信陽中波轉(zhuǎn)播臺(tái) 劉 偉
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淺析中波廣播發(fā)射設(shè)備的防雷電措施
信陽中波轉(zhuǎn)播臺(tái) 劉 偉
【摘要】雷電對(duì)中波廣播發(fā)射設(shè)備有巨大的威脅,本文結(jié)合工作實(shí)際,就我臺(tái)在廣播發(fā)射設(shè)備防雷電方面采取的措施做一闡述,希望為以后的工作提供參考。
【關(guān)鍵詞】中波發(fā)射設(shè)備;防雷電;天調(diào)網(wǎng)絡(luò)
信陽地跨淮河,位于亞熱帶和暖溫帶的地理分界線(秦嶺-淮河)上,屬于亞熱帶向暖溫帶過渡區(qū)域。該地既有綿延重迭的崇山峻嶺,也有岡巒起伏的低山丘陵,降雨量豐沛,空氣濕潤,相對(duì)濕度年均77%。受地理地貌的影響,信陽屬雷電多發(fā)區(qū)域,尤其是在每年的7-8月份,雷電活動(dòng)頻繁,閃電密度值在5.0次/(km2.a)以上,強(qiáng)度多在100kA以上。雷電是一種常見的自然現(xiàn)象,是大氣中一種劇烈的放電活動(dòng),放電時(shí)會(huì)釋放出巨大的能量[1]。雷電活動(dòng)中對(duì)中波發(fā)射設(shè)備造成巨大危害的主要有兩種:直擊雷和感應(yīng)雷。一、直擊雷是指帶電云層(雷云)與建筑物等物體、大地或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象,并由此伴隨而產(chǎn)生的電、熱效應(yīng)或機(jī)械力等一系列的破壞作用。對(duì)中波發(fā)射設(shè)備而言,雷電沖擊電流流過天線等物體能形成幅值很高的沖擊電壓波,使電氣設(shè)備絕緣破壞,從而造成極大破壞性。不過現(xiàn)實(shí)情況中,直擊雷發(fā)生概率相對(duì)較低,造成危害的范圍一般較小,其防避通??刹捎帽芾拙€、針、帶和網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行防護(hù)。二、感應(yīng)雷也稱雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓,根據(jù)其原理不同,可分為:靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。感應(yīng)雷一般通過導(dǎo)體(如電線等)侵入,其電壓可達(dá)到幾萬-幾十萬v。該種過電壓往往會(huì)造成導(dǎo)線、接地不良的金屬導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花,從而容易引起電擊、火災(zāi)、爆炸,故其危害極其嚴(yán)重。當(dāng)雷電活動(dòng)頻發(fā)時(shí),由感應(yīng)雷出現(xiàn)而帶來的的故障,較輕者導(dǎo)致中波發(fā)射機(jī)內(nèi)功放板上的場(chǎng)效應(yīng)管大量損壞,嚴(yán)重者直接造成發(fā)射機(jī)停機(jī),短時(shí)間內(nèi)無法維修好,維修工作量巨大,耽誤時(shí)間長,嚴(yán)重影響我臺(tái)的安全、優(yōu)質(zhì)播出。為了避免雷電對(duì)中波發(fā)射設(shè)備產(chǎn)生損壞,影響正常播出,需要根據(jù)地域雷電特征對(duì)中波發(fā)射設(shè)備危害方式,結(jié)合我臺(tái)的實(shí)際情況,采取多層次、綜合性的防雷舉措。從而有效抵御雷電對(duì)中波發(fā)射設(shè)備造成的破壞,確保中波臺(tái)的安全、正常播出。本文根據(jù)實(shí)際情況總結(jié)了中波廣播設(shè)備防雷、避雷的措施,供同行參考。
一般情況下,中波發(fā)射設(shè)備被雷擊受損有以下四種情形:一是直擊雷電直接擊中發(fā)射設(shè)備而導(dǎo)致其損壞;二是發(fā)射設(shè)備接地體在強(qiáng)雷擊時(shí)產(chǎn)生瞬間高電壓從而形成地電位“反作用”而致設(shè)備損壞;三是感應(yīng)雷造成的,感應(yīng)雷電脈沖沿著與設(shè)備相連的金屬管線侵入使發(fā)射設(shè)備受損;四是安裝中波發(fā)射設(shè)備的方法有誤,或者某些設(shè)備安裝位置不當(dāng),遭受雷擊時(shí)在空間分布的電場(chǎng)、磁場(chǎng)影響而造成損壞[2]。
以上四種情況中的任一種發(fā)生都會(huì)使發(fā)射設(shè)備受到創(chuàng)傷,輕者斷電,嚴(yán)重者停播,影響節(jié)目的轉(zhuǎn)播和聽眾的收聽。所以必須采取有效措施用以預(yù)防以上所述雷電對(duì)我中波發(fā)射設(shè)備造成破壞。
2.1天饋系統(tǒng)的防雷舉措
中波發(fā)射設(shè)備的天饋系統(tǒng)一般安裝在鐵塔上,故應(yīng)在塔尖加裝避雷器,其安裝高度要確保天饋系統(tǒng)內(nèi)的天線都在其有效保護(hù)范圍內(nèi)。避雷器應(yīng)高于天饋系統(tǒng)的天線。天饋系統(tǒng)安裝的避雷器,可以有效保護(hù)該系統(tǒng)。并且避雷器的安裝不影響發(fā)射信號(hào),信號(hào)能順利通過。當(dāng)雷電出現(xiàn)造成系統(tǒng)異常電壓增高時(shí),安置在其內(nèi)部的放大管立即起作用,極短時(shí)間內(nèi)可以大量釋放由上述感應(yīng)雷擊而產(chǎn)生的脈沖能量到安全地線上,進(jìn)而保護(hù)機(jī)房內(nèi)外的中波發(fā)射設(shè)備。
安裝避雷器時(shí),其接地端必須與大地可靠連接,并且接地電阻要≦10歐姆,否則防雷效果將受影響。另外,還需考慮由避雷器本身的插入引起的損耗,對(duì)天線發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度造成一定影響,所以還要注意駐波比出現(xiàn)的變化。
中波轉(zhuǎn)播設(shè)備傳輸?shù)臒o線信號(hào)是通過接收機(jī)接收的源自于衛(wèi)星的信號(hào),為了避免接收信號(hào)受到影響,接收天線一般安裝在室外空曠的場(chǎng)地上,越空曠的地方存在孤立的天線時(shí),越容易遭受雷擊,而天線本身不能作避雷器。故應(yīng)在距天線大概5 米的地方安置一支獨(dú)立的避雷針。避雷針的引下線直接引到接地體,接地電阻不宜大于10Ω,衛(wèi)星天線也要單獨(dú)作引下線和接地體連接,以確保天線和衛(wèi)星接收機(jī)共同的安全[3]。
2.2天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷舉措
下圖是我臺(tái)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)的防雷舉措原理圖,見圖1。
圖1 天線網(wǎng)絡(luò)防雷系統(tǒng)原理圖
2.2.1安裝一定數(shù)量的石墨放電柱
由于石墨的導(dǎo)電性比較高,石墨放電柱放電電流大,遺漏電流小,具有良好的放電特性。我臺(tái)在天線調(diào)配室接入一套(數(shù)量根據(jù)實(shí)際情況而定,我臺(tái)3個(gè))石墨放電柱裝置,根據(jù)射頻電壓的大小適當(dāng)調(diào)節(jié)石墨柱之間的間隙,利用多層間隙疊層技術(shù)可以連續(xù)放電,而每層放電間隙之間相互絕緣,從而解決了續(xù)流向問題并且逐層放電,距離增加,放電的電壓卻降低,無形中增大了石墨柱本身的通電能力。安裝時(shí),將石墨放電柱的一端接地,并在接地端銅棒上串接一定數(shù)量的磁環(huán),這樣天線在受到雷擊時(shí),巨大的電流可通過接地引線流入地下,上述磁環(huán)產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì),起到阻尼作用,從而有效提高發(fā)射機(jī)短路射頻阻抗,對(duì)高頻級(jí)損害極小,這樣,在發(fā)射機(jī)控制電路保護(hù)動(dòng)作前,就起到了保護(hù)作用。
2.2.2天線底座安置金屬放電球
我臺(tái)鐵塔天線的底座安置有直徑10cm左右的半球形金屬放電球,通過適當(dāng)調(diào)整兩金屬半球的間距,可以在雷擊瞬間發(fā)揮泄放電荷能量的作用,承擔(dān)主要放電任務(wù)。安置時(shí),兩個(gè)金屬放電半球要水平安裝,一定不能垂直安裝,否則會(huì)因?yàn)橛暄┨鞖鈺r(shí)造成放電球短路,影響發(fā)射機(jī)穩(wěn)定工作。
2.2.3安裝隔直電容器
隔直電容器為的是兩個(gè)電路之間的隔離,但它同時(shí)又承擔(dān)著信號(hào)傳輸?shù)墓δ?,傳輸信?hào)電容越大信號(hào)損失越小,而且容量大有利于低頻信號(hào)的傳輸。我臺(tái)在天線引入調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中串連一只2000pF的電容器C0,當(dāng)電容器兩端接通雷電的直流電時(shí),電路中有充電電流,但是充電時(shí)間極短,充電結(jié)束后就不再有電流通過。這樣能有效的避免雷電的直流電流流向發(fā)射機(jī),并且不影響發(fā)射信號(hào)的輸送。
2.2.4應(yīng)用相移網(wǎng)絡(luò)
所有高頻通路中的網(wǎng)絡(luò)、傳輸線都會(huì)產(chǎn)生相移。當(dāng)發(fā)射天線遭雷擊金屬放電球短路時(shí),發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗驟變,進(jìn)而影響發(fā)射機(jī)正常工作。因此我臺(tái)天調(diào)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用相移網(wǎng)絡(luò),當(dāng)金屬放電球短路時(shí),通過相移網(wǎng)絡(luò),使得發(fā)射機(jī)負(fù)載阻抗產(chǎn)生的變化,仍然在發(fā)射機(jī)可承受范圍之內(nèi),有效保障了發(fā)射機(jī)的安全。
2.2.5天線下端連接電感線圈
電感線圈是利用電磁感應(yīng)的原理進(jìn)行工作的器件。當(dāng)有電流流過某根導(dǎo)線時(shí),就會(huì)在這根導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生一定的電磁場(chǎng),而這個(gè)電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身又會(huì)對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍內(nèi)的導(dǎo)線發(fā)生感應(yīng)作用。對(duì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的導(dǎo)線本身發(fā)生的作用,叫做“自感”,即導(dǎo)線自己產(chǎn)生的變化電流產(chǎn)生變化磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)又進(jìn)一步影響了導(dǎo)線中的電流;對(duì)處在這個(gè)電磁場(chǎng)范圍的其他導(dǎo)線產(chǎn)生的作用,叫做“互感“。電感線圈對(duì)電流信號(hào)所呈現(xiàn)的阻抗利用的是線圈的自感。在天線下端接一只80微亨利(μH)的電感線圈L0接地,該線圈由銅管繞制,銅管直徑越大防雷效果越好。電感線圈是粗銅管繞制的,而且銅管短,電阻分量小,對(duì)雷電電流構(gòu)成了良好的地下通路,雷電中的部分能量也可通過L0入地。
近年來,城市發(fā)展很快,原來我中波臺(tái)周邊少有建筑物,少有人員活動(dòng)。但是最近幾年,一座座高樓拔地而起,就在我臺(tái)后面,甚至建起了物流倉庫;建筑蓋起來后,人員活動(dòng)也密集了。這些建設(shè),人員的頻繁活動(dòng),使我臺(tái)原來鋪砌的地網(wǎng)遭到了不同程度的影響甚至破壞。
我們知道,當(dāng)穩(wěn)定的地網(wǎng)環(huán)境被破壞后,很有可能會(huì)因?yàn)榈撞磕承┳杩共环€(wěn)定而引起中波發(fā)射機(jī)參數(shù)數(shù)值發(fā)生改變,造成地網(wǎng)電阻值增加,不能將電流順利的導(dǎo)出。鑒于以上情況,我單位要求值班人員每天對(duì)地網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)維護(hù)、修補(bǔ)和改造,密切關(guān)注地網(wǎng)狀況,一旦出現(xiàn)問題,及時(shí)補(bǔ)救。該法有效地避免了因地網(wǎng)破壞帶來的安全隱患,有利于中波發(fā)射設(shè)備安全保護(hù)。
中波發(fā)射器的防雷電是一項(xiàng)艱巨而長遠(yuǎn)的工作,首先在設(shè)計(jì)、建設(shè)時(shí)一定要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度,根據(jù)實(shí)際情況,仔細(xì)認(rèn)真的規(guī)劃、設(shè)計(jì),任何細(xì)微的差錯(cuò)都有可能帶來意想不到的后果,因此需要從源頭把控好各個(gè)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié),否則只會(huì)勞民傷財(cái)。
其次,工作中,每天檢查,定期維護(hù),做好這些工作才能防患于未然。我臺(tái)在每年的雷雨季節(jié),尤其是6、7、8月份,對(duì)周邊地網(wǎng)、機(jī)房進(jìn)行重點(diǎn)檢查,逐一檢測(cè)各防雷電元件是否正常運(yùn)行,如果發(fā)現(xiàn)問題,能處理的及時(shí)處理,對(duì)于不能處理的,及時(shí)上報(bào),盡快妥善處理。
另外,每次在檢修完成、故障排除后,都會(huì)對(duì)故障原因進(jìn)行調(diào)查,并分析、總結(jié),尤其是雷電引起的故障。將故障現(xiàn)象和解決辦法一一記錄在案,以后出現(xiàn)類似問題,利于方便快捷的維修。
參考文獻(xiàn)
[1]程麗丹,楊美榮,李鵬 等.河南省雷電活動(dòng)時(shí)空分布特征[J].氣象與環(huán)境科學(xué),2013,36(1):50-53.
[2]溫洪珍.探析雷電對(duì)中波發(fā)射設(shè)備的危害及防護(hù)措施[J].信息與電腦:理論版,2014,4:41.
[3]王耕.大功率全固態(tài)廣播發(fā)射機(jī)的綜合防雷措施[J].電子質(zhì)量,2009,4:36-38.