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浅谈广电系统设备的电子防雷与保护

   雷电灾害是影响人类活动的严重灾害之一,也是电子时代的最大公害之一。随着广电事业的飞速发展和现代电子技术装备在广电领域的大量应用,广电网络和广电电子设备抗雷击的弱势也日益突出。怎样提高广电网络与设备的抗雷击,提高广电系统和网络的正常运行率和安全性,便成为广电行业与生产厂商共同探索的新课题,也催生了电子防雷新技术在广电领域的应用和普及。在这里,我要和各位领导、专家、广电同行们探讨的就是这一新的技术和课题.
       
一、雷电的几种主要形式
   
    雷,是大气中的自然放电现象;雷击,是指雷云在放电过程中对各种物体的损害现象。常见雷的表现主要有以下三种形式:
  
    1、直击雷。带电云层与大地上某一点之间发生的猛烈放电过程,我们称之为直击雷。它是一种迅速猛烈的放电,每次放电大约在几微秒内释放相当大的能量;其放电时的空气温度有时高达两万度,在极短的时间内放电电流可达到几十---几百千安。因此,直击雷对建筑物、人、畜、树木等危害巨大,简直无法保护和躲避,电子设备也不例外。
 
    2、感应雷。感应雷的产生主要来自两个方面:一个是直击雷发生后地面某一范围内散流电阻大,以至于出现局部的高电压感应;另一种则是直击雷在放电过程中强大的脉冲电流对周围导线或金属物体发生电磁感应,而产生高电压或发生放电闪击(又称二次雷击);因此说感应雷是由高电压感应和雷电流产生的电磁感应两种原因造成的。感应雷对各种电子设备的损害极大,由于它的覆盖范围比较远,有时甚至可侵害几公里外的电子设备。电子设备的雷击损坏百份之九十以上为感应雷。因此,对感应雷的防护就是电子防雷的重点。
 
    3、球雷。球雷也就是通常所说的”滚地雷”或“落雷”。这种雷一般直径在10---20公分大小,直径最大时可达到一米;颜色为红色或橙红色火球,常从窗户、门、管道口等进入建筑物内部,造成破坏,引起火灾。
 
二、常见易遭雷击的区域
  
    根据对雷灾事故的分析研究和实验证明:雷击区域与地质结构有关。因为雷电在先期放电过程中,大地中的先导电流主要沿着电阻率较小的路径流通,所以说下列几种情况遭受雷击的可能性比一般地区要多。
    1、土壤电阻率较大的山区和平原,特别是山坡与稻田接壤的地段和不同电阻率土壤的交界地段;
    2、有金属矿床的地区,河岸,地下水出口处;
    3、湖泊沼泽地,湿地,低洼地区,地下水位高的地区;
    4、空旷平野上的孤立突出的建筑物、凉亭、大树、草棚,高耸的铁塔,高楼大厦等;
    5、金属结构的建筑物,内部有大型金属体的厂房,或内部经常潮湿的房屋;
    6、高低并排的烟囱或排气管道。
    对以上易遭雷击区域的了解,有助于我们在这些区域内安装广电设备或架设传输线路时,提前进行防雷规划、设计和防护。
 
三、 雷电对广电设备与传输网络的危害
   
    根据对数十年来雷击损坏广电设备和入侵传输网络而造成的危害的分析研究表明,造成广电设备的损失极大的主要是有感应雷和其衍生的电磁波等因素造成的。
 
    1、感应雷危害。直击雷一次只能袭击一个小范围的目标,而一次感应雷击却可能使一个较大范围内的多个小局部同时遭受损失;并且感应雷击可以通过电力线、信号线等传输到很远,造成雷击范围的扩大。当这种感应雷击发生在低压架空线路附近或上空时,其感应高电位最大可达100KV以上;在电讯线路上也可高达40----60KV,对各种线路电子设备或装置造成损坏。
 
    2、电磁波危害。由于巨大雷电流有极大的峰值和陡度,雷击后会在其周围产生瞬变电磁场,所有处在该瞬变电磁场中的导体都会感应出较高的电动势,产生脉冲电磁波辐射;虽然感应雷的波头(由零至幅直)一般只有几秒,波尾也只有几十微秒,但他包含丰富的高次谐波,其基波频率大的为几千赫兹(KHz);因此,它对电子设备,特别是广电,通讯等设备却具有巨大的破坏力;而且由于雷电流峰值大,陡度高(变化率大),瞬变时间相短,感应电压高,可能还会产生电火花或闪击。
 
    3、地电位反击。指雷击大地或接地体时,引起地电位上升而波及附近的电子设备,这种危害常通过接地体入侵连接在接地线上的电子设备,或线路器材与传输设备,导致设备损坏。
 
四、雷电入侵广电设备几种方式与途径
   
    雷电入侵广电设备的方式与途径大致有以下几种:
 
    1、雷电闪击到建筑物时,雷电能量通过的电位反击,各种耦合机制(电流耦合、电感耦合、电容耦合)及电磁脉冲辐射等方式沿供电线路、通讯线路、网络线路和金属管线进入设备,造成设备的损坏。.以雷击中心1.5—3Km为半径的范围内,雷电电磁脉冲辐射可通过各种线路进入设备;
 
    2、在输电线路上发生雷击时,线路上产生或线路通过雷击区段感应的高电压和雷电流,也会沿着线路传送,直到设备,造成设备的损坏。
 
    3、雷云与雷云之间放电,同样会产生雷电浪涌;或者云层带电,使地面上某一建筑物表面或长导线感应带异电荷而产生电涌,通过各种线路进入设备。
 
    在广播、电视设备和有线电视网络中,传统的防雷措施是做好接地线(或装置),使之能够避免感应雷击。这种传统的防雷方,一是施工难度大(要挖地沟,接地装置需要焊接等);二是投资多(每个接地装置少则数百元,多则数千上万元);三是要求高(接地电阻有要求,否则防雷接地变成引雷装置)。因此,不少中小型台、网的电源供电系统、机房设备、网络设备防雷问题都一直难以得到有效解决。
 
五、电子防雷技术的应用发展与保护方式
 
(一)、电子防雷技术的应用发展
 
    1、避雷针(带、线、网)。自从富兰克林发明避雷针后,后续发展的技术包括了各种类型的避雷针、避雷带、避雷线、避雷网、接闪器的推广使用,但它们仅限于直击雷击的防护。
 
    2、放电管。作为电子防雷的早期产品,放电管在对信号的防雷和小型电子设备的保护中,曾发挥过一定的作用;但由于放电管产品的通流量等技术的局限性、和使用寿命的限制,以及电子电路的高度集成,单独的放电管防雷保护,不能有效的对感应雷击进行防护。
 
    3、压敏电阻。和避雷放电管一样,单纯的压敏电阻的防雷使用,由于其在多次雷电冲击后,续电流会逐渐加大,最终导致电源短路而增加故障率。另外,压敏电阻对信号传输有较大的衰减,或产生相关的
干扰,无法在信号防雷产品中使用。
 
    4、“等电位”防雷产品。上世纪末兴起的等电位防雷产品,采用的是等电位原理,采用相关的电子限压型或电压开关型器件、电感器件、耦合器件等组成,串接和并接在各种被保护的电子设备前,在雷击时快速反应,构成瞬间短路,拉平电位,使各导体电位相等;并快速泻放雷电流,从而保护设备免遭雷击。由于沿袭传统的接地防雷的模式进行设计,产品在使用中还需防雷分流接地的通道。
 
    5、 “等电位截流技术”防雷产品。进入21世纪,随着防雷技术的进一步发展,在原有等电位防雷技术的基础上,一种新的“等电位截流”防雷技术应运而生,产品选用新型的电子材料制成的元器件,它采用各导体电位相等连接的原理,瞬间短路拦截雷电流,并吸收和限制雷电能量,类似于水库大坝拦截上游洪水一样。这种技术最大的优点在于:
      A、不需要做“防雷接地线”,安装简单、方便,特别适用于室外、野外的传输设备、电子设备、无线电收发设备、电源设备和低压电器的防雷保护。
      B、弥补了早期的“等电位”防雷技术设计的缺陷,更耐雷电流的冲击,防雷效果更佳,更可靠。
      C、可以有效地防止地电位对设备的反冲击。
      D、实现“零泄漏电流”和“无续流”。
 
    6、多层级保护防雷产品。由于IT电子设备的普及使用和通讯设备、数据传输设备、数字设备及各类信息设备等大量广泛的使用,其不同的传输方式速率、带宽、电源电流、工作电压等的防范要求不同;因此,适用于上述防雷要求的一种多层级保护、和具有其他保护功能的多层级保护防雷产品,在本世纪初开始出现,并在日常防雷中快速普及和大量使用。
 
    7、综合型防雷产品。由于单件或单独的设备防雷保护,无法有效地抗击雷击危害;雷击的频繁,再加上雷电流的巨大和高电压,促使了防雷产品向集成保护和系统保护型产品发展,以满足各类电子设备的防雷保护要求。
 
    8、系统防雷工程。由于通讯、广电、电力、信息、安防、监控、智能管理等各类系统网络的急速发展,及大量电子设备的投入使用,特别是重大的昂贵的电子设备及重要的机房、信息处理中心、监控室等重点部位对直击雷防护和感应雷防护具有双重保护的要求;这种情况就必须考虑进行综合性系统防雷工程建设,也就是对直击雷和感应雷击的全方位保护。
 
(二)、现代电子防雷技术保护方式
    德国防雷专家希曼斯基在他的《过电压保护理论与实践》中提出了现代防雷保护的三道防线:
    1)外部保护:将绝大部分雷电流直接引入大地泄散;
    2)内部保护:阻塞沿电源线、数据线、信号线侵入的雷电波危害设备;
    3)过电压保护:限制被保护设备上的雷电过电压幅值。
 
    上述理论简而言之地提出了现代电子防雷技术,主要是为感应雷击(包括雷电电磁脉冲辐射)提供快速泻放的通道,控制雷电能量的泻放与转换。希曼斯基在这里突破了传统的接地泄流的防雷观念,提出了阻塞雷电波和限制雷电过电压的防雷技术新思路,使防雷技术不再局限于传统的接地泄流的单一模式。
 
    根据这一思路,上海海腾电子皇冠开户,hg0088正网开户在基于“等电位”防雷技术原理的基础上,大胆探索、试验和创新设计,综合借鉴了水利枢纽工程中的“船闸通道”和“泄洪通道”、“分洪通道”等设计思路,和水库“截流、限流、蓄能、平衡”等功能的设计思路,提出“等电位截流技术”设想,利用电子新材料对感应雷电流进行“瞬间截流短路”,让雷电流通过电源线路上现有的接地通道泄流放电或自然减压;而串接在本产品入之后的被保护的电子设备由于“上游水库的截流、限流、蓄能、平衡等功能”的作用,则不用做“防雷接地线”。
 
    我们在六年多的时间内,通过在国内20多个省市近千家单位和系统传输网络,进行了数百种电子防雷技术新产品的试用、批量使用、一直到大批量产品在线大规模的多年的成功使用;设备的防雷有效保护率在98%以上,防雷产品的可控损坏率在万分之三以内。
 
    从思路、理论、设计、研发、试验、量产、到产品大规模在线实际使用的理论与实践证明:这种在原有“等电位防雷技术”原理的基础上大胆创新设计,形成的电子防雷最新的“等电位截流”防雷技术,比现有的各种电子防雷技术更科学、更安全可靠、更经济实用、更简单方便。

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