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| 部分：低壓供電系統(tǒng)的防雷防浪涌保護(hù) 低壓供電系統(tǒng)可能遭遇的浪涌電壓主要由雷電引起或由大容量電氣設(shè)備引起。在當(dāng)前供電系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜的情況下，如何防雷電和防浪涌保護(hù)，日益成為人們關(guān)注的重要的課題。 雷電放電可能發(fā)生在云層之間或云層內(nèi)部，或云層對(duì)地之間；雷云放電對(duì)供電系統(tǒng)（我國(guó)為 AC 50Hz 220/380V）和用電設(shè)備的影響越來(lái)越明顯。云層與地之間的雷擊放電，由一次或若干次單獨(dú)的閃電組成，每次閃電都攜帶若干幅值很高、持續(xù)時(shí)間很短的電流。一個(gè)典型的雷電放電將包括二次或三次的閃電，每次閃電之間大約相隔二十分之一秒的時(shí)間。大多數(shù)閃電電流在10KA---100KA范圍內(nèi)，其持續(xù)時(shí)間一般小于100微秒。雷閃可能以?xún)煞N途徑作用在低壓供電系統(tǒng)上： 1、直接雷擊：雷電放電直接擊中電力系統(tǒng)的部件，注入很大的脈沖電流。 2、間接雷擊：雷電放電擊中設(shè)備附近的大地，在電力線上感應(yīng)中等強(qiáng)度的電流和電壓。 供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大容量設(shè)備和變頻設(shè)備的使用，帶來(lái)日益嚴(yán)重的內(nèi)部浪涌問(wèn)題。我們將其歸結(jié)為瞬態(tài)過(guò)電壓（ TVS）的影響。任何用電設(shè)備都存在供電電源電壓的允許范圍。有時(shí)即便是很窄的過(guò)電壓沖擊也會(huì)造成設(shè)備的電源或全部損壞。瞬態(tài)過(guò)電壓（TVS）破壞作用就是這樣。特別是對(duì)一些敏感的微電子設(shè)備，有時(shí)很小的浪涌沖擊就可能造成致命的損壞。供電系統(tǒng)浪涌電壓的來(lái)源分別來(lái)自外部和內(nèi)部： 內(nèi)部浪涌發(fā)生的原因同供電系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備啟停和供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的故障有關(guān); 供電系統(tǒng)內(nèi)部由于大功率設(shè)備的啟停、線路故障、投切動(dòng)作和變頻設(shè)備的運(yùn)行等原因，都會(huì)帶來(lái)內(nèi)部浪涌，給用電設(shè)備帶來(lái)不利影響。特別會(huì)給計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)等微電子設(shè)備帶來(lái)致命的沖擊。即便是沒(méi)有造成的設(shè)備損壞，但系統(tǒng)運(yùn)行的異常和停頓都會(huì)帶來(lái)很?chē)?yán)重的后果。比如核電站、醫(yī)療系統(tǒng)、大型工廠自動(dòng)化系統(tǒng)、證券交易系統(tǒng)、電信局用交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)樞紐等。直接雷擊會(huì)造成最嚴(yán)重的后果，尤其是如果雷擊擊中靠近用戶(hù)進(jìn)線的架空輸電線路時(shí)，架空輸電線路電壓將上升到幾十萬(wàn)伏特，將引起絕緣閃絡(luò)。雷電電流在電力線上傳輸?shù)木嚯x為一公里或更遠(yuǎn)，在雷擊點(diǎn)附近的峰值電流可達(dá)100kA以上。在用戶(hù)進(jìn)線口處低壓線路的電流每相可達(dá)到5kA到10kA。在雷電活動(dòng)頻繁的區(qū)域，電力設(shè)施每年可能有好幾次遭受雷電直擊事件引起嚴(yán)重雷電電流。而對(duì)于采用地下電力電纜供電或在雷電活動(dòng)不頻繁的地區(qū)，上述事件是很少發(fā)生的。而間接雷擊和內(nèi)部浪涌發(fā)生的概率較高，絕大部分與用電設(shè)備損壞有關(guān)。所以電源防浪涌的重點(diǎn)是對(duì)這部分浪涌能量的吸收和抑制。供電系統(tǒng)的浪涌保護(hù)對(duì)于低壓供電系統(tǒng)，浪涌引起的瞬態(tài)過(guò)電壓（TVS）保護(hù)，采用分級(jí)保護(hù)的方式來(lái)完成。從供電系統(tǒng)的入口開(kāi)始逐步進(jìn)行浪涌能量的吸收，對(duì)瞬態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行分階段抑制。 級(jí)防護(hù)：在用戶(hù)供電系統(tǒng)入口進(jìn)線各相和大地之間的大容量電源防浪涌保護(hù)器。一般要求該級(jí)電源保護(hù)器具備100KA/相以上的沖擊容量，要求的限制電壓應(yīng)小于1500V。我們稱(chēng)為CLASSI 級(jí)電源防浪涌保護(hù)器。這些電源防浪涌保護(hù)器是專(zhuān)為承受雷電和感應(yīng)雷擊的大電流和高能量浪涌能量吸收而設(shè)計(jì)的，可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓（沖擊電流流過(guò)SPD時(shí)，線路上出現(xiàn)的電壓成為限制電壓）為中等級(jí)別的保護(hù)，因?yàn)?/span>CLASS I 級(jí)的保護(hù)器主要是對(duì)大浪涌電流的吸收。僅靠它們還不能保護(hù)供電系統(tǒng)內(nèi)部的敏感用電設(shè)備。 第二級(jí)防護(hù)：應(yīng)該是安裝在向重要或敏感用電設(shè)備供電的分路配電設(shè)備處的電源防浪涌保護(hù)器。這些SPD對(duì)于通過(guò)了用戶(hù)供電入口浪涌放電器的剩余浪涌能量進(jìn)行更完善的吸收，對(duì)于瞬態(tài)過(guò)電壓具有的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的沖擊容量為45KA/相以上，要求的限制電壓應(yīng)小于1200V。我們稱(chēng)為CLASS II 級(jí)電源防浪涌保護(hù)器。一般的用戶(hù)供電系統(tǒng)作到第二級(jí)保護(hù)就可以達(dá)到用電設(shè)備運(yùn)行的要求了（參見(jiàn)UL1449-C2的有關(guān)條款）。 第三級(jí)防護(hù)：可在用電設(shè)備內(nèi)部電源部分使用一個(gè)內(nèi)置式的電源防浪涌保護(hù)器，以達(dá)到消除微小瞬態(tài)過(guò)電壓。該處使用的電源防浪涌保護(hù)器要求的沖擊容量為20KA/相或更低一些，要求的限制電壓應(yīng)小于1000V。對(duì)于一些特別重要或特別敏感的電子設(shè)備，具備第三級(jí)的保護(hù)是必要的。同時(shí)它也可以保護(hù)用電設(shè)備免受系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓影響。 第二部分：電力信息系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備和數(shù)據(jù)資料的雷擊電磁脈沖防護(hù) 我國(guó)電力系統(tǒng)的信息化程度很高，電力的生產(chǎn)、指揮、調(diào)度等已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)智能管理，電力系統(tǒng)的管理也在多年前就開(kāi)始推廣無(wú)紙辦公，但正因?yàn)檫@些微電子設(shè)備的大量應(yīng)用，雷電災(zāi)害對(duì)電力指揮管理系統(tǒng)的破壞程度較前也加大了。 雷電是大氣層中常見(jiàn)的強(qiáng)電磁干擾源，為了更好地防御雷擊電磁脈沖，不但要正確選擇機(jī)房位置，還應(yīng)采取有效的等電位連接、屏蔽及過(guò)壓保護(hù)等措施。 一是大樓中機(jī)房位置的選擇，由雷電流的“集膚效應(yīng)”可知，雷電流幾乎全部集中在有有鋼筋層的外墻，而室內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度在電流流經(jīng)的柱子附近，所以計(jì)算機(jī)房應(yīng)放在建筑物的中間位置，而且還要避開(kāi)大樓外側(cè)作為引下線的柱子。 二是機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備擺放的位置，由于雷電流有極大的峰值和陡度，在它周?chē)目臻g會(huì)出現(xiàn)很強(qiáng)的瞬變電磁場(chǎng)，處在電磁場(chǎng)中的導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢(shì)。所以在機(jī)房?jī)?nèi)布置設(shè)備時(shí)，也應(yīng)與外墻立柱保持一定的距離。 三是等電位連接技術(shù)，使用連接導(dǎo)線或過(guò)電壓（浪涌）保護(hù)器將防雷裝置和建筑物的金屬裝置、外來(lái)導(dǎo)線、電氣裝置等連接起來(lái)，以減小雷電流流過(guò)時(shí)各金屬器件之間的電位差。 四是屏蔽措施，將建筑物的金屬構(gòu)架、門(mén)窗、地板等相互焊（連）在一起；形成一個(gè)“法拉第籠”，并與地網(wǎng)形成良好的電氣連接。屏蔽管線入戶(hù)一般要求采用地下電纜，其金屬屏蔽層要在兩端做良好接地。 五是雷電過(guò)電壓的保護(hù)，當(dāng)雷電擊中電網(wǎng)或在電網(wǎng)附近發(fā)生時(shí)，都能在線路上產(chǎn)生雷電過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓沿著線路傳播進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)，造成計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備損壞。電源系統(tǒng)應(yīng)多級(jí)保護(hù)，逐級(jí)泄流，使殘壓限制在2倍U額定電壓值。雷電的瞬變電磁場(chǎng)，可在信號(hào)線路及其回路上感應(yīng)產(chǎn)生過(guò)電壓，損壞相應(yīng)的接口電路。因此實(shí)際安裝時(shí)，要求保護(hù)裝置靠近被保護(hù)設(shè)備，保護(hù)元件兩端采用雙絞線；使得耦合回路的總面積減少，減弱磁場(chǎng)耦合效應(yīng)。 計(jì)算機(jī)的雷害是多方面的，只有采取綜合防雷保護(hù)措施，才能有效防止雷擊對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備的損壞。 第三部分：關(guān)于農(nóng)電的防雷 1 前言 隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動(dòng)化水平的不斷提高，農(nóng)電系統(tǒng)的眾多縣級(jí)已使用了相當(dāng)數(shù)量的計(jì)算機(jī)、 RTU 和其他微電子設(shè)備。一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信息電流小至微安級(jí)，對(duì)外界的干擾極其敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場(chǎng)對(duì)微電子設(shè)備的干擾和損害就更為嚴(yán)重。在雷雨季節(jié)，有的縣調(diào)度大樓和所屬自動(dòng)化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng) (Modem 、載波機(jī)、程控交換機(jī)等 ) 等常常損壞，造成較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。盡管有些電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采取了一定的防雷措施，由于不盡完善，仍會(huì)出現(xiàn)雷害事故。 2 微電子器件耐沖擊水平 微電子器件中 TTL 數(shù)字電路的抗沖擊能力最弱， 10V 、 30ns 脈寬的沖擊電壓可使 TTL 電路損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可使微電子器件誤動(dòng)作，無(wú)電磁異蔽時(shí)，即使雷電流通道遠(yuǎn)在 1km 處，也可能使微電子設(shè)備誤動(dòng)作。 3 電壓與 UPS 過(guò)電壓保護(hù) 雷電感應(yīng)或沿電源線進(jìn)入室內(nèi)的雷電侵入波會(huì)使電源電壓急驟升高，從而導(dǎo)致 UPS 及后接設(shè)備損壞。有些 UPS 中盡管裝有壓敏電阻，但還是很難保護(hù)自身及后接微電子設(shè)備。對(duì)電源，可靠有效的防雷方法是采用三級(jí)保護(hù)，每級(jí)采用相應(yīng)的電源避雷器，使輸出的箝位電壓達(dá)到規(guī)定的要求。 4 載波機(jī)過(guò)電壓保護(hù) 載波機(jī)遇雷擊易損壞的部分通常為電源盤(pán)、用戶(hù)話(huà)路盤(pán)及高頻電路盤(pán)。高頻電路盤(pán)上通常裝有放電管，具有一定的耐雷水平；電源部分可采用上述電源過(guò)電壓保護(hù)方式；用戶(hù)話(huà)路盤(pán)由于鈴流電壓與通話(huà)電壓不一致需要在保護(hù)裝置設(shè)計(jì)上精心考慮，使之在兩種不同電壓下均能有效地保護(hù)用戶(hù)話(huà)路部分。辦法是將保護(hù)器件置于載波機(jī)內(nèi)，考慮到實(shí)際情況，外置保護(hù)模塊應(yīng)設(shè)計(jì)考慮得周全一些。 為取得好的效果，用戶(hù)話(huà)路盤(pán)、程控交換機(jī)通信線、 Modem 及信號(hào)線的過(guò)電壓保護(hù)應(yīng)采用四級(jí)保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)器能同時(shí)具有保護(hù)模塊失效自動(dòng)報(bào)警、過(guò)電壓次數(shù)自動(dòng)記錄、停電后記錄的過(guò)電壓次數(shù)不丟失等功能。 5 接地與屏蔽 5.1 接地 良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過(guò)電壓值越低。因此，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下應(yīng)盡可能降低接地電阻。 通信調(diào)度綜合樓的通信站應(yīng)與樓內(nèi)的動(dòng)力裝置共用接地網(wǎng)并盡可能與防雷接地網(wǎng)直接相連。通信機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)敷設(shè)均壓帶并圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)行接地母線。 在電力調(diào)度通信綜合樓內(nèi)，需另設(shè)接地網(wǎng)的特殊設(shè)備，其接地網(wǎng)與大樓主地網(wǎng)之間可通過(guò)擊穿保險(xiǎn)器或放電器連接，以保證正常時(shí)隔離，雷擊時(shí)均衡電位。 接地的其他方面均應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程辦理。 5.2 屏蔽 為減少雷電電磁干擾，通信機(jī)房及通信調(diào)度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板均應(yīng)相互焊接，形成等電位法拉第寵。設(shè)備對(duì)屏蔽有較高要求時(shí)，機(jī)房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。 架空電力線由站內(nèi)終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜；室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端要接地；對(duì)于既有鎧帶又有屏蔽層的電纜應(yīng)將鎧帶及屏蔽層同時(shí)接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進(jìn)入室內(nèi)前水平埋地 10m 以上，埋地深度應(yīng)大于 0.6m ；非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鋼管并水平埋地 10m 以上，鋼管兩端應(yīng)良好接地。若在室外人口端將電力線與鋼管間加接壓敏電阻，防雷效果會(huì)更好。 6 綜合性防雷措施 為避免雷害，對(duì)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)采取 “ 整體防御、綜合治理、多重保護(hù) ” 的方針。除采用上述保護(hù)與接地措施外，配電變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)裝接金屬氧化物避雷器，并三點(diǎn)聯(lián)合接地。程控交換機(jī)室外進(jìn)出線端口、 Modem 等應(yīng)裝設(shè)過(guò)電壓保護(hù)器；當(dāng) RTU 等裝置離顯示屏較遠(yuǎn)時(shí)應(yīng)裝信號(hào)線過(guò)電壓保護(hù)器。 7 結(jié)論 嚴(yán)格按防雷接地規(guī)程辦事，應(yīng)用新技術(shù)新裝置，采取綜合性的防雷措施是確?？h級(jí)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)極大減少雷害的重要手段。良好的接地與屏蔽并安裝過(guò)電壓保護(hù)器后可使被保護(hù)裝置的耐雷水平成倍提高。 |
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