浅谈中波发射机的防雷系统(3)

1浅谈中波发射机的防雷系统高秀华潍坊转播台自进入二十一世纪，随着微电子技术的迅猛发展，电子管中波发射机已被全固态中波发射机所取代。全固态发射机承受雷电浪涌的能力相应降低，那么对防雷系统提出了新的要求。防雷系统的好坏是关系到安全优质播出成败的关键。下面我们对防雷问题探讨一下。1.雷电及其特性雷电是一种大气中带有大量正、负电荷的雷云放电的结果。这些正负电荷积聚到一定程度使其电场强度达到25～30Kv/cm时，就会产生放电现象，这就是雷。雷电按其产生的机理分析，分为直击雷、感应雷和雷电波三种情况。直击雷：是指雷云对地面突出物体或电力装置的直接放电，成为直击雷。其特点就是能量巨大，在放电区域时间极短，几个毫秒内放出的电流高达几万，甚至几十万安培，电压高达数百万伏。强大的雷电流通过这些物体入地时，将产生破坏性很大的热效应和机械效应。对于中波台，直击雷主要是通过天线入侵的。感应雷：是指当雷云接近放电物体时，由于静电感应和电磁感应，雷电流向物体由先导放电变为主导放电，引起金属体上产生极高电压而放电的过程。这种雷电的损坏主要在电源部分。雷电波：是指输电架空线路遭受雷击或发生感应雷时产生的沿各个方向迅速传播的高电位冲击波。其传播速度在150m/s左右。对广播的播出环节极易造成干扰，形成干扰源。2.防雷避雷现在的全固态发射机使用了大量的微处理器和半导体器件，功放使用了IRF-350场效应管。这些全固态器件有比较脆弱，耐压低，抗干扰差，易被击穿，易损坏的弱点。因此，应用全固态中波发射机就要周密考虑串扰，要设计多道防雷设施，既吸收传统的防雷方法又要有新的改进。雷电能量巨大，电流强，电压高，因此防雷措施必须从铁塔、天调网络、电源、发射机、机房等多方面入手，形成一个系统的完整的防雷体系。1）铁塔防雷中波天线遭到雷击时，放电电流的频谱虽然很宽，但主要能量集中在低频和直流成分。雷电放电电流是一个脉冲信号，它的波形类似指数脉冲，，它具有双重特性，一是2脉冲性，二是雷电电流的主要成分是直流和低频。雷击时，有天线引进的雷电能量主要经过室外放电球入地的，这样塔基地电位会瞬时上升到几千伏，就会引起大电流流入发射机。那么，减少流入发射机电流的措施有两点：一是减少地网的接地电阻，二是接地要讲究，地阻越小，分流越好。一般的做法是在塔底附近埋设水平接地体。接地体为2～5mm厚的铜板，埋在2米以下的地下，铜板面积不小于2平方米，发射功率大的面积可大一些，再加上降阻剂、木炭、铁屑、食盐等。金属接地引线用宽150～200mm、厚0.5mm以上的铜皮，连接处用铜焊接牢。雷电的主要能量是通过放电球释放，那么放电球的间距调节和接地就至关重要了。下面以频率846KHz，功率10Kw，76m铁塔，天线输入阻抗Za=50＋j196.1Ω为例，计算天线底部电流：Ia=(P/Ra)1/2=(10000/50)1/2=14.14AVa=Ia(Ra2+Xa2)1/2=14.14(502+196.12)1/2=286.51V天线底部最大电压Vmax=2×21/2Va=2.83×286.51=8089V考虑阴雨冰雪天气的影响，室外放电球的放电间距取1.5～1.8mm/1KV，则1.5mm×（Vmax÷1KV）=12mm。2）天调网络防雷首先，考虑到雷电的主要成分是直流。因此，在天线输入端并接一只微亨级电感线圈L0（60～100µH）（见图1）入地，线圈对雷电构成了良好的入地通路，起到了泄放巨大雷电电流的作用。其次，接入石墨放电球。在调配室里，输入端接入一套石墨放电球ZZ（见图1）。在入地引线上串入40～50只磁环，发射机正常工作时，它不起任何作用，但当天线遭受雷击时，磁环上产生反向电动势，提高了发射机的短路阻抗，又不影响雷电的入地通路，从而在发射机控制电路保护动作前，保护了发射机。石墨放电球的间隙过大起不到泄放作用，过小容易打火。通过计算得到合适的间距。仍然用前面的例子，在并入电感线圈L0后的天线输入阻抗Zb=19+j123.25。经过计算，铁塔底部电流Ib=22.9A，最大电压Vbm=8081V，室内放电球放电间距取1mm/KV，则距离为Vbm÷1KV×1mm=8mm考虑各种因素，取1.1～1.3安全系数，所以调整石墨放电球间距为9mm。第三，接入隔直流电容C0（如图1）。在天线接入调配网络前串接一个大电容，容量一般选在1000～3000pF，它对高频通路无障碍，但对雷电直流起到了很好的隔离作用。第四，应用移相网络。在高频通路中的网络、传输线都会生相移。当天线受到雷击3时，放电球短路，发射机的负载阻抗骤变，容易造成发射机输出端过压，损坏功放管。因此接入相移45︒的网络，可以使放电球短路时，发射机负载阻抗的变化仍在允许承受的范围内，充分保护了发射机的安全。3)电源防雷不管是直击雷还是感应雷，都会对架空的电源线都会产生高压冲浪，危及安全播出。因此供电部分采用三相四线制，将中性线N和保护接地PE连在一起，通称PNE线。可把电器设备的金属外壳、机架等接地装置与大地紧密连接，工作接地可确保机房内工作接地电为零电位。总之，防雷避雷是应用好全固态中波发射机的问题关键环节之一，是我台安全优质播出的重要保障。图1调配网络Z0ZZ磁环L0(60µH)C0（1000PF）