廣播電視設備的雷電侵害分析及防護對策

文丨徐 晨

雷電是常見的大氣放電現象。云團與大地之間放電形成的雷電會損害電力設施等。雷擊是指雷電產生的過電壓使設備超過極限承壓能力而致損，雷擊有直擊雷、感應雷兩種。雷電放電擊中輸電導線、電纜等時，巨大電流通過被擊物，由于阻抗上產生的電壓降從而使被擊點出現高電位，此為直擊雷過電壓。大量雷云電荷聚集于先導通道上，其附近架空輸電導線或未連地電纜會感應出大量異性束縛電荷，雷擊放電時，雷云電荷自下而上快速中和，束縛電荷失去約束成為自由電荷，以電壓波形式沿電纜高速流動并感應出高幅值電壓波，此為感應雷過電壓。雷電波是指輸電線遭雷擊或發生感應雷時產生的沿各個方向迅速傳播的高電位沖擊波，雷電侵入波無規則非定向傳播，干擾廣播系統信號，對電源終端系統造成不同程度損壞。分析了雷電產生原因，掌握了其活動規律，不難發現由于廣播電視系統建筑、設施、器材等極易遭受雷電損害。電視中心大樓一般高度較高，尖頂塔、天線等是其必帶設施，相連接則是內部的廣電電子設備，因而極易遭受雷害。

1 電源線路

雷電電波頻率絕大部分屬低頻波，一般小于40千赫茲 。廣電設備的工頻線路為 50千赫茲，由于頻率接近，故而易受雷電沖擊而使設備遭受損壞。可將三相和單相電源避雷器并聯到電源進線、變壓器初次級、配電盤、配電柜等地，對雷電進行分流和入地。當雷電波沿電源線侵入時，避雷器的電阻瞬間降至很低，近于短路狀態，雷電流就由此處分流入地。雷電過后，瞬間恢復，對地斷路，絲毫不影響正常供電。

2 信號線路

高頻高速、高可靠性、小型智能化方向是當今電子技術的發展方向之一。在廣電系統中的天線放大器等電子設備中往往會使用同軸電纜等金屬信號線，收到雷電侵害的可能性極大。導體具有較大的感抗和容抗，在干擾雷電電磁波發生時，會產生較大的電位差，產生的駐波，也會對電子設備造成不同程度的干擾。解決措施是強化電纜屏蔽，確保良好的電纜外皮接地，串聯信號電子避雷器，分離信息與雷電通道，截斷設備入口處雷電的侵入。計算機工作電壓低，通常為10V左右，對于數據處理設備各單元間以外的電位差，因而必須很小。一方面為進行信號通道的過電壓保護需在接口處安裝信號避雷器，同時要注意高頻接地長度要控制好，確保不產生駐波，駐波的產生會相應產生高感抗，影響設備的正常工作，使設備斷路。

3 天饋系統

天饋系統實際上就是利用天線向周圍空間輻射電磁波的電子系統。為滿足信號的接收和發射需求，天饋系統的安裝位置一般選在多在諸如高樓頂和高架鐵塔上，因而引入雷電的可能性很大。因此需串接天饋防雷器于天線和設備間，防雷器泄流通路可將雷電感應電流引入大地，從而達到保護作用。直通型、限壓型、開關型是主要的三種天饋系統防雷器。雷電電流電波主要能量集中于40KHz以下，而廣播電視信號能量集中在幾百千赫以上，可構建高低通濾波器組合網分開雷電沖擊波和有用信號，徹底解決廣播電視系統防雷中寬頻帶、大功率、快速響應等問題。另外天線上的放電球是關鍵防雷設備，一般位于絕緣體基面上，并由一對堅固的中空放電器組成，適用任何天氣的使用環境。天饋系統防雷電電流的一個技巧是加環形成低電感圈以防電流從電纜進入發射室。天線、天線調諧器以及發射臺樓宇需加裝低電感接地條。

4 地電位反擊

雷擊電流為強脈沖電流，當其通過接地系統進入地表時會所生成大于1KV以上的強電壓，在入地點附近的地表形成強電流，從而會對控制系統的電路造成不同程度的損壞。入地點接地系統附近瞬間所產生的強電壓，從而使電子設備公共接地極產生放電效果，雷電所產生的瞬間高電壓會被引入到發射機，形成地電位反擊。一般的，為獲得純電位，排除地波對信號的干擾，會將廣播電視系統電子設備的工作地、電源地、外殼保護地、信號地分開。但是為避免地電位反擊現象的發生，可將工作地、防雷地保護地等地系統連接成一個地網形成等電位連接。如可以對微波站、廣播電視發射臺機房與發射臺等的接地裝置進行等電位連接，地電位遭遇雷電入地時，電位會同步升高，從而避免地電位反擊的情況。當然，有利就有弊，如此統一接地，在無雷擊情況下，由于存在地波干擾，同樣會對廣電微電子設備造成不同程度的損壞。

5 小結

雷電的發生有較大的隨意性，只要滿足一定條件，就可產生雷電。廣電設備為便于信號收發其天線、接地、線路互聯等具有地理位置的特殊性，因而遭遇雷電的概率較大。筆者試探討了雷電的形成分類，從電源線路、信號線路、天饋系統、地電位反擊這四個雷電侵入廣電設備的方式進行了原理分析，并給出了相應解決措施，對于廣電設備的防雷有很好的指導意義。

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