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电力调度自动化系统雷电入侵途径及防雷措施解析

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。这些微电子器件的工作电压仅几伏,传递信息的电流小至微安级,极易受雷电流产生的瞬变电磁场干扰,甚至损坏。而微电子器件中TTL数字电路的抗冲击能力最弱,10V、30ns脉宽的冲击电压就可使TTL电路损坏。

1、雷电流入侵途径。

雷电可以通过电磁感应、沿电力线和通信线等侵入微电子系统。约有25%的雷电流会通过电力线侵入,约有5%的雷电流会通过通信电缆侵入,约有50%的雷电流会通过接地系统分流,约有20%的雷电流会通过水管、天然气管分流人地,当然这些金属管必须接地良好。

2、主要防雷措施。

①尽量降低侵入电源的过电压。在电力线上分区加装避雷器,通过多级避雷措施后可将侵入设备的残压限制到一个合理水平。如在变压器低压侧加装通流容量大于40kA的三相电源避雷箱,在进入机房的配电柜处加装中等容量的三相电源避雷箱,最后在计算机等网络设备处就近加装单相电源避雷箱。所有的避雷器都最好加装在防雷区的交界处,并应就近与该区等电位接地排相连。

对于电源,具体防雷方法可采用四级保护。第一级用三极气体放电管将大的雷电流限制到后续保护系统可允许的范围;第二级用限流模块;第三极用压敏电阻;第四级用TVS管(即瞬态电压抑制器),使输出的钳位电压达到规定的要求。利用上述四级保护后,UPS或被保护电源一般不会因雷击而损坏。

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),钳位电压较易控制(钳位电压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,是微电子设备过电压保护的首选器件。

②在信息传输线上采取防雷措施。信息传输线的雷电防护原理与电源线是基本相同的,只不过通过信息传输线的雷电流和工作电流均较小,这样放电器、耦合阻抗的体积都较小,可以在一个避雷器内实现多级防雷措施。另外无线传输网络的天线工作在变电房区,电磁环境恶劣,应加装天线避雷器。目前避雷器的动作电压为7~220V。

③采取合理的接地网和屏蔽。应尽量利用建筑物的钢筋框架形成环形接地网,以减小雷电电磁干扰,同时能有效地分流雷电流,减轻线路避雷器的负担。如果配电房距机房不足30m,应将配电房的地网与机房地网相连。所有从室外进入的金属导体(包括水管、气管、电缆屏蔽层)应在进人防雷区的交界处就近直接接地,不能直接接地的导体(如电力线、传输线等)应通过避雷器接地,电力、通信电缆应穿金属管并埋地(大于0.6m)进入机房,穿管埋地的距离应大于10m。金属管两端应良好接地。室内设备的金属部分应可靠接地,所有的接地必须接在同一个接地基准点(即汇流排或均压环)上,以保证室内设备不会因为地电位升高而产生电位差。

接地装置的接地电阻越小,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值,其具体要求如下:

通信调度楼,接地电阻为1~5Ω;通信站(楼),5~10Ω;独立避雷针,10~30Ω;配电变压器,小于100kVA时为10Ω,大于或等于100kVA时为4Ω。以上低数值为一般土壤的要求,高数值为高土壤电阻率土壤的要求。

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