广播转播台中波发射系统防雷探讨

广播转播台中波发射系统防雷探讨

鲁海洋1吴晓伟2

（杭州天鸿通信工程有限公司浙江杭州311100）

摘要：中波发射天线因安装地理位置空旷、自身高度高、运行不接地等因素，使其不可避免地会受到雷电的侵袭和干扰。发射天线的防雷一直是全固态发射机运行的痛点。通过对中波发射天线的多级防雷装置研究、应用，科学合理配置的中波发射系统防雷装置能极大降低中波发射天线雷击强度，减少国家经济损失，保障广播转播台正常运行。

关键词：中波；发射系统；防雷

引言

广播转播台中波发射系统由卫星接收系统、发射系统、电源系统设备组成。发射天线高度目前主要为76米和110米。为追求最大的信号覆盖范围，广播转播台多建于地势开阔的郊区。发射天线采用钢结构铁塔作为天线主体，采用不接地方式运行工作。中波天线通常是附近最高的构筑物，在雷雨季节容易遭受直接雷击。对中波发射系统采用科学的多级雷电防护装置可以对以发射天线为主要接闪电的发射系统的极好的保护。同时，对中波发射系统的供配电系统实施多级浪涌防护、中心机房实施等电位连接、联合接地等防雷措施，更进一步保障了发射系统的防雷运行安全。

1.中波系统防雷现状

广播转播台没有行业防雷规范标准，防雷设计中多参照GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》和通信行业相关防雷规范。由于中波系统的特殊性，参照通用性规范标准并不能很好的解决中波系统防雷实际问题，因此存在诸多的争议。另外，中波系统的防雷普遍是摸着石头过河的尝试，往往是在发现问题后进行补救和调整。这不仅没有降低雷击的概率，同事也产生了较大的经济损失。

2.中波发射天线的雷电危害方式

从系统结构分析，中波发射系统雷击危害表现为三种形式：一是雷击发射天线；雷电流经发射天线侵入调配机房、进一步反串进入设备集中的中心机房；这是发射系统雷击最主要危害方式。二是空间放电形成的电磁场耦合到市电架空线路、通讯线路上产生的电磁脉冲侵入，脉冲高电压造成设备端电源接口和通讯接口的绝缘击穿或电磁干扰。三是空间放电形成的电磁场感应到卫星接收天线，引起的电磁脉冲侵入中心机房接收机，引起线路接口处设备绝缘击穿或电磁干扰。由发射天线接闪产生的直接雷击和电磁脉冲侵入是中波系统防雷的难点和重点。如何进行有效、合理的防雷装置设置是中波系统防雷工作的核心所在。第二种情形可以通过合理设置电涌保护器、线路屏蔽、等电位连接接地等方式进行有效防护。第三情形可采用专用接闪器、馈线电涌保护器、线路屏蔽接地的方式进行有效防护。

3.中波发射天线的多级防护措施

3.1中波天线的多级防雷措施

中波发射天线为不接地运行，其与地面采用绝缘支撑固定。发射天线又作为雷击主接闪器，提供良好的雷电流泄放通道非常重要。中波发射天线与调配机房组成发射装置，作为中波发射系统中雷击概率最大的装置，中波发射天线的防雷装置采用发射天线下部安装适配的直击雷放电器。放电器工作原理是雷电击穿空气间隙放电，设置原则是放电间隙在雷电电压达到特定等级时瞬间导通，且放电过程中不得对发射天线加载的高频信号造成干扰。从而达到泄放雷电能量的目的。

以三角铁塔5kW+1kW双频中波发射机为例，发射天线兼具5kW和1kW发射功能。故在三角铁塔三角处5kW+1kW双频中波发射机安装第一级直击雷放电器。该直击雷放电器采用铜基合金材料，可多次重复使用。为保证放电环境的稳定性，放电器安装在室外型防水箱内，起到防水防潮作用，从而稳定局部放电环境。放电间隙根据发射功率计算调整。

在调配机房5kW+1kW双频馈线引入口安装第二级放电器，为发射系统的第二级防护装置。设计和施工中应结合发射功率，对安装间距、平行度进行有效、合理调节，达到与第一级放电器良好的配合使用。

在中心机房,5kW调频发射机数传端安装第三级防雷器，作为发射系统的第三级防护装置。通过上述三级防雷装置的实施，可以有效降低95%以上雷击事故。

3.2电源线路的多级防雷措施

电源防雷系统主要是防止雷电波通过电源线路对发射机、计算机及相关设备造成危害。为避免高电压经过防雷器对地泄放后的残压或因更大的雷电流在击毁防雷器后继续毁坏后续设备，以及防止线缆遭受二次感应，应采取分级保护、逐级泄流的原则配置电涌保护器。电源系统设置三级电涌保护器，第一级电涌保护器采用大通流量产品，设置在低压总配电柜的低压总开关处。第二级电涌保护器采用限压型产品，安装在中心机房的总配电柜总开关处。第三级电涌保护器采用限压型产品，安装在中心机房内各接收机、发射机电源处。通过三级防护对从电源线路侵入的雷电波能力进行有效泄放。电源线路经变压器出线应埋地穿金属管敷设，金属管两端接地。从配电房引入中心机房的电源电缆应埋地敷设。电缆屏蔽层与总等电位接地端子可靠连接。

3.3馈线的防护措施

卫星接收天线安装在屋顶或开阔地带，易受电磁脉冲的影响而感应过电压，卫星接收天线与室内主机相连的天馈线路，就成为雷电能量侵入室内接收机的主要途径之一。强大的感应电压引起接收设备损坏，从而影响正常播出，严重的会对室内人身安全造成威胁，应对其进行有效防护。处理方法如下：首先确保卫星接收天线处在室外防雷装置的有效保护范围内，卫星接收天线应做良好接地。天线信号线在进入接收机处安装适配的天馈信号电涌保护器。在天馈线引入室内处采用金属管做屏蔽接地处理。

3.4等电位连接

实施等电位接地的目的防止由于感应雷电高压或接地装置上雷电入地高电位的传递造成设备内部绝缘、电缆芯线的反击。在中心机房采用30×3mm扁铜设置等电位网格。接地体利用自然接地体。机房内各设备机壳、金属管道、走线架、机架、静电地板支架、光缆加强筋等金属构件与等电位网格可靠连接，这样就形成了各系统设备和构件的电位均衡。

3.5发射天线高频地网

发射天线接地线系统是在其周围预先铺设好地网，它是由120根直接φ3mm铜线组成，以天线底部为中心，以3°为夹角，向周围以放射状均匀铺设而成，延伸长度等于天线高度。高频地网接地电阻宜不大于1Ω。

3.6发射天线防雷地网

塔基防雷放电器地网以铁塔为中心，约100平方米面积采用4×40mm扁铜为水平接地体，采用铸铜接地棒为垂直接地体。防雷地网应与高频地网共用，接地电阻宜不大于1Ω。

4.结语

中波发射天线金属放电器采用尖端放电原理，其预设间隙大小应满足在特定电压条件下的雷电击穿放电。日常使用中，强大的电流容易使放电器的凸面由于高温形成凹弧，使放电器间隙增大，同时也会在弧面留有结碳，影响防雷效果。另外，由于金属放电器长期处于日晒雨淋的环境，在放电器上会形成腐蚀杂质，也会影响防雷效果。因此应定期对金属放电器进行维护保养，使其保持良好运行的状态。电涌保护器也是易损易耗性器件，且中波发射天线及其周边发生雷电放电较频繁，对电涌保护器的压敏电压、漏电流等主要运行参数检测也是日常防雷维护的重要内容。

参考文献：

[1]建筑物防雷设计规范.GB50057-2010.北京：中国计划出版社

[2]建筑物电子信息系统防雷技术规范.GB50343-2012.北京：中国建筑工业出版社

[3]电子信息系统机房设计规范.GB50174-2008.北京：中国计划出版社

第一作者：姓名，鲁海洋，男1980.05河南本科雷电防护工程师