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(zāi)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(jìn)行介紹，并就信號線路防雷更有效的方法進(jìn)行探索性研究和討論。
關(guān)鍵詞：雷電災(zāi)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(zāi)害，室外天線需加裝避雷針、接地等防雷設(shè)施?，F(xiàn)今的電子設(shè)備高度集成化，對雷電損害的承受能力大幅下降，電子設(shè)備間的通信線路是雷電對設(shè)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(yīng)雷雷電波，以下將詳細(xì)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(dāng)雷云同地面物體之間的電場強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿強(qiáng)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(dāng)雷電電流通過電器設(shè)備等物體時，會產(chǎn)生很大的感應(yīng)電壓，破壞絕緣，產(chǎn)生火花甚至引起燃燒、爆炸等，造成設(shè)備部件嚴(yán)重?fù)p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(qiáng)大的沖擊力，該力可對人體組織、建筑物、電器設(shè)備等產(chǎn)生傷害，從而導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞以及設(shè)備毀壞等。
2.2感應(yīng)雷
當(dāng)雷云來臨時，地面上的物體由于靜電感應(yīng)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(dá)幾萬到幾十萬的感應(yīng)電壓，這種過電壓會造成金屬設(shè)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(qiáng)的感應(yīng)電磁場，可使周圍的電子設(shè)備等的金屬構(gòu)件產(chǎn)生感應(yīng)電流，造成干擾、破壞。以上這兩種情況都稱為感應(yīng)雷。
2.3雷電波
輸電線路上遭受直擊雷或發(fā)生感應(yīng)雷，電流沿著輸電線路侵入配電、電子設(shè)備等，造成設(shè)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(shè)備多放于室內(nèi)，直擊雷直接損害設(shè)備的概率相對較小。但由于電子設(shè)備集成電路的工作電壓很低，較大的電壓、電流波動會對設(shè)備產(chǎn)生很大的影響，因此感應(yīng)雷和雷電波對設(shè)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(yīng)雷和雷電波。
3高山臺站的信號線防雷保護(hù)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(shè)備間，以下將結(jié)合本站的設(shè)備和實(shí)際案例來介紹幾種防雷措施。
3.1設(shè)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(yīng)雷產(chǎn)生的感應(yīng)電流送入大地，有效防止因感應(yīng)雷對電子通信設(shè)備造成危害，設(shè)備接地圖如圖1所示。同時，對于信號要求極高的通信設(shè)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(shè)備上都進(jìn)行了接地處理，因此未有感應(yīng)雷對設(shè)備造成直接損害的情況發(fā)生
3.2電源浪涌保護(hù)器
電源浪涌保護(hù)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(hù)器通常并聯(lián)至電路系統(tǒng)中，電源浪涌保護(hù)器如圖2所示。其工作原理如下：當(dāng)雷電發(fā)生時，在進(jìn)入建筑物的各類金屬管、線上會產(chǎn)生高強(qiáng)度電磁感應(yīng)，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(hù)器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，將過電流導(dǎo)入到大地，降低設(shè)備各端口的電位差，避免浪涌對回路中或者線路上其他設(shè)備的損害。電源浪涌保護(hù)器接線圖如圖3所示。大連大和尚山微波站電子設(shè)備的供電系統(tǒng)中也都使用了電源浪涌保護(hù)器，因此未有雷電侵入電路系統(tǒng)損害設(shè)備的情況發(fā)生。
3.3HDMI設(shè)備保護(hù)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(shè)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(jié)論，這是由于雷擊產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電場在線路中產(chǎn)生感應(yīng)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(shè)備保護(hù)器，如圖4所示。該保護(hù)器的工作原理如圖5所示：電路中并聯(lián)TVS二極管，當(dāng)電路工作正常時，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)電路異常并達(dá)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(dǎo)通路徑，把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi)，從而保護(hù)線路；當(dāng)異常電壓消失時，二極管恢復(fù)至高阻態(tài)，電路正常工作。
3.4網(wǎng)絡(luò)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(jī)進(jìn)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(yīng)電流引起，對交換機(jī)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(jī)后，整個環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)才恢復(fù)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(jī)之間加裝了RJ45網(wǎng)絡(luò)信號防雷器，如圖6所示。網(wǎng)絡(luò)信號防雷器的工作原理與前文所述的HDMI設(shè)備保護(hù)器類似，如圖7所示，具體如下：電路中并聯(lián)TVS二極管，當(dāng)電路工作正常時，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)電路異常并達(dá)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(dǎo)通路徑，把異常的高壓控制在安全水平之內(nèi)，從而保護(hù)線路；當(dāng)異常電壓消失時，二極管恢復(fù)至高阻態(tài)，電路正常工作。針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)信號防雷器選用優(yōu)質(zhì)TVS器件等，使連接設(shè)備免遭由系統(tǒng)引入的感應(yīng)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(shè)備間數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程控制的需要，設(shè)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(hù)485通信線路上的設(shè)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(zhuǎn)換將電平信號轉(zhuǎn)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(shè)備能夠屏蔽雷電產(chǎn)生的脈沖能量和感應(yīng)電流等，起到保護(hù)485通信接口的作用。
4結(jié)語
雷電災(zāi)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(hù)的同時，減少感應(yīng)雷和雷電波對設(shè)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(yuǎn)，我們將結(jié)合大連大和尚山微波站的實(shí)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(xué)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
