眾所周知，雷電是自然現(xiàn)象，雷擊釋放能量很大，它的放電時(shí)間很短，但泄放電流可達(dá)幾萬(wàn)、甚至幾十萬(wàn)安培。因此，直接遭雷擊，在放電通道上毀壞性巨大。即使不是直接雷擊，而是在落雷點(diǎn)附近的建筑物體，由于電磁感應(yīng)，在建筑物體上或者在架空線上都會(huì)產(chǎn)生高電壓沖擊波，其感應(yīng)電壓可高達(dá)數(shù)千伏，甚至上萬(wàn)伏。這種高電壓沖擊波，沿著建筑物體或沿著導(dǎo)體迅速傳播，可破壞各種電器設(shè)備，危及人身安全。在CATV系統(tǒng)中，一旦遭到雷擊，沒(méi)有良好防雷措施的系統(tǒng)就會(huì)遭到嚴(yán)重破壞，甚至癱瘓。對(duì)于干線較長(zhǎng)的大系統(tǒng)，防雷設(shè)計(jì)更是刻不容緩的大事。本文從雷電的產(chǎn)生機(jī)理以及雷電對(duì)CATV系統(tǒng)的破壞性闡述雷電，以期讀者對(duì)雷擊有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而加強(qiáng)并改進(jìn)CATV系統(tǒng)防雷的措施。
一、雷電是怎樣形成的
雷電是大氣中的放電現(xiàn)象，多形成在積雨云中，積雨云隨著溫度和氣流的變化會(huì)下停地運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中摩擦生電，就形成了帶電荷的云層，某些云層帶有正電荷，另一些云層帶有負(fù)電荷。另外，由于靜電感應(yīng)常使云層下面的建筑物、樹(shù)木等帶有異性電荷。隨著電荷的積累，雷云的電壓逐漸升高，當(dāng)帶有不同電荷的雷云與大地凸出物相互接近到一定溫度時(shí)，其間的電場(chǎng)超過(guò)25～30kv／cm，將發(fā)生激烈的放電，同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈的閃光。由于放電時(shí)溫度高達(dá)2000℃，空氣受熱急劇膨脹，隨之發(fā)生爆炸的轟鳴聲，這就是閃電與雷鳴。雷電的大小和多少以及活動(dòng)情況，與各個(gè)地區(qū)的地形、氣象條件及所處的緯度有關(guān)。一般山地雷電比平原多，沿海地區(qū)比大陸腹地要多，建筑越高，遭雷擊的機(jī)會(huì)就越多。
二、雷電的種類及其危害
雷電主要有兩種：“直擊雷”和“感應(yīng)雷”。直擊雷只有雷擊率的10％左右，危害范圍一般較小，可使用避雷針、避雷線和避雷網(wǎng)來(lái)防避。但是安裝避雷針后，CATV系統(tǒng)的電子設(shè)備即使在其保護(hù)范圍之內(nèi)，仍然可能遭雷擊而受損，大多數(shù)都是燒保險(xiǎn)絲、電源變壓器、整流元件等，嚴(yán)重的還可能損壞集成電路等元件。這說(shuō)明雷擊不是從天線引人的，而是從電源線引入的，可見(jiàn)避雷針雖保護(hù)了建筑物，卻保護(hù)不了置于其內(nèi)的CATV電子設(shè)備，這主要是感應(yīng)雷造成的。危害大得多的“感應(yīng)雷”占雷擊率近90％，危害范圍甚廣，CATV系統(tǒng)的電子設(shè)備受雷擊損壞，主要是感應(yīng)雷造成的。
三、雷電是如何引入CATV系統(tǒng)的
雷電引入CATV系統(tǒng)主要是從避雷針、天線及引下電纜、架空電纜幾方面引入，首先，由于避雷針尖端具有很小的曲率半徑，雷云逼近時(shí)，尖端電荷集中使周圍電場(chǎng)形成電離區(qū)，當(dāng)與雷電會(huì)合時(shí)，首先是避雷針接閃。其次，盡管避雷針一般都高于天線，但有時(shí)因高度不夠，保護(hù)角不大，使天線和連接的同軸電纜外導(dǎo)體上感應(yīng)出高電壓，若外導(dǎo)體未接地或者接地不當(dāng)，其芯線又被屏蔽，就會(huì)使電纜內(nèi)外導(dǎo)體間呈現(xiàn)高電壓，損壞設(shè)備及電視機(jī)。另外，當(dāng)CATV系統(tǒng)附近發(fā)生雷擊時(shí)，由于強(qiáng)電磁場(chǎng)會(huì)對(duì)暴露在外的架空電纜發(fā)生作用，使電纜內(nèi)外導(dǎo)體間呈現(xiàn)高電壓，損壞設(shè)備及電視機(jī)。
四、CATV系統(tǒng)防雷的要點(diǎn)及措施
1、天線的防雷接地。有線電視的接收天線和豎桿一般架設(shè)在建筑物的頂端，應(yīng)把所有的接收天線，包括衛(wèi)星接收天線的接地焊在一起，接天線的豎桿（架）上應(yīng)裝設(shè)避雷針，避雷針的高度應(yīng)能滿足對(duì)天線設(shè)施的保護(hù)。
安裝獨(dú)立的避雷針時(shí)，由于單根避雷針的保護(hù)范圍呈帳篷狀，邊界線呈雙曲線，所以避雷針高于天線頂端的長(zhǎng)度應(yīng)大于天線的最大尺寸，避雷針與天線之間的最小水平間距應(yīng)大于3M。建筑物已有防雷接地系統(tǒng)時(shí)避雷針和天線豎桿的接地應(yīng)與建筑物的防雷接地系統(tǒng)共地連接。無(wú)論是新的接地線還是原建筑的接地線，接地電阻都應(yīng)小于4歐姆。
2、前端設(shè)備的防雷接地。如果在前端附近發(fā)生雷擊，則會(huì)在機(jī)房?jī)?nèi)的金屬機(jī)箱和外殼上感應(yīng)出高電壓，危及設(shè)備及人身安全。前端設(shè)備的電源漏電也會(huì)危及人員的安全，因此，對(duì)機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備，輸入、輸出電纜的屏蔽層，金屬管道等都需要接地，不能與天線的接地接在一起，設(shè)備接地與房屋避雷針接地及交流供電系統(tǒng)的接地應(yīng)在總接地處連接在一起。系統(tǒng)內(nèi)的電氣設(shè)備接地裝置和埋地金屬管道應(yīng)與防雷接地裝置相連，不相連時(shí)兩者的距離應(yīng)大于3米，機(jī)房?jī)?nèi)接地母線表面應(yīng)完整，絕緣線的老化層不應(yīng)有老化龜裂現(xiàn)象。一些前端設(shè)備如調(diào)制器，接收機(jī)等沒(méi)有過(guò)壓保護(hù)，而只有過(guò)流保護(hù)，一旦有雷擊往往會(huì)出現(xiàn)電源燒壞而保險(xiǎn)不斷的情況，針對(duì)此種情況應(yīng)在總電源處加裝避雷器，以更好的保護(hù)前端設(shè)備。
3、干線系統(tǒng)的防雷接地。敷設(shè)于空曠地區(qū)的地下電纜，當(dāng)所在地區(qū)年雷雨天數(shù)大于20天及土壤電阻率大于100歐姆時(shí)，電纜的屏蔽層或金屬護(hù)套應(yīng)每隔2KM左右接地一次。以防止感應(yīng)電的影響。架空電纜的屏蔽層及金屬護(hù)套、鋼絞線每隔250M左右接地一次，在電纜分線箱處的架空電纜金屬護(hù)套，屏蔽層及鋼絞線應(yīng)與線桿拉線共用接地裝置。另外就是不可忽視的光纜防雷，因?yàn)楣饫|在制造過(guò)程中，為了增加光纜的抗拉強(qiáng)度，在光纜中增加了鋼絲。在設(shè)置接續(xù)盒時(shí)，只注意了光纜的熔接。使用通常方法，將兩段光纜的鋼絲，分別固定在接續(xù)盒兩端的支架上，自然形成一間隙。這樣，當(dāng)任意一段光纜中的鋼絲感應(yīng)了很高的雷電電壓時(shí)，就會(huì)向另一端鋼絲放電，放電過(guò)程中產(chǎn)生的巨大火花，使接續(xù)盒內(nèi)光纖斷裂損壞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在光纜的施工過(guò)程中，應(yīng)注意將接續(xù)盒內(nèi)的光纜鋼絲端頭用導(dǎo)線連通，并用導(dǎo)線將其與吊掛光纜的鋼絞線連通，可有效地避免光纜遭雷電侵害。
4、分配系統(tǒng)的防雷接地。電纜進(jìn)入建筑物時(shí)，在靠近建筑物的地方，應(yīng)將電纜的外導(dǎo)電屏蔽層接地，架空電纜直接引入時(shí)，在入戶處應(yīng)增設(shè)避雷器，并將電纜外導(dǎo)體接到電氣設(shè)備的接地裝置上，電纜直接埋地引入時(shí)，應(yīng)在入戶端將電纜金屬外皮與接地裝置相連。不要直接在兩建筑物屋頂之間敷設(shè)電纜，可將電纜沿墻降至防雷保護(hù)區(qū)以內(nèi)，但不得防礙車輛的通行，鋼線應(yīng)作接地處理。CATV系統(tǒng)中的同軸電纜屏蔽網(wǎng)和架空支撐電纜用的鍍鋅鐵線都有良好的接地。系統(tǒng)中設(shè)備的輸入輸出端應(yīng)有放電保護(hù)器，220V供電的放大器的電源端應(yīng)有過(guò)壓保護(hù)裝置，或者盡量將系統(tǒng)中220V供電的放大器改成主路60V集中供電，以保證有線網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性和自給性，以減少雷電直接竄入的可能，這是防止雷電形成的首要措施。