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南寧給水所防雷技術(shù)

文檔作者：莫小強(qiáng) 文檔來源：南寧鐵路局建設(shè)管理處		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月04日
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第16卷第1期
2010年1月
鐵道運(yùn)營技術(shù)
Railway Operation Technology
VO1．1 6 N O 1
January 201o
南寧給水所防雷技術(shù)
莫小強(qiáng)
(南寧鐵路局建設(shè)管理處，工程師，廣西南寧530003)
摘要：分析了南寧給水所自動(dòng)化系統(tǒng)精密儀器、通信接口被雷擊的原因，介紹了南寧給水所自動(dòng)化系統(tǒng)安
裝低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器的防雷技術(shù)。運(yùn)行表明，該防雷系統(tǒng)的安裝，保證了南寧給水所在雷雨
天氣時(shí)的供水安全。
關(guān)鍵詞：防雷技術(shù)；南寧給水所； 自動(dòng)化控制系統(tǒng)； 電涌保護(hù)器；接地
中圖分類號(hào)：TU895；U268．5 2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1006—8686 (2010)Ol一0005—03
南寧供電段南寧給水所位于邕江邊，日供水量
約2．5萬t，擔(dān)負(fù)南寧鐵路地區(qū)的運(yùn)輸生產(chǎn)、生活和消
防給水。2003年以來，該給水所先后采用了變頻恒
壓供水系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)備所采用的
高度集成化CMOS電路和CPU單元，都由精密的儀
器等設(shè)備構(gòu)成，對(duì)瞬間過電壓的承受能力很低，在雷
雨天氣時(shí)常被雷擊壞。據(jù)分析，自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備損
壞的主要原因是雷電感應(yīng)浪涌電壓造成。雷電波感
應(yīng)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的破壞，主要是通過侵入電源線、通
信線和信號(hào)線而損壞電源、通信和信號(hào)系統(tǒng)?？梢姡?
要有效地做好供水自動(dòng)化系統(tǒng)的雷電防護(hù)，應(yīng)從整
個(gè)配電電源、通信、信號(hào)系統(tǒng)等幾個(gè)方面人手，采取
先進(jìn)的防雷技術(shù)，進(jìn)行全方位的防雷保護(hù)。
1 電源防雷
1．1 雷害的產(chǎn)生 南寧給水所避雷針在攔擊大電
流(一般超過40 kA)并經(jīng)引下線入地的過程中，在
附近輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量容易與T
頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進(jìn)入自控設(shè)備
的電源模塊。雖然配電系統(tǒng)在高低壓進(jìn)線處都已安
裝氧化鋅避雷裝置，但是這些避雷器啟動(dòng)電壓高并
有較大的分散電容，與設(shè)備負(fù)載之問成為分流的關(guān)
系，加在自控設(shè)備上的殘壓很高，至少高于避雷裝置
的啟動(dòng)電壓．一般為峰值的2～2．5倍(單相殘壓不低
于0．8 kV)，極易造成自控設(shè)備損壞。因此，必須通
過配電柜的電源防雷器，對(duì)通過電源初級(jí)防雷器的
雷電能量進(jìn)一步泄放，將幾千伏的過電壓進(jìn)一步限
制在1 kV左右。
1．2 電涌保護(hù)器的選擇 電源避雷器應(yīng)根據(jù)電源
線前端所處防雷區(qū)的不同進(jìn)行選擇。若處LPZ0區(qū)，
則應(yīng)選擇開關(guān)型電涌保護(hù)器。是否加裝下一級(jí)電涌
保護(hù)器，需根據(jù)防雷區(qū)的分布即上一級(jí)保護(hù)器的殘
壓確定。對(duì)電源電涌保護(hù)器的選擇，還應(yīng)考慮以下
技術(shù)參數(shù)：
1)反應(yīng)時(shí)間。避雷器的反應(yīng)必須比電涌的速度
快，一般在納秒級(jí)，且均符合技術(shù)要求。
2)一次處理的最大電流。最大電流(即峰流)是
指避雷器的處理最大電流的能力。
3)吸收能量的能力。避雷器吸收能量的能力越
高，避雷器的使用壽命越長。
4)鉗制電壓的能力。將過電壓鉗制在電器設(shè)備
所能承受的安全范隔之內(nèi)的能力。
5)體積的大小。避雷器體積越小，電感也越小，
防護(hù)效果也就越好。
1．3 電涌保護(hù)器的安裝
1．3．1 安裝位置 電源電涌保護(hù)器宜安裝在各防雷
分區(qū)的交界處。具體安裝位置要求如下：
1)在LPZOA區(qū)和LPZOB區(qū)與LPZl區(qū)交界面處
連續(xù)穿越的電源線路上，應(yīng)安裝符合一級(jí)分類試驗(yàn)
的電涌保護(hù)器。如一級(jí)、二級(jí)泵房總電源進(jìn)線配電
柜內(nèi)，配電變壓器的低壓側(cè)主配電柜內(nèi)。
2)在LPZOB區(qū)與LPZl區(qū)交界面處穿越的電源
線路上應(yīng)安裝符合二級(jí)分類試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。如
第16卷第1期
2010年1月
鐵道運(yùn)營技術(shù)
Railway Operation Technology Vol_16 NO．1
January 2010
沉淀池、過濾池的電源配電柜內(nèi)。
3)當(dāng)電源進(jìn)線處安裝的電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)
水平，加上其兩端引線的感應(yīng)電壓保護(hù)不了該配電
箱供電的設(shè)備時(shí)，應(yīng)在該級(jí)配電柜安裝符合二級(jí)分
類試驗(yàn)的電涌保護(hù)器。其位置一般設(shè)在LPZ1區(qū)和
LPZ2區(qū)交界面處。如中控室、軟啟動(dòng)器、變頻器控
制室的配電柜內(nèi)。
1．3．2 接線要求 電源電涌保護(hù)器應(yīng)并聯(lián)安裝在各
系統(tǒng)設(shè)備所在的配電柜電源進(jìn)線處。當(dāng)安裝在裝置
的電源進(jìn)線端或其附近時(shí)，接線要求如下：
1)當(dāng)在電源進(jìn)線端，中性線與PE(保護(hù)線)直接
相連或沒有中性線時(shí)，接在每一線與總接地端子或
總保護(hù)線之間，取其路徑最短者。
2)當(dāng)在電源進(jìn)線端，中性線與PE(保護(hù)線)不直
接相連時(shí)，有2種接線方式。
方式1：接在每一相線與總接地端子或總保護(hù)
線之間和接在中性線與總接地端子或總保護(hù)線之
間，取其路徑最短者。方式2：接在每一相線與中性
線之間和接在中性線與總接地端子或總保護(hù)線之
間，取其路徑最短者。
l-3．3 具體實(shí)施 在一級(jí)、二級(jí)泵站的 相動(dòng)力電
源處安裝AM1—80／3+NPE低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)
器，作為一級(jí)、二級(jí)泵站電源的總體保護(hù)。此電涌保
護(hù)器具備80 kA的雷電流泄放能力，適用于三相電
源系統(tǒng)的第一級(jí)防雷(如圖1)。
圖1 一級(jí)、二級(jí)泵站電源電涌保護(hù)器安裝示意圖
在一級(jí)、二級(jí)泵站軟啟動(dòng)器、變頻器，投礬系統(tǒng)
的變頻器電源進(jìn)線處，分別安裝AM2—40／3+PE低壓
配電系統(tǒng)電涌保護(hù)器，作為軟啟動(dòng)器、變頻器的電源
防雷保護(hù)。此電涌保護(hù)器具備40 kA的雷電流泄放
能力，適用于三相電源系統(tǒng)的第二級(jí)防雷(如圖2)。
在一級(jí)、二級(jí)泵站，沉淀池、過濾池的PLC電源
進(jìn)線處安裝AM2—40／1+NPE低壓配電系統(tǒng)電涌保護(hù)
器，作為PLC的電源防雷保護(hù)。此電涌保護(hù)器具備
6
40 kA的雷電流泄放能力，適用于單相電源系統(tǒng)的
第二級(jí)防雷(如圖3)。
圖2 軟啟動(dòng)器、變頻器電涌保護(hù)器安裝示意圖
AM2
電
圖3 投礬、加氯系統(tǒng)PLG電涌保護(hù)器安裝示意圖
2 通信信號(hào)防雷
2．1 雷害的產(chǎn)生在雷擊發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生巨大瞬變電
磁場(chǎng)，在1 km范圍內(nèi)的金屬環(huán)路，如網(wǎng)絡(luò)線、電話通
信線路、視頻監(jiān)控線路等都會(huì)感應(yīng)到雷電，將會(huì)影響
各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至徹底破壞各系統(tǒng)的重要電
子設(shè)備。南寧給水所自控系統(tǒng)通信線采用特制屏蔽
雙絞線，在安裝時(shí)都是穿管直埋(或電纜溝)鋪設(shè)，雷
電在此處的感應(yīng)電壓不高，一般為l～2 kV，但由于
其直接進(jìn)入PLC或計(jì)算機(jī)通信口這一薄弱環(huán)節(jié)(正
常電壓一般為正負(fù)5 v，l2 v，24 V，48 V等)，足以一
次性破壞網(wǎng)絡(luò)。即使不能一次性破壞設(shè)備，但每一
次的過電壓沖擊都會(huì)加速網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的老化，影響數(shù)
據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)，直至網(wǎng)絡(luò)設(shè)備徹底損壞。
2．2 電涌保護(hù)器的選擇 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換或通信
頻率在0 50 NH 之間，在選用信號(hào)電涌保護(hù)器時(shí)，
主要根據(jù)工作電壓、工作頻率和允許最大信號(hào)衰減
值等技術(shù)參數(shù)確定。
2．3 電涌保護(hù)器的安裝
2．3．1 安裝要求 電涌保護(hù)器應(yīng)并聯(lián)安裝在各系統(tǒng)
重要電子設(shè)備所在的配電柜通信、信號(hào)進(jìn)線處，同時(shí)
應(yīng)靠近通信、信號(hào)接口處安裝，以減小反射損耗。對(duì)
于需要將瞬態(tài)過電壓限制在特定水平的信息系統(tǒng)設(shè)
南寧給水所防雷技術(shù)
備，應(yīng)考慮在該設(shè)備前安裝符合i級(jí)分類試驗(yàn)的電
涌保護(hù)器，安裝位置一般設(shè)在LPZ2區(qū)和其后續(xù)防雷
Ⅸ交界面處。
2．3．2 具體實(shí)施 在一級(jí)、二級(jí)泵站，投礬、加氯間，
沉淀池、濾池、中控室工控機(jī)相應(yīng)的模擬信號(hào)輸入
端，各安裝l套SR—E06V／2S模塊化通信信號(hào)電涌保
護(hù)器(如圖4)，作為通信信號(hào)的防雷保護(hù)。此電涌
保護(hù)器額定電壓6 V，最大通流容量10 kA，最大傳
輸速率2 m／s。
SR—E06V／2S信號(hào)
電涌保護(hù)器
l L l PE l L
圖4 通信信號(hào)電涌保護(hù)器安裝示意圖
3 接地裝置
防雷系統(tǒng)必須有可靠的接地裝置。防雷的最終
措施是“泄放”，剛等電位連接導(dǎo)體或電涌保護(hù)器將
分開的電器裝置、諸導(dǎo)電物體連接起來，以減少雷電
流在它們之間產(chǎn)生的電位差。
3．1 一般要求 接地系統(tǒng)的關(guān)鍵是地下的接地裝
置，這經(jīng)常成為建立有效接地系統(tǒng)的最大難題。要
提供最小而又能長期保持的低阻抗對(duì)地泄流，應(yīng)考
慮諸如土壤條件、接地裝置與土壤的接觸面、接地裝
置的長期效果(壽命)等因素。自控系統(tǒng)的防雷接地
裝置必須與強(qiáng)電系統(tǒng)及構(gòu)筑物的接地裝置分開，間
距不小于20 m，以減少電磁干擾對(duì)自控設(shè)備的影
響。接地電阻不得大于2 n。
3．2 具體實(shí)施 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況并經(jīng)電阻測(cè)量，
南寧給水所一級(jí)和二級(jí)泵站配電柜、投礬和加氯問、
中控室建筑物既有接地極都能滿足防雷系統(tǒng)接地裝
置的要求。因此，一級(jí)和二級(jí)泵站防雷接地均利用
配電柜既有接地極作為防雷接地極，投礬和加氯間、
中控室防雷接地均利用建筑物既有接地極作為防雷
接地極，沉淀池和過濾池防雷接地均利用池體的鋼
筋主體作為防雷接地極。連接導(dǎo)線采用銅芯導(dǎo)線或
電纜，截面積不小于電源的相線，一般為l6 mm 。
3．3 運(yùn)行維護(hù) 每年雷雨季節(jié)前應(yīng)對(duì)接地系統(tǒng)進(jìn)
行檢查和維護(hù)。主要檢查連接處是否緊固，接觸是
否良好，接地引下線有無銹蝕，接地體附近地面有無
異常。必要時(shí)，應(yīng)挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕
情況，如果發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)處理。接地極的接地電
阻每年應(yīng)測(cè)量1次，若大于2 Q要進(jìn)行處理。
4 結(jié)束語
南寧給水所在安裝防雷系統(tǒng)之前，雷暴天氣時(shí)
配電柜經(jīng)常跳閘，導(dǎo)致出水泵房突然失電，給水所自
動(dòng)化系統(tǒng)的通信接口也屢遭擊壞，致使自動(dòng)化系統(tǒng)
癱瘓，嚴(yán)重影響給水所安全供水。自從安裝防雷系
統(tǒng)后，其在雷暴天氣經(jīng)受了考驗(yàn)，取得了理想的效
果。近2年來，整個(gè)系統(tǒng)未再發(fā)生因雷擊而造成自
動(dòng)化系統(tǒng)癱瘓和停水事故。保證了安全供水。同時(shí)，
南寧給水所防雷系統(tǒng)的成功安裝，為南寧供電段其
他自動(dòng)化給水所的防雷l丁作提供了經(jīng)驗(yàn)。
一

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