全固態中波廣播發射機的防雷技術探究

張潤生邯鄲廣播電視臺，河北邯鄲　056002

全固態中波廣播發射機的防雷技術探究

張潤生
邯鄲廣播電視臺，河北邯鄲056002

摘要隨著科技的進步，我臺中波發射機實現了全固態化。全固態機的穩定性、指標以及效率較電子管機有了較大提高。但由于全固態機使用的是場效應管，單管耐壓低，容易遭到雷擊的破壞，防雷能力遠不及電子管發射機。本文就雷電對發射機的危害以及在工作實踐中采取的防雷措施作了闡述，從電源系統、發射機、音頻系統、地網系統、天調系統等方面對全固態中波發射機的防雷保護技術進行了有益的探究。

關鍵詞全固態中波發射機；雷電；泄放電流；防雷技術

1　雷電及其危害

雷電是一種自然放電現象。在天氣悶熱潮濕的時候，地面上的空氣受熱上升，空氣中的水蒸氣到高空遇冷凝結成小水滴，這種浮懸的水滴逐漸聚集形成了雷云。云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主，上下之間形成一個電位差。當電位差達到一定程度后，就會產生放電，這就是雷。雷擊釋放的能量很大，且放電時間很短，泄放電流可達幾萬甚至幾十萬安培，有極大的破壞力，因此防雷保護對發射臺顯得尤為重要。自然界中常見的雷電主要有直擊雷、雷擊電磁脈沖和球形雷三種，對廣播發射設備的破壞渠道不是單一的，有空間通道、饋線通道、信號通道、供電通道等，所以防雷技術不能局限于任何單一的防雷器件，而要采用整體防范、多重保護、層層設防的綜合防雷措施。

2　全固態中波發射機的防雷技術

2.1 電源系統的防雷

為防止停電事故發生，我臺采用的是雙路供電，兩臺變壓器距離發射機房150米左右。高壓線路傳輸距離長且露天架設，遇到雷雨天氣，由感應雷產生峰值很高的浪涌電壓對設備破壞比較常見。因此，對電源系統的防雷應分層設防。

1）在變壓器高壓入線端，加裝一套閥式避雷器，泄放雷電造成的沖浪高電壓（電流）。泄放啟動電壓要根據環境及雷電影響綜合考慮后設定。

2）在變壓器低壓出線端，安裝一套真空放電裝置壓敏電阻避雷器，進一步泄放由高壓線路感應的雷電能量。

3）在進入機房配電盤的電源線路上安裝電源防雷器，電源線兩端應良好接地。配電室的零線做單獨的地井，地線敷設環機房的環型接地溝。地井地溝的接地電阻應小于2歐姆，確保雷電能量迅速及時泄放。

4）全固態發射機的運行電壓有幾伏的變化，就不能正常工作。為防止雷電引起的電源電壓變化，需要配置高性能的與發射機工作功率相匹配的防浪涌電源穩壓器。

2.2 全固態發射機自身的防雷

我臺中波發射已全部實現全固態化，共轉播六套節目。雖然全固態機的穩定性、技術指標以及效率較電子管機有了較大提高，但由于全固態機使用的是場效應管，單管耐壓低，易擊穿。如果受到雷擊，功放板上的場效應管會多個或全部損壞，嚴重危及安全播出。因此，在發射機自身采取以下防雷保護措施。

1）我們在發射機內部采用壓敏電阻和放電管組成避雷電路。雷擊時，雖然壓敏電阻經常被擊穿，但對發射機起到了保護作用。

2）機房各部發射機機殼接地；在發射機輸出端安裝中波饋線避雷器。

2.3 音頻系統的防雷

音頻信號的好壞直接影響到安全播出，如果音頻系統遭遇雷擊，必將損壞音頻設備，導致播出信號中斷，因此音頻系統防雷不可忽視。

1）在衛星接收機輸入和高頻頭輸出端各安裝一套同軸式電涌保護器。2）在衛星接收機輸出端和發射機的輸入端加裝音頻避雷器并與室內地網連接。

3）對衛星接收機的輸入饋線，裸露在室外的部分采用金屬管屏蔽，屏蔽用的金屬管在進入機房室內時采用軟銅芯線連接接入室外地網。在衛星接收天線處的屏蔽金屬管就近接入衛星接收天線基座，然后采用熱鍍鋅扁鋼焊接接入室外地網。

4）在播控臺和監控系統處增加兩臺穩壓電源，機房信號線路安裝信號避雷器。

2.4 地網系統的防雷

地網是提供雷電泄放的重要通道，良好的接地地網是防雷的基礎。發射機在工作時，系統處于高頻高壓環境，地網系統的好壞，決定雷電是否有良好的泄放通路，直接影響發射機的安全與穩定。

1）機房接地地網主要由工作地網和建筑地網組成。A、工作機房內用銅皮依據設備安裝位置鋪設地網，并通過多點與室外地網連接好。在鋪設地網時應把避雷針接地、鐵塔接地、建筑接地、電源接地（中性線）、機房與設備保護接地統一起來，達到等電位連接。B、發射機的機殼接地、射頻輸出接地與音頻設備接地應集中一點，接地地線最好分開走，避免接地串聯連接，否則會影響發射機的播出質量。

2）天線地網為射頻信號提供回路，同時也為雷電提供暢通的入地點，應與塔底的地井良好連接，接地電阻要足夠小。我臺天線地網在建發射臺時鋪設，以發射天線塔基為起點，用120根2.5mm銅線，每3度一根，每根長120米，向周圍以放射狀均勻鋪設而成。這是根據原來的電子管發射機設計建造的，對目前的全固態發射機來說，并不是很理想。為此我們在塔底做了一個地井，面積2平方米，深3米，埋上長2米、寬1米、厚5毫米的銅板，加上木炭、鐵屑、食鹽、降阻劑等。銅板上再引一塊銅皮，接在放電球地端引線上，并與120根地網相聯接，最大限度地降低天線底座和網絡屏蔽的接地電阻，使得雷電入地泄放更加暢通。

2.5 天調系統的防雷

我臺的發射天線是76米高的桅桿天線，其底座與大地絕緣，很容易招引雷電。天線鐵塔感應雷電后，一方面從避雷針引入地網后反饋到發射機（地網防雷已述）；另一方面沿發射天線→調配網絡→主饋線引入發射機。要確保發射機的安全，在天線與調配網絡之間需采取多重防雷措施，才能將天線引入的雷電逐級減弱至發射機允許的范圍之內。如圖1所示。

1）天線底部安裝有半圓形金屬放電球ZZ，一端接鐵塔，另一端通地。球徑約為10cm，采用尖端放電原理。球間距根據發射功率大小及本地雷電強度計算，恰當調整好球間距，能在雷擊的瞬間起到第一泄放的作用。

2）由于雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，因此在天線下面并聯一只微享級電感線圈Lo。它的主要作用是為天調網絡提供一個對地靜電放電通路。微亨級的電感Lo會直接影響天線的阻抗，所以用粗銅管繞制時應留有余量，并配短路抽頭，以便調試。這樣電感線圈的感抗較小，線徑較粗，有利于雷電的能量入地。

3）在天饋調配室內接入一對圓柱形石墨放電球CAP，其間隙可調，原則上是1mm/kV。例如我臺新聞頻道963kHz，音樂頻道1206kHz，功率均為10kW，雙頻共塔。經理論計算出天線底部雷擊峰值電壓為9530伏，則放電球理論間隙為9.53mm?？紤]到環境氣候等因素，取安全系數1.1～1.3，實際間隙調整為11mm。

石墨放電球的放電特性良好，放電電壓的變化隨面積的增加而降低。其一端應有良好的接地，在接地端銅棒上再串套40～50小磁環，發射機正常工作時，它不起任何作用。當天線遇雷擊，石墨放電器放電，巨大的電流通過接地引線流進大地，穿于接地引線上的磁環產生反向電動勢，就起到阻尼放電作用，提高了發射機的短路射頻阻抗，保護發射機。

4）在天線與調配網絡之間串聯隔直流電容Co，以防天線受雷擊時，部分能量會經過天調網絡進入發射機。由于雷電的能量集中在低頻和直流部分，Co對高頻輸出無妨礙，但對雷電可起到隔離作用。Co的容量一般選擇在1000pF～3000pF，伏安量、耐壓值越大越好。除滿足工作需要，還要留有一定的安全度。如果單個電容不能滿足，可使用多個電容串并聯。

5）高頻通路中的網絡、傳輸線都會產生相移。對全固態發射機而言，還需進行相移網絡設計。雷擊時，天線底部放電球短路，從發射機到發射塔基的所有部件，包括饋線 、高頻濾波器 、匹配網絡 、隔直電容器 、套入接地銅棒上的磁環和微亨級電感在內的各元件，都會有一定的相移引入。要使發射機輸出端與天線保持相同相位，必須在天線匹配網絡中加入相移網絡。相移網絡可用T網絡和π網絡，T網絡運用較常見。實踐證明，加入相移網絡后，當雷擊放電引起負載短路時，發射機功放電路不會產生過大的瞬時電流、電壓，保障了全固態機的安全播出。

3　結論

全固態中波發射機的防雷保護是一個系統工程，必須樹立整體防雷觀念，不斷總結經驗，采用先進的防雷技術，制定符合實際的、科學的防雷方案；并且嚴格執行定期檢測、維護制度，特別是在雷雨季節到來之前一定要提前做好維護工作，這樣才能保證有備無患，減少雷電造成的損失，取得較好的防雷效果。

參考文獻

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中圖分類號G2

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2015）139-0073-02