電視信號發射塔防雷技術應用探索

姜德濤

（莊河市融媒體中心，遼寧 莊河 116400）

0 引 言

電視臺為廣受群眾提供了多種多樣的電視節目和新聞信息，影響著人們生活的方方面面，對人們的工作、學習有著深遠的影響。而電視信號發射塔是發射和接收廣播電視信號的重要工具和載體，特別是隨著計算機和網絡等電子設備的不斷增多，無線信號和網絡信號的波動增加，大大增加了電視信號發射塔被雷電擊中的概率，因此，對發射塔的防雷裝置進行完善、優化防雷技術措施，以減少發射塔的雷擊危害，有著十分現實的意義。

1 電視信號發射塔防雷擊的必要性

防雷是電視信號發射塔安全保護的重要組成部分，在防雷技術檢驗與數據分析中，需要在防雷裝置應用與電磁信號處理的基礎上對集成電路信息進行傳輸保護，通過防雷保護裝置的應用提高電視信號發射塔的防雷安全性[1]。由于電視信號發射塔大多位于山頂、建筑頂端等，在云層電場效應的作用下極易出現雷擊的情況損害發射塔的安全，因此要結合放電現象完善防雷裝置布置，從而提高電視信號發射塔的防雷水平。在信號傳輸與數據分析的基礎上，對電視信號發射塔的信號傳輸、設備運行安全等進行優化。在電視信號發射塔防雷保護技術應用中，對電視信號的遠程傳輸、信號處理以及保護分析等進行優化，提高防雷控制的綜合水平[2]。

2 電視信號發射塔防雷相關應用

2.1 防雷地網保護

防雷地網保護是通過將雷電迅速引入大地來防止雷電損害電視信號發射塔。防雷地網裝置在工作時，必須使用一個統一的接地網接地，并且接地電阻應符合最小值的要求，如圖1所示。在安全引雷入地的基礎上，通過對防雷地網的導電處理過程進行完善，從而進一步提升電視信號發射塔的導電安全防控水平。在防雷地網的接地連接中，可以根據電視信號發射塔的導電安全防護需求對防雷裝置等進行性能評估[3]。

圖1 防雷地網連接示意圖

2.2 電源系統過壓保護

電視信號發射塔的過壓保護是在防雷保護和三級防護的基礎上對電流傳輸與過壓保護處理等進行優化，提高發射塔對偶發超工作額定電壓和超限電流的自我防護水平[4]。在電視信號發射塔建立多級防雷安全裝置，通過浪涌保護器（Surge Protection Device，SPD）間的能量配合建立4級保護機制，如圖2所示。第一級防護是從總配電箱端出發，安裝電源并設置高能量防雷器，在釋放強電流的基礎上實現一級防護與安全管理；第二級防護是從機電配電柜和電源安裝、防雷安全的角度對過壓保護設備的安裝與防護工作流程進行優化，在二級防雷分析與處理的基礎上提高線路的超電壓安全保護水平；三級防護則是從安全保護與設備安全的角度進行優化，更換完善線路設計和布線，提高線路防護的綜合水平；第四級防護是在過壓防護分析的基礎上對插座進行更換，提高電源系統的超電壓控制和處理水平[5]。

圖2 浪涌保護器 TN-S系統原理圖

2.3 網絡信號系統保護

在電視信號發射塔搭建過程中，利用電磁保護技術對網絡信號的傳輸安全進行保護。利用電視信號發射塔的網絡信號防護系統對信號進行優化處理，從而提高信號的傳輸質量和傳輸效率。為了實現對電視信號發射塔網絡信號的正常傳輸與合理控制，需要從感應電壓和終端數據處理入手，利用網絡信號保護技術對電視信號發射塔內部的系統進行優化，同時保證終端設備的安全。在網絡信息傳輸與信號處理的過程中，可以通過電磁感應設計與信號保護設計提高網絡信號傳輸的安全性與可 靠性[6]。

2.4 發射塔反饋系統保護

對于電視信號發射塔的防雷保護，還可以利用安裝避雷針等裝置對雷電進行引導，將其反饋到特定的埋地設備上，提高防雷保護的應用效果。在防雷保護中可以建立閉合的接地網系統，將發射塔與該接地網系統有機地連接在一起，形成一體化導電系統。電視信號發射塔的防雷反饋保護技術可以從發射塔內部設備、外在結構導電的角度對導電信號進行整體反饋處理，并且構建主地網連接與反饋機制，實現對防雷反饋信息的采集與檢驗，避免出現防雷失效的情況影響電視信號發射塔的電視信號傳輸與應用[7-8]。

3 電視信號發射塔的防雷保護可靠性設計

從架空線路的防雷改造與信號線路處理的角度進行考慮，對10 kV架空線路的防雷裝置與接地裝置等進行優化改造，以提高電視信號發射塔的防雷保護水平。在靠近10 kV架空線路的位置，可以從絕緣子接地、線路配合等方面進行優化，提高電視信號發射塔的防雷可靠性。此外，還可以采用絕緣子等裝置增加電視信號發射塔線路的阻抗，以實現更好的避雷效果。在線路設計中，對電視信號發射塔的地網連接、信號檢驗線路等進行綜合連線處理。對接地線路等進行優化，提高等電位的多點連接與信號處理水平。在優化發射中心網絡結構的基礎上對接地母排等進行合理統籌規劃，從而提高電視信號發射塔的防雷保護水平。除此之外，在對電阻進行控制的基礎上提高主地網的安全性。從過壓保護設備應用和避雷裝置安裝的角度構建防雷保護機制，將電信低壓設備、發射站、避雷針、變壓器以及發射塔等設備與接地網連接在一起，并且安裝浪涌保護器，從而提高避雷保護與信號傳輸處理的綜合水平[9-10]。

4 電視信號發射塔防雷保護的仿真檢驗

通過ATP軟件建立發射塔工作模型并進行仿真測試，以便發現問題后及時對發射塔的防雷保護手段進行改進和優化。ATP（Alternative Transient Program）是目前世界上電磁暫態分析程序EMTP（Electromagnetic Transient Program）最廣泛使用的一個版本。在仿真模型檢驗的基礎上，對節點低壓側三相經過雷電沖擊后的電壓峰值進行計算。電視信號發射塔在安裝避雷器后，在相同雷電波的作用下，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%，說明電視信號發射塔的防雷保護設計可以保證系統安全性與有效性。與此同時，從發射塔絕緣強度的角度對絕緣子并聯過電壓保護進行仿真實驗。復合絕緣子的間隙距離為194.7～231.5 cm，沖擊電壓峰值為180.5 kV，具體的仿真結果如表1所示。

表1 絕緣子并聯過電壓保護仿真實驗數據

在沖擊電壓峰值相同的情況下，復合絕緣子的間隙距離越大，則雷電可能對發射塔造成損害的概率越低，對保護電視信號發射塔安全具有一定的積極作用。

5 結 語

本文通過分析電視信號發射塔防雷擊的必要性，對防雷地網保護、電源系統過壓保護等發射塔的保護機制進行優化，通過ATP仿真測試驗證了防雷保護設計具有一定的積極意義。現階段的發射塔防雷保護側重于優化完善防雷網和電源保護裝置等，技術方面的創新改進有所缺失，未來將對整個發射塔的硬件系統和軟件系統進行整合，進一步實現細致優化。