避雷塔 浅析中频单塔天馈系统的防雷改造

　　摘 要：中频单塔天线天馈系统因其天线特性而容易遭到雷电袭击，从而引起较为严重的后果。本文提出对中频单塔天线匹配箱、馈缆及控制线进行防雷改造，实现对中频单塔天馈系统的防雷改造，经实际使用验证，此类改造措施可有效避免中频单塔天线匹配箱和发信机激励器在雷雨天气损坏的故障，解决了此类隐患。
　　关键词：中频单塔天线 天馈系统 防雷改造
　　 1.概述
　　中频单塔天线因其天线特性决定其塔高较高且架设地点都在视野较为开阔或地势较高的位置，如较高的山坡或较为开阔的山地，这些地区雷电活动较为频繁，对天馈系统内的设备安全运行带来很大的威胁。当受到雷电感应时，感应电流会沿天馈线路侵入设备，进而造成设备损坏，通信中断，因此对中频单塔天馈系统的雷电防护工作显得十分重要。
　　广州海岸电台现有频率范围为450～535khz的中频单塔发信天线一付，该中频单塔天线体高112米，所在山体山高约95米且山体较为空旷。天线匹配箱位于该天线旁，并经550米天线馈缆与控制电缆连接到发射机，馈缆沿途由15根水泥杆支撑。天线匹配箱、发射机自带防雷设施，而天线馈缆、控制电缆尚无防雷措施。该中频单塔天线匹配箱以及与之相连的发信机激励器每逢雷击便会损坏，严重时会造成天线匹配箱和发信机激励器多处损坏。
　　 2.对中频单塔天线天馈系统的防雷改造
　　雷电的危害主要分为直击雷和感应雷两种，对中频单塔天线天馈系统的防雷改造也从这两方面入手。据分析该中频单塔天线天馈系统遭雷击受损的原因主要有以下两个：（1）直接遭受雷击而损坏；（2）感应雷沿着与设备相连的信号线、电源线侵入使设备受损。
　　针对以上两个原因对此中频单塔天线天馈系统的防雷系统改造如下：
　　
　　 2.1天线匹配箱中加装继电器
　　此类天线塔身便是天线幕本身，整座天线架于高耐压、大吨位的绝缘柱上不接地，较为容易遭到直接雷击。为防止直击雷对天馈系统的带来的损害，在天线幕引线下至匹配箱处已熔接封闭金属放电球，作为直接雷的主要泄流通道。但由于雷电瞬间产的电压较高，即使在匹配箱中有金属放电球作为直接雷的泄流通道，仍有部分未泄直击雷造会成匹配箱损坏。
　　如图1所示，在匹配箱中新装一个继电器，继电器由变压器24V输出供电，通过继电器控制RF信号输出以及高压信号回路的通断。
　　在发信机关机时，继电器不工作，天线直接落地，高压回路线至发信机电缆断开，避免雷击时未泄流雷电由天线进入，烧毁匹配箱及发信机激励器；发信机开机时，继电器工作，同时带动微动开关使之闭合，信号通过天线发射出去，高压回路线将信号送回发信机，保证发信机正常工作。
　　对匹配箱加装继电器，在金属放电球对天馈系统保护的基础上，隔断了发信机不工作时直击雷在天馈系统及发信机的通路，进一步隔离了直击雷给该中频单塔天线天馈系统和发信机带来的危害。
　　2.2对天线馈缆进行防雷改造
　　对匹配箱的改造只能避免雷电由天线直接进入而导致烧毁匹配箱及发信机激励器的故障。如果感应雷通过馈缆传至发信机，则还是会导致发信机激励器损坏，此类隐患则需对天线的馈缆进行防雷处理来解决。
　　如图2所示，通过角钢将避雷线固定在原有的架设馈缆和控制线的15条水泥杆上距离馈缆1m高处，避雷线与馈缆保持平行，且沿每个水泥杆下地，其中下地深度为1m，在架设馈缆避雷线时，在电线杆处交错对钢绞线和馈线外皮接地，为避免干扰，同一电线杆处只做一种接地。
　　在对馈缆架设避雷线的同时，在馈缆进线口处加装同轴避雷模块，实现多级避雷。
　　选择避雷器时主要考虑以下几个方面的问题：
　　（1）根据该中频单塔天线连接的发信机的工作频率、平均输出功率、连接器接口类型及参数选用符合参数要求的避雷器。
　　（2）因避雷器存在一定的损耗，对于天线辐射信号的强度造成了一定的影响，同时还要注意驻波比的变化，天馈系统的驻波比应保持在1.5以内。
　　在综合考虑以上两个方面后，在馈缆的机房进线口处安装合适的同轴避雷器模块，从避雷器引出接地线接至机房地网，当馈缆受到雷击时，避雷器在雷电来时会及时与设备断开，通过连在避雷器外部的接地线把电流放掉后，并自动恢复连接，从而保护机房内外的设备。
　　另，如图3所示，铺设直击雷防护专用地网，分别在架设馈缆的15条水泥杆范围内挖500x600mm地沟铺设铜镀钢接地棒作为地网垂直地极，每个相应距离采用多跟铜镀钢接地棒连接组合成一组垂直接地体深入土壤，作为垂直接地体，并与水平接地体良好焊接。水平地级采用40x4mm热镀锌扁钢与垂直地极进行连接，水平接地极埋设深度在600mm以上。
　　2.3对控制线和电源线进行二级防雷处理
　　在对馈缆进行防雷改造后，为防止感应雷由控制电缆进入发信机造成发信机损坏，还对控制电缆进行二级防雷处理，即在控制电缆匹配箱出口处和机房进线口处加装串联式单项电源防雷器和控制信号防雷器（如图4所示），实现多级保护，逐级限压，将雷电过压限制到发信设备的承受水平上。
　　
　　 3.结语
　　经过雷雨季节实践证明，通过对中频单塔天线的防雷改造，在避免雷电由天线直接进入导致匹配箱和发信机故障的同时，也避免了感应雷由馈缆和控制电缆传送至发信机导致发信机损坏的故障，全面避免了该单塔中频天线匹配箱和发信机激励器在雷雨天气损坏的故障，进一步保障了电台海上遇险安全通信信息的播发，同时在同类天线天馈系统的防雷方面也有一定的借鉴意义。
　　参考文献：
　　[1 ]建筑物防雷设计规范
　　[2]金世新，梁益峰.中波发射台天馈系统的接地改造与防雷实践.广播电视技术，2011（4）
　　[3]通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范