電視網(wǎng)絡(luò)的防雷保護(hù)可靠性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任建兵

摘要：雷電對(duì)于電視網(wǎng)絡(luò)的損害不但會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)而言可以說(shuō)是切斷了與外界的連接，因此對(duì)電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防雷保護(hù)的可靠性設(shè)計(jì)十分必要。防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中，首先對(duì)架空線路進(jìn)行防雷改造，通過(guò)在電源接入點(diǎn)與進(jìn)線端桿塔之間安裝可調(diào)式的過(guò)電壓保護(hù)間隙，保護(hù)空線路絕緣子，在接地裝置的電阻約束值要求下鋪設(shè)桿塔架下接地扁鋼;完善電視網(wǎng)絡(luò)發(fā)射中心的等電位連接，將低壓設(shè)備接線進(jìn)行整理并科學(xué)布線，將接地線、金屬結(jié)構(gòu)與配電箱母排匯集，增加等電位連接銅排與地網(wǎng)的連接點(diǎn)。為驗(yàn)證防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的有效性，設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用防雷保護(hù)的電視網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的最大過(guò)電壓幅值與未使用防雷保護(hù)的最大過(guò)電壓幅值相比下降了33.4%，且絕緣強(qiáng)度也有明顯提升。

關(guān)鍵詞：電視網(wǎng)絡(luò);防雷保護(hù);等電位連接;接地線

中圖分類(lèi)號(hào)：TN943.6? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）20-0052-02

雷電的破壞力極強(qiáng)，其內(nèi)部產(chǎn)生的電壓能夠達(dá)到幾百萬(wàn)伏特，每年造成的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)。雷電災(zāi)害的強(qiáng)烈電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)還會(huì)影響到通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星導(dǎo)航等，威脅通訊和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定[1]。地面的廣播電視網(wǎng)絡(luò)的發(fā)射站為了便于接收和發(fā)射無(wú)線廣播電視信號(hào)，其位置一般設(shè)置在當(dāng)?shù)刈罡吆０蔚纳巾?。一旦發(fā)生電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞，維修非常困難，當(dāng)?shù)氐碾娨暰W(wǎng)絡(luò)將會(huì)長(zhǎng)期處于癱瘓狀態(tài)，嚴(yán)重影響人們的正常生活，因此對(duì)電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防雷保護(hù)的可靠性設(shè)計(jì)具有重要的意義。

1 電視網(wǎng)絡(luò)的防雷保護(hù)可靠性設(shè)計(jì)

1.1 架空線路的防雷改造

雷電會(huì)通過(guò)配電線路、發(fā)射塔或避雷針以及信號(hào)線侵入到電視網(wǎng)絡(luò)中[2]。廣播電視網(wǎng)絡(luò)的中心系統(tǒng)10kV架空線在防雷和接地等防雷措施中存在一定弊端，導(dǎo)致了整個(gè)電視網(wǎng)絡(luò)高頻率受到雷電襲擊。因此，對(duì)架空線路進(jìn)行防雷與接地改造，是電視網(wǎng)絡(luò)防雷保護(hù)的基礎(chǔ)。在靠近電源接入點(diǎn)的10kV架空線路中的10級(jí)桿塔與進(jìn)線端桿塔之間安裝可調(diào)式的過(guò)電壓保護(hù)間隙，設(shè)定沖擊放電電壓，在絕緣子串之前完成放電，防止絕緣子受到雷擊影響而燒毀，期望能夠改善空線路絕緣配合之間的異常情況，促進(jìn)雷電的有效分流，使能夠入侵電視網(wǎng)絡(luò)的電壓降低[3]。

需要對(duì)線路的一些重要位置的桿塔進(jìn)行接地改造，在桿塔架下鋪設(shè)接地扁鋼，從山頂開(kāi)始，鋪設(shè)至山腳下，扁鋼埋深為1m，并將線路中原有的避雷針與扁鋼焊接，根據(jù)水平接地體的總長(zhǎng)、埋深、等效直徑與寬度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，能夠求出接地裝置的電阻值，與設(shè)定的目標(biāo)值相比略小即可。至此完成架空線路的防雷改造。

1.2 完善電視網(wǎng)絡(luò)發(fā)射中心的等電位連接

接線水平的雜亂無(wú)章對(duì)發(fā)射中心的日常工作也有很大的影響，在沒(méi)有采取正規(guī)接線方式的情況下，很容易造成接線錯(cuò)誤，增加發(fā)射中心的維護(hù)檢修難度。需要對(duì)低壓設(shè)備接線進(jìn)行整理并重新設(shè)計(jì)，使走線盡量科學(xué)、合理、規(guī)范，避免產(chǎn)生線路之間的縱橫交錯(cuò)，并使用標(biāo)準(zhǔn)的電器為設(shè)備供電[4]。需要采取的改造措施為：將接地極引出的接地線與發(fā)射中心的鋼筋網(wǎng)等金屬結(jié)構(gòu)匯集，連接到發(fā)射中心電源進(jìn)線配電箱的接地母排;為避免接地距離遠(yuǎn)而造成電位差，需要增加等電位連接銅排與地網(wǎng)的連接，構(gòu)造出等電位的多點(diǎn)連接;一般的電視網(wǎng)絡(luò)發(fā)射中心的控制場(chǎng)所位置較小，設(shè)備數(shù)量不多，因此可以采用S型等電位連接[5-6]。需要注意的是，設(shè)備除了等電位連接點(diǎn)以外，保證共用接地線的各個(gè)裝置之間相互絕緣。至此完成電視網(wǎng)絡(luò)的防雷保護(hù)可靠性設(shè)計(jì)。

1.3 優(yōu)化主地網(wǎng)

根據(jù)電視網(wǎng)絡(luò)發(fā)射站現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境，統(tǒng)計(jì)需要優(yōu)化的接地網(wǎng)，主要包括電信接地網(wǎng)、控制室接地網(wǎng)、發(fā)射塔接地網(wǎng)、原有變壓器地網(wǎng)以及發(fā)射站附近廢棄接地網(wǎng)。上述接地網(wǎng)的阻值在2.0-10.0歐姆之間，其用途就是為電信低壓設(shè)備、發(fā)射站、發(fā)射塔避雷針、原有變壓器以及原有發(fā)射塔等設(shè)備提供接地，用接地扁鋼將這五個(gè)可以利用的接地網(wǎng)外圍及相鄰處進(jìn)行多點(diǎn)連接，使之成為一個(gè)整體的接地網(wǎng)。

要安裝浪涌保護(hù)器，浪涌保護(hù)器（SPD）是電子設(shè)備防雷過(guò)程中，作用較強(qiáng)、功能較全、在保護(hù)過(guò)程中不可缺少的一個(gè)設(shè)備，在以前的避雷措施中也被稱(chēng)為過(guò)電壓保護(hù)器或避雷器。浪涌保護(hù)器的主要作用，是把雷電天氣過(guò)程中，被雷電擊到后，竄入電力線以及信號(hào)傳輸線中的瞬時(shí)過(guò)電壓會(huì)瞬間增大，浪涌保護(hù)器能夠?qū)⑦@種瞬間增大的電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，與此同時(shí)將強(qiáng)大的雷電流導(dǎo)入大地，從而起到保護(hù)被保護(hù)的設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊而損壞的作用。

本文在對(duì)電視網(wǎng)絡(luò)變壓器和400V電力電纜進(jìn)行防雷改造的方案措施當(dāng)中，提出了在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b避雷器，例如變壓器的底側(cè)、電力電纜與發(fā)射站機(jī)房電源接入點(diǎn)等。

2 防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的仿真實(shí)驗(yàn)

2.1 建立電視網(wǎng)絡(luò)仿真模型

為了驗(yàn)證上文設(shè)計(jì)的電視網(wǎng)絡(luò)防雷保護(hù)設(shè)計(jì)具有一定的有效性，本文在ATP軟件中構(gòu)建出經(jīng)過(guò)改造的電視網(wǎng)絡(luò)模型，并模擬和反應(yīng)出雷電入侵后電視網(wǎng)絡(luò)中的電壓情況。在仿真軟件中，雷電波設(shè)計(jì)為1.2/50μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波，雷電電壓峰值為350kV，氧化鋅避雷器用壓敏電阻進(jìn)行表示，電視網(wǎng)絡(luò)的架線方式為架空線路單回路供電，仿真模型如下圖1所示。

仿真模型中共有三個(gè)節(jié)點(diǎn)Vcc、Gnd、Comp，使設(shè)計(jì)的雷電波作用點(diǎn)落到電視網(wǎng)絡(luò)的A相線路，啟用本文設(shè)計(jì)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，與未做防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的模型進(jìn)行電壓峰值對(duì)比，對(duì)絕緣強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。

2.2 電壓幅值實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

在上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，得到三個(gè)節(jié)點(diǎn)低壓側(cè)三相經(jīng)過(guò)雷電沖擊后的電壓峰值結(jié)果，見(jiàn)下表1所示。

從上表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在電視網(wǎng)絡(luò)變壓器低壓側(cè)安裝避雷器后，在相同雷電波的作用下，使用本文防雷保護(hù)所出現(xiàn)的最大過(guò)電壓幅值與未使用防雷保護(hù)的最大過(guò)電壓幅值相比下降了33.4%，說(shuō)明本文的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)可以有效保護(hù)電視網(wǎng)絡(luò)，防止雷電過(guò)電壓。

2.3 絕緣強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果與分析

在使用本文防雷方法前，絕緣子并聯(lián)過(guò)電壓保護(hù)器的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表2所示。

在使用了本文的防雷方法之后，重新進(jìn)行絕緣子絕緣強(qiáng)度的測(cè)試，結(jié)果如下表3所示。

從上述兩表可以看出，在沖擊電壓峰值相同的情況下，使用了本文設(shè)計(jì)的防雷方法后，可調(diào)式保護(hù)間隙明顯縮小，說(shuō)明了絕緣子的絕緣強(qiáng)度有所增加。

3 結(jié)束語(yǔ)

電視網(wǎng)絡(luò)的防雷保護(hù)是一項(xiàng)比較復(fù)雜、綜合性比較強(qiáng)的工程，但是對(duì)于因特網(wǎng)絡(luò)覆蓋不到的偏遠(yuǎn)地區(qū)，電視網(wǎng)絡(luò)是連接該地與外界的重要途徑，如果電視網(wǎng)絡(luò)受到雷電襲擊而癱瘓，相當(dāng)切斷了該地區(qū)與外界的通信。因此對(duì)電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行防雷保護(hù)是非常必要的，本文根據(jù)目前鋪設(shè)的電視網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，結(jié)合雷電對(duì)其的損害方式和途徑，完成了電視網(wǎng)絡(luò)的防雷保護(hù)的可靠性設(shè)計(jì)。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)防雷保護(hù)進(jìn)行了驗(yàn)證。電視網(wǎng)絡(luò)防雷保護(hù)涉及了多學(xué)科的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，隨著各領(lǐng)域技術(shù)的不斷進(jìn)步，防雷保護(hù)也在不斷發(fā)展，因此電視網(wǎng)絡(luò)防雷保護(hù)還需要更加深入地進(jìn)行探討和研究。

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【通聯(lián)編輯：張薇】