CATV系統(tǒng)防雷技術(shù)綜述
雷是一種大氣中的放電現(xiàn)象，常常使有線電視設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，在CATV系統(tǒng)中，防雷設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分重要的工作，而在實(shí)際工程當(dāng)中，防雷并沒有引起技術(shù)人員的足夠重視，一旦遭到雷擊，沒有良好防雷措施的系統(tǒng)就會(huì)遭到嚴(yán)重破壞，甚至癱瘓。對(duì)于干線較長的大系統(tǒng)，防雷設(shè)計(jì)更是刻不容緩的大事，本文從雷擊的產(chǎn)生機(jī)理以及雷電的分布規(guī)律闡述雷電，以期讀者對(duì)雷擊有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而闡述防雷的措施以及CATV器材的抗雷擊性能。
雷擊主要有兩種：“直擊雷”和“感應(yīng)雷”。直擊雷只有雷擊率的 10％左右，危害范圍一般較小，可使用避雷針、避雷線和避雷網(wǎng)來防避，危害大得多的“感應(yīng)雷”占雷擊率近90％，危害范圍甚廣，CATV系統(tǒng)的電子設(shè)備受雷擊損壞，主要是感應(yīng)雷造成的。直擊雷是帶電云層和大地之間放電造成的，在形成雷云的過程中某些云積累起正電荷的靂云接近到一定程度時(shí)，發(fā)生迅猛的放電。出現(xiàn)耀眼的閃光。當(dāng)雷云很低，周圍又沒有異性電荷的雷云時(shí)，就會(huì)在地面或者建筑物上感應(yīng)出異性電荷，形成帶電云層向地面或者建筑物放電；放電電流可達(dá)到幾十甚至幾百千安，放電時(shí)間為50－100µ S，這種放電就是直擊雷，直擊雷對(duì)建筑物和人、畜安全危害甚大。安裝于避雷針后， CATV系統(tǒng)的電子設(shè)備即使在其保護(hù)范圍之內(nèi)，仍然可能遭雷擊而受損，大多數(shù)都是燒保險(xiǎn)絲，電源變壓器，整流元件，三端穩(wěn)壓器，嚴(yán)重的還可能損壞集成電路等元件，這說明雷擊不是從天線引入的，而是從電源線引入的，可見避雷針雖保護(hù)了建筑物，卻保護(hù)不了置于其內(nèi)的CATV電子設(shè)備，這是感應(yīng)雷造成的。
感應(yīng)雷電靜電感應(yīng)和雷電流產(chǎn)生的電磁感應(yīng)兩種原因所引起的，當(dāng)帶電的云層（雷云）靠近輸電線路時(shí)，會(huì)在它們上面感應(yīng)出異性電荷，這些異性電荷被雷云電荷束縛著。當(dāng)雷云對(duì)附近的目標(biāo)或接閃器（避雷針是最早、最常用的接閃器）放電時(shí)，其電荷迅速中和，而輸電線路上束縛的電荷便為自由電荷，形成局部感應(yīng)高電位。這種感應(yīng)高電位發(fā)生在低壓架空線路時(shí)亦可達(dá)100KV；在電信線路上可達(dá)40－60KV。而且它可以沿著線路傳入電子設(shè)備，造成損害。雷擊后巨大的雷電流在周圍空間產(chǎn)生交變磁場，由于電磁感應(yīng)使附近設(shè)備感應(yīng)出高電壓，從而使設(shè)備損壞。
我國雷電的分布規(guī)律是：通常熱而潮濕的地區(qū)比冷而干燥的地區(qū)雷電多，同時(shí)雷電的頻數(shù)是隨著地理緯度的減小而增加，即越接近赤道頻數(shù)越高，具體說來有華南＞西南＞長江流域＞華北＞東北＞西北，除此之外，雷電的頻數(shù)隨地域而變，即：山區(qū)＞平原＞沙漠，陸地＞湖海，每年雷電的高峰都在7、8月份，活動(dòng)的時(shí)間大都在14－22時(shí)之間。一個(gè)地區(qū)有無雷電是由氣象條件所決定的，但具體的落雷點(diǎn)則受當(dāng)?shù)貤l件的影響較大。①地形的影響，通常山的東坡、南坡落雷的幾率多于山的西北坡，山中平地的落雷幾率大于峽谷，湖海邊落雷的幾率很小，但湖海如有山岳則靠水的一面山坡落雷幾率較多；風(fēng)口或順風(fēng)的河谷容易落雷。②地面物的影響，空曠地中的孤立建筑物和建筑物群中高聳的建筑物易受雷擊，金屬結(jié)構(gòu)的屋頂、塔架易受雷擊，屋旁大樹、接收天線、山區(qū)輸電線等易受雷擊，這是因?yàn)檫@些地面物極利于雷云與大地建立良好的放電通道。③地質(zhì)的影響，土壤、電阻率相對(duì)值小而電荷相對(duì)積聚快的地方容易落雷，有大片土壤電阻較大時(shí)，局部土壤電阻率小的地方易落雷；土壤電阻率小的山坡或土山易落雷；土里有導(dǎo)電礦藏的地區(qū)易落雷；地下水位高或有礦泉的地區(qū)易落雷。
對(duì)于系統(tǒng)的防雷最有利的措施是系統(tǒng)有良好的接地，良好接地不僅能及早的泄掉感應(yīng)雷產(chǎn)生的電壓，同時(shí)也可泄掉由于設(shè)備漏電而產(chǎn)生的對(duì)地電壓，達(dá)到保護(hù)設(shè)備和人身安全的目的，具體的系統(tǒng)防雷也是從接地開始的。與此同時(shí)，在需要的地方按裝避雷外、避雷器，但是選用器材的抗雷擊性能也不忽視，在選用器材時(shí)，考查器材的抗雷擊性能也是重要的一環(huán)。目前，我國大量生產(chǎn)和使用避雷器，有以電工碳化硅閥片為基本元件的各種閥式避雷器；有以氧化鋅閥片為基本元件的氧化鋅避雷器，氧化鋅避雷器較之閥式避雷器具有動(dòng)作迅速、通流容量大、殘壓低、無續(xù)流、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、壽命長、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。下面重點(diǎn)講述氧化鋅避雷器，氧化鋅壓敏避雷器對(duì)感應(yīng)雷及雷電波入侵的防止是有效的。其工作原理是其伏安特性的非線性。正常電壓時(shí)，避雷器呈高阻狀態(tài)，只有很小的泄漏電流（µA數(shù)量級(jí)），功率損耗很小，當(dāng)線路中出現(xiàn)過壓時(shí)，避雷器呈低阻狀態(tài)（時(shí)間效應(yīng)為10-9數(shù)量級(jí)）過電壓以放電電流的形式通過避雷器流入大地，過電壓被抑制下來，浪涌電壓過后，線路電壓恢復(fù)正常時(shí)，避雷器又呈高阻絕緣狀態(tài)，因此避雷器必須有良好的接地裝置與之配合。
雷電過電壓的電流是一種很快上升到峰值，然后較慢下降的脈沖，其時(shí)間量值為10-6S數(shù)量級(jí)，國家的通用標(biāo)準(zhǔn)是8／20µS，即用8µS的時(shí)間上升到峰值，然后用20µS的時(shí)間下降到半峰值，而氧化鋅避雷器的響應(yīng)時(shí)間為10-9數(shù)量級(jí)，因而響應(yīng)時(shí)間是來得及的，其次是幅值問題，有線電視的供電電源經(jīng)過電力系統(tǒng)的多級(jí)避雷，因而雷電脈沖電流大于 5 KA的概率不會(huì)大于15％，只要選擇通流容量為 5 KA的避雷器，其殘壓也是設(shè)備能夠承受的，加上合乎要求的接地就會(huì)達(dá)到避雷的效果。
1．無線的防雷接地。有線電視的接收天線和豎桿一般架設(shè)在建筑物的頂端，應(yīng)把所有的接收天線，包括衛(wèi)星接收無線的接地焊在一起，接天線的豎桿（架）上應(yīng)裝設(shè)避雷針，避雷針的高度應(yīng)能滿足對(duì)天線設(shè)施的保護(hù)，安裝獨(dú)立的避雷針時(shí)，由于單根避雷針的保護(hù)范圍呈帳篷狀，邊界線呈雙曲線，所以避雷外高于天線頂端的長度應(yīng)大于天線的最大尺寸，避雷針與天線之間的最小水平間距應(yīng)大于3M，建筑物已有防雷接地系統(tǒng)時(shí)避雷針和天線豎桿的接地應(yīng)與建筑物的防雷接地系統(tǒng)共地連接；建筑物無專門的防雷接地可利用時(shí)，應(yīng)設(shè)置專門的接地裝置，從接閃器至接地裝置采用兩根引下線，從不同的方位以最短的距離沿建筑物引下，其接地電阻應(yīng)小于4歐姆，無論是新制作的接地統(tǒng)還是原建筑的接地線，接地電阻都應(yīng)小于4歐姆，除天線應(yīng)有良好的避雷的接地外，還應(yīng)采取如下措施：①無線輸出端應(yīng)安裝專用CATV保安器；②天線輸出電纜按接地要求接地；③使用裝有氣體放電管及快速反應(yīng)保護(hù)二級(jí)管的天線放大器或頻道放大器。
2．前端設(shè)備的防雷接地。如果在前端附近發(fā)生雷擊，則會(huì)在機(jī)房內(nèi)的金屬機(jī)箱和外殼上感應(yīng)出高電壓，危及設(shè)備及人身安全。前端設(shè)備的電源漏電也會(huì)危及人員的安全，因此，對(duì)機(jī)房內(nèi)的所有設(shè)備，輸入、輸出電纜的屏蔽層，金屬管道等都需要接地，不能與層頂天線的接地接在一起，設(shè)備接地與房屋避雷針接地及工頻交流供電系統(tǒng)的接地應(yīng)在總接地處連接在一起。系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備接地裝置和埋地金屬管道應(yīng)與防雷接地裝置相連，不相連時(shí)兩者的距離應(yīng)大于3米，機(jī)房內(nèi)接地母線表面應(yīng)完整，并無明顯錘痕以及殘余焊劑渣；銅帶母線應(yīng)光滑無毛刺。絕緣線的老化層不應(yīng)有老化龜裂現(xiàn)象。一些前端設(shè)備如調(diào)制器，接收機(jī)等沒有過壓保護(hù)，而只有過流保護(hù)，一旦有雷擊物往會(huì)出現(xiàn)電源燒壞而保險(xiǎn)不斷的情況，針對(duì)此種情況應(yīng)在總電源處加裝避雷器，以更好的保護(hù)前端設(shè)備。
3．干線和分配系統(tǒng)的防雷接地。①敷設(shè)于空曠地區(qū)的地下電纜，當(dāng)所在地區(qū)年雷暴天數(shù)大于20天及土壤電阻率大于100歐姆時(shí)，電纜的屏蔽層或金屬護(hù)套應(yīng)每隔2KM左右接地一次。②架空電纜的屏蔽層及金屬護(hù)套、鋼紋吊線每隔250M左右接地一次，在電纜分線箱處的架空電纜金屬護(hù)套，屏蔽層及鋼絞線應(yīng)與電纜分線用接地裝置。埋設(shè)于空曠地區(qū)地下電纜，其屏蔽層和護(hù)套，應(yīng)每隔2KM左右接地一次，以防止感應(yīng)電的影響。③電纜進(jìn)入建筑物時(shí)，在靠近建筑物的地方，應(yīng)將電纜的外導(dǎo)電屏蔽層接地，架空電纜直接引入時(shí)，在入戶處應(yīng)增設(shè)避雷器，并將電纜外導(dǎo)體接到電氣設(shè)備的接地裝置上，電纜直接埋地引入時(shí)，應(yīng)在入戶端將電纜金屬外皮與接地裝置相連。④不要直接在兩建筑物屋頂之間敷設(shè)電纜，可將電纜沿墻降至防雷保護(hù)區(qū)以內(nèi)，并不得防礙車輛的運(yùn)行，吊線應(yīng)作接地處理。⑤系統(tǒng)中設(shè)備的輸入輸出端應(yīng)有氣體放電保護(hù)管，220V供電的放大器的電源端應(yīng)有過壓保護(hù)裝置，目前市面上的放大器魚龍混雜，為了降低成本，甚至省去了防過壓措施，如輸入輸出瑞元?dú)怏w過壓放電管，220V供電的放大器電源端只有過流保護(hù)，而無過壓保護(hù)，在選用干線器材時(shí)，應(yīng)把防過壓保護(hù)作為一個(gè)重要的前提條件來考慮。⑤CATV系統(tǒng)中的同軸電纜屏蔽網(wǎng)和架空支撐電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地。
4．CATV系統(tǒng)中的同軸電纜屏蔽網(wǎng)和架空支承電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地，受感應(yīng)雷的機(jī)會(huì)較小，雷電最容易從電源線進(jìn)入電子設(shè)備，把供電線進(jìn)戶瓷瓶鐵腳接地，對(duì)保護(hù)電力設(shè)備和人身安全可以起到一定的作用，但由于CATV等電子設(shè)備的耐受過電壓的能力比電力設(shè)備差得多，因此除必須在進(jìn)戶線上安裝低壓避雷器外，可把光屏蔽的電線、電纜等在埋地金屬管中，使雷電波通入地中。電源線在進(jìn)入電子設(shè)備前可繞幾個(gè)圈以形成小電感，對(duì)50HZ電流沒有什么影響，對(duì)阻擋雷電波侵入設(shè)備卻有一定作用。
在系統(tǒng)接地時(shí)，一定注意接地電阻的最小化，接地電阻大防雷效果就差，盡量的減小接地電阻、控制在8歐姆以下為最好。
有線電視系統(tǒng)的防雷是一項(xiàng)綜合的技術(shù)工程，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出了漏洞，都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的防雷效果。在做系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)時(shí)一定要本著科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，切實(shí)做好系統(tǒng)的防護(hù)設(shè)計(jì)。