电力系统如何能做到防雷电与防浪涌

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第一部分：低压供电系统的防雷防浪涌保护

　　雷电放电可能发生在云层之间或云层内部，或云层对地之间；雷云放电对供电系统（我国为 AC 50Hz 220/380V）和用电设备的影响越来越明显。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10KA---100KA范围内，其持续时间一般小于100微秒。雷闪可能以两种途径作用在低压供电系统上：

　　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。

　　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强度的电流和电压。

　　供电系统内部由于大容量设备和变频设备的使用，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。特别是对一些敏感的微电子设备，有时很小的浪涌冲击就可能造成致命的损坏。供电系统浪涌电压的来源分别来自外部和内部：

　　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。特别会给计算机、通讯系统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。比如核电站、医疗系统、大型工厂自动化系统、证券交易系统、电信局用交换机、网络枢纽等。 直接雷击会造成最严重的后果，尤其是如果雷击击中*近用户进线的架空输电线路时，架空输电线路电压将上升到几十万伏特，将引起绝缘闪络。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，电力设施每年可能有好几次遭受雷电直击事件引起严重雷电电流。而对于采用地下电力电缆供电或在雷电活动不频繁的地区，上述事件是很少发生的。而间接雷击和内部浪涌发生的概率较高，绝大部分与用电设备损坏有关。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。 供电系统的浪涌保护 对于低压供电系统，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。

　　第一级防护：在用户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成为限制电压）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*它们还不能完全保护供电系统内部的敏感用电设备。

　　第二级防护 ：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对于通过了用户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。一般的用户供电系统作到第二级保护就可以达到用电设备运行的要求了（参见UL1449-C2的有关条款）。

　　第三级防护： 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过电压。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。同时它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。

第二部分：电力信息系统的计算机及相关设备和数据资料的雷击电磁脉冲防护

　　我国电力系统的信息化程度很高，电力的生产、指挥、调度等已完全实现了计算机智能管理，电力系统的管理也在多年前就开始推广无纸办公，但正因为这些微电子设备的大量应用，雷电灾害对电力指挥管理系统的破坏程度较前也加大了。

　　雷电是大气层中常见的强电磁干扰源，为了更好地防御雷击电磁脉冲，不但要正确选择机房位置，还应采取有效的等电位连接、屏蔽及过压保护等措施。

　　一是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有有钢筋层的外墙，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。

　　二是机房内设备摆放的位置，由于雷电流有极大的峰值和陡度，在它周围的空间会出现很强的瞬变电磁场，处在电磁场中的导体会感应出较大的电动势。所以在机房内布置设备时，也应与外墙立柱保持一定的距离。

　　三是等电位连接技术，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，以减小雷电流流过时各金属器件之间的电位差。

　　四是屏蔽措施，将建筑物的金属构架、门窗、地板等相互焊（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，其金属屏蔽层要在两端做良好接地。

　　五是雷电过电压的保护，当雷电击中电网或在电网附近发生时，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*近被保护设备，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。

　　计算机的雷害是多方面的，只有采取综合防雷保护措施，才能有效防止雷击对计算机设备的损坏。

第三部分：关于农电的防雷

　　1 前言

　　随着电力系统容量的增加和自动化水平的不断提高，农电系统的众多县级电力局已使用了相当数量的计算机、 RTU 和其他微电子设备。一些微电子器件工作电压仅几伏，传递信息电流小至微安级，对外界的干扰极其敏感，而雷电流产生的瞬变电磁场对微电子设备的干扰和损害就更为严重。在雷雨季节，有的县电力局调度大楼和电力局所属自动化显示系统、通信联络系统 (Modem 、载波机、程控交换机等 ) 等常常损坏，造成较大的直接和间接经济损失。尽管有些电力调度自动化系统采取了一定的防雷措施，由于不尽完善，仍会出现雷害事故。

　　2 微电子器件耐冲击水平

　　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；雷电流产生的磁场可使微电子器件误动作，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作。

　　3 电压与 UPS 过电压保护

　　雷电感应或沿电源线进入室内的雷电侵入波会使电源电压急骤升高，从而导致 UPS 及后接设备损坏。有些 UPS 中尽管装有压敏电阻，但还是很难保护自身及后接微电子设备。 对电源，可*有效的防雷方法是采用三级保护，每级采用相应的电源避雷器，使输出的箝位电压达到规定的要求。

　　4 载波机过电压保护

　　载波机遇雷击易损坏的部分通常为电源盘、用户话路盘及高频电路盘。高频电路盘上通常装有放电管，具有一定的耐雷水平；电源部分可采用上述电源过电压保护方式；用户话路盘由于铃流电压与通话电压不一致需要在保护装置设计上精心考虑，使之在两种不同电压下均能有效地保护用户话路部分。最好的办法是将保护器件置于载波机内，考虑到实际情况，外置保护模块应设计考虑得周全一些。

　　为取得好的效果，用户话路盘、程控交换机通信线、 Modem 及信号线的过电压保护应采用四级保护。过电压保护器最好能同时具有保护模块失效自动报警、过电压次数自动记录、停电后记录的过电压次数不丢失等功能。

　　5 接地与屏蔽

　　5.1 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。

　　5.2 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钢管并水平埋地 10m 以上，钢管两端应良好接地。若在室外人口端将电力线与钢管间加接压敏电阻，防雷效果会更好。

　　6 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端口、 Modem 等应装设过电压保护器；当 RTU 等装置离显示屏较远时应装信号线过电压保护器。

　　7 结论

　　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县级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成倍提高。