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广播系统防雷措施的分析与探讨
作者：贺丽强
来源：《科技资讯》2011年第16期
摘 要:广播系统的防雷问题非常重要,针对直击雷、电源线、天馈线、信号线以及地电位反击等不同类型的雷击,避雷针、避雷器、屏蔽、地网、接地分别发挥着极为重要的防护作用。 关键词:广播 设备 防雷
中图分类号:G220 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)06(a)-0237-01
目前,随着进入雨季,雷雨天气经常发生,广播系统的防雷问题显得极为重要。在广播系统中,电力系统、微波、数字音频工作站、发射机、电子设备、计算机网络等迅速发展,雷电主要通过直击雷、电源线、天馈线、信号线以及地电位反击对广播系统造成损坏。要确保节目安全播出,切实有效的防雷措施加强广播设备的防护显得极为重要。
1 通过避雷针防直击雷
由于目前很多电台的广播信号发射设在高山台,城区也是在高层楼房或铁塔上发射,因此容易遭受直击雷。通常采用的措施是安装避雷针,通过避雷针把闪电通过接闪器传导入地。耗散直击雷的能量到地下,从而起到保护地上建筑物的作用。
避雷针缺陷是,受避雷针保护的各种广播传输和发射设备必须安装相应的电子避雷器来减小地网的地阻,楼顶上的各种管道、缆线和广告牌等须由足够粗的导线来连接,并需与建筑物的避雷带焊接,同时,建筑物应安装均压环,以避免雷针引雷时发生二次感应雷击对广播设备造成不必要的损坏。
2 安装避雷器防电源线路和天馈线雷击
供电的频率为50kHz,而雷电能量主要是低频段,集中在小于40kHz的频率,因此雷电会和最大能量谐波分量发生耦合谐波。由于电网非常大,雷电波经过电源线路破坏采、编、播设备较为容易。解决办法是在电源变压器的次级、机房的配电柜、设备的配电盘、设备的电源进线处并联1、2、3级三相或单相电源避雷器,通过避雷器将雷电进行多级分流和入地。当雷电波沿着电源线入侵时,避雷器的电阻将瞬间降至低位,接近短路时的状态,这样,雷击电流就经过这条路径分流进入地下,这相当于雷电的入侵通道进行了堵截。雷击过后,避雷器瞬间恢复,对地形成断路,对正常供电丝毫不造成影响。
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广播电台的天馈系统大多安装在高楼的顶端或高架发射铁塔上,由天馈系统引入得雷击造成电子设备损毁的几率很大。 传统的“气放管”、“空气隙”或“氧化锌压敏电阻”,以及由他们组合而成的避雷器,可以对天馈线起到一定的防雷作用,但这种避雷器在工作频段、承受功率和响应时间方面都存在一定的局限性。由于广播电视信号的能量主要为在几百千赫以上频带,而雷电流冲击波的主要能量主要为40kHz以下,解决办法是采用高低通滤波器组合网络,这种网络由集中或分布参数元件构成,将雷电冲击波和广播信号完全分开,来解决宽频带、大功率、低损耗、快速响应等长期困扰广播系统天馈防雷难题。
3 加强屏蔽防信号线路雷击
在广播系统中,调音台、接收机、音频分配器、计算机、电话机等采、编播设备基本上都使用同轴电缆、带状电缆等信号传输线,包括埋入地下的传输电缆也经常因雷击而出现故障。原因是,当雷击发生时,会产生电磁脉冲干扰,由于在交变电磁场中导体的感抗和容抗都非常大,所以会产生的电位差也很大,并且雷电电磁波在电缆的表面传播时形成的驻波,将会对运转中的设备产生强烈的干扰,甚至往往会通过线路接口处形成的过电压造成设备的损坏。要防止信号线路遭雷击,采取的办法一般是对电缆加强屏蔽,对电缆外的金属皮,则要进行良好的接地,并配合串联信号电子避雷器,将雷电通道和节目信号有效分离,在信号传输的设备入口处就截断雷电波的入侵。对于广泛应用于广播系统的计算机的防雷也十分重要。由于计算机的运行电压通常为5V～12V,这是比较低的,因此必须保证数据处理设备的单元之间和单元以外存在非常的小电位差。解决办法除了对信号通道进行过电压保护需要在接口端安装信号避雷器外,还需特别注意它的高频信号接地的接地线的长短,当计算机受到谐振和驻波的影响时,如果出于接近谐振频率,导体将呈现出非常高的感抗,在数据处理设备的两个单元之间无法产生有效的等凋萎作用,当谐波波长的1/4或1/4波长的奇数倍和导体的长度相等时,该导体两端之间将呈现出开路状态。由此可见,对高频接地线的长度要求是,必须以不会产生驻波为条件。
4 利用地网防地电位反击
在雷击灾害中,雷电经常会击中室外发射塔或避雷针,雷击产生的电流会使避雷针的接地体产生瞬间的高电压,于是对附近传输和发射设备等的公共接地极放电,把雷电的瞬时高压引向发射机,造成发射机和其他传输设备损坏,这种现象称为地位反击。当避雷针引雷入地时,会在地体接入处产生冲击过电压,而且此电压为1kV以上,而土壤电流冲击的击穿场强约为200～1000kV/m,平均值为600kV/m,由此可见,在接地体3m以内的土壤会产生很大的新冲击电流。更远处则会由于土壤中存在的暗流以及各种地下管道和其它导体的传导等各种因素,将会受到不同程度的波及。为排除可能出现的地噪声源,获得一个较为满意的纯净电位,通常广播设备的接地包括电源地、信号地、工作地和外壳保护地是完全分开的。通过分布电容的耦合,设备的外
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壳和工作、信号系统之间在电器上形成通路。当较大的脉冲雷击电流通过地位反击产生的过电压,可能会严重损坏广播控制系统的电路。
要防止地电位反击,需将防雷接地、工作接地、保护接地等接地系统连接成一个接地网形成等电位。有些地方,如广播微波站、中波发射台、调频发射台的机房与发射台各有接地装置,也要做成等电位连接,变为一个整体。确保当地电位在闪电入地时,各部分共同升高,避免反击。这样统一的接地也会出现一些问题,那就是对发射机、接收机和其他广播设备来说,在平常没有雷击时,会产生一种地波干扰,影响节目的信号质量。解决反击和干扰之间的矛盾,可以单独设置防干扰系统。
5 关于接地
广播机房设备的各种接地线之间,地线与大楼建筑的主钢筋之间,必须全部采用共用接地系统,进行有效的连接。在广播系统中,工作接地与其他接地之间安设置一个低压隔离避雷器,当两个接地之间的电位差超过保护值时,瞬间接通,形成等地电位,若接地电位差低于保护值时,两个接地系统又恢复为隔离状态。当雷击引起地电位高压反击时,大楼和机房设备呈现系统等电位,防雷系统保持在工作状态,这样就可以确保整个广播系统的安全。