供电系统:防雷保护（精选12篇）
供电系统:防雷保护 篇1
1 引言
供电系统防雷是建筑电气系统中的一项重要内容。对供电系统和防雷系统进行合理规划, 可提高建筑用电的安全性。但在实际建筑过程中, 由于未意识到设备防雷和接地保护的重要性, 引发了一系列雷电事故, 造成了不必要的损失。所以, 做好配电系统的防雷和接地保护具有重要意义。
2 供电系统防雷与接地保护的主要目的
在建筑工程中设立防雷系统主要目的是为了将雷电快速接入到地下, 避免雷电带来的危害。在设计供电系统防雷时, 要参考建筑所在位置的平均雷曝日、建筑的等效面积等参数来对雷击次数进行计算。然后, 根据预计雷击次数对防雷类型进行规定, 并根据建筑防雷的相关规范制定防雷措施。防雷系统的主要组成部分及相关功能如表1所示。
在进行供电系统的防雷与接地保护时, 要保证供电系统电源质量的良好性及供电的可靠性。对用电负荷进行计算, 检测用电设备工作过程中设备额定负荷和实际负荷是否一致。
3 供电系统防雷与接地保护的设计标准
3.1 结合区域的雷电活动规律以及电气设备情况
在进行供电系统的防雷与接地保护设计时, 首先要分析建筑所处地区的环境与雷电活动的基本规律以及建筑内部电气设备情况。分析雷电灾害对供电系统的影响程度。根据建筑的使用性质以及出现雷击事故后所造成危害的严重程度采取合理的预防措施[1]。在设计防雷接地保护系统时, 要进行全面的规划, 设计出多种方案, 并对方案进行对比, 选出技术先进、成本低廉的设计方案。
3.2 结合建筑的防雷系统设计防雷接地保护
在进行防雷设计时, 要结合建筑的防雷系统设计防雷接地保护。目前, 在建筑工程施工中, 微电子设备应用越来越广泛, 所发挥的作用不容忽视。在设计防雷接地保护时, 要重视微电子设备对建筑的影响, 使用等电位连接和直击雷防护措施来对布线进行保护。微电子设备要根据雷电暴等级对位置进行设置, 并根据其对电子脉冲的抗干扰程度使用不同的防护措施。
4 建筑防雷接地保护实际案例分析
某商业建筑总高度为17.8m, 建筑面积8 412m2, 主要用作办公使用。现以此工程为例, 对供电系统的防雷接地保护进行探讨。工程项目中没有设计消防电梯和消防泵, 只设计了消防疏散指示标志和应急照明, 属二级负荷。办公楼的电源从上一级降压站经10k V电缆和10k V架空线路进入到1层的配电室。配电室中设计1台10k V干式变压器, 利用变压器将电压降至380/220V后供本楼使用。使用EPS应急电源为消防疏散标志和应急照明等二级负荷进行供电。在对供电系统的防雷与接地保护时, 首先要确保供电的可靠性以及电源的供电质量, 计算用电负荷, 分析实际负荷和设备额定负荷的一致性。
4.1 计算负荷
由于设备的额定负荷和用电设备实际运行过程中所产生负荷并不一致, 如果直接按照额定容量进行设计, 必然会导致浪费。所以, 先将所有设备设计负荷计算出来, 从而正确选择供电系统的电缆、导线、变压器、开关等电器设备, 并将电能的实际需要量、无功补偿容量、电能损耗量等计算出来, 将办公楼的电气防雷措施做好。在计算负荷时, 一般会用到单位指标法、负荷密度法、系数法等。由于系数法相对简单, 所以计算低压母线上的负荷时, 使用系数法进行计算。
1) 对电流进行计算
2) 计算用电设备组的负荷:
3) 计算配电干线负荷
式中, KU为需要系数;kt为同时系数;P30为用电设备组有功计算功率, k W;Q30为用电设备组无功计算功率, k W;Ij s为计算电流, A;S30为用电设备组视在计算功率, k V·A;Pe为用电设备的额定功率, k W;cosφ为功率因数。
4.2 防雷接地保护设计
工程在设计防雷接地保护前, 首先根据办公楼所在区域的平均雷暴日、办公楼的有效面积、年预计雷击次数等对办公楼的防雷类型进行了确定。按照设计要求, 此办公楼的防雷设计主要分为内部防雷和外部防雷。
4.3 内部防雷设计
内部防雷设计主要目的是降低建筑物中的雷电流, 避免接触、反击电压、跨步电压等对建筑造成二次损坏。在设计时, 主要使用等电位联结和浪涌保护两种方式。
1) 等电位联结
等电位联结可以降低防雷系统和防雷空间中金属构件之间所产生的电位差。通过联结导体将建筑物的金属架构、防雷空间中的防雷装置、金属装置、电气装置、外来导体、电信装置联结到一起。等电位联结又分为局部等电位联结和总等电位联结。其中总电位联结主要对建筑物整体造成影响, 可以在一定程度上降低建筑物中各个金属构件和间接接触电击之间的电位差, 将金属管道和建筑物外部的电气线路所引入的危险消除。而局部等电位联结指的是将部分场所中的导电体联结起来。办公楼设计时, 在变配电室设计了一个总等电位MEB箱, 将设备进线总管、建筑物内保护干线联结到一起, 使用BV-1×25mm2线从SC32管穿过。使用电位卡子将电位联结起来, 不允许对管道进行焊接。
2) 浪涌保护
浪涌保护主要是利用浪涌保护器来实现的。在进行设计时, 按照逐级泄流、分级保护的原则, 将一级浪涌保护器安装在电源的总进线处。此外, 在各个电梯配置箱和各层的配电箱中设置了浪涌保护器。
4.4 外部防雷设计
经计算, 该地区年预计雷击次数为0.161次/a, 为三类防雷建筑物。设计时, 在女儿墙和屋檐处敷设圆钢避雷器, 将其作为接闪器。所有从屋檐突出的物体都和避雷网紧密连接起来。避雷网网格的大小控制在24m×16m以内。将柱内主筋和屋面避雷网焊接牢固, 并将柱内钢筋作为引下线, 将接地扁钢和引下线地下800mm的外引线焊接在一起。室内将梁内柱筋和引下线焊接在一起。从底层引出到地面作为配电箱的地线, 接地筋为基础内钢筋。经过测试后, 如果接地电阻不足, 需增装角钢接地级, 并将其埋设在地下800mm处。
4.5 电力系统防雷
为避免雷电对电力系统造成直击, 要使用避雷针和避雷线进行防雷, 降低保护范围中电气设备受到雷电攻击的概率。通过安装避雷器可以利用非线性电阻或并联放电间隙来削弱入侵流动波, 使受保护设备受到的过电压幅值降低。要将所有电力系统中需要保护的设备均布置在避雷针的保护范围中。为了避免反击线性, 要保证最小安全净距低于空气间隙。此外, 在电力系统中安装避雷器也是一种不错的防雷措施。避雷器属于等电位连接体, 通过并联连入线路上, 可以在常态下保持一个高阻抗的状态, 在受到雷击的一瞬间, 会立即连通。然后将雷电电流泄入到大地中, 并且可以使线路、设备、大地保持在同一电位上, 进而避免强电势差设备损坏设备。通常情况下, 线路避雷器主要有串联间隙型和无间隙型两种。其中串联间隙型设备可以将导线和避雷器通过空气间隙连接起来, 在受到雷电流影响下才可以承受工频电压, 具有寿命长、可靠性佳等优点。无间隙型是直接将导线和避雷器连接, 可以更加可靠地吸收能量, 避雷器自身可以完全保持在不带电的状态下, 电气不会出现老化。本工程使用带串联型避雷器, 避雷器自身不需要对系统的运行电压进行承担。设备自身故障不会影响设备的正常运行。
5 结语
在建筑电气设计中, 供电系统的防雷和接地至关重要, 在设计时需要结合地区环境、建筑具体用途等来制定设计方案, 确保设计方案可以在保证正常用电的基础上, 达到内部防护和外部防护的目的。
摘要：在建筑强电设计中, 供电系统防雷是电网系统设计的重点, 做好供电系统防雷和接地保护具有重要意义。基于此, 论文讨论了供电系统防雷与接地保护的目的及设计标准, 同时, 结合实际工程案例重点分析了防雷与接地保护在设计过程中的一些技术措施和设计要点。
关键词：供电系统,防雷,接地保护
参考文献
[1]张星.探讨某办公楼电气设计的几个方面[J].云南冶金, 2011 (4) :73-76.
[2]徐军.浅析高层建筑的防雷接地[J].科技创新导报, 2010 (6) :41.
供电系统:防雷保护 篇2
人类对雷电采取防护措施，最早可追溯到12世纪。中国湖南现存的岳阳慈氏塔（约在1100年重建），自塔顶有6条铁链沿6个角下垂至地面上一定高度，可用来防止雷击损坏。有的古塔还将此类铁链沉入水井，实现良好接地。本文简要从雷电的形成，雷电对电力系统的破坏方面出发，简述了几种常用的避雷措施的应用以及避雷设施安装使用的必要性。关键词雷电危害;途径；防范措施；防线；微电子；接地；屏蔽 目录
前言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 雷电的形成以及对电力系统的危害„„„„„„„„„„„„„„„„2 普遍采用的防雷措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 微电子器件防雷措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 接地与屏蔽的应用„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 综合性防雷措施„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9 前言
随着科技的发展，电力已成为最重要的资源之一，如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。雷电是一种雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象，它的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应，当它对大地产生放电时，便会造成巨大的破坏。我国是一个多自然灾害的国家，跟地理位置有着不可分割的关系，其中最为严重的是广东省以南的地区，惠州、深圳、东莞一带的雷电自然灾害已经达到世界之最，这些地方是由于大气层位置比较低所造成。因此，对输电线路加强防雷措施，不但可以减少由于雷电击中输电线路而引起的跳闸次数，还可以有效保护变电站内电气设备的安全运行，是维持电力系统持续、可靠供电的重要环节。
一、雷电的形成以及对电力系统的危害 云层与地之间的雷击放电，由一次或若干次单独的闪电组成，每次闪电都携带若干幅值很高、持续时间很短的电流。一个典型的雷电放电将包括二次或三次的闪电，每次闪电之间大约相隔二十分之一秒的时间。大多数闪电电流在10，000至100，000安培的范围之间降落，其持续时间一般小于100微秒。供电系统内部由于大容量设备和变频设备等的使用，带来日益严重的内部浪涌问题。我们将其归结为瞬态过电压（TVS）的影响。任何用电设备都存在供电电源电压的允许范围。有时即便是很窄的过电压冲击也会造成设备的电源或全部损坏。瞬态过电压（TVS）破坏作用就是这样。在我国的东莞夏季五月至八月之间，由于雷电对输电线路的破坏所带来的一系列相关的经济亏损就接近当季的GDP比例亏损度的百分之六，达到上千万的经济损失。由于我国的的输电线路分布广泛，而且大多数地处旷野，很容遭到雷击。当雷电击中电力线路时，雷电流需经过电力线路泄入大地。即使雷电没有击中电力线路，当雷击发生后，导线上感应的异号电荷失去束缚，向导线两则流动，这些电流通过线路侵入变电站或袭击电气设备，在设备上形成过电压。当过电压高于设备的额定雷电冲击耐受电压时，设备就会损坏。
雷击对地闪电可能以两种途径作用在供电系统上：
1.直接雷击：雷电放电直接击中电力系统的部件，注入很大的脉冲电流。发生的概率相对较低。
2.间接雷击：雷电放电击中设备附近的大地，在电力线上感应中等程度的电流和电压。
内部浪涌发生的原因同供电系统内部的设备启停和供电网络运行的故障有关： 供电系统内 1 部由于大功率设备的启停、线路故障、投切动作和变频设备的运行等原因，都会带来内部浪涌，给用电设备带来不利影响。特别是计算机、通讯等微电子设备带来致命的冲击。即便是没有造成永久的设备损坏，但系统运行的异常和停顿都会带来很严重的后果。直接雷击是最严重的事件，尤其是如果雷击击中靠近用户进线口架空输电线。在发生这些事件时，架空输电线电压将上升到几十万伏特，通常引起绝缘闪络。雷电电流在电力线上传输的距离为一公里或更远，在雷击点附近的峰值电流可达100kA或以上。在用户进线口处低压线路的电流每相可达到5kA到10kA。在雷电活动频繁的区域，电力设施每年有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分的用电设备损坏与其有关。所以电源防浪涌的重点是对这部分浪涌能量的吸收和抑制，浪涌引起的瞬态过电压（TVS）保护，最好采用分级保护的方式来完成。从供电系统的入口（比如大厦的总配电房）开始逐步进行浪涌能量的吸收，对瞬态过电压进行分阶段抑制。
二、普遍采用的防雷措施
首先，应该建立必要的三道防线 2.1第一道防线、应是连接在供电系统入口进线各相和大地之间的大容量电源防浪涌保护器。一般要求该级电源保护器具备100KA/相以上的最大冲击容量，要求的限制电压应小于1500V。我们称为CLASSI 级电源防浪涌保护器。这些电源防浪涌保护器是专为承受雷电和感应雷击的大电流和高能量浪涌能量吸收而设计的，可将大量的浪涌电流分流到大地。它们仅提供限制电压（冲击电流流过SPD时，线路上出现的最大电压称为限制电压）为中等级别的保护，因为CLASS I 级的保护器主要是对大浪涌电流的吸收。仅靠它们是不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。
2.2第二道防线、应该是安装在向重要或敏感用电设备供电的分路配电设备处的电源防浪涌保护器。这些SPD对于通过供电入口浪涌放电器的剩余浪涌能量进行更完善的吸收，对于瞬态过电压具有极好的抑制作用。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为45KA/相以上，要求的限制电压应小于1200V。我们称为CLASS II 级电源防浪涌保护器。（参见UL1449-C2的有关条款）。2.3最后的防线、可在用电设备内部电源部分使用一个内置式的电源防浪涌保护器，以达到完全消除微小瞬态的瞬态过电压的目的。该处使用的电源防浪涌保护器要求的最大冲击容量为20KA/相或更低一些，要求的限制电压应小于1000V。对于一些特别重要或特别敏感的电子设备，具备第三级的保护是必要的。同时也可以保护用电设备免受系统内部产生的瞬态过电压影响。
其次，雷电是常见的大气层中强电磁干扰源，为了更好地防御雷击电磁脉冲，在建立必要的三道防线的同时，还应采取有效的等电位、屏蔽及过压保护等措施。
2.4大楼中机房位置的选择，由雷电流的“集肤效应”可知，雷电流几乎全部集中在外墙，而室内的磁场强度在电流流经的柱子附近最大，所以计算机房应放在建筑物的中间位置，而且还要避开大楼外侧作为引下线的柱子。机房内布置设备时，也应与外墙立柱保持一定的距离。建筑物可采用直击雷防护装置。它由接闪部分、引下线和接地装置组成,有避雷针、避雷带、避雷网和避雷线等类型。沿屋脊、屋檐敷设的金属导体（避雷带）或网格状导体（避雷网），或高出屋面竖立的金属棒以及金属屋面和金属构件等，统称为接闪装置或接闪器。连接接闪装置与接地装置的金属导体称为防雷引下线（简称引下线）。为将接闪器雷电流扩散到大地中而埋设在土壤中的金属导体（接地极）和连接线总称为接地装置。利用建筑物屋顶的金属构件和建筑物内部的钢筋组成一个整体的大网笼称为笼式避雷网。它具有良好的分流、均压和屏蔽作用，是保护性能最好的防雷方式。
2.5等电位连接技术，使用连接导线或过电压（浪涌）保护器将防雷装置和建筑物的金属装置、外来导线、电气装置等连接起来，以实现均压等电位。
防雷器又称等电位连接器、过电压保护器、浪涌抑制器、突波吸收器、防雷保安器等，用于电源线防护的防雷器称为电源防雷器。鉴于目前的雷电致损特点，雷电防护尤其在防雷整改中，基于防雷器防护方案是最简单、经济的雷电防护解决方案。防雷器的主要作用是瞬态现象时将其两端的电位保持一致或限制在一个范围内，转移有源导体上多余能量，将多余能量向地下泄放，是实现均压等电位连接的重要组成部分。防雷器在功能上可分为防直击雷的防雷器和防感应雷的防雷器。可防直击雷的防雷器通常用于可能被直击雷击中的线路保护，按人、物和信息系统对雷电及雷电电磁脉冲的感受强度不同把环境分成几个区域：LPZOA区，本区内的各物体都可能遭到直接雷击，因此各特体都可能导走全部雷电流，本区内电磁场没有衰减。LPZOB区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，但本区电磁场没有衰减。LPZ1区，本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流往各导体的电流比LPZOB区进一步减少，电磁场衰减和效果取决于整体的屏蔽措施。后续的防雷区（LPZ2区等）如果需要进一步减小所导引的电流和电磁场，就应引入后续防雷区，应按照需要保护的系统所要求的环境区选择且续防雷区的要求条件。保护区序号越高，预期的干扰能量和干扰电压越低。如LPZOA区与LPZ1区交界处的保护。用10/35μs电流波形测试与表示其通流能力。防感应雷的防雷器通常用于不可能被直击雷击中的线路保护，如LPZOB区与LPX1区、LPZ1区交界处的保护。用8/20μs电流波形测试与表示其通流能力响应时间，防雷器对瞬态现象起控制作用所需的时间，与波形性质有关。残压，防雷器对瞬态现象的电压限制能力，与雷电流幅值及波形性质有关。
2.6屏蔽措施，利用建筑物的金属构架、门窗、地板等均相互焊（连）在一起；形成一个“法拉第笼”，并与地网形成良好的电气连接。屏蔽管线入户一般要求采用地下电缆，其金属护层要在两端做良好接地。
发电厂和变电所广泛使用独立避雷针。变电架构上的避雷针(110千伏及以上电压变电所)和烟囱、水塔上的避雷针可防护直击雷。大中型变电所常需安装8～10支高30米左右的避雷针群。装于发电厂烟囱上的避雷针可用来保护发电厂,其高度可达120米。这样，直击雷防护的可靠性可达安全运行1000～1300年的耐雷指标(MTBF)。有些变电所是用避雷线来保护。为防护由输电线传入的雷电侵入波，可采用阀型避雷器或氧化锌避雷器。对其保护性能及通流能量等要求甚高，还需严格作到全伏秒特性与被保护的变压器等相配合, 避雷器的尺寸亦甚庞大，如500千伏变电所的避雷器高达5米以上。
110、220千伏变电所对侵入波的防护，其平均无故障时间MTBF运行值分别可达80年和200年,330～500千伏级的目标值均为300～500年。继电保护和控制回路多用电缆的金属屏蔽层,并在两端接地,或将绝缘电线、塑料电缆穿入铁管，将两端接地，以防护感应雷和侵入波。对发电机的雷电侵入波防护,则采用旋转电机专用避雷器,并配以由50～100米长的金属屏蔽电缆(电缆埋入地中且在两端和中间设置多点接地)和电缆首端的避雷器及其前方的避雷针或避雷线保护段(作为第一道防线)组成进线保护段。这一保护系统能确保发电机的MTBF达100～300年。若采用防雷线圈（不用电缆）和避雷器的保护方式，MTBF超过600年。输电线路用避雷线保护。110千伏、220千伏、330～500千伏线路分别可达到平均事故 0.2次、0.17次和0.1次/百公里年。为使避雷针、避雷线的布置处于屏蔽雷闪的最佳位置和获得较好的计算方法，并将保护失效率──绕击率(即每1000次雷击,绕过保护装置而击于被保护物上的次数)限制到最低限度,自1925～1926年美国人Peek在实验室用“人工雷”首次对避雷针模型进行试验以来，一直在进行研究。中国在避雷针设计、计算上较为先进,实际绕击率已达到0.5%。
2.7雷电过电压的保护，当雷电击中电网或电网附近雷击时，都能在线路上产生雷电过电压。雷电过电压沿着线路传播进入机房内，造成计算机及相关设备损坏。电源系统应多级保护，逐级泄流，使残压限制在2倍U额定电压值。雷电的瞬变电磁场，可在信号线路及其回路上感应产生过电压，损坏相应的接口电路。因此实际安装时，要求保护装置靠近被保 3 护设备，保护元件两端采用双绞线；使得耦合回路的总面积减少，减弱磁场耦合效应。
三、微电子器件防雷措施
微电子器件中 TTL 数字电路的抗冲击能力最弱，10V、30ns 脉宽的冲击电压可使 TTL 电路损坏：雷电流产生的磁场达 0.07×10 － 4T 时可使微电子器件误动，无电磁异蔽时即使雷电流通道远在 1km 处，也可能使微电子设备误动。为使微电子器件遇雷击时不致损坏，有效的办法是选用新型保护器件 ——TVS 管。
3.1 TVS 管即瞬态电压抑制器。当其两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以 10 － 12s 量级的速度，将两级间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值(一般小于 2 倍额定工作电压)，有效的保护电子电路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的破坏。TVS 管的伏安特性如图所示。
TVS管和稳压管一样，是反向应用的。其中VR称为最大转折电压，是反向击穿之前的临界电压。VB是击穿电压，其对应的反向电流IT一般取值为1 mA。VC是最大箝位电压，当TVS管中流过的峰值电流为IPP的大电流时，管子两端电压就不再上升了。因此TVS管能够始终把被保护的器件或设备的端口电压限制在VB～VC的有效区内。与稳压管不同的是，IPP的数值可达数百安培，而箝位响应时间仅为1×10-12s。TVS的最大允许脉冲功率为PM=VCIPP，且在给定最大钳位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大。这就是 TVS 管抑制出现的浪涌脉冲功率，保护电子元件的过程。
3.2 TVS 管的显著特点为：响应速度快(10 － 12s 级)、瞬时吸收功率大(数千瓦)、漏电流小(10 － 9A 级)、击穿电压偏差小(±5 ％ UBR 与 ±10 ％ UBR 两种)、箝位电压较易控制(箝位电压 Uc 与击穿电压 UBR 之比为 1.2 ～ 1.4)、体积小等。它对保护装置免遭静电、雷电、操作过电压、断路器电弧重燃等各种电磁波干扰十分有效，可有效地抑制共模、差模干扰，比如感应雷击一般都是通过感应进入的，两根输电线会同时感应到，就是共模干扰。如果雷击直接打到了其中一根输电线上，这根线的干扰会比另一根强很多，而且波形也不一样，这就是差模干扰，而TVS 管正是微电子设备过电压保护的首选器件之一。
四、接地与屏蔽的应用
4.1 接地
良好的接地是防雷中至关重要的一环。接地电阻值越小过电压值越低。因此，在经济合理的前提下应尽可能降低接地电阻。通信调度综合楼的通信站应与一楼内的动力装置共用接地网并尽可能与防雷接地网直接相连。通信机房内应敷设均压带并围绕机房敷设环行接地 4 母线。
在电力调度通信综合楼内，需另设接地网的特殊设备，其接地网与大楼主地网之间可通过击穿保险器或放电器连接，以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。接地的其他方面均应严格按有关规程办理。各国为研究超高压、特高压输电的长间隙和绝缘子串的雷电冲击特性、变电设备的冲击特性,先后制出高达3600千伏、4800千伏、6000千伏、甚至10000千伏的冲击电压发生器,用以进行大量的试验研究工作。4.2 屏蔽
为减少雷电电磁干扰，通信机房及通信调度综合楼的建筑钢筋、金属地板均应相互焊接，形成等电位法拉第宠。设备对屏蔽有较高要求时，机房六面应敷设金属屏蔽网，将屏蔽网与机房内环行接地母线均匀多点相连。
架空电力线由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆；室外通信电缆应采用屏蔽电缆，屏蔽层两端要接地；对于既有铠带又有屏蔽层的电缆应将铠带及屏蔽层同时接地，而在另一端只将屏蔽层接地。电缆进入室内前水平埋地 10m 以上，埋地深度应大于 0.6m ；非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地 10m 以上，铁管两端应良好接地。若在室外人口端将电力线与铁管间加接压敏电阻，防雷效果会更好。
五、综合性防雷措施
为避免雷害，对电力调度自动化系统，应采取 “ 整体防御、综合治理、多重保护 ” 的方针。除采用上述保护与接地措施外，配电变压器高低压侧均应装接金属氧化物避雷器，并三点联合接地。程控交换机室外进出线、Modem 等应装过电压保护器；当 RTU 等装置离显示屏较远时应装信号线过电压保护器。灵活综合的应用各类防雷措施是有效保护输电线路免遭雷击破坏，保证正常供电的最有效手段之一。
六． 问题探讨
国内外防雷专家关于“消雷技术”之争，已成为防雷领域最大争论的焦点。因为“消雷技术”是一发展中的防雷技术，是对传统的防雷理论的创新，就其理论仍有待于进一步的去研究、完善和探讨。“消雷技术”在我国的防雷学术界从理论研究和实验，都作了大量的工作，并于70年代末分别在西昌卫星发射场和武汉水利电力学院两地进行了实验工作，并取得了大量的实验数据，在其试验总结报告中对“消雷器”作出定性的结论。因雷电是一自然现象，而引雷防雷和“消雷”防雷都必须遵循雷电规律，顺应客观规律，实事求实的去研究和完善防雷技术，因规范对“消雷器”不规范的宣传。减少雷电灾害,这不仅是我国高科技中的难题,也是世界性的难题.美国正试用飞机在积雨中大量播撒融化银晶体或金属箔丝促使云中放电,消除云中强电场.还试用尾部拖有铜丝发射升空的小火箭作人工引雷实验.日本正在设计实施激光引雷实验.利用强大功率的激光光束射向雷云,在空中形成高温等离子体,为闪电提供给定的放电通道,由此引导雷电电流泄人保持区之外的大地。
因引雷防雷技术在实际应用中，存在诸多不足，故在改善和完善传统的防雷技术是势在必行，创新发展防雷技术，以满足现代科技对防雷保护提出的更高要求。古人在防雷理论及应用虽与现代科学对防雷保护的认识有所不同，但其自然消雷系统均达到良好的防雷效果，都需要我们去研究，采用现代的科技手段，去研究古人的防雷理论，是很有现实意义的。因防雷理论涉及到地磁场、空间电场、空间气流场，地理，地质、气象等多学科的综合科学。研究我国多发雷击区的分布及季节、气候的关系。从中去理解雷电发生于自然而消除于自然中的科学内涵，科学的引导探索自然规律。故防雷技术的理论仍需在实践中进一步的去完善，而“消雷技术”的理论和实用性更有待进一步的去探索。
七、结论
随着科技发展，生产和生活用电量越来越大，电已经成为最重要的资源之一，如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。雷击事故是电力 5 供应部门最重要的灾害之一，据浙江省电力工业局文件公布:1993年浙江全省发生的96次输电线路事故中,由雷电引起的事故79起, 占总数的82.3%.1995年8月5日14时15分,一场雷击造成台湾北部20年来最大的停电事故, 仅停电补偿费就在1000万台币以上。
在电力输送过程中，如何防雷显得十分重要，防雷击术的研究已经取得了很大的发展，线路防雷的保护措施会越来越多。在实际中，输电线路的防雷保护是一个系统工程，需要因地制宜，根据不同区域的地形地貌和气候特点，合理地选择防雷保护措施。严格按防雷接地规程办事，应用新技术新装置，采取综合性的防雷措施是确保电力系统及电力调度自动化系统极大减少雷害的重要手段。良好的接地与屏蔽并安装过电压保护器后可使被保护装置的耐雷水平提高 10 倍以上。尊敬的指导老师：
供电系统:防雷保护 篇3
关键词：电力调度；自动化系统；防雷装置；防雷保护；电力行业 文献标识码：A
中图分类号：TM734 文章编号：1009-2374（2015）22-0139-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.22.068
随着计算机的发展和网络自动化系统的发展，电力行业在发展中也大量应用这些高科技技术产品作为支持。同时，在电力行业供电过程中，电路或供电设备经常会受到外界雷电天气的影响而出现湿潮等故障问题，因此利用防雷保护装置来解决供电系统因雷电天气所造成的故障是目前电力企业普遍使用的措施。
1 什么是防雷保护
所谓的防雷保护就是利用一些避雷设备将容易遭受雷电袭击而发生危险的区域保护起来。目前电力行业普遍使用的是避雷带和避雷网，这两种防雷保护装置的主要作用在于可以准确地接收闪电，并且可以将闪电快速引入到地下线或接地防雷装置中，从而将接收到的雷电流释放到大地中，对供电系统的正常运行起着一定的保护作用。一般来讲，防雷装置由电气设备与防雷装置共同组成，电气设备的防雷主要包括发电厂防雷设备。供电站防雷设备以及架空电线路防雷设备等，目前根据各供电线路对防雷要求的不同，防雷保护装置也有着本质上的区别。
2 防雷保护的重要性
防雷保护对电力系统供电线路的正常运行具有十分重要的作用。首先，一般情况下，各地区用于供电的线路及设备均有低伏和高伏之分，而某些供电线路只需低电压就可以使其正常运行。这些低电压的线路所传递出的电流信息量也是很小的，因此很容易受到来自外界各方面的影响。同时，当雷电发生时可以瞬间产生变电磁场并快速过入到电压中去，从而使电压受到影响。尤其是在夏季或多雨的季节里，雷电发生的几率是相对较高的，也因此电力调度自动化系统所受到影响而发生事故的几率也是较高的。因此，为保证低电压设备正常运行且降低其受外界影响发生事故的几率，电力调度自动化系统运行时就必须加设防雷保护装置，以此来保证供电系统的安全性。其次，一般来说，高于45V电压都会对人体产生一定的影响，而电力系统中电压的伏数一般在220kV左右，也就是说，一旦电力调度自动化系统因雷击出现故障，其所释放出的电能量会对人体产生巨大的影响，甚至会对工作人员的生命安全造成威胁。因此，在电力调度自动化系统中增加防雷保护是保证人员生命安全的关键所在。
3 雷电所造成的危害
雷电是夏季或多雨季节经常性发生的自然现象，根据雷电发生时状态的不同，所造成的危害也是不同的。另外，雷电因气候的变化不同也分为不同的类型。下面就简单介绍三种雷电对电力调度自动化系统所造成的
危害：
3.1 直击雷对电力调度自动化系统的危害
直击雷是一种最常发生的自然现象，也是相对来说危害性较大的一种雷电事故。所谓的直击雷主要是指其对电力调度自动化系统或建筑物产生的直接放电的现象。一般来讲，当雷电形成时，云层中所夹带的电流可瞬间高达几十万kV，当如此高的电流直接对电力调度自动化系统放电或直接对建筑物放电时，就会使电力调度自动化系统产生较高的热量及电磁破坏，因此很容易造成电力事故。另外，相对于一些高架空线路及安装于外界的电气设备来说，一旦遭受严重的直击雷袭击，就会瞬间受到破坏，从而使电气设备及架空线路发生供电事故，甚至会因电气设备及架空线路的破坏而使周围区域内邻近的线路设备也受到影响而发生故障，严重者会引起火灾的发生。
3.2 感应雷对电力调度自动化系统的危害
所谓的感应雷主要是指当雷电袭来时，电力调度自动化系统因受静电感应而与区域内其他邻近的物体发生电位差而引起的，从而发生放电现象的一种雷电形式，它相较于直击雷对设备的危害性相对要小一些。一般说来，当雷电袭来并发生放电时，电力调度自动化系统以及其他安装于外界的电气设备会因电磁感应的影响而使雷电磁波快速传入到电气线路中，从而对电气设备线路造成一定的影响。因为感应雷是通过感应磁电对电气设备造成破坏的，因此也称感应雷为二次破坏雷。
3.3 滚球雷对电力调度自动化系统的危害
所谓的滚球雷就是一些可以通过人体肉眼就可以直接观察到的火球。一般情况下，当雷电发生时，这些小火球就会分散在空气中，并且随着风的走向直接滚入到地面上或是直接落入到电气设备线路上。当这些火球随风落入到电气设备线路中时，由于其极高的温度会使电路设备外绝缘体瞬间熔化，造成电路电缆的裸露。当这些裸露在外的电缆再次受到火球侵袭时，就会发生严重的火灾，从而造成电力调度自动化系统的故障。
4 电力调度自动化系统的防雷保护措施
电力调度自动化系统是采用计算机通讯系统与计算机网络系统相结合的高科技供电系统，同时也是保障电力系统正常供电状态的关键所在，因此，为防止其因雷击而发生故障，就必须对其做好防雷保护措施，具体的措施如下：
4.1 电压和UPS过电保护
一般来说，当雷电袭击进入电力调度自动化系统中时，会使其电气设备的电源电压瞬间增大，从而给UPS设备造成极大的影响。同时，一旦当雷电发生时，即使发生的地点与电气设备系统较远，雷电磁流也会通过电网系统快速地流入到供电系统的终端中。即便是一些小型的雷电流也会对电气设备造成一定的影响，因此，必须加强UPS保护。但目前单对UPS进行保护是远远达不到系统保护要求的，因此必须还要同时增加以下保护措施：其一，在第一级保护中，首先要使用三级气体放电管对雷电放电产生的电流进行控制，从而使雷击电流在电流值上所产生的电流量可以控制在电力调度自动化系统及电气设备所能承受的范围之内。其二，在第二级与第三级保护中，要利用防雷装置中的限流模式与压敏电阻将雷击电流所产生的磁流量控制在系统所能够承受的负荷之内。其三，在第四级保护中，要使用TVS管，这种设备对于雷击所产生的错位电差有较好的控制和约束作用。
4.2 完善接地保护
防雷保护的主要目的就在当雷电发生时，可以通过一系列的手段及防雷装置将雷电所产生的有危害性的电流控制住，从而保证电气设备的安全。而接地保护主要是当雷电发生时将雷电所产生的电流量引入到大地中去，最大限度降低雷电对电气设备的危害。一般，根据雷电流的不同分为信号防雷和电源码防雷两种，根据电流量的强弱不同设置不同的防雷措施。另外，在整个防雷接地工作中，首先要加强接地线路的设计和施工；其次减少电阻的使用量，从而使电压降低；同时，在接地机房内部，要设置均压带装置，并且在机房内要设置一个必要的环形接地母线装置；最后，要保证保险器设计与接地网之间进行有效的连接，以最大限度保证雷击时设备可以将雷击流快速引入到大地，保证防雷的有效性，提高供电系统的防雷能力。
5 结语
综上所述，电力调度自动化系统中防雷保护对提高电气设备的供电能力，保证线路的供电安全都具有十分重要的意义，因此，在进行防雷保护时，必须要根据电气系统实际的运行情况制定出合理有效的防雷保护措施，以最大限度保证电力调度自动化系统运行的安全性及稳定性。
参考文献
[1] 陈俊.浅谈电力调度自动化主站系统防雷保护[J].价值工程，2012，（27）.
[2] 田军.配电变压器防雷保护措施分析[J].科技资讯，2013，（2）.
[3] 郑华.浅谈变电所存在的干扰及提高继电保护安全运行的措施[J].广东科技，2014，（22）.
作者简介：刘伟（1980-），男，山西平定人，国网公司太原供电公司工程师，硕士，研究方向：电气工程及其自
动化。
消防报警系统的防雷保护 篇4
近年来,随着城市建设的发展、人们防火意识的增强以及国家有关法律、法规的健全,越来越多的高层建筑、公共场所安装了火灾探测报警系统,在早期发现火灾、预防火灾方面发挥了重要作用。但由于建筑物未设置有效防避雷措施、线路未按规范要求施工、消防报警设备抗浪涌能力差等原因,每年都有大量消防设备因雷击而损坏,造成巨大的经济损失。
消防报警系统由火灾报警控制器、火灾探测器、手动火灾报警按钮、输入输出模块等产品构成,火灾探测器等部件安装于建筑物的各个角落,具有探测信号回路线、24V电源线、直接输出联动线、网络通讯线和交流电源线等线路,最长线路可达1500～2000m,个别工程还存在线路跨楼情况,采取架空布线,极易受雷击损坏,非常有必要进行防雷保护。
2 雷电的形成及危害
大气在流动中因强烈摩擦和碰撞形成雷云,当带电的云块临近地面时,由于静电感应,大地感应出与雷云极性相反的电荷。云层与大地之间形成一个巨大的电容器。当云层中电荷密集处对大地的电磁场强度达到25～30 kV/cm时,就会击穿空气绝缘,对大地发生先导放电。当先导放电到达大地时,大地上的电荷与云层中的电荷产生强烈的中和,出现可达几10万A的特大雷电流,其能量巨大,可摧毁建筑物、中断通讯、危害人身安全,会造成消防报警系统工作异常甚至损坏。不同的雷电对人员和消防电气设备的危害形式不同。
直击雷是指雷云对大地某点发生的强烈放电,可直接击中消防报警设备,也可击中架空线,如回路线,电源线、控制线、通讯线等,雷电流沿着导线进入火灾探测器、火灾报警控制器等设备,从而造成设备损坏,并可使建筑物及内部设备因雷电的高温引起火灾。
感应雷可以分为静电感应及电磁感应,当带电雷云出现在导线上空时,由于静电感应作用,导线上束缚了大量的相反电荷。一旦雷云对某目标放电,雷云上的负电荷便瞬间消失,此时导线上的大量正电荷依然存在,并以雷电波的形式沿着导线经火灾报警设备入地,引起设备损坏。当雷电流沿着导体流入大地时,由于时间短、强度大,在导体的附近便产生很强的突变电磁场,如果火灾探测器等设备在这个突变电磁场中,便会感应出很高的电压,造成工作异常,甚至损坏。
球形雷是在雷雨季节偶尔会出现的球状发光气团,它能沿地面滚动或在空气中飘行,当从开着的窗户飘然而入时,释放出能量容易造成人员伤害和设备损坏。
3 防雷保护措施
3.1 建筑物设置防、避雷保护装置
应在当地防雷中心、防雷办的指导下,按照GB50057-94《建筑物防雷设计规范》的有关要求,根据建筑物的防雷分类,采取相应的防雷保护措施。在建筑物楼顶设计由避雷带,避雷针或混合组成的接闪器,立钢柱或立柱内钢筋作为防雷引下线,并与建筑物基础钢筋、梁柱钢筋、金属框架连接起来,形成闭合良好的法拉第笼。建筑内竖向金属管道应每三层与圈梁的均压环相连,均压环应与防雷装置引下线相连。
当二类(或三类)建筑物超过45m(或60m)高时,应将45m(或60m)及以上墙上的栏杆、金属门窗等较大金属物直接或通过金属门窗埋铁与防雷装置连接。
3.2 交流电源线的防雷保护
消防报警系统的交流电源一般采用A C 2 2 0 V,由室外接入火灾报警控制器、消防广播主机等设备,为整个消防报警系统供电。
按照国际电工协会IEC的统计,设备受雷击损坏,70%来自于电源线路。因此,电源线路的防护是设备防雷保护的关键。
电网线路分布广、距离长、屏蔽差,非常容易遭受直击雷。电源线是由电网经过变压器降压后引入建筑物为设备提供电的,若采用架空线的方式供电,应实施三级保护;若采用铠装电源线埋地方式供电,那么应实施两级保护。通常情况下,在建筑物的总电源处安装三相电源避雷器,实施第一级防雷保护,在分电源处安装三相电源避雷器,实施第二级保护,在设备前端安装避雷器,实施第三级保护。必须保证火灾报警控制器、消防广播主机等设备的地线与电源地线可靠连接在一起,一般要求接地电阻必须达到1Ω以下为合格。
3.3 信号线的防雷保护
火灾报警系统的回路线、通讯线、24V电源线、联网通讯线等低压线路是消防报警系统的信息传输通道,最长可达1000～1500m,个别工程存在跨楼布线的情况,易受雷击影响,应根据具体情况采取适当的防雷保护措施。
如果在户内布线,因房屋本身的钢筋结构有屏蔽作用,可以减少电磁干扰;如果在户外布线,应采用屏蔽线或金属管走线,并应保持屏蔽线或金属管两端良好的电气连续性并在两端做接地。如在户外布线采用PVC管,则应考虑在设备的信号接口前端安装数据线路避雷器、24V直流电源避雷器、通讯线路避雷器等。在数据线路避雷器的选用时,应考虑避雷器的影响。
回路线、通讯线、24V电源线、联网通讯线等弱电信号线不可与交流电源线布置在同一环境下,更不能共管。
3.4 系统屏蔽
屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减加在电子设备上之电磁干扰或过电压能量。具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆(包括管道)的屏蔽。建筑物之屏蔽可利用建筑物钢筋、金属构架、金属门属、地板等均相互连接在一起,形成一个法拉第笼,并与地网有可靠之电气连接,形成初级屏蔽网。
设备的屏蔽应在对火灾报警控制器及消防联动设备、固定灭火设备、防排烟风机等设备耐过电压水平的基础上,按国际电工委员会IEC划分之雷电防护区(LPZ)施行多级屏蔽。
屏蔽的效果首先取决于初级屏蔽网之衰减程度,其次取决于屏蔽层对于反射电磁波之反射损耗和吸收损耗程度。
对入户的金属管道、通信线路和电力线缆要在入户前进行屏蔽(使用屏蔽线缆或穿金属管)接地处理。
3.5 等电位连结
等电位连结也是一项建筑物防雷保护的重要措施,其目的在于减少雷电流所引起之电位差。等电位是用连接导线或过电压(电涌)保护器将处在需要防护之空间内之设备与防雷装置相连接,建筑物之金属构架、金属管、电缆屏蔽层、门窗等穿过各防雷区交界的金属部件以及火灾报警控制器、消防电源、消防泵、喷淋泵等电气设备的外壳连接,采用4～16mm2铜芯线作为等电位连接线,采用螺栓紧固,形成等电位连接网络,其接地电阻不大于1Ω,以实现均压等电位,防止地电位反击,防止设备损坏。
3.6 增强消防报警设备自身的浪涌抑制能力
尽管建筑物及线路采取了一些防雷保护措施,由于雷电形式多样,每次雷击的侵入点、感应点、感应强度都不相同,消防报警系统在实际使用中仍会受雷电的影响而出现故障,甚至损坏,消防报警设备本身也应采取一些防雷、抗浪涌措施。
考虑成本、安装空间限制等方面的因素,火灾报警控制器的回路总线接口、24V电源输出口、通信接口等弱电信号线路入口可采用压敏电阻、瞬变电压抑制器(TVS)、气体放电管、限流电阻、滤波电容、扼流线圈等器件进行综合保护,使其线——地之间可承受1kV的浪涌电压,使火灾报警系统自身具有一定的防雷保护功能和较强的抗干扰能力。
图1为采用瞬变电压抑制器、限流电阻和扼流线圈的综合保护电路。
火灾报警控制器主机电源、外控24V电源、消防广播的交流输入端应增加交流安滤波器、压敏电阻、扼流线圈、高压滤波电容等保护器件,以抑制雷电通过交流电网带来的瞬变干扰和浪涌电压,保护器件应安装在机柜的交流电源入口处,以减小雷电波在设备内部的辐射干扰。
火灾报警控制器、火灾探测器等产品的软件设计也应具有抗干扰措施,可设置软件陷阱,监视软件的运行状态;增加容错功能,保证软件安全、可靠地运行;采取数字滤波、多重冗余、表决等软件技术,提高总线的抗干扰性能,以防因雷电干扰等原因造成系统故障、复位、死机等异常,保证系统不误报警、误动作。
4 结束语
雷电已成为电子化时代的一大公害,引起各级政府的高度重视,但我们也清醒地看到,防雷知识还不够普及,防雷监督还未能有效地开展起来,大量的建筑物未设置必要的防雷保护装置,电气线路未采取必要的防雷保护措施,造成包括消防报警设备在内的大量电子设备因雷击而损坏,防雷保护任重道远,还需要社会各界继续努力。
笔者根据消防报警系统的特点,提出了一些具体的防雷保护措施,在一些工程得到应用,能起到显著的防雷保护作用,还需要根据防雷保护的新理论、新装置、新器件的发展,不断完善消防报警系统的防雷保护技术。
参考文献
[1]国家技术监督局,中华人民共和国建设部.GB50057-1994建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社,1994.
[2]国家技术监督局.GB4715-2005点型感烟火灾探测器[S].北京:中国标准出版社,2005.
[3]陆亿红,徐锦才.计算机网络与通信系统的防雷技术[J/OL].中国防雷制造网,2004.
电子设备防雷保护 篇5
本文分析了电子设备进行防雷保护的重要性，并对如何做好防雷措施，给出了自己的意见。
关键词：电子设备;防雷保护;重要性;应用措施
引言
雷电是一种常见的自然现象，是产生于积雨云中一种常见的放电现象，雷电分为四种：有直击雷、电磁脉冲、球形雷和云闪等，每一种雷电现象都有危害性，会对建筑物和电子设备造成一定程度的危害，所以做好对雷电的预防，是确保安全生产、生活的关键。
科技的不断发展，使得越来越多的电子设备走入人们的生活中，为人们提供了很大的便利，但同时也埋下了很大的隐患，夏季雷电现象多发，而雷电现象会对电子设备造成一定的影响，稍有不慎就有可能出现触电事故，所以做好对电子设备的防雷保护措施，对确保人们生活的安全有着重要的意义。
一、电子设备进行防雷保护的重要性
随着新科技的普及，家庭中使用的电子设备越来越多，电子设备在为我们提供便利的同时，也为我们埋下了隐患，近几年我们经常会在电视上听到有关住户在家庭中洗澡被雷击之类的新闻发生，这些新闻都是发生在人们日常生活中的实事，据了解，每年因遭受雷击而造成的电子设备的损失高达上亿元，伤亡人数达到数万人多，这样的数字让人触目惊心。
电子设备虽然能够为我们的生活带来便利，但同时也可能成为人们安全生活的隐患，所以做好电子设备的防雷工作，不仅仅是为了家庭财产着想，更是对自身的生命安全的负责。
二、电子设备防雷保护的`主要措施
雷电现象不可避免，但我们需要采取合适的方式进行保护，防止雷击事件的发生，在日常生活中通常采用以下几种方式防止雷击：
2.1电子设施接地。
电子设备接地是指利用金属物体接受雷电的雷击，通过引下线和接地装置，最终使得雷电流通过人为设定的泄流通路流到大地，以保护人员和建筑物以及设备的安全的方式。
由于大地是个绝缘体，所以可以将因雷击产生的巨大电流导入到大地，这样可以避免因电流过大造成设备损坏，同时也能确保人们的生命安全，这种方式也是目前应用最广的一种防雷措施。
根据电子设备的特性，所采用的接地方式大概有三种：屏蔽式、系统式、保护式。
其中屏蔽式是指避免电磁辐射对通信设备的运行干扰，雷电分为四种，其中电磁脉冲主要影响的就是电子设备，电磁脉冲中夹杂着大量的干扰能量，会影响到电子设备的正常通信，更严重的会使得电子设备带有一定的电位，从而造成对其他设备的一些干扰，所以对于这种情况我们要做好对电磁脉冲的屏蔽，对于可能出现这种情况的电子设备要采用屏蔽的方式进行保护。
保护式是指利用设备自身具备的金属特性将雷击时产生的的电流导入到大地，避免电流对人体产生危害，这是最常见的一种保护方式，也是安全性最高的一种保护措施。
2.2切断信号系统。
电子设备内部的线路对雷电的冲击较为敏感，当雷电发生时，如果使用电子设备上网时，雷击很有可能会通过电源线进入到电子设备的内部，继而烧坏电子设备的内部零件，另外即使当雷电没有直接进入到电源线时，由于电子设备的电路较为敏感，同样有可能会出现损坏或损伤的现象。
从而影响电子设备的正常使用，甚至可能会对使用者造成危险，所以一定要避免这样的情况发生，对于这种情况，最简单的做法就是切断信号系统，断绝电子设备与外界的一切信号联系，这样可以从源头上杜绝雷电的干扰，确保电子设备的安全。
2.3切断电子设备的电源。
当雷电现象发生时，如果电子设备连接着电源，雷电产生的强大电流可能会通过电源线导入到电子设备的内部，继而烧坏电子设备的内部元件，使得电子设备不能正常的工作，对住户的财产造成损失。
所以要避免这种情况的出现就必须在雷电天气来临时，切断电子设备的电源，断绝与外界的联系，确保电子设备的安全。
2.4保持电子设备与建筑物外墙之间的距离。
现在的建筑物内部都含有大量的钢筋，当建筑物遭受到雷击之后，强大的电流会通过建筑物中含有的钢筋导入到大地中，在雷电导入的过程中，建筑物的外墙会有大量的电流通过，这些电流会形成电场和磁场，如果电子设备距离外墙太近，就会进入到电流形成的磁场中，电子设备内部的电路受到电磁的干扰，很容易受到损害，影响电子设备的寿命和正常运行。
2.5拔掉任何与电子设备连接的线路。
雷电现象有着很多的不可确定的因素，所以为了危险的发生，在雷电来临时尽可能的拔掉所有与电子设备连接的线路，不留一丝隐患，保证雷电现象不会对电子设备造成影响。
结语
雷电是一种自然现象，但其具有很大的危害性，每年因遭雷电灾害而损坏的电子设备不计其数，给人们带来了很大的经济损失，同时遭受过雷击的电子设备很有可能会携带一些电荷，如果人不经意间接触到这些带电的电子设备很有可能会引发触电现象，对人们的生命安全带来威胁。
所以做好电子设备的防雷措施很有必要，要想做好电子设备的防雷措施，需要注意要将有可能引发雷击事件的各个因素都考虑到，从最初的电子设备的摆放位置，到雷电来临时可能会发生危险的元件，都要提前做好准备，尽量做到万无一失，这样才是保证生命财产安全的关键。
参考文献：
[1]张世谨，卢志红，陈朝海.都匀市中小学校的防雷设施分析与对应措施[J]，贵州气象，，3：29-30.
供电系统:防雷保护 篇6
[关键词]110千伏变电站；二次系统；原则；防雷措施
[中图分类号]TM411+.4
[文献标识码]A
[文章编号]1672—5158（2013）05—0334—01
引言
变电站二次设备主要是在干扰程度很高的电磁氛围中进行运转的，其实际中不仅会受到操作过电压、送电线路故障等诸多方面的损害，导致设备失效，同时，自然灾害雷电还会对其造成严重的影响，致使其自身所具有的微机保护与综合自动化系统模块性能大大减弱，这一现象在最近几年时间里时有发生。从二次系统的发展与应用情况上看，变电站二次系统的雷击防护工作做的还不够好，有很多地方需要进一步的改进与完善，这是目前电力行业的瓶颈。
1变电站二次系统防雷保护应遵循的原则
1.1二次设备防雷保护的设计思想
应始终坚持这一原则，积极的营造出适应于变电站二次设备与电子设备的电磁环境，并且，必须保护好变电站运行工作者的生命财产安全。科学合理的在低压配电线路以及信号线路处进行电涌保护器的安装，以此将具有较大能量的雷电流以纳秒级的速度迅速的排进大地中，这样，自动化系统通讯与各种配电设备就不会发生雷击现象。在颁布实施的《雷电电磁脉冲的防护》和《建筑物防雷设计规范》中明确的包含着系统防护的基本概念与方法，并明确的强调应在建筑物的内部与外部中构建相应的均压等电位系统；防雷工作过程中要始终将电子信息系统作为重要的保护载体；实际中要加强综合性治理、多方位的防御、分级泄流，相关人员必须重视起防雷工作的重要性。防雷就好比是防洪，如果实际中对某一环节大意了，那么，最终将导致安全隐患的发生。
1.2变电站二次设备防雷保护应遵循的设计原则
国际电工委员会主要把系统防雷工作总结成DBSE技术，也就是分流、均压、屏蔽、接地这四个方面的技术以及效率高的防雷设备的综合。关于变电站外部防雷设施方面，实际接闪时，雷电能量大概会泄放掉百分之五十，剩下的百分之五十会沿着建筑物自身存在的金属结构件、电源进线、网络线等泄放到建筑内部中。
变电站二次设备防雷保护设计过程中应始终按照以下原则进行：一方面，严格根据《建筑物防雷设计规范》中的要求办事，应将相应的电涌保护器合理的安装在建筑物配电入户位置处。对于低压配电第一级（B级）进行防雷保护时使用的电涌保护器应具备较强的抗真实雷电电流冲击的能力。另一方面，从雷电保护区的划分情况上看，变电站建筑物外部均属于暴露区，区内的设备经常会不同程度上受到雷击，存在着严重的危险性。建筑内部和传输机房均不在暴露区，危险性较小。
2概述了雷击的途径
2.1电源线引入雷电
实际中，倘若对于因雷电而引起的瞬时高电压未予以及时的遏制，那么，其将会直接的通过电源线进行人到自动化系统中，致使电源模块难以正常有序的高效运转，极大的增强了各功能模块的工作电压，工作无法顺利开展下去，如果情况严重将会对模块与元器件造成损坏。
2.2信号线引入雷电
自动化系统要想和外界进行顺畅的通信联系，一项不可或缺的工具就是信号线，其主要和外界联系的通信线路以及机房终端设备相连接，倘若当初采用的是架空敷设，那么，就非常容易受到雷击。在变电站中，接人自动化系统的通信线路具体包括了：载波线、CAN网电缆连接到后台监控主机、RS232、RS485信号控制线等等，这些通信电缆均具有较长的出线，能够及时的感应雷电沿着远程控制系统电缆和信号电缆进入，使高电压直接的流人进二次设备中，不仅对通信端口造成了严重的损坏，而且还导致设备集成电路芯片也遭到损坏。
2.3 GPS馈线引入雷电
变电站内的时钟同步GPS系统主要由馈线与设备相连，经常会受到雷击，雷电流实际中会顺着馈线进入到变电站内部，直接影响着时钟同步GPS系统，致使系统内部的设备端口遭到了严重的损坏。
2.4接地不合理
实际中，常常因为接地不合理，使得各接地点问雷电时存在着极高的电位差，由此而出现的电磁干扰将使得自动化系统难以正常有序的运转；并且，雷电还会导致较高的地电位发生，直接顺着设备的接电线进入到自动化系统中，该过电压一定程度上也对各功能模块造成了损坏。
3110千伏变电站二次系统的防雷保护措施
3.1加强电源避雷
变电站在选用电源避雷器过程中，必须充分考虑劣化指示、遥信接点、热熔、过流保护等诸多方面的功能。110千伏变电站的低压配电系统主要是2路380V市电输入，按照绝缘耐压等级，电压内的电源端设备是第四级耐压限值（六千伏），并且，将一套三相电源防雷模块加入其中，它的实际保护水平不得超出两千伏，涵盖在B级保护领域中。
对于UPS系统，应并联加装单相电源防雷模块，主要涵盖在c级防护领域中，其的具体保护水平不得超出一点六千伏。再有，对于整流器，应在其整体直流输出端进行支流SPD的加装，它的具体保护水平不能超出一点六千伏，标称电流应是四十kA，也属于电源C级防护领域中。
在变电站中，其电源的D级防护具体涵盖了测控屏、保护屏、远动屏等诸多的用电部位输入端的电源防护。所有的屏柜都有着1路220V交流电源和2路直流220V电源输入，应将一套单相交流电源防雷模块与两套直流电源防雷模块安装其中。
3.2加强信号避雷
变电站中的综合自动化系统在和其他系统间进行连接时，主要会以RS232、RS485等诸多的接口为载体，变电站中经常会遭到雷击损坏的设备主要是自动化微机设备与不同类型的智能装置。所以，应及时的将计算机网络数据信号保护器安装在该信号线中，同时，还要求所采用的计算机网络数据线避雷器必须和所有接口设备的传输速率要求相一致，接口与保护设备这两者间必须做到兼容。
3.3加强GPS馈线避雷
要求变电站内的GPS馈线应根据天线处与人室处确保屏蔽层能够接地，若馈线实际长度达到了三十米，那么，屏蔽层就必须在馈线的中间位置处和地网进行重新相接。应将一套天馈防雷器加装进GPs馈线与时钟同步接收机间的同轴端口中，它的实际插损不得高出0.3Db。
4结论
综上所述可知，应结合自身具体情况与特征，充分考虑容易受雷击的环节部位，制定出高效、完善的防雷措施，以质量水平高、安全系数高的防雷设备为首选，加强共用接地网工作，对防雷与接地予以全面的考虑，唯有做到了这些，变电站才不会经常被雷击。
参考文献
[1]席佳伟，刘宏耀，刘全龙，师兵兵.变电站二次系统防雷措施的探讨[J].硅谷，2011年12期
[2]王查.关于内部操作过电压的探讨[J]硅谷，2011年12期
[3]陶思遥.确保特高压二次系统零缺陷[N]国家电网报，2009年
[4]田嘉.电厂二次系统安全防护方案的设计与规划[J]电力信息化，2011年04期
[5]杨熙.提高二次系统协调性高效性[N].华东电力报，2011年
供电系统:防雷保护 篇7
由于电喷柴油发电机组供电系统中的EMS (柴油机管理系统) 和AVR均是高精密的电子元器件, 价格昂贵, EMS要7万元人民币, 加上我们又是在靠近赤道的热带雨林的丘陵地带, 一年中有半年是雷雨季节, 所以防雷工作显得尤为重要。
我们是中鼎国际建设集团有限责任公司在马来西亚投资开采的阿勃克煤矿, 位于马来西亚东部的加里曼丹岛的丘陵地带, 属于典型的热带雨林气候, 全年6个多月是雷雨季节, 该煤矿年产25万t~30万t, 矿井采用4台电喷柴油发电机组并车供电方式, 发电车间集发电、配电于一体, 地面供电采用TN--S系统, 井下供电采用IT中性点不接地660V系统。车间为木质 (此地木料材质好, 价格便宜) 结构, 屋面采用压型彩色钢板瓦, 屋面坡度1/4。车间长40m, 宽12m。2003年4月份建造时按照国内二类标准设计并安装了防雷电设施 (当时是使用普通柴油发电机组) , 2006年6月份由于矿井的延伸及扩产全部更换为电喷柴油发电机组, 10月份进入热带雨季, 11月份由于雷击造成二台机组的EMS2 (控制单元) 、CIU (控制接口单元) 、DCU (显示控制单元) 、AVR (自动电压调节器) 全部损坏, 经济损失接近18万元人民币。事后我们将防雷设施进行改造, 并与电涌保护器 (SPD) 相结合。系统使用至今, 未出现损坏电子元器件的情况, 下面将改造后的情况介绍如下, 供大家探讨。
1. 屋面铺设避雷带、安装避雷针以防止直击雷过电压
直击雷过电压是由于流经被击物体的很大雷电流造成的, 电压高达数百万伏, 电流可达数十万安, 对设备危害极大, 其有效防范措施就安装避雷针、避雷网, 避雷线等方式。根据我矿实际情况, 采取了建立避雷网与避雷针相结合的措施。
制作及安装要求:
1) 屋面避雷网采用镀锌-40*4扁钢, 用MΦ6*50mm螺栓固定在压型彩色钢板瓦上, 间距1m左右, 为防止漏水应选择瓦的凸处钻孔, 连接时应将防水垫垫在瓦的下面, 不能垫在扁钢和彩钢瓦的中间;
2) 引下线采用镀锌-40*4扁钢, 为保证其不受损伤以及落雷时对被保护物产生“反击”过电压, 引下线用Φ51*5的PVC管套住, 引下线间距不宜大于18m, 沿外墙尽量均匀布置;
3) 单组接地体用∠63*63*5的镀锌角钢2根, 长度2.5m, 间距3m, 用镀锌-40*4扁钢连接后与引下线连接, 接地体顶端距地面1米, 共设置6组接地体;
4) 避雷针用Φ20镀锌圆钢, 长度1.5m, 顶端上车床加工成尖顶, 为抗风力应焊接3根斜撑;
5) 所有连接均采用手工电弧焊, 并在施焊处采取防腐处理;
6) 如为建筑物出入口或人行道, 应在接地体上面厚度敷设50mm~80mm, 宽度超过接地装置2m的沥青碎石层, 以降低跨步电压, 保证人身安全;
7) 为便于测量接地电阻以及检查引下线, 接地线的连接情况, 在各引下线距地面1.8m处设置断接卡;
8) 安装后其接地电阻不超过10Ω, 否则应采取降阻措施, 我矿安装后测试为1.8Ω。
2. 室内敷设保护接地网, 以防止雷电感应。
雷电感应是雷云之间的放电或雷云对地放电所形成的静电感应及电磁感应, 通过场耦合到各电线或设备中, 产生几千伏乃至几十千伏以上的感应高电位, 使设备损坏。防范感应雷的措施就是建立保护接地网, 将设备外壳有效接地。
保护接地网的制作及安装要求如下:
1) 应根据设备平面布置实际情况设计接地干线布置具体位置, 以连接被保护设备的距离最短为原则, 并应使之与避雷网的接地体之间距离大于3m;
2) 接地干线、支线、接地体连线均采用镀锌-40*4扁钢;
3) 单组接地体用∠63*63*5的镀锌角钢2根, 长度2.5m, 间距3m, 用镀锌-40*4扁钢连接后与接地支线连接, 接地体顶端距地面1米, 共设置6组接地体, 沿四周尽量均匀分布;
4) 接地网外缘应连成闭合形, 且将边角处做成0.5m半径的圆弧形, 以减弱该处电场;
5) 接地支线、干线、接地体采用手工电弧焊并进行防腐处理;
6) 保护接地网的接地电阻不得超过10Ω, 否则应采取降阻措施, 我矿安装后测试为2Ω;
7) 配电柜与接地支线连接采用手工电弧焊;
8) 发电机组与接地支线采用252铜线压紧铜接线耳镀锡后用M12螺栓连接。
3. 在可能引入雷电入侵波的线路安装阀型避雷器
我矿发电、变电 (两台380/660变压器供井下用) 车间建在井口附近, 供电线路相对简单, 有可能引入雷电波的线路只有两条:工业广场的照明供电以及宿舍区的生活供电, 因为这两条线路分布较远、分散。所以在这两条线路供电出口处布置两组 (6只) FS—0.22阀型避雷器以保护供配电设备, 宜安装在隔离开关和断路器中间便于检修和更换。
4. 设立三级交流电源电涌保护器 (SPD)
SPD是英文surge protectiye device的缩写, 其意为电涌保护器, 是限制雷电反击、侵入波、雷电感应和操作过电压和泄放电涌电流的器件。根据实践设立三级SPD保护器保护发电机的电子设备AVR及其他设备。安装及维护要注意以下几点:
1) 选型基本原则
通流量的选择:SPD第一级保护器主要针对大浪涌电流进行吸收, 仅靠他们不能完全保护供电系统, IEC规定的最高防护标
准其技术参数:雷电通流量大于或等于100KV (10/350us) , 残压值峰值不大于2.5KV, 响应时间小于100ns;
第二级防护:目的是进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到1500V~2000V, 对LPZ1-LPZ2实行等电位连接, 其雷电流通流量大于或等于40KA (8/20us) , 残压峰值不大于1000V, 相应时间不低于25us;
第三级防护:是最终保护的手段, 将残余浪涌电压峰值降到1000V以内, 其雷流通流量不应低于10KA;
最大持续工作电压 (UC) 的选择:
由于是TN-S供电系统, SPD最大持续电压值:
电压保护水平的选择:一般情况下, 只要残压值小于设备绝缘耐受值, 就能对设备提供足够的保护;
告警方式及结构的选择:根据实际情况选择可视告警和模块式35mm导轨安装。
综合以上原则, 参考同为基业公司的产品技术参数, SPD各级选型如下:
第一级:TPSB50/CTRL/NPE;第二级:TPSC40/NPE;第三级:TPSD20/NPE
2) 安装注意事项
a) SPD各级之间安装距离应大于10m;
b) 第一级两组TPSB50/CTRL/NPE安装在工业广场照明屏和宿舍区的生活供电屏的分支回路;
c) 第二级四组TPSC40/NEP安装在发电机控制屏两只隔离开关中间;
d) 第三级四组TPSD20/NPE安装在发电机出线侧;
e) 各SPD进线均用BV25mm2铜芯塑料线, 接地线均匀16mm2铜芯塑料线, 各线应尽量短而直。
3) 要定期进行检查, 特别是雷雨过后, 发现告示板颜色由绿色变成了红色即应更换模块。
4) 所有接地线应直接与室内保护接地网的扁钢直接相连, 并确保接触电阻降到最低, 最好是用铜接线耳镀锡后与扁钢用螺栓连接。
5. 设立ZH2-DC24末级保护EMS
浅析广播电视系统的防雷保护 篇8
关键词：雷电的过电压效应,雷电的电磁效应
1 雷电的过电压效应
地闪发生之前, 空中出现雷云。由于静电感应, 正对雷云下方的地面 (建筑物或其它物体) 会感应出异号的正电荷。如果雷云下方有大面积的金属建筑物, 且对地绝缘, 则在静电感应所引起的高电压作用下, 金属体对其下方的某些接地物体将会造成火花放电, 导致设备和人员的损坏和伤亡, 还可能会引发火灾。如果顶部金属体的接地引线在某个部位断开或电阻过大, 则在这些部位也将出现高电压造成局部火花放电, 危及建筑物内设备和人员的安全。要减小雷电静电感应的危害程度, 就需要将建筑物顶部金属体良好接地, 尽快将感应电荷泄放入地。即使有引地线, 由于雷电流具有大而且变化急速的特点, 接地线不可避免存在电感和电阻, 也会在引地线上产生极高的电压。当雷电击中大树或者其他的物体时, 雷电流经过这些物体也会形成过电压。
当雷电击中电力线路时, 雷电流需经过电力线路泄入大地。即使雷电没有击中电力线路, 当雷击发生后, 导线上感应的异号电荷失去束缚, 向导线两则流动。这些电流通过线路侵入变电站或袭击电气设备, 在设备上形成过电压。当过电压高于设备的额定雷电冲击耐受电压时, 设备就会损坏。
2 雷电的电磁效应
由于雷电流在50~100微秒的时间内, 从0变化到几万安, 再由几万安变化到0, 在其周围空间会产生瞬变的强电磁场。处于空间变化的强电磁场中的物体, 由于电磁感应, 在其内部就会产生很高的感应电动势。以前, 由于它的成灾概率极小, 没有引起人们的注意, 但随着微电子技术的重大进展, 超大规模集成电路诞生, 它的能耗小、灵敏度极高等特点, 使得其容易被损坏, 引起人们的重视;同时闪电能辐射出频率从几赫兹到几千赫的电磁波, 有很宽的频带, 其主要以5~10千赫兹的电磁辐射强度最大。这些电磁波对通讯设备会产生严重的危害, 轻则干扰电视广播信号, 重则扰乱指挥系统, 损坏仪器设备。雷击时, 在与雷击发生处较近的地方, 静电感应引起的危害是主要的;在与雷击发生处较远的地方, 电磁感应引起的危害是主要的。
随着电视微波传输、电缆电视、应用电视、卫星地面站、电视发射机、电视差转机、广播发射机、电子设备、计算机网络等广播电视设备的迅速发展, 防雷问题显得愈加突出。为此, 通过分析, 雷电主要通过以下五个途径侵入广播电视设备。1.直击雷袭击;2.电源线路侵入;3.天馈线路侵入;4.信号线路侵入;5.地电位反击引起。
为防止雷击灾害, 我们必须依据“综合治理, 整体防御, 多重保护, 层层设防”的原则加强广播电视设备的防护工作。
2.1 防直击雷
由于广播电视信号的发射, 接收和传输转播设施大多安装在高山、高楼或高架铁塔上, 因此遭受直击雷的概率较大通常采用的措施是架设一定高度的避雷针, 通过避雷针把闪电吸引到接闪器上, 而后把闪电传导入地。把直击雷的能量耗散到地下, 从而保护了地上的建筑物。
由于避雷针的缺陷, 因此, 对于受避雷针保护的各种发射、接收天线及建筑物内的各种设备, 必须安装相应的电子避雷器, 尽量减小地网地阻, 楼顶上的各种管道、金属缆线外皮、广告牌等必须用够粗的导线连接, 焊上并与避雷带焊接好, 建筑物应装设均压环, 环向垂直距离不应大于12m, 所有引下线、进出建筑物的架空金属管道、建筑物的金属结构、设备等均应连到环上, 尽量减少由于避雷针引雷时产生的二次感应雷击对广播电视设备造成的损坏。
2.2 电源线路防雷
由于雷电能量主要集中在小于40k Hz的低频段, 供电50k Hz的工频线路, 最容易和工频附近的最大能量谐波分量发生耦合谐波, 加上交流电网大而面广, 雷电波比较容易从电源线路途经破坏电子电器设备。
一般做法是在电源变压器次级, 机房配电柜, 设备配电盘, 设备电源进线处并联1-3级三相、单相电源避雷器, 进行雷电多级分流、入地。
当雷电波沿电源线侵入时, 避雷器的电阻瞬间降至和很低, 近于短路状态, 雷电流就由此处分流入地, 这类似于堵截了雷电的入侵通道。类点过后, 瞬间恢复, 对地断路, 丝毫不影响正常供电。
2.3 天馈线路防雷
户用天线、共用天线、电视接收卫星地球站、电视发射机等, 由于对收发信号的需求特点, 天馈系统大多安装在高楼顶或高架铁塔上, 电子设备由天馈系统引入得雷击几率很大。
传统的“空气隙”“气放管”“氧化锌压敏电阻”及由他们组合而成的避雷器, 可以对天馈线路防雷起到一定作用, 但在工作频带, 响应时间, 承受功率方面呈现局限性。由于雷电流冲击波的主要能量分布在40k Hz以下频域, 而广播电视信号能量分布在几百千赫以上频域, 应采用集中或分布参数元件构成高低通滤波器组合网络将雷电冲击波和有用信号截然分开, 解决宽频带、大功率、低损耗、快速响应, 长期困扰光电天馈防雷难题。
2.4 信号线路防雷
当今电子技术正向高频率、高速度、高可靠性、超小型化、网络化和智能化方向发展, 电磁干扰对这些设备和系统的影响也就越来越突出, 特别是雷电电磁干扰的发生与传输对于广电微电子接受、传输设备造成的失效与损坏事故日益增长。
广电系统中, 天线放大器、应用电视、电视摄像机、传真机、电视接收机、计算机、电话等, 往往使用同轴电缆, 带状电缆等金属信息传输线, 及时埋地传输电缆也常出现雷击故障。
当雷电电磁脉冲干扰发生时, 由于导体在交变电磁场中他的感抗ωL0和容抗ωC0都很大, 所以会产生很大的电位差, 而雷电电磁波在电缆表面传播时会形成驻波, 对使用中的设备会形成强烈干扰, 并往往通过接口处形成过电压损坏设备。
一般采取的办法是加强对电缆的屏蔽, 电缆外金属皮进行良好的接地, 及通过串联信号电子避雷器进行, 信息与雷电通道分离, 在设备入口处截断雷电侵入波。
由于计算机的运行电压是较低的, 通常为5—12v, 因此数据处理设备的个单元之间以外产生的电位差必须非常的小, 除了在接口端需要安装信号避雷器对信号通道进行过电压保护外, 其高频信号接地的接地线长短需引起注意, 在受到谐振和驻波影响时, 若出于接近谐振频率, 导体呈现出极高的感抗, 在数据处理设备的两个单元之间无法提供有效的等凋萎作用, 当导体的长度等于谐波波长的1/4或该1/4波长的奇数倍时, 该导体两端之间呈现开路状态。因此高频接地线的长度必须以不会产生驻波为条件。
2.5 防地电位反击
由于避雷针引雷入地也会在接地体处产生大于1kv以上的冲击过电压, 而土壤的冲击击穿场强约为200-1000kv/m, 平均值为600kv/m, 因此在接地体3m以内的土壤会产生大的新冲击电流。更远处则会由于土壤中的暗流及各种地下管道、导体的传导诸多原因, 会受到不同程度的波及。
通常电子设备的电源地、工作地、信号地、外壳保护地是分开的, 其目的是为了排除可能出现的地噪声源, 获得一个满意纯净的电位。
设备外壳与工作、信号系统之间通过分布电容的耦合, 在电器上形成通路。
当大的脉冲雷击电流通过接地系统入地时所产生的过电压, 可能严重损坏控制系统的电路。
在雷击中, 闪电击中室外避雷针 (发射塔) 这是正常的, 可是室内的发射机及其他设备造成了损坏, 闪电电流使避雷针的接地体产生瞬间的高电压, 于是对附近发射设备等的公共接地极放电, 把闪电的瞬时的高压引向发射机, 这种现象称地点为反击。
为了防止地电位反击, 目前较一致的看法是, 一是防雷地、工作地、保护地等地系统连接成一个接地网形成等电位。有些地方, 如微波站、中波发射台、电视发射台的机房与发射台各有接地装置, 也要做等电位连接, 变为一个整体, 从而使地电位在闪电入地时, 大家共同升高, 避免反击。但是这样统一的接地, 对发射机及其他微电子设备而言, 在平常无闪电时, 会产生地波干扰, 要同时解决反击和干扰二个问题, 可以单独设置防干扰工作。
2.6 接地
在工作地与其他接地之间安设一个低压隔离避雷器, 当两地间电位差超过保护值时, 瞬间接通, 接成等地电位, 待二地电位差低于保护值时, 二地间又恢复隔离状态。
二是机房的各种地线间及地线与大楼结构的主钢筋之间, 必须进行有效的连接, 即全部采用共用接地系统, 当雷电引起地电位高压反击时, 整个大楼及机房呈现系统等电位, 防雷系统呈现工作状态, 保证网络系统的安全
3 结论
由于雷电的随机性很大, 形成的机理很复杂, 雷电的表现形式多种多样, 因此, 目前防雷技术水平还局限在任何单一的防雷器件都无法保证某一特定空间所有保护对象的防雷安全, 防雷技术还有待进一步提高。
随着科学技术的进步, 对雷电机理的进一步认识, 防止和减少雷电灾害的方法将日臻完善。
参考文献
[1]有线电视技术.2005, 4.
[2]蔡以松.广播电视设施接地分析.广播与电视技术.2004, 1.
关于视频监控系统的防雷保护建议 篇9
一、视频监控系统的组成
1) 探测部分。探测部分主要由摄像机、云台、防护罩及支架等组成。2) 传输部分。传输部分是监控系统中传输图像信号的通路, 该部分中传输的信号主要有从摄像机向控制主机传输的视频图像, 也有从主机传送给摄像机的控制信号, 其材料主要为同轴光缆或光纤等。3) 终端部分。终端部分设备为图像监控系统, 主要由画面分割器、监视器及控制设备等组成。
二、视频监控系统雷击原因
1) 直击雷损害。由于视频监控系统的探测部分多被安装于相对开阔的位置, 其遭受直击雷的风险相对较大。雷电可能直接在露天的摄像机或其他探测部分上接闪, 造成设备损坏或线缆熔断。此外, 视频监控系统的信号线、电源线或进入监控机房的金属管线可能遭到雷击或被雷电感应时, 雷电波沿这些金属管线侵入室内设备, 造成电位差从而导致设备损坏。2) 感应雷损害。雷电感应是视频监控系统受雷击危害的另一个重要原因。当雷击在摄像机的接闪器上接闪时, 在引下线附近会产生很强的顺变电磁场, 处在电磁场中的设备和传输管线会产生电磁感应。感应雷损害设备的概率较直击雷更大, 但其强度一般。
三、视频监控系统防雷保护建议
1) 探测部分防雷保护建议。当探测设备单独架设时, 应设立接闪器进行保护, 且接闪器应距离探测设备3-4米为宜。如有困难接闪器也可架设在探测设备的支撑杆上, 引下线可直接利用支撑杆 (金属) 本体或使用大于等于￠8的镀锌圆钢。应尽量设单独接闪器。为防止电磁感应, 探测设备的电源线和信号线都应穿金属管屏蔽, 并做可靠接地。视频监控系统的供电电源应使用220V、50Hz的单项交流电源。此外, 为防止雷电波沿线路侵入探测设备, 应根据实际情况在信号线、电源线及云台控制线上安装电涌保护器。摄像机带云台的, 应使用视频、电源、控制三合一的电涌保护器;普通摄像机应使用电源、视频二合一的电涌保护器。室外的探测设备应做好接地, 且接地电阻值应小于4欧姆。
2) 传输部分防雷保护建议。视频监控系统的控制信号传输线缆和告警信号传输线缆一般应使用有加强芯的屏蔽软线, 敷设或架设在探测部分与终端部分之间, 其加强芯与屏蔽层两端均应做良好的接地。根据GB50198-2011规定, 传输线路在城市、郊区、乡村敷设时, 可采用直埋敷设。当条件不允许时, 也可采用通信管道或架空方式, 但规定了电缆与其它线路共沟的最小间距和其他线路共杆架设的最小垂直距离 (表1、表2) 。
3) 终端部分防雷保护建议。 (1) 直击雷防护。监控机房所在建筑物应有防直击雷的接闪器、避雷带或避雷网, 其防直击雷措施应符合GB50057-2010中有关直击雷保护的规定。 (2) 雷电波侵入。进入监控机房的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。当架空电缆线直接引入时, 在入户处应加装电涌保护器, 并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。 (3) 等电位连接。等电位连接是内部防雷装置的一部分, 其目的在于减少雷电流所引起的电位差。等电位是用连接导线或过电压 (浪涌) 保护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置, 建筑物的金属构架、金属装置、外来导线、电气装置、电信装置等连接起来, 形成一个等电位连接网络, 以实现均压等电位, 防止需要防雷空间内的火灾、爆炸、生命危险和设备损坏。据此, 监控机房内应设置一等电位连接母线 (或金属母排) , 该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护接地、防静电地等连接到一起, 以防止出现电位差。 (4) 电涌保护器。由于多数雷击产生的高电位是从电源线侵入室内的, 为保证设备的安全, 在一般电源上应设置三级电涌保护器。在信号控制线、告警信号线和视频传输线进入探测设备和进入机房中心控制台前也应加装相应的信号电涌保护器。 (5) 接地保护。良好的接地是防雷保护中至关重要的一环, 接地电阻值越小, 过电压值越低。GB50343-2012《建筑物电子信息系统防雷技术规范》第5.2.5条:“防雷接地与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时, 接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。”监控机房使用专用接地装置时, 接地电阻不得大于4欧姆;当采用综合接地网时, 其接地电阻不得大于1欧姆。
四、总结
视频监控系统已经越来越多地被运用于各行各业的运行、监视、安保等工作中, 依据现场情况和系统的重要性, 其防雷保护的措施也应“因地制宜”。本文对视频监控系统遭受雷击影响的主要原因进行了初步分析, 并提出了防雷保护的建议, 以对系统的设计和建设起到一定的指导作用, 进一步达到防雷减灾的目的。
摘要：目的:促进视频监控系统的防雷保护, 进一步达到防雷减灾的目的。方法:分析视频监控系统的组成以及雷电可能侵入系统的途径和雷电损害的成因。结果:对视频监控系统的防雷保护提出了安全和准确的建议。结论:通过对视频监控系统的防雷分析, 提出了系统的防雷保护建议。
油库罐区自动化系统的防雷保护 篇10
罐区自动化系统在确定防雷保护措施前,必须对电子信息系统进行风险计算,作出准确的风险评估,进而确定合理的防雷保护。本文以南京市某油库为例,重点对其自动控制系统作出雷击灾害风险评估,并提出相应的防雷保护措施。
1 系统组成
1.1 油库自动控制系统
油库自动控制技术主要应用于成品油库的储、发作业过程,实现油品作业控制自动化和伴随油料作业的管理信息自动化。自动控制系统主要弱电仪表有液晶显示器、雷达液位仪、开关量信号、模拟量信号变送器、高液位报警开关、气动阀回讯信号、可燃气体报警仪、远传发信及高精度定量控制组成。
1.2 油库概况
南京市某油库的自动控制系统位于库区的综合办公楼1楼内,另有通信线、控制线通往罐区各储油罐的控制器及相关仪表上。
该办公楼采用钢筋混凝土结构,位于库区中部,有3层,高12 m,占地面积为532 m2,东西走向。内部供电线路为普通电缆。低压电源线敷设方式为埋地穿管敷设。
1.3 油库防雷存在的问题
雷电是一种气象灾害,它分为直击雷和感应雷两大部分。直直击雷是指闪击直接击于建筑(构)物、其他物体、大地或外部防雷装置上产生的电效应、热效应和机械力。感应雷是指闪电击于防雷装置或线路上及闪电的静电感应或雷击电磁脉冲引发的过电压、过电流,通过供电线路、弱电仪表信号线或金属管道侵入室内,危及人身安全或损坏设备。目前罐区直击雷防护措施相对比较完善,但感应雷防护存在以下隐患:一是罐区控制室的弱电设备无可靠的接地和等电位连接措施;二是罐区控制室的部分弱电线路未采取屏蔽措施;三是罐区控制室的计算机仪表电源系统、信号系统未采取感应雷防护措施。
1.4 数据采集与分析
1.4.1 雷电活动规律
南京地区的年平均雷暴日数为32.6d。3月份开始进入雷暴期,5、6月份雷电活动明显加强,7月份雷电活动最为强烈,8、9月份雷电活动逐渐减弱,10月份雷电活动明显减弱。油库的地理位置处在强雷暴天气的移动路径上。该区具有诱发强雷暴天气发展的自然地理条件,是雷暴高发区。
1.4.2 土壤电阻率
土壤电阻率数值于2008年4月10日在油库现场采集。采集当日天气晴朗,且前期长时间未下雨,表层为回填土壤,极为干燥,且为碎石。测量的工具为cz29B-1接地电阻测试仪,分别取接地极间距离a=1、2、3、4、5、6、7 m。经计算测试数据,得出土壤表层至地下-7.5 m土壤平均电阻率ρ=296Ω·m。
2 雷击损害风险评估
雷击损害风险可定义为雷击导致的年平均可能损失(人和物)与被保护对象的总价值(人和物)之比。风险评估目的是评估直接雷电闪击和间接雷电闪击引起建筑物的损害风险。按照防雷装置的拦截效率,确定雷电防护等级及选择最优的防护措施。
2.1 建筑物及入户设施年预计雷击次数N
建筑物及入户设施年预计雷击次数N为直击雷闪击次数N1及作用于一个入户设施上的雷电闪击次数N2之和。
公式(2)中,K为校正系数,一般取1,Ng为大地的年闪击密度,Ae为建筑物的有效截面积。Ng≈0.1×Td,Td为年平均雷暴日,Ae可通过以下步骤计算。
H、L、W分别为办公楼的高、长和宽,办公楼高=12m<100m,扩大宽度D=[H (200-H)]1/2=47.5 m。
对于孤立的建筑物,等效截收面积Ae=[LW+2D (L+W)+πD2]·10-6=12 669.7×10-6,则N1=K×Ng×Ae=0.041次/年,A'e为入户设施的有效截面积(电源线、通信线或信号线),由A1、A2、A3三个部分组成,A1为埋地低压电源电缆的影响面积,A2为埋地电话线的影响面积,A3为计算机网络架空信号线的影响面积。
经计算,A'e=0.1+0.1+0.1=0.3 km2,则N2=Ng·A'e=3.26×0.3=0.978次/年。
根据公式(1),N=N1+N2=0.041+0.978=1.019次/年。
2.2 可接受的最大年平均雷击次数Nc
公式(4)中C为各类因子之和,即C=C1+C2+C3+C4+C5+C6,其中建筑物屋顶和主体结构均为钢筋混凝土材料,取C1=1.0。系统为B类电子信息系统,取C2=2.5。根据系统设备耐冲击类型和抗冲击过电压能力较弱,取C3=1.0。系统设备所在的雷电防护区为LPZ2,C4=0.5。系统业务不允许中断,中断后会产生严重后果,C5=1.5。南京地区年平均雷暴日为32.6d,则划分为中雷区,因此C6=1。
经计算,Nc=0.077次/年。
2.3 拦截效率E
当0.90
3 防雷保护措施
3.1 防雷设计原则
对于罐区自动仪表系统感应雷防护,应充分估计系统可能遭受的最大雷电流,按照多级防护、逐级泄放的原理,选择合适的泄流装置,建立一个完善的电位补偿系统,使被分流、传导的雷电流以最短的路径入地,从而保护相关的设备安全。
(1)分类防雷保护设计。
罐区自动化系统有强电线路和弱电线路两种,感应雷可通过强、弱电线路侵入设备造成破坏。因此,应根据强、弱线路的电压等级分别选择与之电压等级匹配的电涌保护器进行安装。
(2)分级防雷保护设计。
按照防雷设计规范中防雷区的划分标准,在不同防雷区的界面处采取相应的防雷保护装置,实现分级保护的设计。
3.2 防雷系统设计方案
3.2.1 电源防雷
为了保证罐区自动化系统的安全,防止感应雷对系统的破坏,按照电源三级防护的原则进行配置:第一级电源防护安装在罐区变电所电源总进线输出端;第二级电源保护安装在控制室分配电源进线输出端;第三级电源保护安装在设备电源的输入端。每级之间必须保证一定的距离,保证各级顺序启动泄流。若距离达不到规范要求,应加装退耦器,避免后级电涌保护器抢先启动而损坏。
3.2.2 信号防雷
罐区自动化系统弱电信号线路电涌保护器的选择,应根据弱电线路的电压等级、耐压等级、信号类型、接口形式、传输介质、特性阻抗等参数,选用插入损耗、电压驻波比小的电涌保护器。
3.2.3 接地等地位、屏蔽措施
(1)在控制室内设置等电位网格、接地汇流排,将其与接地系统等电位连接。同时把工作地、保护地通过等电位连接器连接,实现等电位效果。
(2)屏蔽措施是通过建筑物屏蔽、设备屏蔽、线路屏蔽,实现最终的屏蔽效果。
4 防雷工程改造措施
针对罐区自动控制系统特点,分别对控制室的地网改造、电源系统改造、仪表信号的防雷改造提出具体措施。
4.1 接地系统的改造
在控制室内敷设等电位均压环,采用材料为40 mm×4 mm铜排,将室内设备接地、静电接地接至新设铜排上,并增设1组接地网与原有地网通过等电位连接器进行连接。
4.2 控制室电源防雷系统
在变电所380 V交流电源总配电柜安装MC50-B/3+NPE电涌保护器1套,实现电源的首次防护;在控制室380 V交流电源分配电柜安装V25-B/3+NPE电涌保护器1套,作为罐区控制室电源的二次防护;在控制室220 V设备电源的进线端安装VF230AC电涌保护器1套,达到设备电源的三次防护。电源系统的SPD安装图如图1所示。
4.3 仪表信号的防雷措施
根据该控制室的具体情况进行配置,仪表信号系统SPD安装图如图2所示。
(1)在控制室雷达液位仪表、开关量变送器、4～20 mA模拟量变送器24VDC电源进线分别安装电源精细电涌保护器,型号为VF24DC。
(2)在控制室雷达液位仪表、开关量变送器、4～20 mA模拟量变送器、高液位报警开关、气动阀回讯信号、可燃气体报警仪信号线输入、输出端分别安装信号电涌保护器,型号为FLD24。
(3)在控制室雷达表的4～20 mA (RS-485通信总线)信号分别安装1套信号电涌保护器,型号为SD09-V24/9。
4.4经过防雷改造后的风险评估
通过以上的防雷工程改造措施,可以有效减小感应过电压与传导过电压的损害概率。电源系统的三级过电压保护降低了雷电过电压从电力线侵入的概率。仪表信号线加装的SPD降低了过电压从信号线侵入的风险。而控制室的接地系统的改造使设备更加安全,降低建筑物在直击雷接闪时接地点的电位,防止地电位的反击,设备间的等电位防止了设备间的反击,使雷电流更好地向大地释放。该改造方案从雷电入侵的各条途径进行防范,层层设防,把雷电入侵的概率降到最低。
5结语
油库罐区自动化系统的防雷保护是保证油库安全生产的重点环节。雷电灾害风险评估是做好防雷工程的基本前提和保证。对于油库自动化系统的防雷保护,应在风险评估的基础上,根据实际情况制订科学、安全的设计方案,选择合理的防雷产品。要充分认识雷击风险评估的重要性,建立完善的风险评估模型,使得雷电灾害风险评估不断地修正和完善。
参考文献
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试析输电线路的防雷保护措施应用 篇11
【关键词】输电线路；防雷；措施
随着国民经济的快速发展，国家对电力的需求日益增长，因此电力生产的安全问题也显得愈加重要，输电线路作为电力系统的重要组成部分，对电网的稳定、安全运行起到不可忽视的作用。随着电力系统的不断完善与国家电网的发展，输电线路由于遭受雷击导致的安全事故经常发生，因此为了保证输电线路与电力系统的正常运行，电力部门必须重视输电线路的防雷保护措施。
1.输电线路遭受雷击的原因分析
（1）客观因素。雷电本身的活动方式具有极强的随机性与复杂性，当前我国并没有完善成熟的雷电观测技术，因此输电线路遭受雷击的相关参数很难进行准确的捕捉与测量，甚至当线路遭受雷击后，其故障类型难以进行准确区分。
（2）我国很多山村地区早期的低压线路设计时没有充分考虑到土壤可以提供的电阻率，这种现象使输电线路的防雷水平在初始阶段就比较差。除此之外，为了配合防污的相关要求，输电线路中大量使用合成绝缘子，与同高度的玻璃或瓷绝缘子相比，合成绝缘子的有效干弧距离较短，伞裙直径相对较小，因此防雷水平较低，也容易遭受雷击放电。
（3）一般而言，输电线路会随着时间的推移而不断老化，导致电阻逐渐变大，降低输电线路的防雷水平，因此保证输电线路的日常维护，而在实际过程中，很多地区接地装置由于年久失修，出现接地体腐蚀严重，残缺不全的现象，这种问题的存在导致输电线路也容易遭受雷击。
2.输电线路的防雷要求
（1）在输电线路电线的选择上，为了避免雷电直接与导线接触，因此应该尽量使用电缆或者避雷线。
（2）输电线路应有配套的接地措施，当输电线路遭受雷击的时候可以通过接地设施传入地下，从而避免相关设备受到损坏；此外，输电线路也应该加强绝缘设施的建设，当雷击发生时，可以保证绝缘子不闪络。
（3）当绝缘子串出现闪络的情况是，也应该使输电线路不改变原有的工频电弧，避免开关跳闸的现象。因此针对这种要求，应当适量降低输电线路中绝缘子的工频电厂强度，在电网的中兴点中采取不接地的方式，这样可以最大限度的消除由雷击引起的单向接地故障，不会导致开关跳闸与相间短路。
（4）当输电线路遭受雷击后，最后的要求即为尽量不出现停电事故或将其减少到可以承受的地步。因此为了达到这种要求，可以允许小部分的绝缘子串出现闪络的现象，然后利用自动重合闸与减少建弧率的方法，保证电力系统的正常供应，将雷击事故的影响将为最低。
3.输电线路的具体防雷措施
3.1合理选择输电线路路径
根据调查显示，在一般情况下受到雷击的输电线路容易集中在以下几个地区：①周围是山丘的潮湿盆地；②雷暴走廊；③土壤的电阻较小；④地下存在导电性矿物质的地面；⑤地下水位较高的地面；⑥电阻率不同的土壤交界处。
由于输电线路的防雷宗旨为降低线路的受雷率，提高线路的防雷性能，减少线路的受雷跳闸频率，因此在输电路径的选择上，应充分考虑地区的地貌特点、地形特征、土壤电阻等自然条件，以及输电线路的电压等级与运行方式，采取合理有效的保护措施。
3.2安设避雷线
避雷线是输电线路保护中十分重要的措施，除了通常意义上避雷线可以防止雷电直接击中导线外，还有以下几个作用：首先通过避雷线对导线的耦合作用使线路绝缘子的电压减少；其次通过避雷线对导线的屏蔽作用使导线的感应过电压得到降低；再次通过避雷线对导线的分流作用可以使流经电塔的雷电流降低，进而降低塔顶的点位。
一般而言，输电线路电压越高，避雷线的使用效果就越好，同时避雷线在整个输电线路中的造价比重也越低。因此，为了更好的使用避雷线对输电线路进行保护，应遵循以下几点要求：
①220KV及其以上电压等级的输电线路应保持全程安设避雷线；60KV的输电线路如无特殊情况也应全线安设避雷线，35KV的输电线路一般无需全程架设避雷线，只需在变电所与发电厂的进出线段假设1-2KM的避雷线即可。
②为了提高避雷线增强避雷线对导线的屏蔽作用，保证雷电不会绕开避雷线直接击中导线，减少雷电的绕击率。因此避雷线于导线的保护角应有一定的规范，如500KV及其以上的超高压输电线路的避雷线保护角应在15°以下，330KV与220KV的避雷线保护角可以做到20°左右，其余电压下的避雷线保护角也应该保持在20°～30°之间，这样才能有一个比较高的遮蔽率。
③随着输电线路电压的降低，线路的绝缘情况也在不断的下降，因此，当在20KV以下的输电线路中，避雷线的防护作用基本失去意义，无需安设避雷线。
3.3改造接地装置
由于输电线路分布广泛，并且常年在荒郊野外运行，容易受到环境、气候等因素的影响，从而使接地装置遭到破坏，为了保证接地网的正常运行，可以从以下几个方面入手：
①组织相关工作人员定期检测接地杆的土壤电阻率，认真检查配电线路杆塔的相关配置，确保接地装置处于正常运行的状态。
②做好重点地段的防雷保护工作，测量雷电的易击区线路的接地电阻，并根据测量结果对接地杆塔进行改造。对于连续多基杆塔的接地电阻不合格情况应进行重点改造，或根据当地实际情况，采取针对性的措施，降低接地电阻。
③为了保证输电线路接地装置的电阻符合要求，应该从实际出发，全面了解地区的地质、地形与土壤状况，因地制宜，采取水平、垂直与环形相结合的复合型改造方式。
④对于地下线严重被盗的地区，可以利用扁钢做引下线对接地装置进行改造，保证杆塔接地的可靠有效。
⑤对于土壤电阻率较高的地区，可以采取延伸接地的方式，将接地网延伸到电阻率较低的土壤地区进行接地，从而达到降低接地电阻的目的。
3.4安装线路避雷器
在输电线路中安装避雷器的做法已逐渐得到人们的认同，在我国各地开始大量应用，起到了较好的防雷保护作用。其工作原理为当输电线路被雷电击中后，产生的雷电流一部分通过避雷线传入相邻的杆塔，另一部分电流则经本体传入地下。当电流达到一定数值以后，避雷器发生作用，提供相应的回路抵抗，使雷电流可以通过回路传入大地，防止输电线路的电压过分升高，从而保护了输电线路与相关设备。因此，通过线路避雷器的安装，可以有效的保护输电线路。
4.总结
由于雷电这种自然现象本身具有极强的复杂性，且输电线路所处的环境复杂多变，因此想要杜绝雷电产生的危害是几乎不可能的，输电线路的防雷保护工作是一项长期坚持的任务，只有通过不断的努力，才能讲雷电危害讲到最低，保证电力系统的稳定安全运行。
【参考文献】
[1]沈志恒，赵斌财，周浩，龚坚刚，孙可，王东举.输电线路地线上安装水平侧向短针的防绕击效果分析[J].高电压技术，2012，（04）.
变电站遥控监控系统防雷保护措施 篇12
近年来, 大部分变电站都实现了微机保护、综合自动化, 许多变电站采用微机监控, 实现了无人值守, 电力系统全面进入到了一个微机时代, 这是电力系统的技术进步, 是电力系统现代技术发展的必然趋势。但是, 目前也出现了一些问题, 那就是微机监控系统的电磁干扰和防雷保护, 因为监控系统运行在高电压、强电场的电磁环境中, 既有大电流造成的磁场和防雷保护干扰;又有高电压造成的电场干扰;有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰, 还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰、雷电过电流干扰、静电干扰。而监控系统等电子器件又是对干扰非常敏感的元件, 特别是雷电干扰对其危害最为严重。
近年来, 永定县供电公司变电站所处的雷电环境恶劣, 变电站监控系统曾经多次遭到雷击造成测控保护设备、后台监控主机损坏。因而有必要对变电站雷电监控系统干扰进行研究, 对雷害事故进行分析。找出干扰的途径和方式。通过研究找出切实可行的防止雷电干扰的措施。
2 雷电对变电站监控系统干扰的方式
2.1 雷电通过低压电源系统产生的干扰
雷电经由低压电源系统对监控系统产生干扰, 是最为常见的干扰型式, 产生的危害也较大, 往往造成监控系统的电源模块的损坏。例如, 110 k V岐岭变电站在一次雷电活动中, 雷电打坏监控系统的电源模块;35 k V湖山变电站在雷电活动中打坏监控系统电源模块;35 k V城关变电所在雷电活动中打坏监控系统网卡, 最后经分析都是在雷电活动时, 雷电通过低压电源系统造成的。从雷电干扰的途径分析, 大都是雷电活动时, 雷电波沿线路侵入变电站, 有时由于雷电幅值较低, 不足以使线路或母线避雷器动作, 或避雷器动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧, 使低压电源系统产生雷电过电压, 或强电源浪涌, 传输到监控系统的过电压有时甚至达上千伏, 由于大多数变电站在低压电源系统没有过电压保护措施, 雷电过电压得不到有效限制, 就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。而监控系统的电子元件则正是绝缘的薄弱环节, 而监控系统的电源模块又首当其冲, 所以往往造成电源模块的击穿、损坏。
2.2 雷电流入地时造成的地电位干扰
在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大, 这是因为冲击电流通过接地体时, 接地体附近的阻抗区除有工频电流相似的电阻分量外, 由于磁场和集肤效应的作用, 还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量, 故电位梯度较大;离开接地体愈远, 由于电流通过的地层截面增大, 后一分量所占的比例显著减小, 因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入变电站的接地网, 再经接地网流入大地时, 会造成接地网的局部电位升高, 地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆, 如因接地的局部电位升高超过一定数值, 严重者会向二次电缆反击形成灾难性的事故。
接地网的冲击电压干扰通道主要有以下几种:
(1) 互感耦合, 即当二次线附近的接地体流过雷电流时, 会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压, 干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。
当雷电流通过接地引下线流入大地时, 并在周转的空间产生很强的电磁场, 这时会在二次线上产生感应电压U。如图1所示。
N点和t点之间的电位差u Nt将为:
其中:
从而:
式 (1) —式 (3) 中M———防雷地接地引下线与设备的接地引下线
之间的互感;
iL———雷电流;
RG———接地电阻;
R1———防雷接地引下线的电阻;
L1———防雷接地引下线的自感。
互感M愈大, ut就愈大, 当防雷接地引下线与设备的接地引下线贴M近似于L1。此时, 感应电压ut与接地线上电压uN几乎相等, 对设备的威胁也就愈大。
当设备的接地引下线与防协接地引下线靠近时, 由于L1≈M, uNt就减小为uNt段的电阻压降iLR1。此时, 虽然t点和N点的距离较近并不会产生反击。当两种引线间的距离增大时, M就减小, 如果距离大到一定程度, M就越近于零, 则有:
此时uNt也将增大, 但由于t点和N点的距离也相应增大, 也不会使tN点间出现反击。
如设备的外壳或引线靠近设备接地引线, 而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时, N点和t点将出现反击。为防止反击, 设备应离开防雷接地引下线, 设备的接地引下线应用绝缘导线。
(2) 电容耦合在偶尔情况下, 金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比, 在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说, 这种危险只出现在陡度大的雷电流波头部分, 而持续的时间不会超过1～2μs, 感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。图中i为雷电流, P为在引下线旁边的孤立金属部件。
式中U———引下线电压;
Uc——P上的电容性感应电压。
(3) 电磁耦合, 在雷电流通过变压器、电压互感器等设备, 由于电磁感应的作用会在二次线圈上感应出危险的雷电过电压, 这个电压会对微机系统或监控设备造成严重的危害, 如烧坏监控模块, 打坏计量、控制保护等设备。最为严重的是反映在监控系统等弱电系统的电源上。
3 变电站监控系统防止雷电干扰的措施
3.1 完善低压电源系统的防雷保护措施
因雷电通过低压电源系统对监控系统等弱电系统的危害较大, 因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电站, 发现在低压电源系统大都没有防雷保护措施, 而低压电源系统又直接关系着监控系统的安全。为防止低压电源系统的雷害事故, 在低压应釆取如下防雷保护措施: (1) 在变电站站用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护; (2) 在监控系统的电源前边串接隔离变压器进行隔离, 并加装对地电容进行雷电波的吸收; (3) 在监控系统的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。
3.2 改善接地网的冲击电位分布, 防止地电位干扰
(1) 降低接地网的接地电阻, 限制地电位升高, 特别要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极的放射状的水平接地, 以降低其冲击接地电阻, 防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。
(2) 改善冲击地电位分布, 限制局部电位升高。在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布, 对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑, 防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带, 在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
式中UJ———接触电位差 (V) ;
UK———跨步电位差 (V) ;
ρf———地表土壤电阻率 (Ω·m) ;
t———接地短路故障电流持续时间 (s) 。
3.3 完善二次回路及计算机系统的屏蔽防止感应雷干扰
(1) 对控制室要加强其电磁屏蔽防止雷电活动时产生的静电干扰, 以及雷电放时造成的磁场干扰对计算机系统的影响;
(2) 对变电站二次电缆要使用屏蔽电缆防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应。
3.4 完善信号回路感应雷干扰
变电站监控系统设备中包括很多网络设备, 如室外摄像机、红外对射探测器、后台安防主机以及中心机房设备等。室外摄像头应加装DXH06-AVC (DXH06-AV) 型视频监控系统3合1 (2合1) 防雷器, 使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。红外对射探测器防护设备应加装QFL06-CH信号防雷器, 使其免受雷电过电压、电磁干扰、静电放电等所造成的损坏。后台监控主机应加装QFL06-V485系列视频线路防雷器, 采用前后两级保护, 第一级为粗保护, 用于泄能;第二级为细保护, 用于钳位。前后两级通过耦合, 使其残压低、衰减小, 达到真正理想的防雷效果。中心机房设备应加装QFL06-C系列计算机网络防雷器使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。
4 结语
雷电活动时雷电波沿线路侵入变电站, 并通过变压器的电磁耦合到低压侧所造成的电源干扰和由雷电入地和工频大电流入地造成的地电位干扰对监控系统的干扰, 这主要是一些变电站在低压电源系统的防雷上和接地网的地电位干扰方面重视不够, 存在大量的缺陷, 因而对低压电源系统的防雷和地电位造成的干抗我们一定不能掉以轻心, 务必在搞清干扰的途径、干扰的方式和干扰的机理后, 采取切实可行的抗干扰措施, 有效保证监控系统在雷电活动时能安全运行、正确动作以保证电网的安全可靠运行。
参考文献
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