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電力通信自動化系統的防雷措施與接地保護探析

發布時間:2012-05-24 08:18所屬分類:電力瀏覽:1加入收藏

隨著我國電力建設的不斷發展,對通信自動化的安全要求也不斷提高。由于氣候原因,我國大部分地區都存在雷雨季節,雷電對電力通信造成了極大的危害

  1 雷電對通信自動化系統的危害

  雷電具有雷電流幅值大(可達數十千安至數百千安)、雷電流陡度大(可達50 kA/μs)、沖擊性強、沖擊過電壓高(可達數百千安至數千千安)的特點。其特點與其破壞性有緊密的關系。雷電有電性質、熱性質、機械性質等多方面的破壞作用,均可能帶來火災和爆炸、觸電、毀壞設備和設施、大規模停電等極為嚴重的后果。雷電分為直擊雷、感應雷和球形雷 3 類。雷電對通信自動化系統的危害如下:

  1.1 直擊雷的危害。直擊雷是帶電積云接近地面至一定程度時,與地面目標之間的強烈放電。直擊雷的每次放電含有先導放電、主放電、余光三個階段。大約50%的直擊雷有重復放電特征。每次雷擊有三、四個沖擊至數十個沖擊。直擊雷擊中建筑、通信自動化設備、通信光(電)纜、信號線和操作人員,可能會造成建筑損毀、設備損壞、人員傷亡和電氣短路引起火災等嚴重后果。

  1.2 感應雷的危害。感應雷是由直擊雷引起的,感應雷也稱作雷電感應,分為靜電感應雷和電磁感應雷。感應雷產生于導體中并沿導體傳播,與導體相連的設備或設備中的某些器件都會遭遇損壞(這些設備或器件的耐沖擊水平較低)。通信自動化設備中有大量的集成電路通過金屬導線相連,并且通信自動化機房也通過電力電纜和各種通信傳輸電纜以及信號線與外界相連, 這就為感應雷的侵入提供了良好的條件;加上設備中采用了大量高集成度的微電子電路,其耐沖擊水平較低,容易被感應雷損壞,產生各種各樣的設備故障,如接口板損壞、內部通信口的損壞、整流模塊的損壞等;有時感應雷引起故障甚至讓我們很難與雷電聯系在一起,但卻是由雷電引起的。感應雷形成的破壞雖然不及直擊雷大,但其損害的往往是通信自動化設備的核心器件,給設備正常運行帶來障礙。

  1.3球雷的危害。球雷是雷電放電時形成的發紅光,橙光、白光或其他顏色光的火球。從電學角度考慮,球雷應當是一團處在特殊狀態下的帶電氣體。它只要遇到物體就會爆炸,同樣通信自動化設備是要粘上球星雷,必定遭到嚴重的損壞。

  2 通信自動化設施的防雷

  2.1 電源系統

  通信自動化電源系統一般包括一下幾個單元:交流配電、直流配電、整流模塊、監控模塊等。雷擊設備的主要途徑如圖 1 所示。雷電主要入侵途徑包括:變壓器高壓側輸電線路遭直擊雷,雷電流經“變壓器-380V 供電線”,最后竄入計算機、電能表以及綜合自動化設備;220/380 V 供電線路遭直擊雷或感應雷,雷電流竄入計算機、電能表以及綜合自動化設備;雷電流通過其它交、直流負載或線路竄入計算機、電能表以及綜合自動化設備。

  圖 1 雷擊設備的主要途徑

  根據 IEC 提出的 DBSG 技術和雷電防護區域的劃分以及當地的雷暴日和雷暴強度來看,通信自動化電源系統感應雷電過電壓的防護可以按四級進行分流保護。一、二級防雷器一般采用具有較大通流量的防雷器,可以將較大的雷電流泄放入地,達到限流目的,同時將過電壓減小到一定程度;三、四級防雷器采用具有較低殘壓的防雷器,可以將線路中剩余的雷電量泄放入地,達到限壓效果,使過壓減小到設備能承受的水平。

  根據通信局站的環境和運行特點,防雷器應選用限壓型或組合型防雷器;開關型防雷器由于殘壓高、相應時間慢等缺點不適合于變電站內部調度通信系統防護。兩級防雷器的安裝位置分別在通信機房總配電屏和 UPS、直流開關電源配電屏的位置上。通流容量選擇根據國家標準GB5034322004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》進行確定,同時也可以根據當地雷暴強度和發生損壞歷史,適當提高防雷器的通流容量。

  2.2 通信自動化機房建筑物防雷接地與接地網

  2.2.1 接地網與接地電阻

  1)通信自動化系統地網的接地電阻值應達到規程要求,否則應擴大地網面積。

  2)在同一站內地網(包括鐵塔,建筑物等)必須改造成聯合接地網,站內其它金屬設施均應與地網就近連通,達到均壓等電位的目的,即工作地線、保護地線、防雷地線應按均壓等電位的原理共用一個地網。

  2.2.2 建筑物樓頂與雷電流引下線的要求

  1)建筑物樓頂上的標志燈、節日彩燈、空調附屬設備等設施,其金屬框架、電源線的金屬護層上、下端均應與頂女兒墻上的避雷帶連接焊牢,且焊點做防腐處理。大樓的避雷帶設于女兒墻上,每隔 5~10m 與暗裝避雷網連接一次并焊牢,暴露在空氣中的焊點一律做防腐處理。樓頂設有微波天線,應在其上設置避雷針,其引下線應就近在兩個相對方向上與暗裝避雷網連接焊牢。有塔樓的應在塔樓上裝置避雷針,利用塔樓柱內的兩根主鋼筋作為引下線并與暗裝避雷網連接焊牢。

  2)雷電流引下線由樓頂開始,引至大樓環形接地體上形成一個籠形結構,大樓底層均壓網宜與大樓周圍的環形地體每 5~10m 用鍍鋅扁鋼連接一次并焊牢,焊點應作防腐處理。

  3)鐵塔的雷電流引下線應采用扁鋼或銅排焊接連通,直接引入聯合接地體。

  4)避雷針。應采用符合國家標準 GB5005721994《建筑物防雷設計規范》的接閃器即常規型避雷針, 慎用其它非常規避雷針或消雷器。

  5)接地體。垂直接地體長度宜為 1.5~2.5m,垂直接地體間距為其自身長度的 1.5~2 倍。接地體之間所有焊接點,除澆鑄在混凝土中的以外,均應進行防腐處理。接地體的上端距地面不宜小于 0.7m。

  6)接地線和接地引線。接地線宜短、直,截面積為 35~95mm2,材料為多股銅線。接地引入線長度不宜超過 30m, 其材料為截面積不小于 40×4mm2的鍍鋅扁鋼或不小于 95mm2的多股銅線。接地引線由地網從兩個方向就近引出與機房接地匯集線接通,避免從雷電流引下線附近引出。

  7)接地匯集線。接地匯集線一般設計成環形或排狀,材料為銅材,截面積應不小于 120mm2,也可采用鍍鋅扁鋼。

  2.2.3 設施的等電位連接與接地

  1)機房內走線架,吊掛鐵架,機架過機殼,金屬通風管道,金屬門窗等均應做等電位連接和接地。

  2)設備的接地引入線從接地匯流排上就近引入。

  3)變壓器的中性點,外殼和避雷器的接地端及纜線金屬護套應就近

  接地。

  2.3 微波鐵塔及天饋線

  2.3.1 微波天線:微波天線應在避雷針保護范圍內。

  2.3.2 鐵塔避雷針的雷電流引下線:引入鐵塔避雷針的雷電流引下線一律采用扁鋼或銅排焊接連通,直接接地網。

  2.3.3 天饋線:天饋線應在鐵塔上部,下部或經走線架進機房入口處就近接地,在機房入口的接地應就近與地網引出的接地線妥善連通。當鐵塔高度大于 60m 時,饋線的金屬外護層還應在鐵塔中部增加一處接地。

  2.3.4 鐵塔地網與機房地網:鐵塔地網與機房地網,須兩點以上用扁鋼與機房地網連接。

  2.3.5 鐵塔標志燈:標志燈電源線應采用具有金屬外護層的電纜,電纜的金屬外護層應在塔頂及機房入口處外側就近接地。塔燈控制線及電源線的每根相線均應在機房入口處分別對地加裝避雷器,零線應直接接地。

  2.3.6 機房電纜引入線:由機房屋頂進入機房的纜線,應采用具有金屬護層的電纜,其金屬護層在進入機房入口處,就近與屋頂女兒墻上的避雷帶焊接連通,電纜內芯線應一一就近對地加裝避雷器。

  2.4 通信光(電)纜線路

  2.4.1 工程勘測時注意地區氣候情況, 避開雷雨天氣多和經常雷擊的地方,避開向陽坡和臨江側的山坡。

  2.4.2 使用具有一定防雷功能的光(電)纜。

  2.4.3 做好直埋光纜的防強電、防雷電措施。有關方面曾研究提出兩種不同的防護措施:第一種防護措施,是在光纜接頭處將纜內金屬構件在接頭處前后斷開,不作電氣連接和接地處理,且在直埋光纜的上方設置屏蔽線;第二種防護措施,是在光纜接頭處將纜內金屬構件作電氣連通,并作接地處理,在直埋光纜的上方不設屏蔽線。對這兩種防護措施雖然有爭議,但資料表明這兩種防護措施都很有效。由于我國山地較多,埋設一組合格的地線十分困難,采用第一種防護措施,光纜接頭處不接地,可以減少很多接地裝置,從而大大減少工程費用和維護工作量。

  2.4.4 架空光(電)纜。需要對鋼絞線進行接地處理,架空電纜金屬護套及其鋼絞線應每隔 200m 左右接地一次,長距離的(超過 1km)桿路應該每公里做電氣隔斷,并作鋼絞線的接地。用金屬加強芯的最好每個接頭盒處將金屬加強芯斷開電氣連接,防止電力線斷后搭在光纜上,導致整個中繼段光纜全部被燒。

  2.4.5 光纜終端在機房 ODF 配線架時,金屬加強芯要求防雷接地。

  3 結語

  通信自動化在我國的電力建設事業中扮演著重要的角色,關系著我國的民生。如何科學建設和維護通信自動化,是每一個電力工作者的職責。經過電力通信自動化工作者日常的精心維護,通信自動化防雷系統得到了進一步完善,通信設備抗雷擊和防過電壓水平有了明顯提高。總之,在日常工作中,只有認真仔細全方位的考慮和分析各種雷擊因素,采取及時有效的防雷措施,才能有效的降低通信自動化系統設備被雷擊的可能,使雷電損害降到最低。


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