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淺析弱電設(shè)備的防雷措施
發(fā)布時間：2021-03-02 05:55:21 來源：蘇州三開電氣有限公司 【返回】
| 文章標(biāo)題：淺析弱電設(shè)備的防雷措施摘要：本文通過幾起雷電造成弱電設(shè)備損壞實例，對弱電設(shè)備的防雷措施的五個環(huán)節(jié)進行探討，指出采取正確、全面的防雷措施是保證電力設(shè)備安全可靠運行的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：雷電弱電設(shè)備防雷措施 |
| 1雷電的形成 雷電是一種常見的大氣放電現(xiàn)象。在夏天，當(dāng)?shù)孛婧羝目諝馐軣岵粩嗟厣仙礁呖眨纬煞e雨云，在上升的過程，由于氣流的摩擦以及地球磁場的影響，云的不同部位聚集著大量的正電荷或負電荷，形成雷雨云，而地面因受到近地面雷雨云的電荷感應(yīng)，也會帶上與云底相反性的電荷。當(dāng)云層里的電荷越積越多，達到一定強度時，就會把空氣擊穿，打開一條狹窄的通道強行放電，發(fā)出耀眼的強光，這就是閃電，而閃電通道道上的高溫會使空氣急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，這種強烈的沖擊波活動形成了雷聲。由于雷電釋放的能量相當(dāng)大，它所產(chǎn)生的強大電流、灼熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和強烈的電磁輻射等物理效應(yīng)給人們帶來了多種危害。2雷電的危害 廣西梧州市屬于雷雨多發(fā)地區(qū)，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，雷雨日每年大約為97.5天。今年進入雷雨季節(jié)以來，我局陸續(xù)發(fā)生過多起雷擊引起弱電設(shè)備損壞的事故。 三云變電站光纖設(shè)備數(shù)據(jù)板232接口損壞，連接此接口的disa系統(tǒng)保護管理機接口損壞。原因是光纖傳輸設(shè)備的電源直接使用220v的站用電，而沒有任何隔離設(shè)備，容易受到雷電波的沖擊。 某公司局域網(wǎng)交換機損壞2個接口，連接該公司局域網(wǎng)交換機的電業(yè)局交換機也損壞了一個接口;該公司設(shè)計室網(wǎng)絡(luò)集線器及多臺計算機的網(wǎng)卡損壞，與工程公司及輸配電中心共用的網(wǎng)絡(luò)集線器損壞。原因是連接這兩個公司的網(wǎng)絡(luò)線都在室外，線路較長，且無防雷措施，容易受到感應(yīng)雷電的干擾。 旺步變電站故障錄波系統(tǒng)由于雷擊電話線燒壞modem接口，然后導(dǎo)致錄波用的計算機主板及數(shù)據(jù)采樣板損壞。3雷電的分類雷電通常分為:直擊雷、感應(yīng)雷及浪涌三種。3.1直擊雷 直擊雷是指雷云直接對大地某點發(fā)生的強烈放電。它可以直接擊中設(shè)備，如電力線，電話線等。雷電流便沿著導(dǎo)線進入設(shè)備，從而造成損壞。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產(chǎn)生的高電位。雷電擊中人體、建筑物或設(shè)備時，強大的雷電流轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致人員傷亡、建筑物破壞,以及設(shè)備毀壞等。3.2感應(yīng)雷 感應(yīng)雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時，由于電磁感應(yīng)而在傳輸信號線路、埋地電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生感應(yīng)電壓，使連接在線路中電子設(shè)備遭到損害。感應(yīng)雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應(yīng)雷可分為以下兩類:3.2.1靜電感應(yīng)雷 帶有大量負電荷的雷云所產(chǎn)生的電場會在架空線路上感生出被電場束縛的正電荷。當(dāng)雷云對地放電或?qū)υ崎g放電時，云與大地間的電場消失（嚴(yán)格說是大大減弱），那么在線路上感應(yīng)出的這些被束縛的正電荷也就在一瞬間失去了束縛，電荷來不及立即流散，在電勢能的作用下，產(chǎn)生對地很高的靜電感應(yīng)過電壓，這些正電荷將沿著線路產(chǎn)生大電流沖擊，從而對電器設(shè)備產(chǎn)生不同程度的影響。3.2.2電磁感應(yīng)雷 雷擊發(fā)生在供電線路附近，或擊在避雷針上會產(chǎn)生強大的交變電磁場，此交變電磁場的能量將感應(yīng)于線路并終作用到設(shè)備上（由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內(nèi)部設(shè)備遭感應(yīng)雷危害的機會和程度一般來說是增加了），對用電設(shè)備造成危害。3.3浪涌 雷電浪涌是近年來由于微電子設(shè)備的不斷應(yīng)用而引起人們重視的一種雷電危害形式，同時其防護方式也不斷完善。常見的電子設(shè)備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發(fā)生時在電源和通訊線路中感應(yīng)的電流浪涌引起的。一方面由于電子設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)高度集成化，從而造成設(shè)備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應(yīng)雷及操作過電壓浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入微電子設(shè)備。我們就這電源浪涌和信號系統(tǒng)浪涌兩方面分別討論其對弱電設(shè)備的危害。3.3.1電源浪涌 電源浪涌并不僅源于雷擊，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障、投切大負荷時都會產(chǎn)生電源浪涌。電網(wǎng)綿延千里，不論是雷擊還是線路浪涌發(fā)生的幾率都很高。當(dāng)距你幾百公里的遠方發(fā)生了雷擊時，雷擊浪涌通過電網(wǎng)線路傳輸，經(jīng)過變電站等衰減，到你的微電子設(shè)備時可能仍然有上千伏，這個高壓很短只有幾十到幾百個微秒，或者不足以燒毀微電子設(shè)備，但是對于微電子設(shè)備內(nèi)部的半導(dǎo)體元件卻有很大的損害，隨著這些損害的加深微電子設(shè)備也逐漸變的越來越不穩(wěn)定，或有可能造成的重要數(shù)據(jù)的丟失。3.3.2信號系統(tǒng)浪涌 信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體（如傳輸線）受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況。4防雷技術(shù)中的五個環(huán)節(jié)雷電保護的整體概念《電網(wǎng)通信及自動化防雷接地技術(shù)規(guī)程》中指出:防雷技術(shù)措施必須同時包括接地、均壓、屏蔽、限幅、隔離五個環(huán)節(jié)。以下就這五個環(huán)節(jié)進行理論探討。4.1接地 電子設(shè)備的系統(tǒng)工作接地是為了使電子設(shè)備以及與之相連的儀器儀表均能可靠運行并保證測量和控制精度而設(shè)的接地。它分為邏輯接地、信號接地、保護接地、防雷接地、屏蔽接地、防靜電接地等。 在一個系統(tǒng)中安裝有大量的電子設(shè)備,這些設(shè)備分屬于不同的專系統(tǒng),由于這些設(shè)備工作頻率、抗干擾能力和功能等都不相同,對接地的要求也不同。在實際工程設(shè)計和施工中,電子設(shè)備的信號接地、邏輯接地、防靜電接地、屏蔽接地和保護接地,一般合用一個接地,其接地電阻不大于4ω;當(dāng)電子設(shè)備的接地與工頻交流接地、防雷接地合用一個接地時，其接地電阻不大于1ω。屏蔽接地如單獨設(shè)置,則接地電阻一般為300ω。對抗干擾能力差的設(shè)備,其接地應(yīng)與防雷接地分開,兩者相互距離宜在20m以內(nèi),對抗干擾能力較強的電子設(shè)備，兩者的距離可酌情減少,但不宜低于5m。當(dāng)電子設(shè)備接地和防雷接地采用共同接地裝置時,兩者避免雷擊時遭受反擊和保證設(shè)備安全，應(yīng)采用埋地鎧裝電纜供電。電纜屏蔽層必須接地,為避免產(chǎn)生干擾電流,對信號電纜和1mhz及以下低頻電纜應(yīng)一點接地;對1mhz以上電纜,為保證屏蔽層為地電位,應(yīng)采用多點接地。4.2均壓 沿通信設(shè)備機房屋頂?shù)乃闹芊笤O(shè)均壓帶，并用兩根以上的引下線與圍繞通信設(shè)備機房敷設(shè)在房外的水平閉合接地帶相連，房外的水平閉合接地帶與通信設(shè)備接地網(wǎng)之間至少有兩根以上連接。這樣做的目的，是使所引下的雷電流發(fā)散均勻，減少可能出現(xiàn)的感應(yīng)過電壓。4.3屏蔽 屏蔽防雷措施目的是阻擋空間電磁波感應(yīng)、過電壓以及磁場能量侵入被保護的通信設(shè)備，起到抑制、消除電磁場的干擾和危害。建筑通信機房時，房屋的六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng);進出機房的電力線、信號線如無屏蔽層，從室外引入前必須穿管埋地;架空音頻電纜的牽引鋼絲兩端應(yīng)進行接地，限度衰減從各種導(dǎo)線上引入雷電高電壓，以減少雷電電磁干擾。4.4限幅 對通信的交、直流電源引線和信號部分引線應(yīng)裝防雷器件以限制雷電幅值。 4.4.1電源防雷，根據(jù)機房建設(shè)的要求，配電系統(tǒng)電源防雷應(yīng)采用三級防護，由于避雷器生產(chǎn)廠家的設(shè)計思想各不相同，相應(yīng)其避雷器的性能特點也不盡一致。級保護產(chǎn)品一般安裝在建筑物輸入電源總配電室配電柜上，或樓內(nèi)單位輸入電源的主配電盤上。主要用于保護整幢建筑物用電設(shè)備或單位的主要用電設(shè)備。第二級保護主要安裝在機房配電柜上，保護機房內(nèi)ups機房空調(diào)、照明等用電設(shè)備。第三級保護主要安裝于各個計算機設(shè)備的電源配線端，用于保護終的設(shè)備。通過電源防雷的三級保護，可以消除從電源回路進入的各種電源浪涌的沖擊。 4.4.2信號系統(tǒng)防雷，信號系統(tǒng)浪涌電壓的主要來源是感應(yīng)雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。金屬物體（如傳輸線）受到這些干擾信號的影響，會使傳輸中的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，影響傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和傳輸速率。排除這些干擾將會改善網(wǎng)絡(luò)的傳輸狀況，信號系統(tǒng)的接口種類繁多，應(yīng)根據(jù)其不同的特點，選擇不同的防雷保安設(shè)備以限制進入設(shè)備接口信號幅值不超過設(shè)備安全運行值。4.5隔離 由自動化裝置構(gòu)成控制系統(tǒng)中必須妥善解決好接口信號的隔離，抑制傳輸過程中產(chǎn)生的各種干擾，才能使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。電源部分可以安裝交流電源隔離變壓器;對于數(shù)字輸入信號，大部分都利用光電隔離器，也有一些使用脈沖變壓器隔離和運算放大器隔離;對于數(shù)字輸出信號也是主要采用光電隔離器。對于模擬量輸入信號，可采用安裝音頻隔離變壓器、光隔離器等進行隔離。對于計算機網(wǎng)絡(luò)接口，可以采用專用的網(wǎng)絡(luò)防雷器，距離較遠時可采用光纖進行傳輸。5弱電設(shè)備防雷電的具體措施5.1變電站自動化系統(tǒng)設(shè)備的防雷 主要考慮在遠程通訊的232口、485口及音頻口加裝光電隔離器。各通訊口的屏蔽接地采用串接電容器再接地的方式，以防止雷電通過接地串入通訊網(wǎng)。5.2計算機設(shè)備的防雷 按規(guī)程要求改善機房的接地系統(tǒng)及屏蔽系統(tǒng)。各部門的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及交換機改用在線式的ups，并加裝浪涌電源保護器。網(wǎng)絡(luò)連接中，戶外連接線方式改為光纖傳輸方式，條件不允許的，可以在網(wǎng)絡(luò)線的兩端各加裝一個網(wǎng)絡(luò)防雷器。變電站故障錄波系統(tǒng)的電腦主機電源改以直流電源為主，交流電源為備用電源，錄波打印機電源采用直接使用交流站用電源。在交流電源上加裝浪涌電源保護器。錄波數(shù)據(jù)遠傳modem電話口可以加裝音頻隔離變壓器來防止雷擊。6結(jié)束語 雷電危害是有目共睹的，利用具體化措施我們有效地降低了雷害。只有采取正確、全面的防雷措施才是保證弱電設(shè)備安全可靠運行的關(guān)鍵。◎參考文獻《電網(wǎng)通信及自動化防雷接地技術(shù)規(guī)程》《高層建筑電氣設(shè)計手冊》《接地技術(shù)與接地裝置》作者簡介劉江洪:助理工程師，從事電力系統(tǒng)遠動,計算機維護調(diào)試工作。劉琛琨:助理工程師，從事電力系統(tǒng)遠動維護調(diào)試工作。 |
