三 電力系統(tǒng)弱電裝置防雷技術(shù)
　　1　雷擊的形成及入侵途徑
　　1.1　雷擊形成主要有兩種形式：直接雷擊和感應(yīng)雷擊
　　直接雷擊是指雷電直接作用在物體上，產(chǎn)生電能效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力等對(duì)物體造成危害。
　　感應(yīng)雷擊是指雷電放電時(shí)，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電效應(yīng)和電磁感應(yīng)，由此產(chǎn)生的放電效應(yīng)使使金屬部件之間產(chǎn)生火花，稱之為感應(yīng)雷擊。 1.2　感應(yīng)雷擊的入侵途徑有以下幾種
　　變電站的避雷針的二次感應(yīng)產(chǎn)生的雷擊效應(yīng),產(chǎn)生的雷電電流經(jīng)過(guò)避雷針導(dǎo)地時(shí)感應(yīng)到市內(nèi)的傳輸線上。對(duì)于老式的通訊設(shè)備來(lái)講,它們的構(gòu)造大都是由電子管、晶體管向集成電路過(guò)渡的。由于電子管、晶體管等相對(duì)對(duì)立,因而耐沖擊能力較強(qiáng)，因此二次雷擊效應(yīng)對(duì)電子管、晶體管通訊設(shè)備不會(huì)造成太大損害。對(duì)于集成化程度較高的微電子設(shè)備，其耐沖擊能力差，受雷擊更易使微電子設(shè)備受到損壞。
　　通過(guò)電源線、信號(hào)線或天線饋線引入的感應(yīng)雷擊通過(guò)電磁感應(yīng)耦合到各類傳輸線而破壞設(shè)備。電源線引入感應(yīng)雷擊。變電站內(nèi)設(shè)置的微波通信基站的供電線路大多采用架空明線。試驗(yàn)表明，雷電頻譜在幾十MHz以下頻域，主要能量集中分布在工頻附近。因此，雷電與市電相耦合的概率很高，容易造成通信線路及通信串口燒壞。為了擴(kuò)大信號(hào)覆蓋范圍，就要盡可能地增加天線架設(shè)高度（65m以上的鐵塔約占50%）。但是，在提高信號(hào)覆蓋范圍的同時(shí)，也增加了鐵塔引雷的概率。
　　2　外部防護(hù)：
　　外部防護(hù)是指對(duì)安裝弱電設(shè)備的建筑物本體的安全防護(hù)，可采用避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施，這種防護(hù)措施比較常見，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較完善弱電設(shè)備的外部防護(hù)首先是使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地；其次是在將雷電流引人大地的時(shí)候盡量將雷電流分流，避免造成過(guò)電壓危害設(shè)備；第三是利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規(guī)則的法拉第籠，起到一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設(shè)備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號(hào)電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng)，在整個(gè)屋面組成不大于5m－5m，6m－4m的網(wǎng)格，所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接；第四是建筑物各點(diǎn)的電位均衡，避免由于電位差危害設(shè)備；第五是保障建筑物有良好的接地，降低雷擊建筑物時(shí)接點(diǎn)電位損壞設(shè)備。
　　2.1　電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站的局域網(wǎng)的安全防雷保護(hù)從機(jī)房到各保護(hù)裝置的通信線
　　如果采用架空線路，則易受到雷擊，應(yīng)在進(jìn)機(jī)房前改為埋地電纜，電纜長(zhǎng)度應(yīng)大于50m，其金屬外護(hù)層應(yīng)在兩端分別與機(jī)房地網(wǎng)連接，采用非金屬護(hù)套電纜時(shí)，應(yīng)穿金屬管埋地，至少金屬管兩端同樣應(yīng)接地，金屬管全長(zhǎng)應(yīng)保持電氣連接。
　　2.2 電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化變電站監(jiān)控機(jī)房及通信機(jī)房的安全屏蔽措施
　　屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來(lái)阻擋和衰減施加在計(jì)算機(jī)等設(shè)備上的電磁干擾或過(guò)電壓所產(chǎn)生的巨大能量。對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)具體可分為建筑物屏蔽、設(shè)備屏蔽和各種線纜包含管道的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物鋼筋、金屬構(gòu)架、金屬門窗、地板等均相互焊接或可靠連接在一起，形成一個(gè)法拉第籠保護(hù)，并通過(guò)接地網(wǎng)可靠的電氣連結(jié)，形成初級(jí)屏蔽網(wǎng)。設(shè)備的屏蔽應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)設(shè)備耐電壓能力進(jìn)行嚴(yán)格且嚴(yán)密的調(diào)查，按IEC劃分的防雷區(qū)（LPZ）施行多級(jí)屏蔽。屏蔽的效果首先取決于初級(jí)屏蔽網(wǎng)的衰減程度，其次取決于屏蔽層厚度，厚度最科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)為接近電磁波的波長(zhǎng)，使電磁波在到達(dá)機(jī)房?jī)?nèi)部時(shí)消減到最小程度，材料為密度大而且可靠程度高的網(wǎng)孔密度屏蔽材料，但以上必須按信號(hào)頻率而定，低頻時(shí)采用高導(dǎo)磁材料，高頻時(shí)采用銅材，鉛材為宜。特別注意的是在雷雨天氣里，屏蔽中要注意對(duì)各種“洞”的密封，除門窗外，重點(diǎn)對(duì)入戶的金屬管道、通信線路，電力線纜入口作好屏蔽，各種線纜均要 采取屏蔽措施，金屬絲紡織網(wǎng)、金屬軟導(dǎo)管、硬導(dǎo)管、棧橋均可用于屏蔽線纜。在此強(qiáng)調(diào)二點(diǎn)注意事項(xiàng)。其一是屏蔽管線的接地，一般要求入戶線采用地下電纜入戶，其電纜金屬護(hù)層，在前后兩端做良好接地。測(cè)量結(jié)果表明，電線電纜屏蔽層一端接地時(shí)可將高頻干擾電壓降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，兩端接地時(shí)可降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。其二是使用金屬絲編制網(wǎng)屏蔽電纜，因其重量輕，使用方便而被廣泛應(yīng)用，但是在電磁波頻率較高時(shí)，其波長(zhǎng)接近編織層網(wǎng)孔尺寸時(shí)，波的透入增 加，因此，最好再穿一層金屬管。
　　2.3、電力系統(tǒng)二次保護(hù)系統(tǒng)的等電位連接是安全防雷的重要措施
　　等電位連接是IEC標(biāo)準(zhǔn)中指出內(nèi)部防雷措施的一部份，其目的在于減少雷電流所引起的電位差對(duì)設(shè)備的危害。所謂等電位連接就是用連接導(dǎo)線或過(guò)電壓電涌保護(hù)器，將處在需要防雷的空間內(nèi)的防雷裝置和建筑物的金屬構(gòu)架、金屬裝置、外來(lái)導(dǎo)線、電氣裝置、電信裝置等連接起來(lái)，形成一個(gè)等電位連接網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)均壓等電位。
　　2.4、變電站實(shí)施等電位連接的浪涌保護(hù)器
　　IEC標(biāo)準(zhǔn)將需要保護(hù)的空間劃分為不同的防雷區(qū)，以規(guī)定各部份空間不同的LEMP的嚴(yán)重程度和指明各區(qū)交界處等電位連接點(diǎn)的位置。以往的規(guī)程要求電子設(shè)備單獨(dú)接地，這種接地稱為直流工作地或信號(hào)地、邏輯地，它實(shí)質(zhì)上是高頻信號(hào)的接地。單獨(dú)信號(hào)地的目的是為了防止地網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設(shè)備的正常工作，有時(shí)也過(guò)分強(qiáng)調(diào)要求接地電阻的低值。
　　2.5、儀器儀表雷擊的防護(hù)：防范電子設(shè)備不受雷擊，首先應(yīng)保證設(shè)備所處的建筑物有完善的避雷設(shè)施，以及確保電力供電系統(tǒng)避雷措施完備（在發(fā)電廠、變電站中要保證高低壓配電系統(tǒng)避雷良好）。其次由于電子設(shè)備工作電壓低，抵抗過(guò)壓能力弱，所以必須重點(diǎn)考慮防范感應(yīng)雷擊。目前感應(yīng)雷擊的防護(hù)主要采用感應(yīng)雷擊防護(hù)器，或?qū)赡芨袘?yīng)到雷擊的導(dǎo)線加以屏蔽，一般雷擊侵入途徑是由電源線或信號(hào)線入侵，因此雷擊防護(hù)就是要在雷電的進(jìn)入端將其瀉放到大地，從而保護(hù)設(shè)備。同時(shí)還有一種情況感應(yīng)到雷擊，就是避雷裝置引下線與儀器設(shè)備的電源線或信號(hào)線相距太近且平行而通過(guò)電磁感應(yīng)引發(fā)雷擊，此種雷擊的避免則應(yīng)通過(guò)合理布線來(lái)解決，即在有關(guān)儀器儀表布線時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合理的綜合布線。在此方面，根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于儀器儀表的感應(yīng)雷擊防護(hù)，若設(shè)備所處環(huán)境存在雷擊可能，則應(yīng)給予全面保護(hù)，否則往往就有漏保的可能。除了一般注重電源線的防護(hù)外，特別不能忽視信號(hào)線防雷，對(duì)于裝設(shè)于戶外的電子設(shè)備或線路，必須對(duì)有關(guān)線路采取兩端保護(hù)或多點(diǎn)保護(hù)方式。對(duì)于重要線路，如有可能盡量采用穿金屬管埋地方式敷設(shè)，以形成線路屏蔽，減少感應(yīng)雷擊。
　　四、電力系統(tǒng)雷擊防護(hù)器的工作原理
　　電力系統(tǒng)目前的防雷器多采用兩種工作方式：開路方式與短路方式。開路方式是指在防雷器遇到瞬間過(guò)電壓時(shí)開路從而隔離設(shè)備，如隔離變壓器、電感器、光隔離器類防雷器便是采用此種原理。短路方式是指在防雷器遇到瞬間過(guò)電壓時(shí)對(duì)地短路使雷電流導(dǎo)入大地，從而保護(hù)電子設(shè)備。由于短路方式防雷器本身承受反壓低，設(shè)備經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，所以應(yīng)用比較廣泛。其保護(hù)原理（見圖一），短路方式防雷器多為一個(gè)或幾個(gè)功能模塊的組合，由于各個(gè)模塊對(duì)雷擊防護(hù)性能有一些區(qū)別，所以在選擇避雷器時(shí)最好有所了解。其中抑制二極管及限流電阻模塊可精密控壓，但泄流較??；壓敏電阻模塊啟動(dòng)電壓低、啟動(dòng)快，但同樣泄流小，過(guò)載能力低；氣體放電管模塊泄流大，但啟動(dòng)電壓較高。此外為防止較大過(guò)電壓沖擊。
　　五、新形勢(shì)下的現(xiàn)代防雷技術(shù)及改革
　　現(xiàn)行過(guò)電壓保護(hù)規(guī)范GBJ64－83和電力行標(biāo)準(zhǔn)DL/T620－1997，對(duì)高壓電力裝置的防雷保護(hù)規(guī)定的特征是“在電力系統(tǒng)中各種防雷器件，不分優(yōu)劣兼容并用，實(shí)際使用以碳化硅避雷器為主”。其保護(hù)模式是系統(tǒng)中保護(hù)間隙或管型避雷器、閥型避雷器并用，其技術(shù)水平是只注重雷電幅值限壓保護(hù)，存在防雷保護(hù)功能不完全，保護(hù)性能不完善等缺點(diǎn)，防雷技術(shù)水平落后。我們必須認(rèn)識(shí)：改革、發(fā)展、進(jìn)步是新世紀(jì)時(shí)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展趨向，現(xiàn)行防雷技術(shù)有必要技術(shù)改革，新的防雷技術(shù)應(yīng)體現(xiàn)“在防雷器件中，淘汰落后，推廣科學(xué)合理，技術(shù)先進(jìn)，普遍推廣使用串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器”，防雷技術(shù)改革的核心問(wèn)題是推廣先進(jìn)技術(shù)，只有使用先進(jìn)、科學(xué)合理的防雷電器，才能將電力系統(tǒng)的安全防雷作好，使系統(tǒng)的設(shè)備在更為安全可靠的環(huán)境下更加經(jīng)濟(jì)有效的工作。提高防雷技術(shù)水平的具體的技術(shù)要求一般應(yīng)同時(shí)具有以下要求或特征：
　?。?） 具有完全的防雷功能，即對(duì)雷電陡波和雷電幅值同樣有限壓保護(hù)作用；
　?。?） 防雷保護(hù)作用不會(huì)造成電力網(wǎng)接地故障或相間短路故障，是保證電力網(wǎng)正常、安全運(yùn)行的重要要求；
　?。?） 防雷保護(hù)作用不應(yīng)有短路電流或工頻續(xù)流等工頻能源浪費(fèi)；
　?。?） 動(dòng)作特性應(yīng)具有長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性，免受暫態(tài)過(guò)電壓危害；
　?。?） 應(yīng)具有連續(xù)雷電沖擊保護(hù)能力；
　?。?） 應(yīng)有較小的外形尺寸，小型化輕量化更便于室內(nèi)手車柜使用。
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