CATV系統防雷技術綜述

發布于：2014/8/15 19:50:30  點擊量：

CATV系統防雷技術綜述


雷是一種大氣中的放電現象，常常使有線電視設備嚴重損壞，在CATV系統中，防雷設計是一項十分重要的工作，而在實際工程當中，防雷并沒有引起技術人員的足夠重視，一旦遭到雷擊，沒有良好防雷措施的系統就會遭到嚴重破壞，甚至癱瘓。對于干線較長的大系統，防雷設計更是刻不容緩的大事，本文從雷擊的產生機理以及雷電的分布規律闡述雷電，以期讀者對雷擊有一個整體的認識，進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、避雷線和避雷網來防避，危害大得多的“感應雷”占雷擊率近90%，危害范圍甚廣，CATV系統的電子設備受雷擊損壞，主要是感應雷造成的。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，發生訊猛的放電。出現耀眼的閃光。當雷云很低，周圍又沒有異性電荷的雷云時，就會在地面或者建筑物上感應出異性電荷，形成帶電云層向地面或者建筑物放電；放電電流可達到幾十甚至幾百千安，放電時間為50－100µ S，這種放電就是直擊雷，直擊雷對建筑物和人、畜安全危害甚大。安裝于避雷針后，CATV系統的電子設備即使在其保護范圍之內，仍然可能遭雷擊而受損，大多數都是燒保險絲，電源變壓器，整流元件，三端穩壓器，嚴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，可見避雷針雖保護了建筑物，卻保護不了置于其內的CATV電子設備，這是感應雷造成的。

感應雷電靜電感應和雷電流產生的電磁感應兩種原因所引起的，當帶電的云層（雷云）靠近輸電線路時，會在它們上面感應出異性電荷，這些異性電荷被雷云電荷束縛著。當雷云對附近的目標或接閃器（避雷針是最早、最常用的接閃器）放電時，其電荷迅速中和，而輸電線路上束縛的電荷便為自由電荷，形成局部感應高電位。這種感應高電位發生在低壓架空線路時亦可達100KV；在電信線路上可達40－60KV。而且它可以沿著線路傳入電子設備，造成損害。雷擊后巨大的雷電流在周圍空間產生交變磁場，由于電磁感應使附近設備感應出高電壓，從而使設備損壞。

對于系統的防雷最有利的措施是系統有良好的接地，良好接地不僅能及早的泄掉感應雷產生的電壓，同時也可泄掉由于設備漏電而產生的對地電壓，達到保護設備和人身安全的目的，具體的系統防雷也是從接地開始的。與此同時，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，考查器材的抗雷擊性能也是重要的一環。目前，我國大量生產和使用避雷器，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作迅速、通流容量大、殘壓低、無續流、結構簡單、可靠性高、壽命長、維護簡便等優點。下面重點講述氧化鋅避雷器，氧化鋅壓敏避雷器對感應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，避雷器呈高阻狀態，只有很小的泄漏電流（µA數量級），功率損耗很小，當線路中出現過壓時，避雷器呈低阻狀態（時間效應為10-9數量級）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，線路電壓恢復正常時，避雷器又呈高阻絕緣狀態，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，其時間量值為10-6S數量級，國家的通用標準是8／20µS，即用8µS的時間上升到峰值，然后用20µS的時間下降到半峰值，而氧化鋅避雷器的響應時間為10-9數量級，因而響應時間是來得及的，其次是幅值問題，有線電視的供電電源經過電力系統的多級避雷，因而雷電脈沖電流大于 5 KA的概率不會大干15%，只要選擇通流容量為5 KA的避雷器，其殘壓也是設備能夠承受的，加上合乎要求的接地就會達到避雷的效果。

1．無線的防雷接地。有線電視的接收天線和豎桿一般架設在建筑物的頂端，應把所有的接收天線，包括衛星接收無線的接地焊在一起，接天線的豎桿（架）上應裝設避雷針，避雷針的高度應能滿足對天線設施的保護，安裝獨立的避雷鐘時，由于單根避雷針的保護范圍呈帳篷狀，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大于3M，建筑物已有防雷接地系統時避雷針和天線豎桿的接地應與建筑物的防雷接地系統共地連接；建筑物無專門的防雷接地可利用時，應設置專門的接地裝置，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，其接地電阻應小于4歐姆，無論是新制作的接地統還是原建筑的接地線，接地電阻都應小于4歐姆，除天線應有良好的避雷的接地外，還應采取如下措施：①無線輸出端應安裝專用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保護二級管的天線放大器或頻道放大器。

2.前端設備的防雷接地。如果在前端附近發生雷擊，則會在機房內的金屬機箱和外殼上感應出高電壓，危及設備及人身安全。前端設備的電源漏電也會危及人員的安全，因此，對機房內的所有設備，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，設備接地與房屋避雷針接地及工頻交流供電系統的接地應在總接地處連接在一起。系統內的電氣設備接地裝置和埋地金屬管道應與防雷接地裝置相連，不相連時兩者的距離應大于3米，機房內接地母線表面應完整，并無明顯錘痕以及殘余焊劑渣；銅帶母線應光滑無毛刺。絕緣線的老化層不應有老化龜裂現象。一些前端設備如調制器，接收機等沒有過壓保護，而只有過流保護，一旦有雷擊物往會出現電源燒壞而保險不斷的情況，針對此種情況應在總電源處加裝避雷器，以更好的保護前端設備。

3.干線和分配系統的防雷接地。

①敷設于空曠地區的地下電纜，當所在地區年雷暴天數大于20天及土壤電阻率大于100歐姆時，電纜的屏蔽層或金屬護套應每隔2KM左右接地一次。

 ②架空電纜的屏蔽層及金屬護套、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套，屏蔽層及鋼絞線應與電纜分線精會用接地裝置。埋設于空曠地區地下電纜，其屏蔽層和護套，應每隔2KM左右接地一次，以防止感應電的影響。

 ③電纜進入建筑物時，在靠近建筑物的地方，應將電纜的外導電屏蔽層接地，架空電纜直接引入時，在入戶處應增設避雷器，并將電纜外導體接到電氣設備的接地裝置上，電纜直接埋地引入時，應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電纜，可將電纜沿墻降至防雷保護區以內，并不得防礙車輛的運行，吊線應作接地處理。⑤系統中設備的輸入輸出端應有氣體放電保護管，220V供電的放大器的電源端應有過壓保護裝置，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，如輸入輸出瑞元氣體過壓放電管，220V供電的放大器電源端只有過流保護，而無過壓保護，在選用干線器材時，應把防過壓保護作為一個重要的前提條件來考慮。

 ⑤CATV系統中的同軸電纜屏蔽網和架空支撐電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地。

 4.CATV系統中的同軸電纜屏蔽網和架空支承電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地，受感應雷的機會較小，雷電最容易從電源線進入電子設備，把供電線進戶瓷瓶鐵腳接地，對保護電力設備和人身安全可以起到一定的作用，由于CATV等電子設備的耐受過電壓的能力比電力設備差得多，因此除必須在進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。電源線在進入電子設備前可繞幾個圈以形成小電感，對50HZ電流沒有什么影響，對阻擋雷電波侵入設備卻有一定作用。

在系統接地時，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。有線電視系統的防雷是一項綜合的技術工程，任何一個環節出了漏洞，都會影響整個系統的防雷效果。在做系統的防雷設計時一定要本著科學嚴謹的態度，切實做好系統的防護設計。

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