浅谈电力系统自动化防雷措施

浅谈电力系统自动化防雷措施

发表时间：2018-05-14T15:56:18.500Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：李一兵

[导读] 摘要：电力系统容量在不断的增加，同时自动化水平也在不断的提高，电力系统普遍使用了一些计算机、RTU 和其他微电子设备来进行工作。

（国网山东龙口市供电公司山东龙口 265701）

摘要：电力系统容量在不断的增加，同时自动化水平也在不断的提高，电力系统普遍使用了一些计算机、RTU 和其他微电子设备来进行工作。但是在雷雨季节，一些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）等通常会因为受到雷击而受到损坏，直接和间接经济损失都是非常大的。虽然有些电力调度自动化系统使用了一些防雷措施，但是还是频繁的出现雷害事故，因此笔者针对上述问题进行一个综合的分析。

关键词：电力系统；自动化；防雷；措施

1 雷击产生的原因

雷击是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力。当雷电放电路径不经过防雷保护装置时，放电过程中产生强大的瞬变电磁场在附近的导体中感应到强大的电磁脉冲，称感应雷。感应雷可通过两种不同的感应方式侵入导体。

一种是在雷云中电荷积聚时，附近导体会感应相反的电荷，当雷击放电时，雷云中电荷迅速释放，而导体中的静电荷在失去雷云电场束缚后也会沿导体流动寻找释放通道，就会在电路中形成静电感应，其次是在雷云放电时，迅速变化的雷电流在其周围产生强大的瞬变电磁场，附近的导体中就会产生很高的感生电动势，在电路中形成电磁感应，感应雷沿导体传播，损坏电路中的设备或设备中的器件。

信息系统中系统接口多，线路长，给感应雷的产生、耦合和传播提供了良好环境，而信息系统设备随着科技的发展，集成度越来越高，抗过电压能力越来越差，极易受感应雷的袭击，并且损害的往往是集成度较高的系统核心器件，所以更不能掉以轻心，感应雷可以来自云中放电，也可以来自对地雷击。而信息系统与外界连接有各种长距离电缆可在更大范围内产生感应雷，并沿电缆传入信息系统。所以防感应雷是电力系统特别是微电子技术应用比较广泛的变电站综合自动化系统内，因而信息系统防雷是电力系统保证安全的重点。

2 电力系统雷击防护器的工作原理

电力系统目前的防雷器多采用两种工作方式：开路方式与短路方式。开路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时开路从而隔离设备，如隔离变压器、电感器、光隔离器类防雷器便是采用此种原理。短路方式是指在防雷器遇到瞬间过电压时对地短路使雷电流导入大地，从而保护电子设备。由于短路方式防雷器本身承受反压低，设备经济简单，所以应用比较广泛。其保护原理,短路方式防雷器多为一个或几个功能模块的组合，由于各个模块对雷击防护性能有一些区别，所以在选择避雷器时最好有所了解。其中抑制二极管及限流电阻模块可精密控压，但泄流较小；压敏电阻模块启动电压低、启动快，但同样泄流小，过载能力低；气体放电管模块泄流大，但启动电压较高。此外为防止较大过电压冲击。

3 微电子器件耐冲击水平与TVS管特性

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 × 104T 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。

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 管的正向特性与普通二级管相同，反向特性为典型的 PN 结雪崩器件。在瞬态脉冲电流的作用下，流过 TVS 管的电流，由原来的反向漏电流 ID 上升到 IR（25℃下，IR = 1mA ）时，其两极呈现的电压由额定反向关断电压Uoff 上升到击穿电压 UBR，TVS管被击穿。随着峰值脉冲电流的出现，流过TVS 管的电流达到峰值脉冲电流 Ipp，其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压 Uc 以下；其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS管两极电压不断下降，最后恢复到起始状态。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。

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 1～1.4）、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，是微电子设备过电压保护的首选器件。

4 接地电阻与屏蔽

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用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。

4.2 屏蔽

屏蔽是利用各种金属屏蔽体来阻挡和衰减施加在计算机等设备上的电磁干扰或过电压所产生的巨大能量。对计算机系统来说具体可分为建筑物屏蔽、设备屏蔽和各种线缆包含管道的屏蔽。建筑物的屏蔽可利用建筑物钢筋、金属构架、金属门窗、地板等均相互焊接或可靠连接在一起，形成一个法拉第笼保护，并通过接地网可靠的电气连结，形成初级屏蔽网。设备的屏蔽应该对计算机设备耐电压能力进行严格且严密的调查，按IEC划分的防雷区（LPZ）施行多级屏蔽。在此强调二点注意事项。其一是屏蔽管线的接地，一般要求入户线采用地下电缆入户，其电缆金属护层，在前后两端做良好接地。测量结果表明，电线电缆屏蔽层一端接地时可将高频干扰电压降低一个数量级，两端接地时可降低两个数量级。其二是使用金属丝编制网屏蔽电缆，因其重量轻，使用方便而被广泛应用，但是在电磁波频率较高时，其波