4.1.2感應雷擊的入侵途徑有以下幾種
變電站的避雷針的二次感應產(chǎn)生的雷擊效應,產(chǎn)生的雷電電流經(jīng)過避雷針導地時感應到市內(nèi)的傳輸線上。對于老式的通訊設備來講,它們的構造大都是由電子管、晶體管向集成電路過渡的。由于電子管、晶體管等相對對立,因而耐沖擊能力較強,因此二次雷擊效應對電子管、晶體管通訊設備不會造成太大損害。對于集成化程度較高的微電子設備,其耐沖擊能力差,受雷擊更易使微電子設備受到損壞。
通過電源線、信號線或天線饋線引入的感應雷擊通過電磁感應耦合到各類傳輸線而破壞設備。電源線引入感應雷擊。變電站內(nèi)設置的微波通信基站的供電線路大多采用架空明線。試驗表明,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。為了擴大信號覆蓋范圍,就要盡可能地增加天線架設高度(65m以上的鐵塔約占50%)。但是,在提高信號覆蓋范圍的同時,也增加了鐵塔引雷的概率。
4.2外部防護:外部防護是指對安裝弱電設備的建筑物本體的安全防護,可采用避雷針、分流、屏蔽網(wǎng)、均衡電位、接地等措施,這種防護措施比較常見,相對來說比較完善弱電設備的外部防護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候盡量將雷電流分流,避免造成過電壓危害設備;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,如果建筑物中的設備是低壓電子邏輯系統(tǒng)、遙控、小功率信號電路的電器,則需要加裝專門的屏蔽網(wǎng),在整個屋面組成不大于5m-5m,6m-4m的網(wǎng)格,所有均壓環(huán)采用避雷帶等電位連接;第四是建筑物各點的電位均衡,避免由于電位差危害設備;第五是保障建筑物有良好的接地,降低雷擊建筑物時接點電位損壞設備。
4.2.1電力系統(tǒng)綜合自動化變電站的局域網(wǎng)的安全防雷保護從機房到各保護裝置的通信線,如果采用架空線路,則易受到雷擊,應在進機房前改為埋地電纜,電纜長度應大于50m,其金屬外護層應在兩端分別與機房地網(wǎng)連接,采用非金屬護套電纜時,應穿金屬管埋地,至少金屬管兩端同樣應接地,金屬管全長應保持電氣連接。
4.2.2 電力系統(tǒng)綜合自動化變電站監(jiān)控機房及通信機房的安全屏蔽措施
屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在計算機等設備上的電磁干擾或過電壓所產(chǎn)生的巨大能量。對計算機系統(tǒng)來說具體可分為建筑物屏蔽、設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,形成一個法拉第籠保護,并通過接地網(wǎng)可靠的電氣連結,形成初級屏蔽網(wǎng)。設備的屏蔽應該對計算機設備耐電壓能力進行嚴格且嚴密的調查,按IEC劃分的防雷區(qū)(LPZ)施行多級屏蔽。屏蔽的效果首先取決于初級屏蔽網(wǎng)的衰減程度,其次取決于屏蔽層厚度,厚度最科學的標準為接近電磁波的波長,使電磁波在到達機房內(nèi)部時消減到最小程度,材料為密度大而且可靠程度高的網(wǎng)孔密度屏蔽材料,但以上必須按信號頻率而定,低頻時采用高導磁材料,高頻時采用銅材,鉛材為宜。特別注意的是在雷雨天氣里,屏蔽中要注意對各種“洞”的密封,除門窗外,重點對入戶的金屬管道、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)、金屬軟導管、硬導管、棧橋均可用于屏蔽線纜。在此強調二點注意事項。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,其電纜金屬護層,在前后兩端做良好接地。測量結果表明,電線電纜屏蔽層一端接地時可將高頻干擾電壓降低一個數(shù)量級,兩端接地時可降低兩個數(shù)量級。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用,但是在電磁波頻率較高時,其波長接近編織層網(wǎng)孔尺寸時,波的透入增 加,因此,最好再穿一層金屬管。
4.3電力系統(tǒng)二次保護系統(tǒng)的等電位連接是安全防雷的重要措施
等電位連接是IEC標準中指出內(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設備的危害。所謂等電位連接就是用連接導線或過電壓電涌保護器,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架、金屬裝置、外來導線、電氣裝置、電信裝置等連接起來,形成一個等電位連接網(wǎng)絡,以實現(xiàn)均壓等電位。
4.4 變電站實施等電位連接的浪涌保護器,IEC標準將需要保護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的嚴重程度和指明各區(qū)交界處等電位連接點的位置。以往的規(guī)程要求電子設備單獨接地,這種接地稱為直流工作地或信號地、邏輯地,它實質上是高頻信號的接地。單獨信號地的目的是為了防止地網(wǎng)中雜散電流或暫態(tài)電流干擾設備的正常工作,有時也過分強調要求接地電阻的低值。
4.5 儀器儀表雷擊的防護:防范電子設備不受雷擊,首先應保證設備所處的建筑物有完善的避雷設施,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)。其次由于電子設備工作電壓低,抵抗過壓能力弱,所以必須重點考慮防范感應雷擊。目前感應雷擊的防護主要采用感應雷擊防護器,或對可能感應到雷擊的導線加以屏蔽,一般雷擊侵入途徑是由電源線或信號線入侵,因此雷擊防護就是要在雷電的進入端將其瀉放到大地,從而保護設備。同時還有一種情況感應到雷擊,就是避雷裝置引下線與儀器設備的電源線或信號線相距太近且平行而通過電磁感應引發(fā)雷擊,此種雷擊的避免則應通過合理布線來解決,即在有關儀器儀表布線時按標準進行合理的綜合布線。在此方面,根據(jù)筆者經(jīng)驗,對于儀器儀表的感應雷擊防護,若設備所處環(huán)境存在雷擊可能,則應給予全面保護,否則往往就有漏保的可能。除了一般注重電源線的防護外,特別不能忽視信號線防雷,對于裝設于戶外的電子設備或線路,必須對有關線路采取兩端保護或多點保護方式。對于重要線路,如有可能盡量采用穿金屬管埋地方式敷設,以形成線路屏蔽,減少感應雷擊。
5電力系統(tǒng)雷擊防護器的工作原理
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電壓時開路從而隔離設備,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電壓時對地短路使雷電流導入大地,從而保護電子設備。由于短路方式防雷器本身承受反壓低,設備經(jīng)濟簡單,所以應用比較廣泛。其保護原理(見圖一),短路方式防雷器多為一個或幾個功能模塊的組合,由于各個模塊對雷擊防護性能有一些區(qū)別,所以在選擇避雷器時最好有所了解。其中抑制二極管及限流電阻模塊可精密控壓,但泄流較??;壓敏電阻模塊啟動電壓低、啟動快,但同樣泄流小,過載能力低;氣體放電管模塊泄流大,但啟動電壓較高。此外為防止較大過電壓沖擊。
6新形勢下的現(xiàn)代防雷技術及改革
現(xiàn)行過電壓保護規(guī)范GBJ64-83和電力行標準DL/T620-1997,對高壓電力裝置的防雷保護規(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,實際使用以碳化硅避雷器為主”。其保護模式是系統(tǒng)中保護間隙或管型避雷器、閥型避雷器并用,其技術水平是只注重雷電幅值限壓保護,存在防雷保護功能不完全,保護性能不完善等缺點,防雷技術水平落后。我們必須認識:改革、發(fā)展、進步是新世紀時代科學技術發(fā)展趨向,現(xiàn)行防雷技術有必要技術改革,新的防雷技術應體現(xiàn)“在防雷器件中,淘汰落后,推廣科學合理,技術先進,普遍推廣使用串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器”,防雷技術改革的核心問題是推廣先進技術,只有使用先進、科學合理的防雷電器,才能將電力系統(tǒng)的安全防雷作好,使系統(tǒng)的設備在更為安全可靠的環(huán)境下更加經(jīng)濟有效的工作。提高防雷技術水平的具體的技術要求一般應同時具有以下要求或特征:
(1) 具有完全的防雷功能,即對雷電陡波和雷電幅值同樣有限壓保護作用;
(2) 防雷保護作用不會造成電力網(wǎng)接地故障或相間短路故障,是保證電力網(wǎng)正常、安全運行的重要要求;
(3) 防雷保護作用不應有短路電流或工頻續(xù)流等工頻能源浪費;
(4) 動作特性應具有長期運行穩(wěn)定性,免受暫態(tài)過電壓危害;
(5) 應具有連續(xù)雷電沖擊保護能力;
(6) 應有較小的外形尺寸,小型化輕量化更便于室內(nèi)手車柜使用。
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