探讨有线电视CATV系统防雷及避雷技术

雷电灾害属于发生频率高，破坏大的自然灾害。供电和通信系统的雷击尤其惨重。国内外时有报导，电厂、电网、通信网、有线电视网因被雷击而瘫痪，经济损失成千上万，甚至死伤人命。由于人们总抱有侥幸心理，而且大的直击雷属于不可抗拒的灾害，致使防雷工作长期不受重视；其实采取好的防雷设施，可以大大减少雷灾损害。本文从雷电的产生机理以及雷电对CATV系统的破坏性阐述雷电，以期读者对雷击有一个整体的认识，进而加强并改进CATV系统防雷的措施。　　

一、雷电是怎样形成的　　

雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中，积雨云随着温度和气流的变化会下停地运动，运动中摩擦生电，就形成了带电荷的云层，某些云层带有正电荷，另一些云层带有负电荷。另外，由于静电感应常使云层下面的建筑物、树木等带有异性电荷。随着电荷的积累，雷云的电压逐渐升高，当带有不同电荷的雷云与大地凸出物相互接近到一定温度时，其间的电场超过25~30kv/cm,将发生激烈的放电，同时出现强烈的闪光。由于放电时温度高达2000℃，空气受热急剧膨胀，随之发生爆炸的轰鸣声，这就是闪电与雷鸣。雷电的大小和多少以及活动情况，与各个地区的地形、气象条件及所处的纬度有关。一般山地雷电比平原多，沿海地区比大陆腹地要多，建筑越高，遭雷击的机会就越多。　　

二、雷电的种类及其危害　　

雷电主要有两种："直击雷"和"感应雷".直击雷只有雷击率的10%左右，危害范围一般较小，可使用避雷针、避雷线和避雷网来防避，危害大得多的"感应雷"占雷击率近90%,危害范围甚广，CATV系统的电子设备受雷击损环，主要是感应雷造成的。直击雷是带电云层和大地之间放电造成的，在形成雷云的过程中某些云积累起正电荷的雳云接近到一定程度时，发生讯猛的放电。出现耀眼的闪光。当雷云很低，周围又没有异性电荷的雷云时，就会在地面或者建筑物上感应出异性电荷，形成带电云层向地面或者建筑物放电；放电电流可达到几十甚至几百千安，放电时间为50-100? S,这种放电就是直击雷，直击雷对建筑物和人、畜安全危害甚大。安装于避雷针后， CATV系统的电子设备即使在其保护范围之内，仍然可能遭雷击而受损，大多数都是烧保险丝、电源变压器。整流元件，三端稳压器，严重的还可能损坏集成电路等元件，这说明雷击不是从天线引人的，而是从电源线引入的，可见避雷针虽保护了建筑物，却保护不了置于其内的CATV电子设备，这是感应雷造成的。　　

感应雷电静电感应和雷电流产生的电磁感应两种原因所引起的，当带电的云层（雷云）靠近输电线路时，会在它们上面感应出异性电荷，这些异性电荷被雷云电荷束缚着。当雷云对附近的目标或接闪器（避雷针是最早、最常用的接闪器）放电时，其电荷迅速中和，而输电线路上束缚的电荷便为自由电荷，形成局部感应高电位。这种感应高电位发生在低压架空线路时亦可达100KV;在电信线路上可达40-60KV.而且它可以沿着线路传入电子设备造成损害。雷击后巨大的雷电流在周围空间产生交变磁场，由于电磁感应使附近设备感应出高电压，从而使设备损坏。　　

三、雷电是如何引入CATV系统的　　

雷电引入CATV系统主要是从避雷针、天线及引下电缆、架空电缆几方面引入，首先，由于避雷针尖端具有很小的曲率半径，雷云逼近时，尖端电荷集中使周围电场形成电离区，当与雷电会合时，首先是避雷针接闪。其次，尽管避雷针一般都高于天线，但有时因高度不够，保护角不大，使天线和连接的同轴电缆外导体上感应出高电压，若外导体未接地或者接地不当，其芯线又被屏蔽，就会使电缆内外导体间呈现高电压，损坏设备及电视机。另外，当CATV系统附近发生雷击时，由于强电磁场会对暴露在外的架空电缆发生作用，使电缆内外导体间呈现高电压，损坏设备及电视机。　　

四、CATV系统防雷的要点及措施　　

对于系统的防雷最有利的措施是系统有良好的接地，良好接地不仅能及早的泄掉感应雷产生的电压，同时也可泄掉由于设备漏电而产生的对地电压，达到保护设备和人身安全的目的，具体的系统防雷也是从接地开始的。与此同时，在需要的地方按装避雷外、避雷器，但是选用器材的抗雷击性能也不忽视，在选用器材时，考查器材的抗雷击性能也是重要的一环。目前，我国大量生产和使用避雷器，有以电工碳化硅阀片为基本元件的各种阀式避雷器；有以氧化锌阀片为基本元件的氧化锌避雷器，氧化锌避雷器较之阀式避雷器具有动作迅速、通流容量大、残压低、无续流、结构简单、可靠性高、寿命长、维护简便等优点。　　

1、天线的防雷接地。有线电视的接收天线和竖杆一般架设在建筑物的顶端，应把所有的接收天线，包括卫星接收天线的接地焊在一起，接天线的竖杆（架）上应装设避雷针，避雷针的高度应能满足对天线设施的保护。　　

安装独立的避雷针时，由于单根避雷针的保护范围呈帐篷状，边界线呈双曲线，所以避雷针高于天线顶端的长度应大于天线的最大尺寸，避雷针与天线之间的最小水平间距应大于3M.建筑物已有防雷接地系统时避雷针和天线竖杆的接地应与建筑物的防雷接地系统共地连接。无论是新的接地线还是原建筑的接地线，接地电阻都应小于4欧姆。　　
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2、前端设备的防雷接地。如果在前端附近发生雷击，则会在机房内的金属机箱和外壳上感应出高电压，危及设备及人身安全。前端设备的电源漏电也会危及人员的安全，因此，对机房内的所有设备，输入、输出电缆的屏蔽层，金属管道等都需要接地，不能与天线的接地接在一起，设备接地与房屋避雷针接地及交流供电系统的接地应在总接地处连接在一起。系统内的电气设备接地装置和埋地金属管道应与防雷接地装置相连，不相连时两者的距离应大于3米，机房内接地母线表面应完整，绝缘线的老化层不应有老化龟裂现象。一些前端设备如调制器，接收机等没有过压保护，而只有过流保护，一旦有雷击往往会出现电源烧坏而保险不断的情况，针对此种情况应在总电源处加装避雷器，以更好的保护前端设备。　　

3、干线系统的防雷接地。敷设于空旷地区的地下电缆，当所在地区年雷雨天数大于20天及土壤电阻率大于100欧姆时，电缆的屏蔽层或金属护套应每隔2KM左右接地一次。以防止感应电的影响。架空电缆的屏蔽层及金属护套、钢绞线每隔250M左右接地一次，在电缆分线箱处的架空电缆金属护套，屏蔽层及钢绞线应与线杆拉线共用接地装置。另外就是不可忽视的光缆防雷，因为光缆在制造过程中，为了增加光缆的抗拉强度，在光缆中增加了钢丝。在设置接续盒时，只注意了光缆的熔接。使用通常方法，将两段光缆的钢丝，分别固定在接续盒两端的支架上，自然形成一间隙。这样，当任意一段光缆中的钢丝感应了很高的雷电电压时，就会向另一端钢丝放电，放电过程中产生的巨大火花，使接续盒内光纤断裂损坏。为防止这种现象的发生，在光缆的施工过程中，应注意将接续盒内的光缆钢丝端头用导线连通，并用导线将其与吊挂光缆的钢绞线连通，可有效地避免光缆遭雷电侵害。　　

4、分配系统的防雷接地。电缆进入建筑物时，在靠近建筑物的地方，应将电缆的外导电屏蔽层接地，架空电缆直接引入时，在入户处应增设避雷器，并将电缆外导体接到电气设备的接地装置上，电缆直接埋地引入时，应在入户端将电缆金属外皮与接地装置相连。不要直接在两建筑物屋顶之间敷设电缆，可将电缆沿墙降至防雷保护区以内，但不得防碍车辆的通行，钢线应作接地处理。CATV系统中的同轴电缆屏蔽网和架空支撑电缆用的镀锌铁线都有良好的接地。系统中设备的输入输出端应有放电保护器，220V供电的放大器的电源端应有过压保护装置，或者尽量将系统中220V供电的放大器改成主路60V集中供电，以保证有线网络的独立性和自给性，以减少雷电直接窜入的可能，这是防止雷电形成的首要措施。　　

总之，在整个CATV系统接地时，一定注意接地电阻的最小化，接地电阻越大防雷效果就越差，应尽量的减小接地电阻，控制在4欧姆以下为最好。有线电视系统的防雷是一项综合的技术工程，任何一个环节出了漏洞，都会影响整个系统的防雷效果。在做系统的防雷设计时一定要本着科学严谨的态度，切实做好系统的防护设计。