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◆直擊雷 ◆感應雷 ◆電湧及高電壓引入 ◆接地及地網 |
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| 淺析有線電視CATV系統防雷及避雷 | |||
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眾所周知，雷電是自然現象，雷擊釋放能量很大，它的放電時間很短，但泄放電流可達幾萬、甚至幾十萬安培。因此，直接遭雷擊，在放電通道上毀壞性巨大。即使不是直接雷擊，而是在落雷點附近的建築物體，由於電磁感應，在建築物體上或者在架空線上都會產生高電壓衝擊波，其感應電壓可高達數千伏，甚至上萬伏。這種高電壓衝擊波，沿著建築物體或沿著導體迅速傳播，可破壞各種電器設備，危及人身安全。在CATV系統中，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。對於幹線較長的大系統，防雷設計更是刻不容緩的大事。本文從雷電的產生機理以及雷電對CATV系統的破壞性闡述雷電，以期讀者對雷擊有一個整體的認識，進而加強並改進CATV系統防雷的措施。
一 、雷電是怎樣形成的 雷電是大氣中的放電現象，多形成在積雨雲中，積雨雲隨著溫度和氣流的變化會下停地運動，運動中摩擦生電，就形成了帶電荷的雲層，某些雲層帶有正電荷，另一些雲層帶有負電荷。另外，由於靜電感應常使雲層下面的建築物、樹木等帶有異性電荷。隨著電荷的積累，雷雲的電壓逐漸升高，當帶有不同電荷的雷雲與大地凸出物相互接近到一定溫度時，其間的電場超過25∼30kv／cm，將發生激烈的放電，同時出現強烈的閃光。由於放電時溫度高達2000℃，空氣受熱急劇膨脹，隨之發生爆炸的轟鳴聲，這就是閃電與雷鳴。雷電的大小和多少以及活動情況，與各個地區的地形、氣象條件及所處的緯度有關。一般山地雷電比平原多，沿海地區比大陸腹地要多，建築越高，遭雷擊的機會就越多。 二 、雷電的種類及其危害 雷電主要有兩種：“直擊雷”和“感應雷”。直擊雷只有雷擊率的 10％左右，危害範圍一般較小，可使用避雷針、避雷線和避雷網來防避。但是安裝避雷針後， CATV系統的電子設備即使在其保護範圍之內，仍然可能遭雷擊而受損，大多數都是燒保險絲、電源變壓器、整流元件等，嚴重的還可能損壞積體電路等元件。這說明雷擊不是從天線引人的，而是從電源線引入的，可見避雷針雖保護了建築物，卻保護不了置於其內的CATV電子設備，這主要是感應雷造成的。危害大得多的“感應雷”占雷擊率近90％，危害範圍甚廣，CATV系統的電子設備受雷擊損壞，主要是感應雷造成的。 三、雷電是如何引入CATV系統的 雷電引入CATV系統主要是從避雷針、天線及引下電纜、架空電纜幾方面引入，首先，由於避雷針尖端具有很小的曲率半徑，雷雲逼近時，尖端電荷集中使周圍電場形成電離區，當與雷電會合時，首先是避雷針接閃。其次，儘管避雷針一般都高於天線，但有時因高度不夠，保護角不大，使天線和連接的同軸電纜外導體上感應出高電壓，若外導體未接地或者接地不當，其芯線又被遮罩，就會使電纜內外導體間呈現高電壓，損壞設備及電視機。另外，當CATV系統附近發生雷擊時，由於強電磁場會對暴露在外的架空電纜發生作用，使電纜內外導體間呈現高電壓，損壞設備及電視機。 四、CATV系統防雷的要點及措施 1、天線的防雷接地。有線電視的接收天線和豎杆一般架設在建築物的頂端，應把所有的接收天線，包括衛星接收天線的接地焊在一起，接天線的豎杆（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。安裝獨立的避雷針時，由於單根避雷針的保護範圍呈帳篷狀，邊界線呈雙曲線，所以避雷針高於天線頂端的長度應大於天線的最大尺寸，避雷針與天線之間的最小水準間距應大於3M。建築物已有防雷接地系統時避雷針和天線豎杆的接地應與建築物的防雷接地系統共地連接。無論是新的接地線還是原建築的接地線，接地電阻都應小於4歐姆。 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、輸出電纜的遮罩層，金屬管道等都需要接地，不能與天線的接地接在一起，設備接地與房屋避雷針接地及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於3米，機房內接地母線表面應完整，絕緣線的老化層不應有老化龜裂現象。一些前端設備如調製器，接收機等沒有過壓保護，而只有過流保護，一旦有雷擊往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、幹線系統的防雷接地。敷設於空曠地區的地下電纜，當所在地區年雷雨天數大於20天及土壤電阻率大於100歐姆時，電纜的遮罩層或金屬護套應每隔2KM左右接地一次。以防止感應電的影響。架空電纜的遮罩層及金屬護套、鋼絞線每隔250M左右接地一次，在電纜分線箱處的架空電纜金屬護套，遮罩層及鋼絞線應與線杆拉線共用接地裝置。另外就是不可忽視的光纜防雷，因為光纜在製造過程中，為了增加光纜的抗拉強度，在光纜中增加了鋼絲。在設置接續盒時，只注意了光纜的熔接。使用通常方法，將兩段光纜的鋼絲，分別固定在接續盒兩端的支架上，自然形成一間隙。這樣，當任意一段光纜中的鋼絲感應了很高的雷電電壓時，就會向另一端鋼絲放電，放電過程中產生的巨大火花，使接續盒內光纖斷裂損壞。為防止這種現象的發生，在光纜的施工過程中，應注意將接續盒內的光纜鋼絲端頭用導線連通，並用導線將其與吊掛光纜的鋼絞線連通，可有效地避免光纜遭雷電侵害。 4、分配系統的防雷接地 。電纜進入建築物時，在靠近建築物的地方，應將電纜的外導電遮罩層接地，架空電纜直接引入時，在入戶處應增設避雷器，並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。不要直接在兩建築物屋頂之間敷設電纜，可將電纜沿牆降至防雷保護區以內，但不得防礙車輛的通行，鋼線應作接地處理。CATV系統中的同軸電纜遮罩網和架空支撐電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地。系統中設備的輸入輸出端應有放電保護器，220V供電的放大器的電源端應有過壓保護裝置，或者儘量將系統中220V供電的放大器改成主路60V集中供電，以保證有線網路的獨立性和自給性，以減少雷電直接竄入的可能，這是防止雷電形成的首要措施。 總之，在整個CATV系統接地時，一定注意接地電阻的最小化，接地電阻越大防雷效果就越差，應儘量的減小接地電阻，控制在4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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