一、前言 防雷是中波全固态发射机正常工作的一项重要保护措施，防雷性能的好坏，直接影响到安全播出。中山中波转播台地处珠江出海口的平原地带，每年4月即进入雷雨季节，10月结束，通常在5、6月达到高峰，时间跨度长，雷电能量大。台内有四座高达百米的发射铁塔，相当于周边地区的避雷针，很容易遭受雷击和雷电破坏。虽然发射设备有多重防雷措施，但仍有可能会受到雷电流冲击而损坏发射机，因此，如何有效防雷是该台安全播出十分重要而迫切的课题。
二、雷电危害及其现状分析
（一）雷电对发射设备的危害
雷电危害根据雷击的形式和影响分为三类：直击雷、雷电感应和雷电波入侵，前两者实际上是雷击动作的两个部分。
直击雷：由雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电的现象称为直击雷。直击雷时，雷云放电的电流很大，达几百甚至上千安，击中物体时，会产生大量的热量与极强的爆炸力，使可燃物体瞬间燃烧爆炸，危害十分巨大，将直接危害台内的发射铁塔和调配室天调网络。
雷电感应：这是直击雷的第二次作用，即是雷电流在直击雷附近导体上产生的静电感应和电磁感应，跟雷电浪涌冲击破坏机制一样，跟雷电浪涌冲击破坏机制一样，感应雷虽然没有直接雷猛烈，但导致设备损坏80%来自感应雷。由于极大的雷电流，在其周围形成瞬间强电磁场，产生脉冲电磁辐射，对一定区域范围的导体或用电设备产生电脉冲，将危害台内各电气设备、通信传输线路、数据采集处理器及发射机攻防模块等。
雷电波侵入：当架空线路或架空金属管道遭受雷击，或者与遭受雷击的物体相碰，以及由于雷云在附近放电，就会在导线上感应出很高的电动势，沿线路或管路将高电位引进建筑物和电源系统内部，从而造成电路系统中断、线路火灾以及触电事故，对台站的危害具体表现在破坏电源系统以及天馈线系统，从而引发全台大规模停电事故和天馈线损坏等重大安全事故。
雷电的破坏能力非常大，雷电瞬时电压在200万伏以上，放电在纳秒至毫秒间完成，其高量级的高频电流对电子设备的破坏最厉害。同时，雷电也包含高电压的低频成分，足以破坏大型设备。
（二）现状分析
在防雷措施改进前，中山台在天线方面的防雷措施主要是：在铁塔天线底部装有传统半球形防雷装置，在天调网络安装石墨放电球、泄放线圈、隔直电容、移相网络；在发射机输出馈线中串接高频避雷器。尽管有这些防雷措施，但在雷电高发期间，台站内的发射机仍经常遭遇雷击，使得发射机功放模块损坏。
从上述雷电对发射设备的危害分析可知：天线感应到雷电电涌时，虽然天线底部有多重防雷措施，但仍有很大的瞬间电压、电流沿馈线倒送到发射机。发射机正在输出功率时，倒送过大的瞬时电压、电流，会在射频电流过大等保护电路动作之前，导致发射机功放等模块损坏。
三、雷电防护系统的主要手段与措施
雷电防护措施主要有：接闪、均压、泄流、接地等。
（一）接闪：是进行区域防护的措施，它是把进入防护区的危险雷云吸引过来进行安全放电。主要依靠避雷针、避雷网和屏蔽带来实现。接闪的方式也分多种：一种是对雷云的一次性吸引放电，这种形式放电剧烈，感应浪涌很大；另外，还可以在雷云发展过程中依次吸引放电，这种放电形式相对平稳，感应浪涌较小。接闪方式的不同，是通过对避雷针的不同设计方法来实现的。
（二）均压：均压的措施是等电位连接，就是将室内的各导体进行连接，消除电位差。一旦遭受雷击，各导体电位相同，消除了形成浪涌的条件。均压连接的方式也有多种。
（三）泄流：就是对浪涌电流进行安全泄放，通过有效合理的手段，将雷电流的能量尽可能的引入大地，正如大禹治水，采用的是疏导方式。泄流是雷电防护的基本手段之一。
（四）接地：是泄流的方式和路径。不论接闪还是泄流以及各种各样的避雷装置，最终都要进行接地。对于接地电阻的要求和控制，是接地施工中的关键所在。
四、中山台防雷系统的改进
防雷是一个复杂的问题，需要采用综合治理的办法，对症下药将各类可能产生雷击的危害排除，才能将雷击威胁减小到最低限度。要兼顾直接雷危害、感应雷及雷电电磁脉冲（LEMP）等对电子设备的危害。
鉴于雷电的危害，我台全面改进防雷系统。重点改进两源一线（电源、信号源和天馈线）和机房大楼的防雷系统。
（一）电源系统的防雷
电源系统防雷主要防范雷电感应和雷电波入侵。中山台电源系统流程图如图1所示。
由图1可知，市电10KV变压器这一级是中山台高压供电系统的源头，中间经过三级配电最终供给机房的发射机系统工作。发射机系统主要包括信号源链路与控制系统、固态中波发射机系统以及自动化控制系统，这些子系统对工作电压的稳定度与精确度有着严格的要求，因此为有效防止雷电感应与雷电波入侵对供电线路造成的干扰，中山台按国家规范要求采取多级防雷的方案：在市电高压变压器后端进D1配电柜加装避雷器，作为一级保护；在D2总配电柜配电箱加装避雷器，作为二级保护；在D3配电柜内，在信号源设备、控制设备以及UPS的前端加装避雷器作为三级保护。其目的是用分流技术将雷电过电压脉冲能量分流疏导至大地，以抑制首次雷击电流和后续雷击电流，抵御沿线路侵袭的感应雷击，逐步削弱雷电窜入的能量。
防雷器采用的是雷迅PPS-B型箱式三相电源电涌保护器，其最大持续运行电压为385V，最大放电电流为80KA（8/20μs），限制保护电压2500V，其级数参数满足第一级配电柜防雷要求。
防雷器在接线过程中要注意保护器在各相的连接线长度不超过0.5米，敷设时应短而直，不能弯折或盘绕。第一级安装保护器之后，还需要在第二级D2配电柜以及第三级发射机输入电源级安装保护器。第二级保护器采取与第一级相同的方法与设备，也是在配电柜内挂箱式浪涌保护器，第三级由于发射机内空间较小，且电源经过二级稳压，于是采用模块化电源电涌保护器，并联在三相电源输入端，具体接线图如图2所示。
这样就形成了三级防雷保护，有效防止了从电源窜入的雷电侵害，保护了发射设备的正常运行与电源器件的安全。 （二）信号源系统防雷
根据信号源不同采取不同的防雷措施，我台信号源有卫星信号、光线信号以及调频FM信号。卫星信号是由卫星接收机通过卫星天线接收、处理、解码而来，供电电源是经过三级防雷处理的稳压电源，非常稳定，抗雷电感应能力强，因此卫星接收机只需要做好沿信号线的雷电波入侵就可以，方法是在卫星接收机信号输入端加装一个高频同轴电涌保护器，采用设备为ASP ST75F，其技术参数为最大放电电流为100KA、最高工作频率2GHz，匹配阻抗可任意选择，插入损耗小于0.2dB。
同理，调频FM信号这一路也采用相同方法加装此类保护器。对于光纤信号，由于是通过埋地光线传输信号，抗雷电感应较强，而且在其电视台输送端就已经做过防雷处理，再加上光接收机使用电源也是经过防雷处理的稳压电源，因而光线信号这一路就没有另加防雷保护器。
（三）天馈线系统防雷
天馈线系统主要防范直击雷与雷电波入侵的危害。我台有4条天馈线从机房引出，经过支撑钢架分别接入到各自频点的调配室，沿线路径长度分别为10kW150米，1kW180米。我台所用天馈线为50Ω同轴充气馈线，内含三道绝缘层，充气气体为氮气，常压为1Mpa，密闭性能与绝缘效果良好，因此只需要在馈线进出两端做好防雷措施，而中间部分则需要将支撑钢架进行接地处理，每一根支撑用的水泥立柱都需要接地。
在天馈线输入端，即是发射机输出网络与馈线的连接端，需要串联加装天馈线防雷器，选择标准应满足天馈线传输的要求，应选用通流容量大、残压小、电压驻波比低、插入损耗小的防雷器。
在天馈线输出端，即是馈线与调配室调配网络的连接端，需要做好接地处理，并加装石墨放点球，同时在天线铁塔也要做好防雷处理。天线铁塔防雷主要靠三种手段：1.串加隔直电容，保护调配网络；2.并加泄流电感，释放雷击能量；3.安装石墨放点球。具体图如下图3所示。
除天线基部已安装放电球外，在调配室里又接入—只石墨放电装置—FD石墨放电极（Φ35×60），它比通常金属放电球有良好的放电效果，考虑到空气击穿电压为1000V/mm，再根据发射机的参数一般讲其调整到2-3mm。
MXO-磁环它的装入可使电感达到几十微亨，当FD石墨遭雷击放电时，由于发射机工作频率较高，这几十微亨电感形成很高的阻抗，即使FD放电短路时，则发射机不是处在短路状态对保护发射机有益，而对雷电而言，雷电交流成份频率很低，几十微亨电感毫无意义，其放电电流畅通无阻。
L-微亨级电感，放电电感最大不过50微亨，它引入比以往毫亨级电感无论是交流阻抗或直流电阻都要小的很多，因此对雷电电流的泄放能力也要大的多，保护作用越强。
C-隔直流电容，对雷电而言，其主要成份是直流。利用电容器的隔直流作用，阻挡雷电强大直流能量袭击发射机。
天馈线系统整体防雷设计图如下图4所示：
发射铁塔架设完毕的后期技术防雷措施，在其筑基与架设时还需要采取工程防雷措施。中山台在建筑塔基时，都会在塔基每边打下3条50×50×5MM镀锌角钢，长度为6M，然后再用30MM宽铜带将这12条角钢连接成网，最后与塔基相连，形成一个专门的泄流地网。
（四）机房大楼的防雷措施
机房大楼等建筑物主要是防范直击雷的破坏，按照国家《建筑物防雷设计规范》中对第三类防雷建筑物的要求，中山台采用在综合大楼上安装由避雷针与避雷网混合组成的接闪器。其中避雷针为2米高的￠30mm镀锌圆钢管，由于是安装在大楼的最高点，所以还要满足防风抗风的等级要求，其底座用四颗￠10mm螺钉固定，然后再接入避雷网。
避雷网采用￠10的镀锌圆钢沿着房顶围墙和顶面进行明敷，重点是保护房角和房檐等易遭雷击的部位。避雷网明敷方式可采用嵌入墙体或架设支架的方法，考虑到墙体美观和整体效果，中山台采用嵌入墙体的敷设方式，用钩钉将避雷网整体固定在墙体表面。在施工中避雷网最好不要弯折以免产生尖端放电现象，在绕墙体敷设时尽量采用平滑的弧形，弯曲角大于90°，弯曲半径也要大于圆钢直径的10倍。屋顶避雷网敷设完成后，不仅要将楼上墙体内的主体钢筋与避雷网焊接在一起，还要将楼上金属旗杆、基座、爬梯、透气管、电气钢管等金属构件与避雷网焊接成一体，加强网格防护能力。
避雷网建设完成后，需要连接引下线，也就是引地线，作用是使雷电能量能够泄放到大地当中。考虑到综合大楼的实际面积与形状，引下线采用4根￠10的镀锌圆钢，呈“工”字形对称布置在楼体四角，敷设时不得弯曲，以保持最短路径连接避雷网和大地。由于在综合大楼四周布设有四个高频地井，且地井阻抗长期在0.2Ω左右，导电性能良好，因此避雷系统可以将这些地井作为现成的接地点使用，所以大楼的引下线也要与高频地井进行连接。
五、总结
目前，我台改进后的防雷系统，改造后发射机4月到10月雷雨季节器件遭受雷击次数明显减少，功放模块受雷击损坏数量也大幅减少，又以前的年均4块减到目前1块以下，各系统运行状态一切正常，与预期吻合。
1.能将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放（外部保护）。
2.能阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压（内部保护及过电压保护）。
3.能限制发射设备上浪涌过压幅值（过电压保护）。
综上所述，通过采用分区域重点分级的防雷措施，收到了明显效果，避免了雷电损坏发射设备，确保了中波发射台的设备安全，确保了广播安全播出。
