广播电视系统全方位防雷措施浅析

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  摘要:该文在系统防雷方面阐述较具体,如采用半导体消雷器,大范围内削除直击雷危害,在供电电源上采用二端式防雷等立体的防雷措施,有较好的推广实用价值。
  关键词:广播电视系统 雷击 防护措施
  【分类号】:TM862
  富锦市位于我国东北边陲,属于寒温带季风气候,每年六、七月份都有多日的雷雨天气。随着近几年来,自然灾害的增加,雷雨天气的频繁出现,雷电强度也随之增强,我局遭雷电损坏的设备也日渐增多,所以每年的防雷工作也成了重中之重。
  经过技术人员的调查、研究决定主发射塔上采用一种叫半导体少长针消雷器的装置。下面主要阐述一下其优点与安装设计方法。
  现代防雷的主要设备可分为避雷装置和消雷装置两大类。属于消雷器的有半导体和导体两种方式,属于避雷装置的有避雷针、避雷带、避雷网三种形式。目前大量采用的仍是避雷针防雷装置,随着半导体消雷装置的防雷效果及其优点逐渐为广大用户所接受,正在被大范围的使用。
  避雷针装置的特点是:利用自身的高度使雷云层下面的电场发生畸变,通过避雷针良好的导电性能,在针尖形式向上发展的“迎面先导”,诱导雷电通过避雷针针尖放电,代替被保护遭受雷击。
  半导体少长针消雷装置,是在避雷针的基础理论上研制发展起来的。它的特点是在雷云层下面,消雷器不断地向周围空间输送异性电荷(地电荷),其结果使消雷器顶部形成一空间异性电荷层,有效地降低了消雷器附近的雷电场强,使消雷塔附近地面难以形成向上发展的“迎面先导”,大大减少了对地电击的可能性。
  我们采用的半导体少长针消雷器,形状像刺,周身布满了长约5cm的半导体材料长针。根据型号的不同,长针的数量也不同,在长针顶端分别装有四根尖头钢针,用于向空间发散异性电荷。采用少长针形式的目地是增大中和电流,采用半导体电阻,则能有效地抑制上行雷的发展,并能大幅度降低主放电电流。
  表一、少长针与避雷针比较
  表1
  由表可看出,半导体少长针由于没有主放电过程,几乎不形成感应电场,同时由于能有效地消减雷击次数,所以它很适合微波通讯和广播电视行业。
  半导体少长针消雷装置的设计安装比较容易,按下图计算出其保护范围和安装高度。
  图1
  单支消雷装置的保护范围:rx=5(h+hx)=5hap
  其中:h为消雷器离地面的安装高度
  hx为被保护物离地面高度
  rx为以被保护物最高点位置为水平面上的有效保护半径
  ha为消雷器离被保护物的最低安装高度
  p为高度影响各级系数
  当h≤60m时,p=1; 当60m≤h≤140m时,p=8/√h;
  当h≥150m时,需根据具体情况设计。
  在安装半导体少长针消雷器之前,先要确定如果铁塔上装有微波发射、接收天线,广播电视发射、接收天线或其它通讯接收天线,其最高点应低于消雷器底座1.5m以下。其次铁塔应有良好的接地(接地电阻小于30Ω),且应避开雷雨季节安装。
  将半导体消雷器安装在发射铁塔顶端,其保护半径及保护物高度都达到了要求。那么除直击雷外对感应雷和雷击电磁干扰如何防护呢?
  首先,是对于前端机房的防护。对高层建筑、卫星地面接收天线一般均安装在大楼顶部,直击雷可通过避雷针或消雷器等防雷装置免除,但其它的电磁干扰应引起重视。比如避雷针的放电磁场,萤光灯的继电器电火花等。因此在设计时,卫星地面接收天线应尽量与干扰源保持一定的距离,且天线下面应尽量避开干扰源,接收天线的地基钢筋应与大楼主体工程的钢筋焊接在一起确保天线整体有良好的接地,提高抗干扰能力。同时也应对可能产生干扰源的设备进行屏蔽接地处理,以免电磁波地外泄。
  播出机房地面采用防静电地板,信号电缆与电力电缆分槽铺设。播出机架采用全金属屏蔽式构造,电源线从顶部布线,信号电缆下面街行走。确保机架有良好接地,一方面能有效地抑制信号互相干扰,另一方面能有效地避免,在500m-2000m开外的雷击所造成的电磁脉冲的危害,尤其是现在越来越多地采用的数字压缩技术,发送的数字电视信号。对送出或送入机房的信号电缆加装信号防雷器,杜绝沿信号电缆引入反串雷击造成的设备故障,并对铠装电缆的外层屏蔽进行接地处理。
  大量的事实表明,感应雷的反串通道主要是电力电缆。因此是否有效地抑制供电电源的反串感应雷击,对前端机房的防雷效果起着关键的作用。
  由于供电外线大部分是架空传输,极易传来感应雷电压。因此在低压配电室的电源输出端,采用电源避雷箱装置,其特点是耐电压强度高,承受冲击能力强,吸收能量大,且有效记录雷击次数。缺点是响应时间较慢,因此有小部分雷击电压通过。所以还要在本台电源配电柜的输入端,采用电源避雷器,更深一步抑制雷击电压,并完全吸收其能量。剩余一点电压脉冲则通过后续的稳压电源或UPS电源达到彻底消除。如图2:
  图2
  关于有线电视网络防雷,主要是指支干线上的光接收机、放大器、分配器、分支器等设备的防护。防护措施主要采用高压型信号隔雷器,减少雷击种类,强壮有线电视网络,提高耐雷击能力。采用敏断保安器全面防止电源线路的危害。采用正确接地、防止直击雷击和反串雷击。
  由于信号隔雷器的结构与普通信号避雷器的结构完全不同。普通的信号避雷器为一次性产品,不能耐用受连续的雷击,如:压敏电阻、放电管等。若在有线电视网络各处的放大器,主要的分支、分配器,前端各信号输入输出口等均正确串联隔雷器时,就能从根本上消除积分雷、纵向雷击、串联损坏的现象。敏断保安器是一种具有压敏、热敏、温度控制断开保护性能的电源保安器件。具有敏感断开式自保自复,连其自身都一样得到断开保护和自动复位导通的优异功能,能可靠有效地保护有线电视放大器电源。虽然信号隔雷器和电源防雷保安器,能够较好地保护放大器,有效地防止感应雷击、反串雷击等一切二次雷击,和危电的损坏,但对于强直击雷击仍要靠良好的正确的接地引导。
  综上所述,对于广播电视系统各个部分都采用了有效的防雷措施。然而,雷电的袭击是偶然的,也是不确定的,因此我们要坚持在每年的雷雨季节之前,对各种避雷设施做彻底的维护检查,重点测量各接地体的接地电阻值,使其达到技术要求,以及低压避雷器是否已开路损坏。每次雷电过后,要检查每一个避雷器的工作状态,击坏的要及时更换,保持避雷系统的正常工作。
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