摘要:随着科学技术的发展进步,我国的中波广播发射机正在向数字化迈进。数字化技术的应用,大大降低了发射极的功耗,提高了效率和技术指标,但是由于数字电路器件对静电和防雷的抵御能力很弱,所以对防雷工作提出了更高的要求。本文着重讨论了中波天线的防雷系统设计。
关键词:天馈系统 发射机内部防雷系统
中波广播发射系统由中波广播发射机,天馈系统组成。天馈系统设计不理想会导致发射机频繁遭遇雷击,造成严重的经济损失。发射系统的电源是外接市电供电,由于高压线路露天架空且传输距离长,多在空旷地带,遇到雷雨天气,电源遭雷击也是不可避免的。雷电是一种自然界常见的放电现象,它具有极大的破坏力。它能造成热效应,机械效应和冲击波效应三种危害。热效应可以在雷击点局部范围内产生高达6000～10000°C,甚至更高的温度,可造成发射机内部低压供配电路直接熔断;机械效应雷电流流过金属物体时产生的电动力可导致不可预知的发射机损坏;雷电冲击波效应和爆炸产生的冲击波效应类似,其在地网中产生的电位差会损坏电器设备,甚至直接导致人和建筑物的危害。统计结果显示雷电造成的电子设备的损坏,90%以上是雷电冲击造成的。
1、天馈系统的防雷
发射机自身的防雷包括发射机驻波比保护,天馈线驻波比保护,过流过压保护等。这些保护只能有限地阻止雷电的破坏,而天馈线系统的防雷是防雷的第一关,从理论上和实际经验可以看出数字化全固态发射机自身的防雷能力很弱,如果天馈线系统不能及时泄放掉雷电,将会严重损坏发射机。
天馈线系统防雷包括:天线调谐系统,接地铜网,馈线接地和接地桩地井等部分。
天线调谐系统中引入泄放线圈,隔离电容和阻尼放电石墨放电系统。考虑到雷电的主要成份是直流,因此在天线输入端并联一只微享级电感线圈下地,线圈对雷电流构成了良好的下地通路,可起到直接泄放巨大的雷电流作用。在天线调配网络输入端串入一只大容量电容器（约1000pF至2200pF）,它对高频输出通路无妨碍,但对雷电直流可起到良好的隔离作用。加装石墨放电器在天馈调配室内,从天线输入端加装一组石墨放电球,在其接地引线上,套上30～40只磁环。当天线遇雷击,石墨放电球放电,石墨本身具有一定的阻尼放电作用,如果发射机处于正常运行期间天线遭遇雷击,放电球放电时,巨大的电流量通过接地引线,流进大地,穿于接地引线上的磁环产生反向电动势,就起到阻尼放电作用,以至于对发射机的高频能量不会完全短路,同时设计安装一组相移网络,当放电球短路时,通过相移网络,使得发射机负载阻抗的聚变,仍然在允许承受范围之内,充分保障了发射机的安全。这样,在发射机控制电路保护动作前,就已起到保护作用。而良好的二阶带通滤波器匹配网络,对各种杂波串扰起到良好的陷波、阻隔作用。
接地铜网是以天线铁塔塔基为中心放射状埋设地网(铜线直径大于3毫米,为降低成本可以选择铜包钢),3度一根,长度为天线高度,深度在冻土层之下,同时天线地锚就近与地网相接。
沿馈线下埋设铜带(50平方毫米以上),在每根馈线杆处,将馈线地与该铜带焊接相连。在机房地线会合点和天线铁塔接地点分别与该铜带焊接相连,使天线区地线系统与机房地线系统连为一体。
制作等边三角形接地桩,将三根接地桩呈等边三角形排列(长度3米,材料为镀锌铁管),边长略大于3米,垂直埋于冻土层之下,之间用铜带焊接(工程计算认为此处每根接地电阻为20欧,三根管、连接铜带阻抗之和为4欧)。需要注意的是,制作所有接地桩过程中都要先挖坑,在接地桩就位后根据当地土壤的湿度情况添加木炭和食盐等降阻剂,保证接地良好。最垒成井状并加盖,每半年左右检查接地桩焊接处情况。埋设接地桩:天线区共埋设四处。其中一个埋在 天线铁塔边上,用铜带(大于95平方毫米)焊接到铁塔的地;以此为中心,半径为100米的圆周上,等间隔(120度一个)埋设三个。每个埋设等边三角形接地桩,都得用铜带(大于95平方毫米)将圆周上三个接地桩与中心接地桩焊接相连,装放电球,一端接天线底部,另一端接塔基边上的等边三角形接地桩同时根据当地自然条件和发射机功率等级调整放电球间距。
2、发射机配电系统防雷
等电位连接—最先进防雷理念,为实现雷击保护－—实现电位均衡,应采用均压等电位导体或电涌保护器(SPD)将处于被保护空间中的各独立导体（外部避雷装置、建筑物的钢筋架、安装的设备、各种导电体、供电及通讯设备）连接起来,建立一个复杂的等电位连接网络,目的是减小雷电流在它们之间产生电位差,保护设备和人身免受伤害。而设备（或系统）免遭雷击得到保护是因为合理的运用了设备的绝缘水平和保护电压间的绝缘配合。
发射机配电系统防雷包括变压器高压输入端安装多级雷电泄放通道,变压器低压输出端建立稳定可靠的雷电泄放通道,电源线防护和发射机内部电源保护四个方面。
在变压器高压进线处,安装一套阀式避雷器,这样可对雷电造成的冲浪高电压（电流）对地泄放。阀式避雷器的泄放启动电压要根据所处的地理环境及常年的雷电影响极限电压和高压供电电压综合考虑后设定。此外,在变压器次级低压电源进线系统低压配电盘处,再安装了一套真空放电装置,Zno压敏电阻避雷器,进一步泄放由高压线路感应的雷电能量。
在变压器低压输出端将配电系统的零线和地线彻底分开。零线做单独的地井;地线敷设环机房的环型接地沟,并且多点接出,增加接地面积。保证地井和接地沟的土壤湿度,不定期地测试接地电阻,要绝对保证两处接地的接地电阻＜2Ω以下。确保电力系统的雷电能量能迅速及时泄放。这样就实现了低压配电输出真正实现了三相五线制,在低压端为雷电建立起了专用可靠的泄放通道。
电源进线应采用金属铠装电缆敷设,电缆铠装层的两端应良好接地;如果电缆没有铠装层,则就将电缆穿钢管埋地,钢管两端接地。同时在电源线路上安装电源防雷器,也是必不可少的防护措施。
发射机内部电源保护许加装浪涌保护器和压敏电阻等,防止雷电由电源线引入发射机系统内部。
3、结语
综上所述,虽然防雷技术不断发展,但雷电对发射机的危害短期内还不能马上彻底解决,对于广电技术人员避雷防雷的科学措施还得认真研究分析,在工作中不断的摸索和总结可行的防雷方案,充分保障了广播发送设备安全运行,为广播技术事业发展作贡献。