中波天馈线匹配网络雷电侵袭的应对措施

　　摘要：中波天线的桅杆是发射台附近最高的建筑之一，因而遭受雷电侵袭的概率比较高，特别是在雷电高发区，雷电侵袭的后果都比较严重。雷电侵袭往往会造成天馈线系统、发射机、电力系统、弱电设备的损坏，继而造成较长时间的停播事故。本文重点对天馈线系统雷电侵袭的形成原因和相关部位的防护措施进行论述，希望能为同行提供借鉴。

　　关键词：中波天线；雷电侵袭；雷电防护措施

　　一、雷电侵袭的形成原因

　　雷电的侵扰有直击雷、雷电波、雷电感应几种形式，中波发射台的天线、馈线等要么是垂直距离高，要么是水平距离远，这就不可避免的会遭受雷电的侵袭，尤其是天线，遭遇直击雷的几率最大。一般的雷电波和感应雷会沿着馈线、电缆线、信号线到达机房，损坏弱电设备，而一旦遭遇直击雷，强大的雷电能量会沿着天线到匹配网络，再顺着馈线到达发射机，所经之处，都有可能遭到严重破坏，在中波台从事技术工作的同行都应该知道，一旦天馈线上遭遇雷击，匹配网络电容粉碎性炸裂，电感扭曲变形，馈线击穿漏电，发射机烧坏功放板的事故都有可能发生。无论哪种损害发生，都会造成较大的经济损失和较长时间的停播事故。

　　二、天馈线系统防雷措施

　　天馈线系统防雷的主要部位有：地井地网，匹配网络、馈线。

　　（一）地井地网部分的防雷措施

　　按照广播电视规范要求，铺设标准的地网，条件允许的话，尽量增加地井的数量。地井地网既具减少接地电阻的作用，同时也具有一定的防雷作用。当天线遭到雷击时，雷电电流高达几百千安，假如雷电电流为3kA，地网地井接地电阻为2Ω的话，那么塔基瞬间地电位被抬高6kV以上，如果地网电阻为1Ω的话，那么塔基瞬间地电位只被抬高3kV以上，如此来看，接地电阻的微小变化，就会产生较大的电位差，这样的话，通过匹配网络和馈线到达发射机的损害电压就会减小很多。对发射机的损坏也就大大减小。所以铺设符合标准的地网，增加地井的数量，就会减少冲击接地电阻（全固态发射机地网接电阻必须小于1Ω，才能符合防雷要求），才能有效的泄放雷电感应电荷，减少对天馈线匹配网络及发射机的冲击破坏。

　　在条件允许的情况下，地网的直径越大越好，地网采用不低于3mm的铜丝，按照每30一根（总共120根）进行铺设。地井深度不应低于3m，整个天馈线场区内地井数不低于8个，地网四周各一个，天线下端三个，匹配网络一个。地井底端埋设较粗的铜棒，上引线要使用厚0.2mm、宽5cm以上的铜皮，铜棒和上引线使用氧焊焊接牢靠，填埋之前，要在地井内均匀撒上木炭、食盐等降阻剂，接地铜棒深埋到2m深以下，如果能接到地下水效果最好。地井到天线的接地线引线尽量走近路。

　　需要注意的是，无论是地井、地网或是匹配网络，接地引线一定要使用较宽较厚的铜皮。中波发射频率较高，高频电具有趋肤效应，如果用铜丝当地线，接地电阻大，电抗也会急剧变大。雷电产生的电压和电流都是非常巨大的，雷电既有直流低频分量，也有高频分量。接地电阻的微弱变化都会严重影响雷电能量的释放，巨大的雷电能量会在地线上产生很高的电压降，高压反馈到发射系统，造成设备损坏。

　　（二）匹配网络部分的防雷措施

　　1.在天线底部加装放电球

　　放电球采用尖端放电原理，放电球直径为10cm。根据当地雷电强度情况，适当调整放电间隙的距离（按每mm放电电压1000V的标准调整间距），当发射天线遭遇雷击时，放电球会将天线底部极高的瞬间电压泄放到大地。能不同程度地减少雷电对发射设备的损坏。放电球示意图如图1所示。

　　2.在天线下端增加微亨级电感

　　如图1所示，雷电部分能量可通过微亨级电感L0泄放入地。雷电能量大部分为低频直流分量，而电感具有通低频阻高频的特性，天线下端的电感可有效的泄放雷电的能量。而对发射的高频能量影响很小。

　　3.增加隔直流电容

　　如图1所示，使用耐压高的电容器对雷电进行隔离，该电容器的耐压一般要求在40kV～50kV以上。由于电容具有通高频阻低频的特性，强大的雷电能量被电容隔离一部分，大大消减了雷电能量对发射机端的损害。而对发射的高频能量影响很小。

　　4.增加石墨放电装置

　　如图1所示，在天馈线匹配网络靠近天线接口端加设石墨放电柱，石墨放电隙间隙大小调在合适的距离上(一般lmm/1kV），以达到泄放雷电的目的。其通地铜管上串上30～40个低通磁环，可在发射机起保护之前可对雷电能量起着延缓作用。

　　5.增加移相网络

　　移相网络的原理是：放电球或放电柱因雷电形成瞬间短路时，发射机的输出端也必须处于短路保护状态，这就要求发射机馈线接口端到塔基的相位差必为1800的整倍数，但由于馈线、匹配网络、电感、电容、石墨放柱等装置上已经产生了相移，保证不了上述要求，这就很有必要在网络中加入移相网络，使其满足以上要求。移相网络只起移相作用，不会对网络阻抗造成影响。

　　（三）馈线部分的防雷措施

　　中波发射系统传统的馈线是多线制馈线，它对雷电的侵袭具有很高的防护能力，随着全固态数字中波发射机的普及，传统的馈线形式已很少使用，取而代之的是射频电缆（馈管）。馈管具有特性好，安装方便的特点，但馈管的防雷能力不如早期的多线制馈线。因此在馈管传输路径上要做好以下几点防雷措施：

　　（1）馈管两端金属裸露部分要可靠接地，馈线杆上方要分段架设避雷线，拆除馈线杆上旧的笼式铜导线和其他无关线缆。

　　（2）要保持馈管内的氮气压力，如果压力达不到标准，应查明原因，如果有漏气情况发生，馈管内就会进入潮气，因而降低馈管的绝缘性，馈管的防雷性能变差，还会造成发射机工作不稳定。

　　三、结束语

　　设计优良的天馈线系统和运行良好发射设备都是安全播出的保证，作为中波台的技术人员，我们不但要做好发射设备维护工作，更要注重天馈线系统的维护，尤其是要做好天馈线系统的雷电侵袭防护工作，千万不要心存侥幸，认为这些工作无关轻重，要知道，一旦遭遇雷电侵袭，就会带来不可估量的后果。

　　参考文献

　　[1]任金州.广播电视系统设备维护与管理.中国传媒大学出版社2005年4月

　　[2]慎英子.全固态中波发射机的防雷措施.电声技术2009.11月

　　作者房斌

《中波天馈线匹配网络雷电侵袭的应对措施》

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