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        智能電涌保護(hù)器在廣播發(fā)射臺(tái)無(wú)人值守發(fā)射站的應(yīng)用

        2022-11-16 06:34:32張升表吳曉春萬(wàn)美芳
        電視技術(shù) 2022年10期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備

        張升表,吳曉春,萬(wàn)美芳

        (1.浙江省浦江縣融媒體中心,浙江 金華 322200;2.杭州尚普電氣科技有限公司,浙江 杭州 330011)

        0 引 言

        浦江縣融媒體中心發(fā)射臺(tái)八角尖無(wú)人值守發(fā)射站設(shè)立在海拔806 m的山頂,任何交通工具都無(wú)法通行,人員需徒步近2 h才能到達(dá)站點(diǎn)。為此,發(fā)射站采用遠(yuǎn)程監(jiān)控播發(fā)方案,實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守,減少通行次數(shù),提高了管理效率。但防雷系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的防雷器和安裝形式,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,對(duì)防雷安全管理帶來(lái)不利影響。當(dāng)發(fā)生雷擊,遠(yuǎn)端不能及時(shí)了解防雷系統(tǒng)的安全可靠性。例如,過(guò)長(zhǎng)的低壓架空線在雷擊時(shí)將雷電能量引入發(fā)射機(jī)房的低壓總配箱;空氣潮濕或者連接螺栓松動(dòng),電氣連接不良,接地地位抬高;雷電沖擊時(shí)導(dǎo)致浪涌保護(hù)器(Surge Protection Device,SPD)的芯片發(fā)熱熔穿起火等,這些都會(huì)影響發(fā)射站設(shè)備的正常運(yùn)行[1-2]。而傳統(tǒng)的電涌保護(hù)器和安裝形式因沒(méi)有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能,不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD的工作狀態(tài),給發(fā)射站的防雷安全管理工作帶來(lái)隱患。因此,臺(tái)站需要采用SPD智能監(jiān)測(cè)技術(shù),實(shí)現(xiàn)SPD的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理,在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD工作狀態(tài)的同時(shí),提高管理效率,也提高發(fā)射站的防雷安全管理水平。

        1 電涌的產(chǎn)生和對(duì)發(fā)射站的影響

        隨著廣播電視發(fā)射設(shè)備器件的集成度提高和大量應(yīng)用,雷電對(duì)其的危害和破壞力也日趨增強(qiáng)。提高和加強(qiáng)發(fā)射站的防雷技術(shù)和安全管理水平非常重要。

        1.1 電涌的產(chǎn)生

        電涌是電路中出現(xiàn)的一種短暫的電流、電壓波動(dòng),一種在電路中持續(xù)時(shí)間較短的劇烈脈沖,一般是由雷擊或外部瞬態(tài)過(guò)電壓引發(fā)的,如電網(wǎng)切換以及發(fā)射天饋工作的大負(fù)載設(shè)備等產(chǎn)生電涌影響[3]。對(duì)于某個(gè)設(shè)施來(lái)說(shuō),這些電涌?jī)H占所有電涌事件的50%。另外的50%電涌事件則是由于內(nèi)部切換造成的瞬態(tài)過(guò)電壓,如發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)變頻器等的接線、接地錯(cuò)誤和電涌(也稱(chēng)為瞬態(tài)過(guò)電壓),是當(dāng)今設(shè)施中常見(jiàn)的電源質(zhì)量問(wèn)題,極易導(dǎo)致設(shè)備安全隱患、設(shè)備損壞及代價(jià)高昂的宕機(jī)故障。

        1.2 發(fā)射站電涌產(chǎn)生的影響

        浦江縣融媒體中心發(fā)射臺(tái)八角尖無(wú)人值守發(fā)射站為盡可能提高安全性和工作效率,降低成本,采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控播發(fā)解決方案,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守效果。在發(fā)射站中,防雷系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的電涌保護(hù)器和安裝形式,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。過(guò)長(zhǎng)的低壓供電線路通過(guò)架空引入發(fā)射機(jī)房的低壓總配箱,雖然在低壓總配箱進(jìn)線端做了重復(fù)接地,也安裝了阻燃材料模塊式T1級(jí)電涌保護(hù)器,但對(duì)于高山架空線纜受到直接雷擊感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò)電壓,瞬時(shí)強(qiáng)大的脈沖電流會(huì)在線纜周?chē)臻g產(chǎn)生交變磁場(chǎng),處于磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)因此而感應(yīng)出高電壓,沿線路產(chǎn)生的過(guò)電壓竄入設(shè)備造成損壞。當(dāng)空氣潮濕或者連接螺栓松動(dòng)、電氣連接不良、接地地位抬高,都會(huì)引起中性點(diǎn)電位升高,總配電柜中電涌保護(hù)器的N相因此承受高電壓而極易損壞。N相如發(fā)生故障,過(guò)電壓可導(dǎo)致MOV芯片發(fā)熱熔穿起火,熱量及時(shí)傳導(dǎo)至脫扣裝置,焊錫熔斷,銅片彈開(kāi),但該過(guò)程仍有一定幾率形成拉弧現(xiàn)象[4]。電弧一旦產(chǎn)生,維持其穩(wěn)定燃燒的要求條件很低,產(chǎn)生的熱量卻很高(電弧中心溫度可達(dá)5 000~10 000 ℃),能輕易將阻燃外殼燃燒起來(lái),最終致使N相和臨近模塊徹底燒毀。

        1.3 宕機(jī)的成本

        發(fā)射站配電系統(tǒng)和連接的負(fù)載設(shè)備始終處于各種電源干擾的影響下,瞬態(tài)過(guò)電壓對(duì)敏感的電氣和電子設(shè)備具有最常見(jiàn)、最嚴(yán)重和最直接的損害。瞬態(tài)過(guò)電壓的累積效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體性能下降、設(shè)備損壞、控制過(guò)程中斷以及電路板損壞[5]。瞬態(tài)過(guò)電壓通常會(huì)造成設(shè)備過(guò)早損壞,導(dǎo)致代價(jià)高昂的宕機(jī)故障,嚴(yán)重影響廣播電視臺(tái)發(fā)射系統(tǒng)正常運(yùn)行。

        2 安裝SPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性及其特點(diǎn)

        在發(fā)射站中,防雷系統(tǒng)仍采用傳統(tǒng)的電涌器和安裝形式,無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,對(duì)防雷安全管理帶來(lái)不利影響。當(dāng)發(fā)生雷擊,遠(yuǎn)端不能及時(shí)了解防雷系統(tǒng)的安全可靠性。

        2.1 安裝SPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

        設(shè)置在海拔806 m山頂上的發(fā)射站通過(guò)未設(shè)防雷線保護(hù)的架空電纜取電。在每年的雷雨季節(jié),架空線會(huì)遭受不同程度的雷擊。當(dāng)電網(wǎng)遭雷擊發(fā)生瞬態(tài)過(guò)電壓時(shí),電涌保護(hù)器呈低阻抗,泄放雷電流,以限制過(guò)電壓。如果雷電強(qiáng)度超預(yù)期,泄放電流大于其額定值(Iimp、Imax),電涌保護(hù)器被擊穿或炸裂,導(dǎo)致電網(wǎng)短路。電網(wǎng)故障時(shí),將出現(xiàn)超過(guò)其最高持續(xù)運(yùn)行電壓的暫態(tài)工頻過(guò)電壓,泄漏電流產(chǎn)生熱效應(yīng)加速電涌保護(hù)器老化(劣化) 。當(dāng)出現(xiàn)大于1 A的泄漏電流,電涌保護(hù)器會(huì)嚴(yán)重發(fā)熱,引起塑料底座熔化或燃燒,從而發(fā)生安全事故。

        因此,安裝實(shí)時(shí)SPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)電涌保護(hù)器的運(yùn)行狀態(tài)、雷電入侵次數(shù)、SPD接地狀態(tài)、SPD泄漏電流、SPD工作溫度、防雷箱環(huán)境溫度、防雷箱環(huán)境濕度、SPD壽命預(yù)估以及SCB(后備保護(hù)器裝置)狀態(tài),缺一不可。通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可以監(jiān)測(cè)SPD的電壓、電流、溫度、SPD狀態(tài)以及SCB狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù),及時(shí)傳送至統(tǒng)一的管理平臺(tái)??蛻?hù)端只需要通過(guò)瀏覽器訪問(wèn),即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù),展示報(bào)警信息,統(tǒng)計(jì)報(bào)警信息。該方案為廣播發(fā)射臺(tái)站的安全發(fā)展提供了新方向。

        為提高供配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性,使得發(fā)射機(jī)設(shè)備不因電涌損壞、停頓,控制系統(tǒng)不因電涌失靈,需要安裝不燃材料、高容量、緊湊型的T1+T2級(jí)電磁抗干擾電涌保護(hù)器。

        2.2 設(shè)備特點(diǎn)

        T1+T2復(fù)合型諧波抑制電源一體式防雷箱具有如下特點(diǎn)。

        (1)采用陣列設(shè)計(jì),具備完整的電流分布和散流能力、長(zhǎng)期可靠的瞬態(tài)過(guò)電壓防護(hù)能力以及更低的限制電壓保護(hù)水平。

        (2)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行造型和電路仿真設(shè)計(jì),使所有元件完美協(xié)同運(yùn)作,出色地限制電壓指標(biāo),確保性能平衡。

        (3)能夠抑制高能量型瞬態(tài)過(guò)電壓和振蕩型瞬態(tài)過(guò)電壓,為關(guān)鍵敏感設(shè)備提供最高級(jí)別的保護(hù)及符合標(biāo)準(zhǔn)的EMI/RFI濾波功能,確保敏感設(shè)備不會(huì)受到頻繁過(guò)電壓的不利損害。

        (4)針對(duì)電涌至負(fù)載設(shè)備的所有可能路徑,為負(fù)載提供最高級(jí)別的保護(hù)。對(duì)于三相五線制系統(tǒng),可提供L-L,L-N,L-PE和N-PE模式的全模式保護(hù)。

        (5)采用混合電路設(shè)計(jì),通過(guò)組合不同的元件防護(hù)不同的電涌,發(fā)揮每個(gè)器件的最佳特性,克服各自的缺陷。

        (6)門(mén)限抑制網(wǎng)絡(luò)和多級(jí)并行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),能夠抑制大功率脈沖波和內(nèi)部產(chǎn)生的振蕩波。

        (7)采用電路封裝技術(shù),在元件損壞前把電涌發(fā)生時(shí)造成的熱量快速轉(zhuǎn)移;絕緣強(qiáng)度高,能夠保護(hù)元器件,減少振動(dòng)和惡劣環(huán)境的影響,在延長(zhǎng)器件壽命同時(shí)也規(guī)避了起火燒毀的隱患。

        (8)每相LED式診斷和干式觸點(diǎn)設(shè)置持續(xù)監(jiān)控瞬態(tài)浪涌抑制器(Transient Voltage Surge Suppressor,TVSS)。TVSS具有現(xiàn)場(chǎng)快速診斷評(píng)估功能。

        (9)采用放電間隙技術(shù),無(wú)漏流,高通流Iimp為25 kA(10/350 μs),保護(hù)水平Up≤1.5 kV。

        (10)具有多點(diǎn)位安裝孔,適用于任何環(huán)境的安裝要求。

        3 電涌保護(hù)器的正確安裝方法

        電涌保護(hù)器的正確安裝,除了能夠保證安全性以外,最重要的是會(huì)直接影響電涌保護(hù)器的工作效能。實(shí)際應(yīng)用證明,連接線的長(zhǎng)度、數(shù)量及其連接方法,直接影響電涌保護(hù)器的有效保護(hù)水平(即線路上疊加的電壓降和電涌保護(hù)器自身的殘壓相加值)。這是由于連接線上的電壓值主要決定于它的電感值,而線路的電感值則受到它的長(zhǎng)度及其連接方法影響[6]。因此,為了減少并聯(lián)安裝電涌保護(hù)器后的電感性電壓,連接線越短其電感值越小。電涌保護(hù)器的連接線總長(zhǎng)度應(yīng)<0.5 m。有效保護(hù)水平Up/f應(yīng)小于設(shè)備耐壓沖擊電壓額定值Uw,參考《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB 50343—2012)中的圖5.4.3-2,如圖1所示。

        圖1 相關(guān)規(guī)范參數(shù)要求

        電涌保護(hù)器的連接線總長(zhǎng)度>0.5 m時(shí),需多使用一組連接線。由于多了一組線,因此電感電流平分在兩組線上,所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度就減低了一半,感應(yīng)電壓可降至一個(gè)可接受的水平。這樣,可采用兩條地線,一條連接接地排,另一條連接配電箱的金屬外殼。在下列情況下,接地線長(zhǎng)度大于1 m時(shí),如2 m、3 m或4 m,則可采用多條線纜,但線纜之間必須相隔最少0.5 m。

        電涌保護(hù)器的安裝固定,應(yīng)注意電涌保護(hù)器和后備保護(hù)器裝置的正反方向,需遵守上進(jìn)下出的規(guī)則。按照防雷技術(shù)規(guī)范要求,電涌保護(hù)器接線①的線纜規(guī)格如下:電源線截面積不小于16 mm2,接地線截面積不小于16 mm2。

        安裝后,應(yīng)檢查接線處是否碰觸在一起,如有碰觸則應(yīng)立即進(jìn)行處理,以免造成設(shè)備短路等情況發(fā)生。電涌保護(hù)器安裝完成后,應(yīng)用萬(wàn)能表測(cè)試電涌保護(hù)器和后備保護(hù)器裝置上的各接線端是否都完全接通,確定后再將空開(kāi)合閘。所有安裝工作完成后,需定期檢查其連接是否松動(dòng),工作狀態(tài)是否正常,若出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)及時(shí)更換。

        4 安裝SPD監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有益效果預(yù)期

        采用上述SPD智能監(jiān)測(cè)技術(shù)和智能電涌保護(hù)器,通過(guò)引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),可實(shí)現(xiàn)SPD電壓、電流、溫度、SPD劣化狀態(tài)及SCB狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并將數(shù)據(jù)及時(shí)傳送至統(tǒng)一的管理平臺(tái)。管理工作人員只需通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)平臺(tái),即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù),展示報(bào)警信息,統(tǒng)計(jì)報(bào)警信息。在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD工作狀態(tài)的同時(shí),提高了管理效率,節(jié)省了人工和維護(hù)成本,提高了發(fā)射站的防雷安全管理水平,可取得有益的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

        5 結(jié) 語(yǔ)

        在對(duì)現(xiàn)有廣播發(fā)射臺(tái)無(wú)人值守發(fā)射站電涌產(chǎn)生的影響和傳統(tǒng)電涌保護(hù)器存在的問(wèn)題進(jìn)行分析后,本文提出了SPD智能監(jiān)測(cè)技術(shù)和安裝智能型電涌保護(hù)器的應(yīng)用思路。通過(guò)正確安裝電涌保護(hù)器并接入物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)SPD狀態(tài)監(jiān)測(cè),可達(dá)到預(yù)期有益的效果。在條件許可的情況下,建議按本文內(nèi)容進(jìn)行改造。本文方案也可為新建高山廣播發(fā)射臺(tái)無(wú)人值守發(fā)射站防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供有益的參考。

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