全固態(tài)中波廣播發(fā)射機的防雷

　　隨著(zhù)科技的發(fā)展，國內中波廣播發(fā)射基本實(shí)現了全固態(tài)化，取代了原來(lái)的電子管發(fā)射機，但全固態(tài)機的防雷能力遠不及電子管發(fā)射機。因此，防雷擊仍是發(fā)射臺必須考慮的重點(diǎn)問(wèn)題。由于發(fā)射天線(xiàn)較高，發(fā)射臺周邊往往沒(méi)有高大建筑物，因而很容易招引雷電，如果沒(méi)有良好的保護措施，由天線(xiàn)引入的雷電將會(huì )對發(fā)射機產(chǎn)生嚴重破壞，采取可靠措施是保證發(fā)射機正常運行的關(guān)鍵環(huán)節。

　　一.雷電的特點(diǎn)及種類(lèi)

　　雷電是一種自然界常見(jiàn)的放電現象，它具有極大的破壞力。在雷雨季節，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，水滴在分裂過(guò)程中所形成的小水滴帶負電，其余的大水滴帶正電，帶負電的水滴被氣流攜走，雷云就分離成帶不同電荷的兩部分，這些正電荷與負電荷積聚到一定程度使其電場(chǎng)強度達到25?30kV/cm時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生放電現象，這就是雷。 自然界中常見(jiàn)的雷電主要有直擊雷、雷擊電磁脈沖和球形雷3種。當直擊雷對地放電時(shí)，在8μs左右達到峰值，并在40μs內完全泄放，因此，直擊雷電流具有幅值極高、頻率極高、沖擊力極強等特點(diǎn)，在地網(wǎng)中產(chǎn)生的電位差會(huì )損壞電器設備，甚至直接危及人的生命;雷擊電磁脈沖是指因直擊雷的路(雷電流引入)和場(chǎng)(空間電磁場(chǎng))效應，對電氣和電子設備的破壞。通過(guò)對雷擊事故分析的結果可以得出這樣一個(gè)結論：雷電造成的電子設備的損壞，90%以上是雷擊電磁脈沖造成的;球形雷是一種特殊的帶電球體，極不常見(jiàn)。

　　二.全固態(tài)發(fā)射機的防雷措施

　　1. 天饋線(xiàn)系統的防雷

　　天線(xiàn)通常是附近最高的建筑物，容易招引雷電，也是機房設備受雷擊的最多的原因。在天線(xiàn)與匹配網(wǎng)之間安裝四級防雷措施，通過(guò)這四級防雷措施，基本能夠將天線(xiàn)引入的雷電逐級減弱至發(fā)射機系統允許的范圍之內。

　　(1)金屬放電球

　　當發(fā)射天線(xiàn)遭遇直擊雷，天線(xiàn)底座造成的電壓，首先采用尖端放電原理，即在天線(xiàn)底座用一對半球狀金屬放電器對地，球徑約為10cm，恰當調整好放電器的兩半球間距后，既能起到雷擊天線(xiàn)瞬間泄放電荷能量作用，又可保障正常播出。

　　(2)微享級的電感

　　考慮到雷電的主要能量集中在低頻和直流部分，因此在天線(xiàn)輸入端并接一只微享級的電感線(xiàn)圈下地，它的主要作用是為雷電流構成了良好的下地通路。由于電感線(xiàn)圈的感抗較小，線(xiàn)徑較粗，有利于雷電的能量入地，可起到直接泄放巨大的雷電流作用。

　　(3)石墨放電器

　　在天饋調配室內，在天線(xiàn)輸入端加裝一組石墨放電器，輸入端并接入微享級線(xiàn)圈后，其間隙是可調的，它有良好的放電特性。它的一端應有良好的接地。在接地端再串套約40-50個(gè)小磁環(huán)，當天線(xiàn)遇雷擊，石墨放電器放電，石墨本身具有一定的阻尼放電作用。如果發(fā)射機處于正常運行期間天線(xiàn)遭遇雷擊，放電器放電時(shí)，巨大的電流量通過(guò)接地引線(xiàn)，流進(jìn)大地，穿于接地引線(xiàn)上的磁環(huán)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢，就起到阻尼放電作用，提高了發(fā)射機的短路射頻阻抗，這樣，在發(fā)射機控制電路保護動(dòng)作前，就已起到保護作用。

　　(4)隔直流電容

　　在天線(xiàn)引入調配網(wǎng)絡(luò )前，串入一只大容量電容器，起到隔離的作用。由于雷電的能量集中在低頻和直流部分，電容器防止了雷電的能量通過(guò)天調網(wǎng)絡(luò )進(jìn)入發(fā)射機，它對高頻輸出通路無(wú)防礙，但對雷電直流可起到良好的隔離作用。

　　實(shí)施天饋系統防雷應當注意的事項：(a)放電球的間距調試要仔細，特別是室內石墨放電球，僅為幾毫米之距。因此調試中更要認真仔細，特別是在每次雷陣雨過(guò)后，要隨時(shí)進(jìn)行檢查。如有放電球打火的痕跡，要及早用砂紙打平和清潔，保持良好的工作狀態(tài)。(d)天饋匹配網(wǎng)絡(luò )的調試，同樣要做到認真仔細，一絲不茍。常用儀器檢查阻抗(平均每季至少一次)，發(fā)現異常變化，要及時(shí)調整處理。(c)每年雷雨季節來(lái)臨之前，要特別注意檢查避雷設施，不可僥幸、馬虎。

　　2. 電源系統的防雷

　　發(fā)射系統的電源是外接市電供電，由于高壓線(xiàn)路露天架空且傳輸距離長(cháng)，多在空曠地帶，遇到雷雨天氣，電源進(jìn)雷也是不可避免的。所以電源系統的防雷也是保證發(fā)射機正常工作的一個(gè)重要環(huán)節。具體措施如下：

　　(1)在變壓器高壓輸入端安裝多級雷電泄放通道

　　經(jīng)過(guò)多年的摸索和實(shí)驗，在參考國外和國內的先進(jìn)經(jīng)驗和理論下，在變壓器高壓進(jìn)線(xiàn)處，安裝一套閥式避雷器，這樣可對雷電造成的沖浪高電壓(電流)對地泄放。閥式避雷器的泄放啟動(dòng)電壓要根據所處的地理環(huán)境及常年的雷電影響極限電壓和高壓供電電壓綜合考慮后設定。此外，在變壓器次級低壓電源進(jìn)線(xiàn)系統低壓配電盤(pán)處，再安裝了一套真空放電裝置壓敏電阻避雷器，進(jìn)一步泄放由高壓線(xiàn)路感應的雷電能量。

　　(2)在變壓器低壓輸出端建立穩定可靠的雷電泄放通道

　　在電力配電室的設計施工過(guò)程中，要充分考慮多種因素，把零線(xiàn)和地線(xiàn)分開(kāi)敷設。零線(xiàn)做單獨的地井;地線(xiàn)敷設環(huán)機房的環(huán)型接地溝，并且多點(diǎn)接出，增加接地面積。保證地井和接地溝的土壤濕度，不定期地測試接地電阻，要絕對保證兩處接地的接地電阻<2Ω以下。確保電力系統的雷電能量能迅速及時(shí)泄放。這樣就實(shí)現了低壓配電輸出真正實(shí)現了三相五線(xiàn)制，在低壓端為雷電建立起了專(zhuān)用可靠的泄放通道。

　　(3)電源線(xiàn)的防護

　　第一，進(jìn)入系統總配電房的電源進(jìn)線(xiàn)，應采用金屬鎧裝電纜敷設，電纜鎧裝層的兩端應良好接地;如果電纜沒(méi)有鎧裝層，則就將電纜穿鋼管埋地，鋼管兩端接地，埋地的長(cháng)度應≥15m。由總配電房至各發(fā)射設備的配電箱以及機房樓層配電箱的金屬鎧裝電纜進(jìn)行敷設。這樣可以大大減少電源線(xiàn)感應過(guò)電壓的可能性。第二，在電源線(xiàn)路上安裝電源防雷器，是必不可少的防護措施。電力線(xiàn)路，均應采用金屬鎧裝電纜進(jìn)行敷設。這樣可以大大減少電源線(xiàn)感應過(guò)電壓的可能性。

　　(4)在發(fā)射機電源輸入前端配置高性能防浪涌電源穩壓器

　　全固態(tài)發(fā)射機的運行電壓在5?238V之間，電壓有幾伏的變化，發(fā)射機就不能正常工作，甚至會(huì )造成損壞。提高電源電壓的穩定性，最大限度地保證發(fā)射設備電源的穩定性是全固態(tài)發(fā)射機正常工作的前提和保證。達到這一要求的唯一辦法就是配置和加裝高性能的與發(fā)射機工作功率相匹配的防浪涌電源穩壓器。

　　(5)配置自備發(fā)電機

　　在雷電天氣，啟動(dòng)發(fā)電機，把外電供電人為地切斷，改用發(fā)電機供電，徹底切斷雷電由電源進(jìn)入發(fā)射機的途徑，也不失是一個(gè)解決問(wèn)題的辦法。

　　3. 接地系統的防雷

　　接地系統是廣播發(fā)射的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節，一臺高質(zhì)量的全固態(tài)發(fā)射機，只有在整個(gè)系統各個(gè)環(huán)節，特別是接地系統，都處在良好狀態(tài)下才能充分發(fā)揮作用。發(fā)射機在工作時(shí)，系統處于高頻高壓環(huán)境，接地系統的好壞，直接影響發(fā)射機的安全與穩定。接地電阻的大小以及接地點(diǎn)設置，決定雷電是否有良好的泄放通路，決定著(zhù)雷電的防護的效果。

　　(1)地井深度在3米左右，面積為1.5m×1.5m，在地井內平埋1m×1m(厚5mm)的紫銅板，銅板焊上粗銅棒作引線(xiàn)，長(cháng)度根據地井深度而定，然后用降阻材料(如：木炭、鐵屑、工業(yè)食鹽等)填埋。

　　(2)接地井與地網(wǎng)相接，最大限度地降低天線(xiàn)底座和網(wǎng)絡(luò )屏蔽的接地電阻。使天線(xiàn)地網(wǎng)、防雷地井、饋線(xiàn)地線(xiàn)、調配室屏蔽層等焊接牢固。這樣不但起到減少高頻損耗作用，而且有助于雜波的衰減，對發(fā)射機穩定輸出起到了可靠的保障作用。

　　(3)發(fā)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(diǎn)，避免串聯(lián)連接。否則，會(huì )影響發(fā)射機的播出質(zhì)量，嚴重時(shí)影響發(fā)射機的正常工作。高頻、音頻、電源的接地地線(xiàn)最好分開(kāi)走，切忌高頻與音頻、電源的接地串聯(lián)相連接，注意音頻傳輸線(xiàn)的接地連接，盡量避免傳輸線(xiàn)兩頭接地。

　　4. 全固態(tài)發(fā)射機自身的防雷

　　全固態(tài)發(fā)射機自身有一套防雷擊保護電路，它能在雷電進(jìn)入發(fā)射機時(shí)封鎖全固態(tài)廣播發(fā)射機功放模塊，起到雷擊保護作用。當天線(xiàn)受到雷擊時(shí)，雷電高壓經(jīng)過(guò)天饋線(xiàn)系統防雷措施的四級保護，仍然存在較高殘壓時(shí)，此電路能夠很快關(guān)斷功放模塊，從而保護發(fā)射機末級功放場(chǎng)效應管。雷電過(guò)后，電路自動(dòng)解除封鎖，發(fā)射機恢復正常工作。

　　三.結束語(yǔ)

　　雷電的危害目前的技術(shù)還不能徹底杜絕，但我們可以盡最大可能降低危害。多年來(lái)，我和其他技術(shù)人員經(jīng)過(guò)認真研究分析實(shí)驗，采取多方位多層面設防安裝避雷設施，多級雷電泄放通道單獨敷設，采用新技術(shù)新科技的光電隔離等辦法;按照及早預防、減少危害、勤于檢測、積極維護等一整套實(shí)際可行的防雷方案，充分保障了廣播發(fā)送設備的高新技術(shù)產(chǎn)品在我臺得到很好的應用，為我市廣播技術(shù)事業(yè)發(fā)展做出了貢獻。