摘要：发射机的内部故障是可以预防和容易解决的。但是,自然界高能量的雷电等外部因素会造成发射机的停播,以至造成发射机的永久失效。研究发射机的防雷电措施及改进方法，对于发射机的正常运行有着重要的意义。
关键词：发射机 防雷电 措施 改进方法
雷击问题是一个普遍存在的客观事实,它对广播电视发射系统危害很大。防雷技术对于中波发射台来说是一个十分重要的问题。对发射台而言,不仅发射机,而且对天线系统、电源系统等附属设备以及机房建筑都应当有相应的防雷保护措施。我台自从更新数字发射机后,防雷电的要求就更加提高了,因此,对于使用全固态机的发射台,在防雷电保护方面,更要周全考虑。
1、情况分析
发射天线是一种大面积高耸天线网，直击雷和感应雷通过天线可直达发射机及其关联设备。发射天线底部置有一只支撑绝缘子，室外常态耐压不足2万伏。假若天线遭雷击，而天线防雷措施不当，瓷瓶表面由于有雨水，此时极易产生过压拉弧，从而导致瓷瓶损坏。在天、馈线间均置有匹配网络，它是由高频电容器、电感器等并、串联连接组成。显然雷击同样对电容、电感等器件构成威胁。
发射机房距发射天线一般有50--200米左右，感应雷和雷电波侵入对用于传送高频能量的馈线、中波发射机、电源设备等，均可对回路冲击、损坏系统设备。尤其是全固态中波发射机的功率模块所用场效应管属于电压控制器件，抗干扰能力差，栅极感应的电压不易泄放，很容易将栅极绝缘层击穿而导致模块损坏。
由于发射机的功率模块是以场效应管作为功率输出级,当天线遭受雷击,塔基放电球放电时,天线阻抗被短路,在功放电路中会产生过大的瞬时电压、电流,很容易烧坏功放模块。因此在设计发射机的输出网络时,既要考虑阻抗匹配,又要有防止雷击的功能。只有这样,才能有效控制当天线负载短路时,等效到功率合成器输出端的等效负载阻抗的电抗值和阻抗值,并对功放模块进行保护。
2、发射机的防雷电应对策略及改进方法
2.1 四级放电装置
有部分广播发射台金属放电球、石墨放电球、发射机内放电球放电间距调得太大,能很好起到防雷作用。建议重新调整放电球放电间距。由于中波铁塔高度在百米左右,在中播发射台方圆几公里甚至十几公里内都是绝对制高点。因此发播台附近落雷时,铁塔往往是首当其冲的落雷点。可以这么说,中波广播发射台遭雷击的概率,90%来自中波发射天线。电视、调频发射塔是直接接地的,塔体只起一个支撑作用,蝙蝠天线、角椎天线等挂在塔体上端,而中波铁塔本身却是个发射天线。因此,中波发射铁塔的拉线铁塔底部有一个高度为20cm的绝缘柱,自立塔底部有三个高度为40cm的绝缘柱与地面相支撑。如果没有有效的放电措施,中波铁塔不接地的特性将使得雷电流必然沿发射天线--调配网络--馈线途径进入发射机。因此可靠、合理的放电措施是解决发射机雷击事故的首要条件。设置四级放电装置,根据其在通路中位置的不同,其承担的作用也有所不同。特别强调,金属放电球、石墨放电球、发射机内放电球,其放电间距大小的设置非常关键。通常,放电球的间距,在常温常湿时的经验公式为1mm/1kV,即1毫米间距耐压1千伏。例如我国浙江省地处东南沿海,空气中含有不少的盐份,又考虑到雷雨天空气湿度剧增,应取1mm/500V为宜。以1kW中波广播发射机为例,假定发射机与天线理想匹配。
W=U2/R (1)
U=WR=1000×50=224(V)
UP=U2=316(V) (2)
即加在调配网络石墨放电球两端的广播信号峰值电压大约为316V。显然,此时放电球应处于绝缘状态。调配网络石墨放电球间隙是可调的,具有良好的放电特性,其放电电压的变化随着面积的增加而降低,承担大约20%释放雷电电流任务,间距取2--3mm为宜。亦就是说,加在石墨放电球两端的雷电电压达到或超过1000--1500V时,放电球应处于导通或饱和导通状态。1kW发射机天线底部金属放电球,在雷击的瞬间起到第一泄放的作用,承担70%放电任务,间距约5mm为宜，发射机前端馈线避雷器,承担5%放电任务;发射机内部铜制放电球,承担5%放电任务,间距调到1毫米为宜。
2.2 发射机电源系统防雷保护措施
(1)采用屏蔽方式，衰减施加在电源上的电磁干扰和过电压能量。如将机房前100m的架空输电线改为地下电缆进入机房，缆线需有金属外护层或穿金属管道；或在架空高压电力线路进机房端上方架设避雷线，长度为300--500m。
(2)在雷电波可能侵入的电源线路端口加装必要的雷电浪涌保护装置，将侵入系统的冲击过电压钳制到允许的范围。如在机房高压进线处，安装一套阀式或金属氧化物避雷器；在电源进线系统低压配电盘处，安装一套真空放电装置；在稳压电源上安装雷电浪涌防护器等。
(3)接地系统改造。防雷系统能否起到保护作用，接地是否良好是关键。我们在塔基及天调网络匹配室附近做两个接地地井，接地体的埋设。将接地体钢筋或角钢放入孔中央，然后用降阻剂将接地体四周包裹夯实，后用食盐、木炭屑、铁屑交替添加，在降阻剂尚未完全凝固发硬时，其上覆盖优质细土，边回填边夯实，而后放水，确保整个坑内被水浸湿。塔基地井接上放电球地端引线，并与120根地网线相连接，这样对雷电流起到可靠的入地通路。天馈调配网络室地井接入调配网络的高频地线，并与天线地网、防雷地井、馈线地线、调配室屏蔽层等相焊牢。这样不但起到减少高频损耗作用，而且有助于杂波的衰减，对发射机稳定输出起到了可靠的保障作用。改造后经实地测量，中波台防雷接地电阻均小于1Ω。
(4)防雷屏蔽。利用电磁场在屏蔽体上所感应的涡流作用，从而衰减通过的能量。中波台内电磁场强较高，自然屏蔽无法满足要求，需进行防雷屏蔽。采取的措施主要有：1)在机房、配电室和匹配房墙内装金属网，房顶加金属笼罩，并与接地网连在一起。2)高压配电系统放入配电柜里，天调网络系统放入匹配箱中。3)机房内各种电线电缆均从暗式线管、线槽中走线，强、弱电信号线分开，电缆桥架也要进行屏蔽，消除地线干扰。
3、结语
综上所述,发射机的防雷电涉及到天线、电源等多个系统，我们要根据系统内各环节所处的环境和所需的防雷等级，探索出适合本台特点的稳定可靠、经济高效的防雷措施。使发射机在多雷地区和多雷季节安全、可靠、稳定地工作，确保台站的安全优质播出。