廣播電視高山臺站通信線路防雷措施

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摘要：廣播電視高山臺站易遭受雷擊災害，除室外天線以外室內(nèi)信號傳輸線路也容易受到雷電干擾甚至損壞。本文將對大連大和尚山微波站的信號線路防雷措施進行介紹，并就信號線路防雷更有效的方法進行探索性研究和討論。

關鍵詞：雷電災害信號線路防雷措施

1引言

廣播電視高山臺站雷電活動頻繁易遭受雷電災害，室外天線需加裝避雷針、接地等防雷設施?，F(xiàn)今的電子設備高度集成化，對雷電損害的承受能力大幅下降，電子設備間的通信線路是雷電對設備造成干擾甚至損壞的主要路徑之一，因此做好通信線路防雷工作也同樣非常重要。

2雷電的危害

高山廣播電視臺站遭受雷擊的危害形式主要有三種，即直擊雷、感應雷雷電波，以下將詳細介紹這三種形式雷擊危害的產(chǎn)生原理與主要危害表現(xiàn)。

2.1直擊雷

當雷云同地面物體之間的電場強度達到空氣的擊穿強度時，所產(chǎn)生的放電現(xiàn)象叫做直擊雷。此時，雷電可以在瞬間產(chǎn)生很大的能量，通過振動和高溫等形式使物體遭到破壞。當雷電電流通過電器設備等物體時，會產(chǎn)生很大的感應電壓，破壞絕緣，產(chǎn)生火花甚至引起燃燒、爆炸等，造成設備部件嚴重損壞。在雷電流流過的物體上，水分因為受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強大的沖擊力，該力可對人體組織、建筑物、電器設備等產(chǎn)生傷害，從而導致人員傷亡、建筑物破壞以及設備毀壞等。

2.2感應雷

當雷云來臨時，地面上的物體由于靜電感應聚集起大量極性相反的束縛電荷，在雷云放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出幅值可達幾萬到幾十萬的感應電壓，這種過電壓會造成金屬設備放電而引起電火花，從而引發(fā)起火、爆炸等危害。此外，還有一種情況是在雷電閃擊時，由于雷電流的變化率大而在雷電流的通道附近形成了很強的感應電磁場，可使周圍的電子設備等的金屬構件產(chǎn)生感應電流，造成干擾、破壞。以上這兩種情況都稱為感應雷。

2.3雷電波

輸電線路上遭受直擊雷或發(fā)生感應雷，電流沿著輸電線路侵入配電、電子設備等，造成設備損壞甚至人員傷亡的危害叫做雷電波。廣播電視信號傳輸?shù)碾娮釉O備多放于室內(nèi)，直擊雷直接損害設備的概率相對較小。但由于電子設備集成電路的工作電壓很低，較大的電壓、電流波動會對設備產(chǎn)生很大的影響，因此感應雷和雷電波對設備造成損害概率較大。故此，通信線路的防雷工作多針對感應雷和雷電波。

3高山臺站的信號線防雷保護措施

根據(jù)大連大和尚山微波站以往積累的經(jīng)驗，雷擊損害多發(fā)生在有數(shù)據(jù)通信線路連接的設備間，以下將結合本站的設備和實際案例來介紹幾種防雷措施。

3.1設備的接地

接地處理是必不可少的防雷措施，接地可以將感應雷產(chǎn)生的感應電流送入大地，有效防止因感應雷對電子通信設備造成危害，設備接地圖如圖1所示。同時，對于信號要求極高的通信設備，接地也可以有效地減弱雷電造成的電磁干擾，保證信號穩(wěn)定傳輸。大連大和尚山微波站在主要的電子設備上都進行了接地處理，因此未有感應雷對設備造成直接損害的情況發(fā)生

3.2電源浪涌保護器

電源浪涌保護器又稱電源防雷器，適用于220V/380V供電系統(tǒng)中，電源浪涌保護器通常并聯(lián)至電路系統(tǒng)中，電源浪涌保護器如圖2所示。其工作原理如下：當雷電發(fā)生時，在進入建筑物的各類金屬管、線上會產(chǎn)生高強度電磁感應，因而產(chǎn)生大量脈沖能量，致使電氣回路或者通信線路突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓，此時電源浪涌保護器能在極短的時間內(nèi)導通分流，將過電流導入到大地，降低設備各端口的電位差，避免浪涌對回路中或者線路上其他設備的損害。電源浪涌保護器接線圖如圖3所示。大連大和尚山微波站電子設備的供電系統(tǒng)中也都使用了電源浪涌保護器，因此未有雷電侵入電路系統(tǒng)損害設備的情況發(fā)生。

3.3HDMI設備保護器

HDMI（高清多媒體接口）是一種全數(shù)字化視音頻發(fā)送接口，可以發(fā)送未壓縮的音頻和視頻信號。大連大和尚山微波站的視頻解碼設備和監(jiān)視器之間多采用HDMI接口線傳輸信號，以往發(fā)生雷擊時，曾出現(xiàn)過監(jiān)視器畫面中斷等故障。經(jīng)過分析后得出結論，這是由于雷擊產(chǎn)生強大的感應電場在線路中產(chǎn)生感應電流等引起的破壞，造成HDMI線路燒斷、監(jiān)視器的HDMI輸入端口損壞等故障，不僅影響了本站的信號監(jiān)測工作，還造成了財產(chǎn)損失。在此之后，本站在線路兩端加裝了HDMI設備保護器，如圖4所示。該保護器的工作原理如圖5所示：電路中并聯(lián)TVS二極管，當電路工作正常時，二極管處于截止狀態(tài)；當電路異常并達到其擊穿電壓時，它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，給電流提供一條低阻抗的導通路徑，把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi)，從而保護線路；當異常電壓消失時，二極管恢復至高阻態(tài)，電路正常工作。

3.4網(wǎng)絡信號防雷器

大連大和尚山微波站環(huán)境監(jiān)控所使用的攝像頭采用PoE供電方式，通過網(wǎng)線與交換機進行連接，曾在雷擊發(fā)生時出現(xiàn)過多個攝像頭畫面中斷的情況，經(jīng)排查后發(fā)現(xiàn)是由雷擊產(chǎn)生的感應電流引起，對交換機端口和攝像頭PoE供電模塊造成了損壞，更換攝像頭和交換機后，整個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)才恢復正常，造成了不小的財產(chǎn)損失。在此之后，本站在攝像頭和交換機之間加裝了RJ45網(wǎng)絡信號防雷器，如圖6所示。網(wǎng)絡信號防雷器的工作原理與前文所述的HDMI設備保護器類似，如圖7所示，具體如下：電路中并聯(lián)TVS二極管，當電路工作正常時，二極管處于截止狀態(tài)；當電路異常并達到其擊穿電壓時，它迅速由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，給電流提供一條低阻抗的導通路徑，把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi)，從而保護線路；當異常電壓消失時，二極管恢復至高阻態(tài)，電路正常工作。針對網(wǎng)絡系統(tǒng)特點，網(wǎng)絡信號防雷器選用優(yōu)質TVS器件等，使連接設備免遭由系統(tǒng)引入的感應雷及靜電放電等損害。

3.5485光電隔離中繼器

大連大和尚山微波站由于設備間數(shù)據(jù)采集和遠程控制的需要，設備上多配有485通信接口，485通信線路和接口也曾因為雷擊受到影響。為了有效保護485通信線路上的設備端口，本站在兩端加裝了485光電隔離中繼器，如圖8所示。485光電隔離中繼器工作原理是通過光電轉換將電平信號轉換成光信號，再將光信號生成電平信號，如圖9所示。由于光信號的特性，該設備能夠屏蔽雷電產(chǎn)生的脈沖能量和感應電流等，起到保護485通信接口的作用。

4結語

雷電災害對廣播電視高山臺站的危害巨大，因此在做好直擊雷防護的同時，減少感應雷和雷電波對設備造成的損害，對于高山臺站的穩(wěn)定傳輸工作來說意義重大。防雷工作任重而道遠，我們將結合大連大和尚山微波站的實際情況，不斷探索，找到高山臺站信號傳輸線路防雷更加有效的方法，用科學有效的措施提高高山臺站的防雷擊水平。

作者：劉洋 單位：大連大和尚山微波站