雷电防护在广播电视系统中的应用分析

雷电防护装置造假最高可罚10万元。5月29日，吉林省十二届人大常委会第二次会议分组审议了《吉林省气象灾害防御条例（草案）》。结合实际，委员会对条例草案部分条款内容进行了修改和细化，增加了"低温春涝""连阴雨""龙卷风"等气象灾害种类，使条例草案所列的灾害种类更加全面、准确。另外，在雷电防护装置设计、施工、检测中弄虚作假的；无资质或超越资质许可等级范围，进行雷电防护装置设计、施工、检测的。有上述行为之一的，将被处以5万元以上10万元以下罚款。

中国雷电防护行业自上世纪80年代末诞生，至上世纪90年代中期形成行业规模，至2002年逐步发展成熟，至今已有20年的发展历史。依据相关数据统计，2009年，国内共有具有防雷设计、施工资质的防雷企业1498家，其中甲级资质企业42家，乙级资质企业586家，丙级资质企业870家。其中，电涌保护器制造企业已超过550家，主要集中在北京、广东、四川、浙江、湖南5个省市。中国防雷行业目前的从业公司约有2500家企业。

据数据统计，未来三年内，防雷行业的年市场总需求将不超过180亿元人民币。其中，各建筑集团公司、电力建设集团公司将分掉约90亿元人民币左右的建筑物直击雷防护、建筑物接地、电力设施接地的市场。电涌保护器的实际市场总容量约在40亿元人民币左右。主要销售市场如下：电力二次系统防雷，15%；铁路通讯及5T系统防雷，15%；移动及电信通讯设施防雷12%；石化控制系统防雷5%；矿山监控系统防雷5%；军队通讯台站建设8%；气象防雷中心采购8%；其他行业32%。

雷电防护在广播电视系统中的应用分析

随着科技的进步，微电设备被广泛应用，城市通信电源大幅增多，城市电磁场发生变化，特别是微电子产品普遍绝缘强度低，过电压耐受力差，容易遭受雷电侵袭。其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。雷电危害可分成直击雷、感应雷和雷电波三种。目前，直击雷造成的灾害已明显减少，而随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及联网计算机等弱电设备。

1、防直击雷。由于广播电视信号的发射、接收个传输转播设施大多安装在高山、高楼或高架铁塔上,因此遭受直击雷的概率较大,通常采用的措施是架设一定高度的避雷针,通过避雷针把闪电吸引到接闪器上,而后把闪电传导入地。把直击雷的能量耗散到地下,从而保护了地上的建筑物。

由于避雷针的缺陷,因此,对于受避雷针保护的各种发射、接收天线及建筑物内的各种设备必须安装响应的电子避雷针,尽量减小地网地阻,楼顶上的各种管道、金属缆线外皮、广告牌等必须用够粗的导线连接并与避雷针焊接好,建筑物应装设均压环,环向垂直距离不应大于12米,所有引下线,进出建筑物的架空金属管道、建筑物的金属结构、设备等均应连接到环上,尽量减少由于避雷针引雷时产生的一次感应雷击对广播电视设备造成的损坏。

2、电源线路防雷。由于雷电能量主要集中在小于40KHz的低频段,供电50KHz的工频线路最容易和工频附近的最大能量谐波分量发生耦合谐波,加上交流电网大而面广,雷电波比较容易从电源线路途径破坏电子电器设备。

一般做法是在电源变压器次级、机房配电柜、设备配电盘、设备电源进线处并联1-3级三相、单相电源避雷器,进行雷电多级分流,入地。当雷电波沿电源线侵入时,避雷器的电阻瞬间降至很低,近于短路状态,雷电流就由此处分流入地,这类似于堵截了雷电的入侵通道。雷电过后,瞬间恢复,对地短路,丝毫不影响正常供电。

3、天馈线路防雷。用户天线、共用天线、电视接收卫星地球站、电视发射机等由于对收发信号的需求特点,天馈系统大多安装在高楼顶或高架铁塔上,电子设备由天馈系统引入的雷击概率很大。

传统的"空气隙""气放管""氧化锌压敏电阻"及有他们组合而成的避雷器可以对天馈线路防雷起到一定作用,但在工作频带,响应时间,承受功率方面呈现局限性。由于雷电流冲击波的主要能量分布在40KHz以下频域,而广播电视信号能量分布在几百KHz以上频域,应该采用集中或分部参数元件构成高低通滤波器组合网络将雷电冲击波和有用信号截然分开,解决宽频带、大功率、低损耗、快速响应、长期困扰光电天馈防雷难题。

4、信号线路防雷。广电系统中,天线放大器、应用电视、电视摄像机、传真机、电视接收机、计算机、电话等、往往使用同轴电缆,带状电缆等金属信息传输线,及时埋地传输电缆也常出现雷击故障。

当雷电电磁脉冲干扰发生时,由于导体在交变电磁场中他的感抗和容抗都很大,所以产生很大的电位差,而雷电电波在电缆表面传播时会产生驻波,对使用中的设备会形成强烈干扰,并往往通过接口处形成过电压损坏设备。

一般采取的办法是加强对电缆的屏蔽,电缆外金属皮进行良好的接地,及通过串联信号点避雷器进行,信息与雷电通道分离,在设备入口处截断雷电侵入波。

由于计算机运行电压是较低的,通常为5-12V,因此数据处理的各单位之间以外产生的电位差必须非常的小,除了在接口端安装信号避雷器对信号通道进行过电压保护外,其高频信号接地的接地线长短需要引起注意,在受到谐振和驻波影响时,要处于接近谐振频率,导体呈现出极大的感抗,在数据处理设备的两个单元之间无法提供有效的等调作用,当导体的长度等于谐波波长的1/4或该1/4波长的奇数倍时,该导体两端呈现开路状态,因此高频接地地线的长度必须以不会产生驻波为条件。

5、防地电位反击。由于避雷针引雷入地也会在接地提出产生大于1KV以上的冲击过电压,而土壤的冲击击穿场强约为200-1000KV/m,平均值为600KV/m,因此在接地体3m以内的土壤会产生大的新冲击电流。更远处则会由于土壤的暗流及各种地下管道、导体的传感诸多原因,会受到不同程度的波及。

通常电子设备的电源地、工作地、信号地、外壳保护地是分开的,其目的是为了排除可能出现的地噪声源,获得一个满意纯净的电位。

为了防止地电位反击,目前较一直的看法是:一是防雷地、工作地、保护地等地系统连接成一个接地网形成等电位。有些地方,比如微波站、中波发射台、电视发射台机房与发射台各有接地装置,也要做等电位连接,变为一个整体,从而使地电位在闪电入地时,大家共同升高,避免反击。但是这样统一的接地,对发射机及其他微电子设备而言,在平常无闪电时,会产生地波干扰,要同时解决反击和干扰二个问题,可以单独设置防干扰工作。

6、接地。首先在工作地与其他接地之间安设一个低电压隔离避雷器,当两地间电位差超过保护值时,瞬间接通,接成等地电位,待二地电位差低于保护值时,二地间又恢复隔离状态。

其次是机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋之间,必须进行有效的环接,即全部采用共用接地系统,当雷电引起地电位高压反击时,整个大楼及机房呈现系统等电位,防雷系统呈现工作状态,保证网络系统的安全。

由于雷电的随机性很大,形成的机理很复杂,雷电的表现形式多种多样,因此,目前防雷技术水平还局限在任何单一的防雷器件都无法保证某一特定空间所有保护对象的防雷安全,防雷技术还有待进一步提高。