有线广播电视系统防雷减灾初探.doc

有线广播电视系统防雷减灾初探
[摘 要]：本文通过对大自然雷电的形成，雷电的种类及直接雷与感应雷对有线广播电视系统造成的危害程度的分析，得出了雷击对广播电视系统造成损害的百分之九十以上是属于感应雷的结论。作者通过多年从事农村基层有线广播电视安装维护维修工作，对有线广播电视系统的防雷进行心潜心研究，并取得了一定的实践经验，详细阐述了对有线广播电视前端系统、有线广播电视传输干线系统和有线广播电视用分配系统三个部分的防雷所采取的不同方法，特别是采取了对有线电视设备金属外壳、电缆屏蔽层光缆加固钢丝和线路钢绞线的良好接地与220v供电设备的电源安装漏电过载保护器相结合的方法，是一种行之有效的避雷方法其效果是十分明显的，实践证明也是切实可行的。它的推广使用对我市有线广播电视防雷减灾工作具有很大的促进作用，同时对减少机器设备的雷击损失，节约维修经费开支，减轻一线维修人员的劳动强度，确保广播电视正常安全播出，将发挥重要作用。
[关键词]：广播电视 系统 防雷减灾
一、雷电的形成及雷击对广播电视的损害
雷电是一种大气中的放电现象，产生于积雨云层，积雨云在形成过程中，某些云团带正电荷，某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应，使地面或建筑物表面产生异性电荷，当电荷积聚到一定程度时，不同电荷云团之间，或云与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25-30kv/cm)，开始游离放电。随着云对地放电逐渐发展，当到达地面时(如建筑物、高低压输电线等)，便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的电流(一般为几十千安至几百千安)，并随之发生强烈的闪电和巨响。所以雷电是一种自然现象，每年它给人类的破坏性是巨大的，雷击对人民群众的生命财产造成极其严重的威胁。雷电灾害是联合国公布的10种最严重的自然灾害之一。我国每年因雷击造成人员伤亡达4000人之多，财产损失约为50-100亿元。①
雷击对有线广播电视系统设备带来的破坏性灾难也是非常严重的。随着电子技术的快速发展，集成电路对电压和电流脉冲的敏感程度越来越高，除直接雷击影响外，雷电引起的过电压和过电流冲击波造成电子设备损坏和工作中断时有发生，会使播出传送系统中的元件及电子模块烧毁，危害播出安全。笔者在山区从事广播电视工作多年，感受到在雷电灾害多发地区，90%以上的播出传输故障是雷击造成的。我市农村山区众多，多数处于雷电高发区，雷电引起的危害在广播电视方面表现十分突出。由于众多山区交通信息不便，雷击造成有线电视网络的损害后修复需要时间跨度长，造成的损失也大。因此，山区的有线电视的防雷措施，尤其是对感应雷击的防护，已经成为广播电视技术部门关注和防范的重点。
我市每年3—10月为雷雨季节，前后长达8个月以上全市共有30个广播电视节目制作播出、无线发射和有线广播电视传输机房，光缆电缆传输干线长达1600多公里，每年被雷击光发射机、光接收机达500多只，放大器800多只，分子分配器9000多只，造成直接经济损失270多万多元。城区和各镇乡(街道)广电站维修人员，每到雷雨季节，经常不分白天和黑夜，加班加点突击抢修被雷击的有线电视、数字电视。特别是近几年雷击频繁，造成的经济损失特别严重，每逢雷雨季节全市有线电视维修人员，来回奔波于城市乡村之间。特别是地处边远山区的几个广电站，每每遇到打雷下雨时，心中就会升起一种说不出的无形压力，时刻关注着、牵挂着各村用户的有线广播电视是否会被雷击。于是雷击天气一结束，并会主动打电话询问各村农户有线广播电视传输是否正常，哪个村有线广播电视遭受雷击，就会马上骑着摩托车竭尽全力投入抢修，经常起早摸黑长途爬涉来回奔波于崇山峻岭之中，为尽快修复被雷击的广播电视不顾劳累而拼搏。每年有线广播电视雷击故障抢修占整个故障维修的百分之八、九十之多，牵制了我市广播电视维修人员大量的精力和物力。因此，有线广播电视系统如何做好防雷减灾工作，把雷击造成的损失降低到最低限度，是摆在我们广电工作者面前的重要课题。
从2001年以来的五年时间里，笔者担任东阳市八达乡广电站站长，从事有线电视线路维护和故障抢修。面对灾难性的大面积雷击，给有线电视系统造成严重损害时，经常夜不能寐，对如何做好有线电视防雷减灾工作，进行了苦苦思考和探索，想方设法从中寻找一种简便易行的避雷措施。
几年来，通过阅读有关电的基础知识，农村有线广播和有线电视、卫星接收电视、数字电视技术和数字电视基本知识和如何做好防雷减灾等方面的书籍，学到了一些基础知识，基本懂得了雷电产生的原因，雷击的几种不同方式，根据雷击不同方式，有针对性地采取避雷措施，做好有线广播电视光发射机、光接收机、干线、用户放大器等设备的防雷工作。
雷电通常有两种：直接雷和感应雷。直接雷只占整个雷击的10%左右，危害一般较小，可使用避雷针、避雷线和避雷网来防避。有线电视卫星接收如抛物面天线，虽然安装避雷针后，即使在其保护范围内，仍然可能遭到雷击而使高频头、卫星接收机等设备烧坏。烧坏部位大多在电源保险丝、变压器、整流元件。这说明雷击不是从天线直接引入的，而是从电源线引入。可见避雷针虽然保护了建筑物和卫星接收无线的安全，却保护不了置于机房内的有线电视设备，这最主要是由感应雷造成的，通过对所有雷击设备损害部位分析证明，危害最大的是“感应雷”，占整个雷击率的90%左右，其危害范围广，雷击程度重，对机房前端系统、传输系统、用户分配系统，有线电视、数字电设设备均遭受破坏性损害。
二、有线广播电视系统防雷的主要办法
根据上述分析，如何采取有效的避雷措施呢？本人通过近几年的理论分析和实践摸索，关键应着重做好前端机房和传输、分配系统设备的避雷接地工作。
（一）前端机房设备的避雷接地办法。前端是整个有线电视系统的核心，雷击发生在前端机房附近，会在机房内的金属机箱和外壳上感应出高压电，危及设备和人身安全，前端设备的电源漏电也会危及人员安全。因此，对机房内的所有设备金属外壳、输入输出电缆屏蔽层、光缆加固钢丝和屏蔽层接地，设备外壳接地与交流供电系统的接地在总接地处把它连接起来。机房接地线的埋设：接地极采用φ50mm镀锌钢管，长度为1.5m，地上部分留80cm，上端打φ10mm的圆孔2个，埋入地下端削成30°角斜面，在深0.6-0.8m的地线沟内，第二个桩长度为0.70m埋入地下端削成30°角斜面，便于打桩，每1.0m处打一个桩，上面留20cm，便于焊接，地线埋设长度一般为20-25米，具体根据土质而定，凝土可以短一点，如少质土需延长，每个桩上面用5×2mm镀锌扁铁焊接后连成一体，焊接时整个钢管周围都要焊接严密，以增加扁铁与钢管的接触面。为了减小接地电阻，可在整条在沟内先填埋40-50公斤中性降阻剂(如食盐、铁屑等长效化学降阻剂)。对整条沟先填埋20cm厚的细土并夯实，用地阻摇表检测接地电阻，是否达到规定值，如未达到，需重新开挖接地沟，延长接地线长度，直至接地电阻达到规定指标，然后回填夯实，填平整条沟。地线埋好后把前端机房所有设备金属外壳，包括ups机箱外壳、60v集中供电器接地线连在一起，引至避雷接地极上端处，用3孔夹板固定连接。另外把机房外的每条传输杆线的钢铰线连在一起，单独埋设接地线，进行良好接地，以避免从钢绞线传输的感应雷电直接窜入机房，损坏设备。
（二）光缆传输和用户分配系统的防雷措施。从光缆传输和用户分配系统每年所造成的设备雷击情况看，90%以上是从设备电源线上窜入高压电流，击坏光接收机和放大器。由于我乡地处山区，高低压供电线路绝大多数架设在海拔几百米高山梁上，而高低线是裸露的铝质导线，雷击放电时，高达几十千伏高压，沿高低压线路传输，而直接击坏光接收机、放大器、设备电源部分的保险丝，变压器和整流元件，严重时击坏光接收机、放大器放大模块或造成整个放大器或光收机报废。针对上述情况，采取了以下措施。
1.做好光缆防雷。因为光缆在制造过程中，为了增加其抗拉强度，在光缆中增加了两根钢丝。在光缆接头包施工操作时，我们一般只注意光缆熔接，而忽视了光缆的防雷。通常将两端光缆钢丝，分别固定在接头包两端支架上，自然形成了间隙。这样当任意一段光缆中感应很高的雷击电压时，就会向另一端钢丝放电，放电过程中产生巨大火花，使接头包内光纤断裂损坏，为防止这种现象。在光缆熔接时，先把接头包内的光缆钢丝两端用导线连通，再与吊挂光缆的钢绞线连通。有效避免光缆遭受雷电侵害。
2.对光收机、放大器金属外壳进行良好接地。为了便于操作，采用铝质25-30平方的高压线作为接地线。在安装光接收机、放大器时，在设计要求许可的情况下，尽可能选择土质好，适宜地线埋设的地段进行良好接地。其具体操作方法如下：⑴ 先开挖一条20-25米长的沟，沟宽40-45cm，沟深45-50cm左右。⑵ 剪两根铝质导线，长度25米左右，一根稍长一点，一根稍短一点，然后把稍长的这一根一端折开长约1米的铝丝，然后把铝丝密绕到另一根导线上。密绕长度10-15cm。⑶ 把连在一起两根导线分开放在沟底两侧，放线时两导线之间始终保持平行，不能交叉或碰在一起，放一段用脚踩住导线(防止导线向上弹起，影响埋深度)，并在沟内空隙间撒一些降阻的中性材料，如食盐、铁屑等。马上回填20cm厚的细土，并夯实。放一段，撒一些食盐，埋一段，直至埋完为止，两根导线末端要分开，千万不能连在一起。然后把剩余的土全部回填夯实，恢复原来地貌。⑷ 用一根16个平方的铝质塑胶导线一端与接地线相连，另一端引到光接收机或放大器上，拧开金属外壳接地螺帽，拆开避雷引线2-3股铝线，固定到光收机或放大器上，并拧紧螺帽。2001年至2003年，我站对全乡12个行政村的12只光收机和经常遭雷击的60只放大器进行良好接地。并对经常遭雷击的10台光收机供电电源上安装了漏电过载保护器。这样在遭遇雷击时，雷电首先通过漏电过载保护器，促使保护器跳闸，如在跳闸前已穿过保护器的部分电流，也通过光接收机或放大器金属外壳接地线迅速排泄到大地上，起到双重防雷保护作用。
经过近五年时间实践，其防雷效果是十分明显的。2003年避雷接地安装前，我站八达、浦川、岭下等10个村一年中被雷击坏的光收机达30多只、放大器80多只，避雷接地安装后，被雷击坏的光收机、放大器数量明显下降。2004-2006年，每年遭雷击的光收机在5台以下，放大器下降到20台以下。由于安装了避雷接地，绝大部分光收机和放大器遭雷击后，只烧掉保险丝，维修人员只要更换保险丝后，就恢复正常，大大减轻了雷击造成的损失，降低了维修人员的劳动强度，缩短了雷击抢修时间，深受广大电视用户好评。以前遭受一次中等程度雷击，一般抢修需3天时间，现在遭受同样大小的雷击，抢修时间一天就够了，同时每年可节省雷击设备损失将近10多万元。
综上所述，有线电视系统防雷是一项综合性技术工程，任何一个环节出漏洞，都会影响整个系统的防雷效果。因此，在整个有线电视系统防雷设施安装时，一定要严格按避雷接地标准施工，把握好每一个环节，关键是要按避雷接地标准埋设好地线，实现接地电阻最小化(接地电阻越大，防雷效果越差)，应尽可能缩少接地电阻，严格控制在4欧姆以下为最好。实践证明，对有线电视设备金属外壳、电缆屏蔽层光缆加固钢丝和钢绞线的良好接地与220v供电设备的电源安装漏电过载保护器相结合的方法，是一种行之有效的避雷方法。随着科技的发展，避雷方法和形式将更加多样化，避雷效果也将更加显著。笔者只想通过本文，起到一个抛砖引玉的作用。文中不足之处，恳请领导和同行批评指正。
注释：
① 摘自《中国气象报》。
② 摘自千伏网中《浅谈有线电视系统防雷及避雷》。
本论文参考书籍：《有线电视技术》第二版，《卫星接收电视》。