有线电视系统中的防雷

有线电视系统中的防雷
雷电是一种大气中的放电现象，常常使有线电视设备严重损坏，在CATV系统中，防雷设计是一项十分重要的工作，而在实际工程当中，防雷并没有引起技术人员的足够重视，一旦遭到雷击，没有良好防雷措施的系统就会遭到严重破坏，甚至瘫痪。

对于干线较长的大系统，防雷设计更是刻不容缓的大事，本文从雷击的产生机理以及雷电的分布规律阐述雷电，以期读者对雷击有一个整体的认识，进而阐述防雷的措施以及CATV器材的抗雷击性能。

雷击主要有两种：“直未雷”和“感应雷”。

直击雷只有雷击率的10％左右，危害范围一般较小，可使用避雷针、避雷线和避雷网来防避，危害大得多的“感应雷”占雷击率近90％，危害范围甚广，CATV系统的电子设备受雷击损环，主要是感应雷造成的。

直击雷是带电云层和大地之间放电造成的，在形成雷云的过程中某些云积累起正电荷的雳云接近到一定程度时，发生讯猛的放电。

出现耀眼的闪光。

当雷云很低，周围又没有异性电荷的雷云时，就会在地面或者建筑物上感应出异性电荷，形成带电云层向地面或者建筑物放电；放电电流可达到几十甚至几百千安，放电时间为50－100μ S，这种放电就是直击雷，直击雷对建筑物和人、畜安全危害甚大。

安装于避雷针后，CATV系统的电子设备即使在其保护范围之内，仍然可能遭雷击而受损，大多数都是烧保险丝、电源变压器。

整流元件，三端稳压器，严重的还可能损坏集成电路等元件，这说明雷击不是从天线引人的，而是从电源线引入的，可见避雷针虽保护了建筑物，却保护不了置于其内的CATV电子设备，这是感应雷造成的。

感应雷电静电感应和雷电流产生的电磁感应两种原因所引起的，当带电的云层（雷云）*近输电线路时，会在它们上面感应出异性电荷，这些异性电荷被雷云电荷束缚着。

当雷云对附近的目标或接闪器（避雷针是最早、最常用的接闪器）放电时，其电荷迅速中和，而输电线路上束缚的电荷便为自由电荷，形成局部感应高电位。

这种感应高电位发生在低压架空线路时亦可达100KV；在电信线路上可达40－60KV。

而且它可以沿着线路传入电子设备，造成损害。

雷击后巨大的雷电流在周围空间产生交变磁场，由于电磁感应使附近设备感应出高电压，从而使设备损坏。

我国雷电的分布规律是：通常热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷电多，同时雷电的频数是随着地理纬度的减小而增加，即越接近赤道频数越高，具体说来有华南＞西南＞长江流域＞华北＞东北＞西北，除此之外，雷电的频数随地域而变，即：山区＞平原＞沙漠，陆地＞湖海，每年雷电的高峰都在7、8月份，活动的时间大都在14－22时之间。

一个地区有无雷电是由气象条件所决定的，但具体的落雷点则受当地条件的影响较大。

①地形的影响，通常山的东坡、南坡落雷的几率多于山的西。

北坡，山中平地的落雷几率
大于峡谷，湖海边落雷的几率很小，但湖海如有山岳则*水的一面山坡落雷几率较多；风口或顺风的河谷容易落雷。

②地面物的影响，空旷地中的孤立建筑物和建筑物群中高耸的建筑物易受雷击，金属结构的屋顶、塔架易受雷击，屋旁大树、接收天线、山区输电线等易受雷击，这是因为这些地面物吉利于雷云与大地建立良好的放电通道。

③地质的影响，土壤、电阻率相对值小而电荷相对积聚快的地方容易落雷，有大片土壤电阻较大时，局部土壤电阻率小的地方易落雷；土壤电阻率小的山坡或土山易落雷；土里有导电矿藏的地区易落雷；地下水位高或有矿泉的地区易落雷。

对于系统的防雷最有利的措施是系统有良好的接地，良好接地不仅能及早的泄掉感应雷产生的电压，同时也可泄掉由于设备漏电而产生的对地电压，达到保护设备和人身安全的目的，具体的系统防雷也是从接地开始的。

与此同时，在需要的地方按装避雷外、避雷器，但是选用器材
的抗雷击性能也不忽视，在选用器材时，考查器材的抗雷击性能也是重要的一环。

目前，我国大量生产和使用避雷器，有以电工碳化硅阀片为基本元件的各种阀式避雷器；有以氧化锌阀片为基本元件的氧化锌避雷器，氧化锌避雷器较之阀式避雷器具有动作迅速、通流容量大、残压低、无续流、结构简单、可*
性高、寿命长、维护简便等优点。

下面重点讲述氧化锌避雷器，氧化锌压敏避雷器对感应雷及雷电波入侵的防止是有效的。

其工作原理是其伏安特性的非线性。

正常电压时，避雷器呈高阻状态，只有很小的泄漏电流（μA数量级），功率损耗很小，当线路中出现过压时，避雷器呈低阻状态（时间效应为10-9数量级）过电压以放电电流的形式通过避雷器流入大地，过电压被抑制下来，浪涌电压过后，线路电压恢复正常时，避雷器又呈高阻绝缘状态，因此避雷器必须有良好的接地装置与之配合，避雷器的伏安特性如下图所示：其中：i一雷电放电电流：VimA一泄漏电流为lmA时电压，VI一放电电压，Ve一浪涌雷电电压。

雷电过电压的电流是一种很快上升到峰值，然后较慢下降的脉冲，其时间量值为10-6S数量级，国家的通用标准是8／20μS，即用8μS的时间上升到峰值，然后用20μS的时间下降到半峰值，而氧化锌避雷器的响应时间为10-9数量级，因而响应时间是来得及的，其次是幅值问题，有线电视的供电电源经过电力系统的多级避雷，因而雷电脉冲电流大于 5 KA的概率不会大干15％，只要选择通流容量为 5 KA的避雷器，其残压也是设备能够承受的，加上合乎要求的接地就会达到避雷的效果。

1、天线的防雷接地。

有线电视的接收天线和竖杆一般架设在建筑物的顶端，应把所有的接收天线，包括卫星接收无线的接地焊在一起，接天线的竖杆（架）上应装设避雷针，避雷针的高度应能满足对天线设施的保护，安装独立的避雷钟时，由于单根避雷针的保护范围呈帐篷状，边界线呈双曲线，所以避雷外高于天线顶端的长度应大于天线的最大尺寸，避雷针与天线之间的最小水平间距应大于3M，建筑物已有防雷接地系统时避雷针和天线竖杆的接地应与建筑物的防雷接地系统共地连接；建筑物无专门的防雷接地可利用
时，应设置专门的接地装置，从接闪器至接地装置采用两根引下线，从不同的方位以最短的距离沿建筑物引下，其接地电阻应小于4欧姆，无论是新制作的接地统还是原建筑的接地线，接地电阻都应小于4欧姆，除天线应有良好的避雷的接地外，还应采取如下措施：①无线输出端应安装专用CATV保安器；②天线输出电缆按接地要求接地；③使用装有气体放电管及快速反应保护二级管的天线放大器或频道放大器。

2、前端设备的防雷接地。

如果在前端附近发生雷击，则会在机房内的金属机箱和外壳上感应出高电压，危及设备及人身安全。

前端设备的电源漏电也会危及人员的安全，因此，对机房内的所有设备，输入、输出电缆的屏蔽层，金属管道等都需要接地，不能与层顶天线的接地接在一起，设备接地与房屋避雷针接地及工频交流供电系统的接地应在总接地处连接在一起。

系统内的电气设备接地装置和埋地金属管道应与防雷接地装置相连，不相连时两者的距离应大于3米，机房内接地母线表面应完整，并无明显锤痕以及残余焊剂渣；铜带母线应光滑无毛刺。

绝缘线的老化层不应有老化龟裂现象。

一些前端设备如调制器，接收机等没有过压保护，而只有过流保护，一旦有雷击物往会出现电源烧坏而保险不断的情况，针对此种情况应在总电源处加装避雷器，以更好的保护前端设备。

3、干线和分配系统的防雷接地。

敷设于空旷地区的地下电缆，当所在地区年雷暴天数大于20天及土壤电阻率大于100欧姆时，电缆的屏蔽层或金属护套应每隔2KM左右接地一次。

②架空电缆的屏蔽层及金属护套、钢纹吊线每隔250M左右接地一次，在电缆分线箱处的架空电缆金属护套，屏蔽层及钢绞线应与电缆分线精会用接地装置。

埋设于空旷地区地下电缆，其屏蔽层和护套，应每隔2KM左右接地一次，以防止感应电的影响。

③电缆进入建筑物时，在*近建筑物的地方，应将电缆的外导电屏蔽层接地，架空电缆直接引入时，在入户处应增设避雷器，并将电缆外导体接到电气设备的接地装置上，电缆直接埋地引入时，应在入户端将电缆金属外皮与接地装置相连。

④不要直接在两建筑物屋顶之间敷设电缆，可将电缆沿墙降至防雷保护区以内，并不得防碍车辆的运行，吊线应作接地处理。

⑤系统中设备的输入输出端应有气体放电保护管，220V供电的放大器的电源端应有过压保护装置，目前市面上的放大器鱼龙混杂，为了降低成本，甚至省去了防过压措施，如输入输出瑞元气体过压放电管，220V供电的放大器电源端只有过流保护，而无过压保护，在选
用干线器材时，应把防过压保护作为一个重要的前提条件来考虑。

⑤CATV系统中的同轴电缆屏蔽网和架空支撑电缆用的镀锌铁线都有良好的接地。

4、CATV系统中的同轴电缆屏蔽网和架空支承电缆用的镀锌铁线都有良好的接地。

受感应雷的机会较小，雷电最容易从电源线进入电子设备，把供电线进户瓷瓶铁脚接地，对保护电力设备和人身安全可以起到一
定的作用，但由于CATV等电子设备的耐受过电压的能力比电力设备差得多，因此除必须在进户线上安装低压避雷器外，可把光屏蔽的电线、电缆等在埋地金属管中，使雷电波通入地中。

电源线在进入电子设备前可绕几个圈以形成小电感，对50HZ电流没有什么影响，对阻挡雷电波侵入设备却有一定作用。

在系统接地时，一定注意接地电阻的最小化，接地电阻大防雷效果就差，尽量的减小接地电阻、控制在8欧姆以下为最好。

有线电视系统的防雷是一项综合的技术工程，任何一个环节出了漏洞，都会影响整个系统的防雷效果。

在做系统的防雷设计时一定要本着科学严谨的态度，切实做好系统的防护设计。

CATV系统的几个安全问题
提起CATV的安全问题，大家就会想到防雷击的问题。

其实，还有许多问题是不能忽视的。

比如说：在使用电源过程中引起的不安全问题；个别用户私接线路引起的不安全问题；整个网络中所用的同轴电缆、分支分配器、干线放大器、用户放大器分布在室外发生被盗引起的不安全问题等等，均会导致CATV系统的局部乃至整个网络不能正常工作，电视节目不能安全传输。

如果发生此类问题，也和雷击事故引起的后果一样，应当引起高度的重视。

引起CATV网络不安全的因素有以下几种：
（1）在电源使用过程中引起的不安全因素大致有：在进行线路安装、改造时，有些施工人员认识不到传输网络安全的重要性，施工时粗心大意，发生误接、错接的现象（误把380V当22 0V 接到放大器上，在楼栋放大器检修中比较常见），造成烧保险丝、烧电源线，甚至烧毁放大器；有的施工人员不按照要求进行施工，擅自改动电缆路由，导致干线与高压线交错或距离太近，引起CATV系统带电或50Hz交流干扰，使系统无法正常工作。

（2）个别用户私接线路引起的不安全因素大致有：个别法制观念差而又不懂有关技术的人，随意将电源线、电话线等非有线电视专用线接到干线放大器测试口上，造成放大器输出短路而烧毁，使干线放大器以后的网络无信号；还有的用户将同轴电缆开口，盗取电视信号，造成信号开路或短路，导致局部网络出现故障；再有的用户为了逃避收费，擅自撬开用户分配器保护箱，私自乱接信号，造成本单元串接线路开路或短路，致使本单元用户无法收看电视节目。

（3）CATV系统除前端设备安装在室内，其他包括天线、干线放大器、用户放大器、分支分配器
等设施都安装在室外、楼顶等处，虽然便于施工，但缺乏必要的安全防范措施，一些不法分子胆大妄为，盗走放大器、分配器的事情时有发生，造成线路故障和直接经济损失，使用户无法收看电视节目。

（4）夏季打雷闪电、刮风下雨及冬季下大雪引起的不安全因素大致有：虽然雷击问题已经引起了大家的高度重视，采取了很多措施，但局部的雷击事件仍时有发生，雷电过后烧毁放大器、烧坏保险丝的现象仍然存在；夏季刮风下雨、冬季风雪交加引起的天线方向移位、干线开路的现象也偶有发生。

这类问题常常引起大面积停播，导致网内用户无法正常收看电视节目。

上述不安全因此的原因：一是施工时监督不严格，施工人员违反规定造成的；二是对CA TV系统的政策法规宣传不到位、管理不完善、巡视制度不落实造成的；三是防盗措施不严密，群策群防不得力造成的；四是防雷措施有漏洞、维护制度不落实造成的。

对这些问题如不重视，引起的后果将是非常严重的：其一，造成系统不稳定，经常出现故障，引起广大用户的不满；其二，造成不良的影响和较大的经济损失，同时也给维护人员带来相当大的工作量。

如何解决噪声对CATV系统的干扰与影响
随着社会经济的发展，各种电子、电气设备不断地增多，同时信息的载体——各种无线和有线网络系统
也在迅速地扩张发展。

因此，形形色色的噪声信号对CATV系统的干扰也日趋严重，不同程度地影响了系统的传输质量。

网络工作者必须予以充分地重视，采取行之有效的措施，消除噪声干扰。

排除干扰先要分析干扰的原因，而分析干扰的原因最好能抓住CATV系统具有频率高、频带宽、频道多的特点，结合各有线电视网络的实际，进行综合分析。

目前的有线电视网络大部分采用HFC结构550M Hz传输系统，有的已经升级到750MHz。

有的网络已建设A／B两个平台，通过A平台传送调频立体声广播和电视信号，通过B平台传送交互式数据信号。

对网络的拓扑结构和特点了解以后，要进一步了解网络设备中最容易出现干扰的环节和原因，从理论上进行定性分析和定量计算，再结合干扰现象逐一分析，归纳起来可概括为两大方面：一要弄清噪声的产生根源，寻本而清源；二要明确噪声干扰CATV系统的方式、原理和途径，辨症而施治。

1寻找噪声源
众所周知，噪声源来自系统内和系统外。

系统外的所有电子、电器和机电设备，只要存在开放的电磁辐射源，达到一定的电场强度，都有可能对CATV系统形成不同程度的干扰。

其中影响较大的干扰源主要有通讯、导航、无线探测、遥控、广播电视、无线接入网等各种载波发射，各种工业高频设备、高频医疗设备，还有自然界中雷电所产生的强磁电脉冲、太阳黑子的强磁暴射电、宇宙射线等。

日常生活中经常遇到的诸如日光灯、霓虹灯、高压钠灯的电子镇流器的电磁辐射，电车导轨打火、汽车火花塞点火、各种
带刷电机的运行、交流接触器、继电器的开合切换……，也都是产生干扰的噪声源。

这种噪声源主要是同频干扰，特点是时断时续（少数例外），由于前端、节点、传输、终端各部分设备的屏蔽、接地不良或参数的设置不当而使这种干扰侵入。

最为常见的干扰故障是由于调制器、混合器、光站、延放、楼放、电源插入器、耦合器、分支分配器等设备、器件的接插件接触不良或损坏所引起。

第二，由于设备的通风散热不良使参数畸变、野外长期放置而受潮介电系数等指标变劣、设备与交流电源线的隔离不够（交流电源线在一定条件下，即可看作是无线电波的接收“天线”，又可看作是无线电波因“反射”而辐射的“无线”）、设备中空置未用的输出端口未接假负载、设备中高频回路赋形器件变形而产生了新的波导……。

各种射频噪声干扰对光缆传输系统是不会产生影响的，但它一旦由光发射机的激光调制电路以前的电路部分侵入，那么这种噪声干扰也是不可幸免的了。

如何确定干扰是出在系统内还是系统外？一般来说，要看AV信号被干扰的现象、持续时间、被干扰的频道综合分析判断。

有一种较为快捷的办法，即先断开CATV系统信号，用电视图像发生器或智能型数字字符信号源，调制至受干扰的频道，再输入电视等终端设备，若此时干扰消失，即可确定干扰出自系统内，可借助彩监、电视信号发射器等仪器由此逐级向前测试，找出故障点，如能再借助可调试带通滤波器，则能更准确地判断故障出自哪一级和干扰的频谱范围，否则就是系统外干扰。

对外界干扰侵入可先从寻找屏蔽、接地、电源插入及电缆接插件等处入手排查。

如无法解决干扰源的噪声干扰，通过加强屏蔽或在设备中改善加装滤波器消噪电路等办法也可解决干扰的侵入。

来自系统内的干扰可分为以下几种情况：
（1）是设备固有的噪声源，由于设备中各种电子器件的带电粒子（电子或空穴）不规则地运动，在电路中就产生了不规则的端电压和回路电流，产生噪声信号，如经电子电路的耦合放大或形成正反馈，必导致对正常信号的干扰，甚至淹没了信号电压。

一般网络中的设备除了选用低噪音系数的器件外并在电子电路中设计了各种温度补偿、负反馈、差动、平衡等抑制电路，减少噪声的幅度使设备正常工作。

当设备的这部分器件或电路失效，噪声即会对信号造成严重的干扰。

所以过分相信依赖设备的“先进性”、“可*性”，忽视设备方面可能出现的问题，在排查故障时会走不少弯路。

（2）是由于网络中各种设备的局部损坏，常见的有各级放大器中放大模块、增益钮、微调电阻、电容等器件损坏失效，性能变差；或是信号传输线路的屏蔽、接地、耦合分配等环节出现故障……等等原因而导致设备和传输回路中某项或多项参数“变异”，由于参数的变异而产生了各种干扰信号，我们称之为“变异干扰”。

对上述两种情况，经用仪器检查，只要更换相关器件或设备，问题都能解决。

（3）这种干扰虽不多见，却时有发生，也是由于某项或某几项参数不符合标准导致产生干扰或收视质量变差。

其原因可能是节目制作过程中出现了技术问题，信号调制过程中出现了技术问题，传输系统的增益和均衡等参数调整不规范等。

这时应该利用彩监，场强仪等仪器测试系统设备的参数，调整到规定值。

（4）是出自终端接收设备的干扰回传。

它分为两种情况，一种是电视用户机内本机振荡高频辐射由同轴电缆或空间窜入附近用户机内，对相关频道产生的干扰。

或是用户使用VCD、录像机或游戏机等的RF辐射侵入附近用户，干扰这些用户的正常收视。

如果干扰是由电缆侵入，一般只对同一分支器或分配器的用户影响较大。

可依次断开同一分支或分配器上其他用户的接线端子逐一排查。

在断开接线端子的同时最好接上专用的75Ω负载器件（防止再引入其他干扰）。

如果是因用户使用放像设备泄漏的RF信号所干扰，有些从叠加的干扰画面的内容即可判断出。

关于电视机的本振干扰，电视机本振产生的干扰电平在60～70dB 左右就能对附近电视机产生干扰。

其特点是本振幅射随调谐频道的增高而增大，只能是低频道的本振幅射干扰高频道的信号，其基波干扰与它相隔四个标准频道的频道信号，如DS－6频道的本振幅射可干扰DS －10频道，Z1频道可干扰Z5频道等。

另一种是上网用户在进行交互信息传送时，将噪声通过网络的上行通道逐级回传至前端，由于对噪声干扰的拾取会共同汇集到前端，产生所谓的“噪声漏斗效应”，而网上用户的发展又极为迅速，如措施不当必将妨碍网络回传系统的正常工作。

解决这个问题方法是：首先应防止用户对干扰信号的拾取。

这可采取加强上行回路各个环节的电磁屏蔽，改善接地系统，选用屏蔽良好的，具有5～65MHz带宽特点，采用上／下行，输入／输出端口相互隔离大于等于35dB的专用用户终端盒等措施。

但这只能解决部分干扰问题。

想从根本上解决问题应该采取先进的数字抗干扰技术，由前端集中处理（理由是N个用户对噪声即使是只有百分之一的拾取率，可汇集到前端时，这N／100个噪声源叠加和调制而成的噪声信号其能量谱和频率谱远远大于和宽于终端侵入的噪声信号了，足以造成对信息序列的严重干扰。

但回传系统传输的是数字信息。

现有的滤除噪声干扰技术对数字信号的处理比对模拟信号的处理要简单得多，有效得多）。

1在编码方式中选用高抗干扰的编码方式，在分址制式中CDMA（码分多址）的容量大，抗干扰能力最强，技术也趋于成熟可优先或重点选用。

2在调制方式方面，诸如QPSK（4相相移键控） ／4－QPSK、最少移频键控（MSK）、高斯滤波MSK（GMSK）、O－QPSK（参差QPSK）等各具特点。

其中O－QPSK（OFFSET－QPSK）方式的相位变化较小，对带外干扰的抑制性也非常好，而高斯滤波最小移频键控（GMSK）调制的信号频谱主瓣宽于QPSK，但带外高频滚降要快，所以既对相邻波道的干扰较小，又对邻频的干扰抑制较高，选用那种或那几种调制方式，也是提高抗干扰性能的一种措施。

3使用扩频调制的方式，我们认为是解决前端噪声漏斗效应的一种非常有效的方法。

根据香农（SHANNON）公式的定义：C=Blog2（1＋S/N）＊（bit／s）其中C为信道容量，B为占用带宽，S/N为信噪比。

由此可知，当信号数据速率C不变时，如B↑（扩频），则收信号所需的功率下降。

相对而言，发信功率可大大下降，亦可看成是降低了所需的信噪比，等同于提高了抗干扰的能力，同时自然对其他信号传输的干扰减少，甚至能做到和其他信号共用一段无线频谱（该技术以前主要用于保密或军事通信领域）。

这种抗干扰的基本原理可作如下的简单理解：噪音序列{PK}的速率高而信息序列{MK}的速率较低。

{MK}经扩频、数字调制处理后变成宽带信号，其中心频率为fc。

在接收设备的输入信号中混入的干扰信号其中心频率也在fc（假设在干扰最强的情况下），经过扩频解调（解扩）后信息序列信号变成窄带信号，而干扰信号经扩频变成宽带信号，再经过窄带滤波器，滤除有用信号带外的干扰信号，大大降低了干扰信号的强度，改善了信噪比。

4采取在前端集中设置由带通滤波、限幅抗噪、施密特电路、积分电路等组成的抗干扰设备，或是由门阵列、编程器等组成的单元抗噪部件接入前端设备的通道入口，或采取由微机运行防噪抗干扰软件等等……，
都是行之有效的办法。

2辨症施治
CATV系统之所以会受到干扰，要具备几个充分而必要的条件。