试论广播电视系统中的雷电损害成因

[关键词]广播电视系统；雷电的形成；危害；途径

现代人生活在钢筋混凝土的城市中，对于雷电的危害越来越忽视，许多人甚至缺乏防雷意识，更有甚者不知雷电为何物，更不要说有效防止雷电的损害。

一、雷电的形成及危害

在防雷之前我们应该了解雷电是怎样形成的——雷电是大气中的放电现象，多形成在积雨云中，积雨云随着温度和气流的变化会不停地运动，运动中摩擦生电，就形成了带电荷的云层，某些云层带有正电荷，另一些云层带有负电荷。由于静电感应常使云层下面的建筑物、树木等带有异性电荷，随着电荷的积累，雷云的电压逐渐升高，当带有不同电荷的雷云与大地凸出物相互接近到一定程度时，其间的电场超过25～30kv/cm，将发生激烈的放电，同时出现强烈的闪光，由于放电时温度高达2000℃，空气受热急剧膨胀，随之发生爆炸的轰鸣声，这就是通常所说的电闪雷鸣。雷电的大小和多少以及活动情况，与各个地区的地形、气象条件及所处的纬度有关。一般山地雷电比平原多，建筑越高，遭雷击的机会越多。雷击有极大的破坏力，包括电性质、热性质和机械性质的破坏。根据雷电产生和危害特点的不同，雷电可分为以下四种：直击雷、球形雷、雷电感应、雷电侵入波。雷电灾害也一直被国际电子工业委员会（IEC）称为“电子化时代的一大公害”。 如今我们的城市摩天大楼林立，无形中造成雷电击穿空气的距离缩短、雷击概率加大。城市密集，热岛现象增多，使城市附近气象雷暴期延长。同时微电设备被广泛应用，城市通信电源大幅增多，城市电磁场发生变化，特别是微电子产品绝缘强度低，过电压耐受力差，容易遭受雷电侵袭，其中电脑网络、通讯指挥系统和公用天线都是重灾区。从某种意义上说，科技越发达，雷击对人们的威胁就越大。现代城市中，一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，对感应雷和脉冲电压的防护能力却不高，它们能潜入室内危及电视、电话及联网微机等广播电视系统中弱电设备。

二、广播电视系统的雷电损害

1.雷电的过电压效应、电磁效应损害原因。如果顶部金属体的接地引线在某个部位断开或电阻过大，在这些部位也将出现高电压造成局部火花放电，危及建筑物内设备和人员的安全。这是需要将建筑物顶部金属体良好接地，尽快将感应电荷泄放入地。当雷击发生后，导线上感应的异号电荷失去束缚，向导线两则流动，通过线路侵入变电站或袭击电气设备，在设备上形成过电压，当过电压高于设备的额定雷电冲击耐受电压时，设备就会损坏。雷电的电磁效应对超大规模集成电路也有严重损害，它的能耗小、 灵敏度极高等特点，使其容易被损坏。同时闪电能辐射出频率从几赫兹到几千赫的电磁波，有很宽的频带，其主要以 5～10 千赫兹的电磁辐射强度最大。这些电磁波对通讯设备会产生严重的危害，轻则干扰电视广播信号，重则扰乱指挥系统，损坏仪器设备。雷击时，在与雷击发生处较近的地方，静电感应引起的危害是主要的；在与雷击发生处较远的地方，电磁感应引起的危害是主要的。随着电视微波传输、电缆电视、应用电视、卫星地面站、电视发 射机、电视差转机、广播发射机、电子设备、计算机网络等广播电视 设备的迅速发展，防雷问题显得愈加突出。

三、雷电损害广播电视系统的主要途径

通过上文对雷电的成因和损害原因的分析，可以总结出雷电主要通过以下几个途径侵入广播电视设备。

1.直击雷袭击。由于广播电视信号的发射，接收和传输转播设施大多安装在高山、高楼或高架铁塔上，因此遭受直击雷的概率较大通常采用的措施是架设一定高度的避雷针，通过避雷针把闪电吸引到接闪器上，而后把闪电传导入地。把直击雷的能量耗散到地下，从而保护了地上的建筑 物。由于避雷针的缺陷，因此，对于受避雷针保护的各种发射、接收天 线及建筑物内的各种设备，必须安装相应的电子避雷器，尽量减小地网地阻，楼顶上的各种管道、金属缆线外皮、广告牌等必须用够粗的导线连接，焊上并与避雷带焊接好，建筑物应装设均压环，环向垂直距离不应大于 12m，所有引下线、进出建筑物的架空金属管道、建筑物的 金属结构、设备等均应连到环上，尽量减少由于避雷针引雷时产生的二次感应雷击对广播电视设备造成的损坏。

2.电源线路侵入，由于雷电能量主要集中在小于40kHz的低频段，供电50kHz的工频线路，最容易和工频附近的最大能量谐波分量发生耦合谐波，加上交流电网大而面广，雷电波比较容易从电源线路途经破坏电子电器设备。一般做法是在电源变压器次级，机房配电柜，设备配电盘，设备电源进线处并联1—3级三相、单相电源避雷器，进行雷电多级分流、入地。当雷电波沿电源线侵入时，避雷器的电阻瞬间降至和很低，近于短 路状态，雷电流就由此处分流入地，这类似于堵截了雷电的入侵通道。类点过后，瞬间恢复，对地断路，丝毫不影响正常供电。

3. 天馈线路侵入，户用天线、共用天线、电视接收卫星地球站、电视发射机等，由于对收发信号的需求特点，天馈系统大多安装在高楼顶或高架铁塔上， 电子设备由天馈系统引入得雷击几率很大。传统的“空气隙” “气放管”“氧化锌压敏电阻”避雷器，可以起到一定作用，但在工作频带，响应时间， 承受功率方面呈现局限性。

4.信号线路侵入，广电系统中，天线放大器、应用电视、电视摄像机、传真机、电 视接收机、计算机、电话等，往往使用同轴电缆，带状电缆等金属信息传输线，及时埋地传输电缆也常出现雷击故障。当雷电电磁脉冲干扰发生时，由于导体在交变电磁场中他的感抗 ωL0 和容抗 ωC0 都很大，所以会产生很大的电位差，而雷电电磁波在电缆表面传播时会形成驻波，对使用中的设备会形成强烈干扰，并往往通过接口处形成过电压损坏设备。一般采取的办法是加强对电缆的屏蔽，电缆外金属皮进行良好的接地，及通过串联信号电子避雷器进行，信息与雷电通道分离，在设备入口处截断雷电侵入波。

随着科学技术的进步，对雷电产生原因的探究和对损害广播电视系统雷电成因的进一步认识，是可以有效地防止和减少雷电在工作和生活中给我们带来的不便。在新技术不断研发的今天，会发现更好的办法来避免雷电带来的损害。 （编辑/永安）