广播电视设备的雷电侵害分析及防护对策

文丨徐 晨

雷电是常见的大气放电现象。云团与大地之间放电形成的雷电会损害电力设施等。雷击是指雷电产生的过电压使设备超过极限承压能力而致损，雷击有直击雷、感应雷两种。雷电放电击中输电导线、电缆等时，巨大电流通过被击物，由于阻抗上产生的电压降从而使被击点出现高电位，此为直击雷过电压。大量雷云电荷聚集于先导通道上，其附近架空输电导线或未连地电缆会感应出大量异性束缚电荷，雷击放电时，雷云电荷自下而上快速中和，束缚电荷失去约束成为自由电荷，以电压波形式沿电缆高速流动并感应出高幅值电压波，此为感应雷过电压。雷电波是指输电线遭雷击或发生感应雷时产生的沿各个方向迅速传播的高电位冲击波，雷电侵入波无规则非定向传播，干扰广播系统信号，对电源终端系统造成不同程度损坏。分析了雷电产生原因，掌握了其活动规律，不难发现由于广播电视系统建筑、设施、器材等极易遭受雷电损害。电视中心大楼一般高度较高，尖顶塔、天线等是其必带设施，相连接则是内部的广电电子设备，因而极易遭受雷害。

1 电源线路

雷电电波频率绝大部分属低频波，一般小于40千赫兹 。广电设备的工频线路为 50千赫兹，由于频率接近，故而易受雷电冲击而使设备遭受损坏。可将三相和单相电源避雷器并联到电源进线、变压器初次级、配电盘、配电柜等地，对雷电进行分流和入地。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。雷电过后，瞬间恢复，对地断路，丝毫不影响正常供电。

2 信号线路

高频高速、高可靠性、小型智能化方向是当今电子技术的发展方向之一。在广电系统中的天线放大器等电子设备中往往会使用同轴电缆等金属信号线，收到雷电侵害的可能性极大。导体具有较大的感抗和容抗，在干扰雷电电磁波发生时，会产生较大的电位差，产生的驻波，也会对电子设备造成不同程度的干扰。解决措施是强化电缆屏蔽，确保良好的电缆外皮接地，串联信号电子避雷器，分离信息与雷电通道，截断设备入口处雷电的侵入。计算机工作电压低，通常为10V左右，对于数据处理设备各单元间以外的电位差，因而必须很小。一方面为进行信号通道的过电压保护需在接口处安装信号避雷器，同时要注意高频接地长度要控制好，确保不产生驻波，驻波的产生会相应产生高感抗，影响设备的正常工作，使设备断路。

3 天馈系统

天馈系统实际上就是利用天线向周围空间辐射电磁波的电子系统。为满足信号的接收和发射需求，天馈系统的安装位置一般选在多在诸如高楼顶和高架铁塔上，因而引入雷电的可能性很大。因此需串接天馈防雷器于天线和设备间，防雷器泄流通路可将雷电感应电流引入大地，从而达到保护作用。直通型、限压型、开关型是主要的三种天馈系统防雷器。雷电电流电波主要能量集中于40KHz以下，而广播电视信号能量集中在几百千赫以上，可构建高低通滤波器组合网分开雷电冲击波和有用信号，彻底解决广播电视系统防雷中宽频带、大功率、快速响应等问题。另外天线上的放电球是关键防雷设备，一般位于绝缘体基面上，并由一对坚固的中空放电器组成，适用任何天气的使用环境。天馈系统防雷电电流的一个技巧是加环形成低电感圈以防电流从电缆进入发射室。天线、天线调谐器以及发射台楼宇需加装低电感接地条。

4 地电位反击

雷击电流为强脉冲电流，当其通过接地系统进入地表时会所生成大于1KV以上的强电压，在入地点附近的地表形成强电流，从而会对控制系统的电路造成不同程度的损坏。入地点接地系统附近瞬间所产生的强电压，从而使电子设备公共接地极产生放电效果，雷电所产生的瞬间高电压会被引入到发射机，形成地电位反击。一般的，为获得纯电位，排除地波对信号的干扰，会将广播电视系统电子设备的工作地、电源地、外壳保护地、信号地分开。但是为避免地电位反击现象的发生，可将工作地、防雷地保护地等地系统连接成一个地网形成等电位连接。如可以对微波站、广播电视发射台机房与发射台等的接地装置进行等电位连接，地电位遭遇雷电入地时，电位会同步升高，从而避免地电位反击的情况。当然，有利就有弊，如此统一接地，在无雷击情况下，由于存在地波干扰，同样会对广电微电子设备造成不同程度的损坏。

5 小结

雷电的发生有较大的随意性，只要满足一定条件，就可产生雷电。广电设备为便于信号收发其天线、接地、线路互联等具有地理位置的特殊性，因而遭遇雷电的概率较大。笔者试探讨了雷电的形成分类，从电源线路、信号线路、天馈系统、地电位反击这四个雷电侵入广电设备的方式进行了原理分析，并给出了相应解决措施，对于广电设备的防雷有很好的指导意义。

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