电视网络的防雷保护可靠性设计与实现

任建兵

摘要：雷电对于电视网络的损害不但会造成经济损失，对于偏远地区而言可以说是切断了与外界的连接，因此对电视网络进行防雷保护的可靠性设计十分必要。防雷保护设计中，首先对架空线路进行防雷改造，通过在电源接入点与进线端杆塔之间安装可调式的过电压保护间隙，保护空线路绝缘子，在接地装置的电阻约束值要求下铺设杆塔架下接地扁钢;完善电视网络发射中心的等电位连接，将低压设备接线进行整理并科学布线，将接地线、金属结构与配电箱母排汇集，增加等电位连接铜排与地网的连接点。为验证防雷保护设计的有效性，设计了仿真实验，实验结果表明，使用防雷保护的电视网络出现的最大过电压幅值与未使用防雷保护的最大过电压幅值相比下降了33.4%，且绝缘强度也有明显提升。

关键词：电视网络;防雷保护;等电位连接;接地线

中图分类号：TN943.6      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）20-0052-02

雷电的破坏力极强，其内部产生的电压能够达到几百万伏特，每年造成的人员伤亡以及财产损失不计其数。雷电灾害的强烈电流产生的电磁效应还会影响到通信网络、卫星导航等，威胁通讯和电力系统的安全稳定[1]。地面的广播电视网络的发射站为了便于接收和发射无线广播电视信号，其位置一般设置在当地最高海拔的山顶。一旦发生电视网络设备损坏，维修非常困难，当地的电视网络将会长期处于瘫痪状态，严重影响人们的正常生活，因此对电视网络进行防雷保护的可靠性设计具有重要的意义。

1 电视网络的防雷保护可靠性设计

1.1 架空线路的防雷改造

雷电会通过配电线路、发射塔或避雷针以及信号线侵入到电视网络中[2]。广播电视网络的中心系统10kV架空线在防雷和接地等防雷措施中存在一定弊端，导致了整个电视网络高频率受到雷电袭击。因此，对架空线路进行防雷与接地改造，是电视网络防雷保护的基础。在靠近电源接入点的10kV架空线路中的10级杆塔与进线端杆塔之间安装可调式的过电压保护间隙，设定冲击放电电压，在绝缘子串之前完成放电，防止绝缘子受到雷击影响而烧毁，期望能够改善空线路绝缘配合之间的异常情况，促进雷电的有效分流，使能够入侵电视网络的电压降低[3]。

需要对线路的一些重要位置的杆塔进行接地改造，在杆塔架下铺设接地扁钢，从山顶开始，铺设至山脚下，扁钢埋深为1m，并将线路中原有的避雷针与扁钢焊接，根据水平接地体的总长、埋深、等效直径与宽度，经过计算，能够求出接地装置的电阻值，与设定的目标值相比略小即可。至此完成架空线路的防雷改造。

1.2 完善电视网络发射中心的等电位连接

接线水平的杂乱无章对发射中心的日常工作也有很大的影响，在没有采取正规接线方式的情况下，很容易造成接线错误，增加发射中心的维护检修难度。需要对低压设备接线进行整理并重新设计，使走线尽量科学、合理、规范，避免产生线路之间的纵横交错，并使用标准的电器为设备供电[4]。需要采取的改造措施为：将接地极引出的接地线与发射中心的钢筋网等金属结构汇集，连接到发射中心电源进线配电箱的接地母排;为避免接地距离远而造成电位差，需要增加等电位连接铜排与地网的连接，构造出等电位的多点连接;一般的电视网络发射中心的控制场所位置较小，设备数量不多，因此可以采用S型等电位连接[5-6]。需要注意的是，设备除了等电位连接点以外，保证共用接地线的各个装置之间相互绝缘。至此完成电视网络的防雷保护可靠性设计。

1.3 優化主地网

根据电视网络发射站现场的实际环境，统计需要优化的接地网，主要包括电信接地网、控制室接地网、发射塔接地网、原有变压器地网以及发射站附近废弃接地网。上述接地网的阻值在2.0-10.0欧姆之间，其用途就是为电信低压设备、发射站、发射塔避雷针、原有变压器以及原有发射塔等设备提供接地，用接地扁钢将这五个可以利用的接地网外围及相邻处进行多点连接，使之成为一个整体的接地网。

要安装浪涌保护器，浪涌保护器（SPD）是电子设备防雷过程中，作用较强、功能较全、在保护过程中不可缺少的一个设备，在以前的避雷措施中也被称为过电压保护器或避雷器。浪涌保护器的主要作用，是把雷电天气过程中，被雷电击到后，窜入电力线以及信号传输线中的瞬时过电压会瞬间增大，浪涌保护器能够将这种瞬间增大的电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，与此同时将强大的雷电流导入大地，从而起到保护被保护的设备或系统不受冲击而损坏的作用。

本文在对电视网络变压器和400V电力电缆进行防雷改造的方案措施当中，提出了在适当的位置安装避雷器，例如变压器的底侧、电力电缆与发射站机房电源接入点等。

2 防雷保护设计的仿真实验

2.1 建立电视网络仿真模型

为了验证上文设计的电视网络防雷保护设计具有一定的有效性，本文在ATP软件中构建出经过改造的电视网络模型，并模拟和反应出雷电入侵后电视网络中的电压情况。在仿真软件中，雷电波设计为1.2/50μs的标准雷电波，雷电电压峰值为350kV，氧化锌避雷器用压敏电阻进行表示，电视网络的架线方式为架空线路单回路供电，仿真模型如下图1所示。

仿真模型中共有三个节点Vcc、Gnd、Comp，使设计的雷电波作用点落到电视网络的A相线路，启用本文设计的防雷保护设计，与未做防雷保护设计的模型进行电压峰值对比，对绝缘强度进行测试，并将实验结果进行分析。

2.2 电压幅值实验结果对比与分析

在上述实验环境下，得到三个节点低压侧三相经过雷电冲击后的电压峰值结果，见下表1所示。

从上表的实验结果可以看出，在电视网络变压器低压侧安装避雷器后，在相同雷电波的作用下，使用本文防雷保护所出现的最大过电压幅值与未使用防雷保护的最大过电压幅值相比下降了33.4%，说明本文的防雷保护设计可以有效保护电视网络，防止雷电过电压。

2.3 绝缘强度测试结果与分析

在使用本文防雷方法前，绝缘子并联过电压保护器的实验数据如下表2所示。

在使用了本文的防雷方法之后，重新进行绝缘子绝缘强度的测试，结果如下表3所示。

从上述两表可以看出，在冲击电压峰值相同的情况下，使用了本文设计的防雷方法后，可调式保护间隙明显缩小，说明了绝缘子的绝缘强度有所增加。

3 结束语

电视网络的防雷保护是一项比较复杂、综合性比较强的工程，但是对于因特网络覆盖不到的偏远地区，电视网络是连接该地与外界的重要途径，如果电视网络受到雷电袭击而瘫痪，相当切断了该地区与外界的通信。因此对电视网络进行防雷保护是非常必要的，本文根据目前铺设的电视网络的实际情况，结合雷电对其的损害方式和途径，完成了电视网络的防雷保护的可靠性设计。并通过仿真实验对防雷保护进行了验证。电视网络防雷保护涉及了多学科的专业知识，随着各领域技术的不断进步，防雷保护也在不断发展，因此电视网络防雷保护还需要更加深入地进行探讨和研究。

参考文献：

[1] 夏郁青.上海市闵行广播电视台高清电视播出系统等级保护建设网络安全设计与实现[J].广播电视信息，2019（5）：60-63.

[2] 雷全学，肖敏.电涌保护器热脱扣电极结构设计对热稳定可靠性影响的研究[J].中国科技纵横，2018（14）：183-184.

[3] 李涛.电力调度自动化与通信高频开关电源设备的防雷措施探讨[J].建材与装饰，2018（51）：224-226.

[4] 闫晓宏.基于频谱分析的船载供电线路防雷保护装置设计[J].舰船科学技术，2019，41（6）：208-210.

[5] 王鹏伟，张蕙，穆慧敏，等.山西前兆台网雷电预警数据入库设计及实现[J].山西地震，2019（2）：33-35.

[6] 李跃龙，李跃虎.建筑电气工程中智能型防雷接地系统设计与研究[J].自动化与仪器仪表，2019（3）：57-61.

【通联编辑：张薇】