系统还包括机械支撑设备、防雷设施等组成。支撑系统保证线路安装的可靠性，防雷装置防护线路免受雷击或雷电侵蚀。各组成部分的电气性能和机械性能直接关系着天馈线发射效果。

1.2 工作特点

由于中波信号波长较长，中波天馈线的电长较短，其分布参数效应显著，等效为电气上较短的线路。这会引起明显的端反射波、谐波等问题，给信号质量和系统稳定运行带来较大挑战。中波天馈线架空设置于室外，需要面对各类恶劣气候环境的影响侵蚀，主要包括雷雨天气、台风大风等极端条件。强降雨会淋湿线路，影响电气性能；大风可能对机械结构和线路产生破坏，雷雨天气则会对天馈线及设备产生雷击、雷电过压和雷波干扰。对此，要求中波天馈线系统有较强的抗干扰能力和防雷能力，还需要重点考虑线路的防雷等级要求、防雷保护器件配置以及防雷接地等关键问题，确保系统在恶劣气候下可靠工作[3]。

1.3 易遭雷击部位

中波天馈线高度可达几十米至上百米，基本悬空于云层附近，是极易受到雷云直击的区域。当雷云下垂或发展至一定高度时，容易触发正向雷击或自然释放。雷放电同时伴有强烈电流冲击效应，必将对天馈线系统造成损坏。作为天馈线电能辐射的部件，顶端的辐射器、线路末端的匹配电路更易首当其冲成为直击目标。而系统中的同轴馈线和金属塔架作为空中大面积的导体，也很可能引起放电或使雷击形成回路，引起二次灾害[4]。一旦中波天馈线遭到雷击或雷电侵袭，后果可能十分严重，包括信号中断、放大器损坏、馈线短路等故障；甚至会对人员造成电击危险。对此，必须采取科学严密的防雷设计从多角度进行防护，针对馈线、金属骨架、连接节点等关键部位提高防雷等级，增强抵御雷电流冲击的能力，保障系统安全。

2 影响天馈线防雷效果的因素

2.1 外部环境因素

中波天馈线系统长期置于室外，需要面对多变复杂的外部环境影响。不同地理区域的气候条件存在差异，某些地区雷暴天气更加频繁，雷击出现的概率和强度均较大，这将加剧天馈线所受雷击的威胁，使防雷设计难度加大。此外，位于城市区域的天馈线，由于周围有高楼大厦等建筑物，这些建筑可能影响当地的电场分布，在一定条件下“引雷”概率增大，间接增加天馈线遭受雷击的风险。若天馈线系统设置于山顶等相对突出的高处，更容易影响电荷分布并引起放电，也会提高受雷击的可能性。综上，复杂多样的外部环境会对天馈线的防雷设计带来较大挑战[5]。为确保防雷效果，必须充分考虑各类环境差异，采取针对性防护与优化措施，比如加大防雷等级、合理布置防雷设备以及选取适宜的接地方式等。

2.2 设备抗雷能力因素

中波天馈线系统自身所选用的材料和设备，其抗雷性能优劣会直接影响整体防雷效果。例如，构成天馈线主体的金属材料，抵抗强雷电流冲击的能力存在差异。选择抗雷电流大的金属材料制作天馈线，系统抵御雷击的可靠性就更高。连接部件方面，多采用绝缘连接方式，减少金属导体之间的直接接触，也有助于提升抗雷水平。此外，系统中所包含的发射机、测量设备等电气设备也存在一定的抗雷要求。若这些设备的抗雷等级过低，同样会成为容易被雷电流损坏的关键环节。对此，必须全面考量系统各组成部分的抗雷性能，使之都能够满足一定的抗雷标准，这样才能使系统整体形成合理的防雷体系，获得较强的抗雷能力。毫无疑问，设备本身的防雷能力是影响中波天馈线防雷水平的重要因素[6]。

2.3 接地条件因素

中波天馈线系统的接地条件直接影响防雷效果。接地系统电阻小，发生雷击时，大部分雷流可以通过接地系统迅速引入地下，达到保护系统设备的目的。反之，电阻过大，则无法提供理想的回路路径，设备遭受的冲击更严重。接地系统的接地体材质与埋深、接地体数量、接地导线的截面积等都会影响防雷效果。选择优良的接地体材料，增加接地体数量，使用大截面接地导线，并适当降低埋深，可以有效减小接地电阻。这是防雷设计中需要优化的关键部分。

3 天馈线系统的防雷设计策略

3.1 防雷器件的选择与布置

合理选择和科学布置防雷器件，是确保天馈线系统获得良好防雷效果的重要环节。常用的避雷针、隔离开关、避雷器和限压器等都有特定的防雷功能和最佳的布置位置。例如，在天馈线顶端设置避雷针，可以提前引发放电，减少直击雷击概率；将隔离开关、避雷器设置在馈线入口和关键设备前端，一旦发生雷击可以快速断电，防止故障扩散；在测量区两端并联限压器，可以抑制和消耗部分雷涌功率，防止过压损坏设备[7]。针对系统实际需求，选择合规格防雷设备，重点布置于输入端和测量区等关键部位，既可以充分发挥防雷效用，也符合经济与合理配置的原则，是系统防雷的关键。

3.2 防雷接地系统的优化

高效的防雷接地系统能提供优质的回路路径，使大部分雷流快速消散入地，是保护天馈线的重要手段。接地体要选用优良导电的材料，增大截面积；接地体数量要经济与功效兼顾，多点接地可降低接地电阻；接地导线采用大截面高质量铜线，直连接地体，有利快速引入地下。此外，接地监测与定期检查也很重要，可确保接地可靠性。这些针对性改善措施可显著增强整体的抗雷能力，保护系统与设备安全。

3.3 线路的防护措施

中波天馈线与支撑的金属塔架也需要重点加强线路本身的防护，主要从增强绝缘电压强度、阻断回路环路等方面入手。天馈线可在内外导体间设置一定厚度的绝缘层，提高其抗雷击电压的强度，避免在雷电的高压冲击下发生外壳与内芯间的故障。金属塔架则可以采用避雷装置或在适当位置安装长绝缘子，将金属骨架隔断为几段，防止雷电流依托塔架的金属部件形成大面积的回路，使系统设备免受损坏[8]。此外，天馈线连接部位需要增强防水和绝缘处理，减少出现漏雨或淋湿而造成的短路概率；线路布置也要注意合理配置，尽可能避免形成大面积封闭的电流回路。这些防护手段可以共同发挥作用，有效降低雷电流形成回路的概率，增强线路的防雷性能。

4 结语

天馈线系统的防雷效果受多方面因素影响。为提高抗雷水平，需要从合理选择防雷器件入手，重点加强馈线入口、测量区等关键部位的防护；同时，要优化防雷接地系统，采用多点接地方式降低接地电阻，提供充足的回路路径；还需对天馈线和金属塔架实施线路防护，提高绝缘电压耐受度，避免形成大面积的回路环路。通过这些防雷设计与布置措施的综合应用，可以有效保护天馈线系统的安全运行。