電視網絡的防雷保護可靠性設計與實現

任建兵

摘要：雷電對于電視網絡的損害不但會造成經濟損失，對于偏遠地區而言可以說是切斷了與外界的連接，因此對電視網絡進行防雷保護的可靠性設計十分必要。防雷保護設計中，首先對架空線路進行防雷改造，通過在電源接入點與進線端桿塔之間安裝可調式的過電壓保護間隙，保護空線路絕緣子，在接地裝置的電阻約束值要求下鋪設桿塔架下接地扁鋼;完善電視網絡發射中心的等電位連接，將低壓設備接線進行整理并科學布線，將接地線、金屬結構與配電箱母排匯集，增加等電位連接銅排與地網的連接點。為驗證防雷保護設計的有效性，設計了仿真實驗，實驗結果表明，使用防雷保護的電視網絡出現的最大過電壓幅值與未使用防雷保護的最大過電壓幅值相比下降了33.4%，且絕緣強度也有明顯提升。

關鍵詞：電視網絡;防雷保護;等電位連接;接地線

中圖分類號：TN943.6? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）20-0052-02

雷電的破壞力極強，其內部產生的電壓能夠達到幾百萬伏特，每年造成的人員傷亡以及財產損失不計其數。雷電災害的強烈電流產生的電磁效應還會影響到通信網絡、衛星導航等，威脅通訊和電力系統的安全穩定[1]。地面的廣播電視網絡的發射站為了便于接收和發射無線廣播電視信號，其位置一般設置在當地最高海拔的山頂。一旦發生電視網絡設備損壞，維修非常困難，當地的電視網絡將會長期處于癱瘓狀態，嚴重影響人們的正常生活，因此對電視網絡進行防雷保護的可靠性設計具有重要的意義。

1 電視網絡的防雷保護可靠性設計

1.1 架空線路的防雷改造

雷電會通過配電線路、發射塔或避雷針以及信號線侵入到電視網絡中[2]。廣播電視網絡的中心系統10kV架空線在防雷和接地等防雷措施中存在一定弊端，導致了整個電視網絡高頻率受到雷電襲擊。因此，對架空線路進行防雷與接地改造，是電視網絡防雷保護的基礎。在靠近電源接入點的10kV架空線路中的10級桿塔與進線端桿塔之間安裝可調式的過電壓保護間隙，設定沖擊放電電壓，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，促進雷電的有效分流，使能夠入侵電視網絡的電壓降低[3]。

需要對線路的一些重要位置的桿塔進行接地改造，在桿塔架下鋪設接地扁鋼，從山頂開始，鋪設至山腳下，扁鋼埋深為1m，并將線路中原有的避雷針與扁鋼焊接，根據水平接地體的總長、埋深、等效直徑與寬度，經過計算，能夠求出接地裝置的電阻值，與設定的目標值相比略小即可。至此完成架空線路的防雷改造。

1.2 完善電視網絡發射中心的等電位連接

接線水平的雜亂無章對發射中心的日常工作也有很大的影響，在沒有采取正規接線方式的情況下，很容易造成接線錯誤，增加發射中心的維護檢修難度。需要對低壓設備接線進行整理并重新設計，使走線盡量科學、合理、規范，避免產生線路之間的縱橫交錯，并使用標準的電器為設備供電[4]。需要采取的改造措施為：將接地極引出的接地線與發射中心的鋼筋網等金屬結構匯集，連接到發射中心電源進線配電箱的接地母排;為避免接地距離遠而造成電位差，需要增加等電位連接銅排與地網的連接，構造出等電位的多點連接;一般的電視網絡發射中心的控制場所位置較小，設備數量不多，因此可以采用S型等電位連接[5-6]。需要注意的是，設備除了等電位連接點以外，保證共用接地線的各個裝置之間相互絕緣。至此完成電視網絡的防雷保護可靠性設計。

1.3 優化主地網

根據電視網絡發射站現場的實際環境，統計需要優化的接地網，主要包括電信接地網、控制室接地網、發射塔接地網、原有變壓器地網以及發射站附近廢棄接地網。上述接地網的阻值在2.0-10.0歐姆之間，其用途就是為電信低壓設備、發射站、發射塔避雷針、原有變壓器以及原有發射塔等設備提供接地，用接地扁鋼將這五個可以利用的接地網外圍及相鄰處進行多點連接，使之成為一個整體的接地網。

要安裝浪涌保護器，浪涌保護器（SPD）是電子設備防雷過程中，作用較強、功能較全、在保護過程中不可缺少的一個設備，在以前的避雷措施中也被稱為過電壓保護器或避雷器。浪涌保護器的主要作用，是把雷電天氣過程中，被雷電擊到后，竄入電力線以及信號傳輸線中的瞬時過電壓會瞬間增大，浪涌保護器能夠將這種瞬間增大的電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，與此同時將強大的雷電流導入大地，從而起到保護被保護的設備或系統不受沖擊而損壞的作用。

本文在對電視網絡變壓器和400V電力電纜進行防雷改造的方案措施當中，提出了在適當的位置安裝避雷器，例如變壓器的底側、電力電纜與發射站機房電源接入點等。

2 防雷保護設計的仿真實驗

2.1 建立電視網絡仿真模型

為了驗證上文設計的電視網絡防雷保護設計具有一定的有效性，本文在ATP軟件中構建出經過改造的電視網絡模型，并模擬和反應出雷電入侵后電視網絡中的電壓情況。在仿真軟件中，雷電波設計為1.2/50μs的標準雷電波，雷電電壓峰值為350kV，氧化鋅避雷器用壓敏電阻進行表示，電視網絡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節點Vcc、Gnd、Comp，使設計的雷電波作用點落到電視網絡的A相線路，啟用本文設計的防雷保護設計，與未做防雷保護設計的模型進行電壓峰值對比，對絕緣強度進行測試，并將實驗結果進行分析。

2.2 電壓幅值實驗結果對比與分析

在上述實驗環境下，得到三個節點低壓側三相經過雷電沖擊后的電壓峰值結果，見下表1所示。

從上表的實驗結果可以看出，在電視網絡變壓器低壓側安裝避雷器后，在相同雷電波的作用下，使用本文防雷保護所出現的最大過電壓幅值與未使用防雷保護的最大過電壓幅值相比下降了33.4%，說明本文的防雷保護設計可以有效保護電視網絡，防止雷電過電壓。

2.3 絕緣強度測試結果與分析

在使用本文防雷方法前，絕緣子并聯過電壓保護器的實驗數據如下表2所示。

在使用了本文的防雷方法之后，重新進行絕緣子絕緣強度的測試，結果如下表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，使用了本文設計的防雷方法后，可調式保護間隙明顯縮小，說明了絕緣子的絕緣強度有所增加。

3 結束語

電視網絡的防雷保護是一項比較復雜、綜合性比較強的工程，但是對于因特網絡覆蓋不到的偏遠地區，電視網絡是連接該地與外界的重要途徑，如果電視網絡受到雷電襲擊而癱瘓，相當切斷了該地區與外界的通信。因此對電視網絡進行防雷保護是非常必要的，本文根據目前鋪設的電視網絡的實際情況，結合雷電對其的損害方式和途徑，完成了電視網絡的防雷保護的可靠性設計。并通過仿真實驗對防雷保護進行了驗證。電視網絡防雷保護涉及了多學科的專業知識，隨著各領域技術的不斷進步，防雷保護也在不斷發展，因此電視網絡防雷保護還需要更加深入地進行探討和研究。

參考文獻：

[1] 夏郁青.上海市閔行廣播電視臺高清電視播出系統等級保護建設網絡安全設計與實現[J].廣播電視信息，2019（5）：60-63.

[2] 雷全學，肖敏.電涌保護器熱脫扣電極結構設計對熱穩定可靠性影響的研究[J].中國科技縱橫，2018（14）：183-184.

[3] 李濤.電力調度自動化與通信高頻開關電源設備的防雷措施探討[J].建材與裝飾，2018（51）：224-226.

[4] 閆曉宏.基于頻譜分析的船載供電線路防雷保護裝置設計[J].艦船科學技術，2019，41（6）：208-210.

[5] 王鵬偉，張蕙，穆慧敏，等.山西前兆臺網雷電預警數據入庫設計及實現[J].山西地震，2019（2）：33-35.

[6] 李躍龍，李躍虎.建筑電氣工程中智能型防雷接地系統設計與研究[J].自動化與儀器儀表，2019（3）：57-61.

【通聯編輯：張薇】