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高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導(dǎo)到其他地方和室內(nèi)造成破壞的雷害現(xiàn)象。這種雷害現(xiàn)象占雷害的絕大部分,所以按《建筑物防雷規(guī)范》的規(guī)定,凡是有用電設(shè)備的建筑物都要考慮防高電壓引入的措施。
高電壓引入的高電壓源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導(dǎo)線,讓高壓雷電以波的形式沿著導(dǎo)線兩邊傳播而引入室內(nèi);第二種是來自感應(yīng)雷的高電壓脈沖,即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng).它們在各種電線中感生幾千伏到幾十千伏的高電位,以波的形式沿著導(dǎo)線傳播而引入室內(nèi)的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地,因其通過地網(wǎng)入地時,在地網(wǎng)上會發(fā)生數(shù)十千伏至數(shù)百千伏的高電位.這種高電位通過電力系統(tǒng)的零線、保安接地線和通系統(tǒng)的地線,也是以波的形式傳人室內(nèi),并沿著導(dǎo)線傳播到遠處,殃及更大的范圍。
高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關(guān)心的問題。由直擊雷直接擊中電力線,線等金屬導(dǎo)線時,雖然直接被擊中點的電位與雷云的電位相等.即具有數(shù)百萬伏至數(shù)千萬伏甚至更高的電位。但是當雷電流沿著導(dǎo)線向兩邊傳播的時候,高電壓每經(jīng)過一根電線桿,電桿上的瓷瓶就會對地發(fā)生閃絡(luò).這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡(luò)電壓,這電壓一般只有30~40kV.一般低壓架空線的波限抗為300~600歐姆。假設(shè)線路的波阻抗為500歐姆,那么它在終端入地的電流為40000/500=80A,所以只要距離雷擊點有3桿以上(即I000m以上),其終端入地電流峰值不會大于20OA,但是,如果雷擊點很近.在三根電桿之內(nèi),入地峰值電流可能達到10 kA以上。由感應(yīng)雷引起的高壓源。理論上也可以達到100 kV,但是它的實際電壓和電流值不可能大于上面所講的直擊雷高壓源的數(shù)值。
第三種高壓源是指直擊雷直接擊中大樓或附近時所形成的高壓源。這時,高壓源的電壓由沖擊電流峰值和地網(wǎng)的沖擊接地電阻決定。根據(jù)資料報道.按50%概率統(tǒng)計.直擊雷的峰值電流為30 kA,如果接地網(wǎng)接地電阻以4歐姆計,則接地網(wǎng)接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV,即達到120000V。也就是說,零線與相線間的電壓有120000V(以上都是以低壓電網(wǎng)和通架空電線計)。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通設(shè)備都是無法承受的。
由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設(shè)備多的,所以對高壓雷電引人的設(shè)備必須予以足夠重視,在工程上往往要根據(jù)設(shè)備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設(shè)防。其中級設(shè)防,往往是把高電壓雷電脈沖的幅值降低,其辦法有下列三種。1. 輸電網(wǎng)金具接地法
如果電源輸入是明線輸入,應(yīng)把入室前三根電桿的線碼鐵腳用金屬線引下接地,以便降低閃擊電壓。并且進房屋前后一根電桿的零線(或接地系統(tǒng)的地線)重復(fù)接地,接地電限不應(yīng)大于10歐姆(見圖1)。并在相線與地之間留有2 mm的空氣間隙,把從相線引來的過電壓降下來,可能的悄況下,進戶線應(yīng)盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進線。在雷電高發(fā)區(qū),房尾前為開闊地,或房子內(nèi)有精密電子設(shè)備和電子計算機的情況更應(yīng)該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應(yīng)小于15m。并要求從架空線轉(zhuǎn)電纜的進線端,和電纜入屋的輸出端,都接避雷器。避雷器的接地端、電纜的金屬屏蔽層、鋼管都必須接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進人鋼筋水泥大樓后,仍必須與從大樓、梁、柱內(nèi)引出的一條主鋼筋作電氣連接,無鋼筋連接的建筑物應(yīng)做接地極,把零線重復(fù)接地。
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圖1 接零系統(tǒng)在架空線路上零線重復(fù)接地做法圖
當雷電波到達電纜首端(輸人端)時,避雷器被擊穿,電纜外皮導(dǎo)體與電纜芯接通。一部分雷電流經(jīng)電纜首端接地電阻入地;另一部分雷電流流經(jīng)電纜芯。由于雷電流高頻諧波相當豐富.產(chǎn)生集膚效應(yīng),流經(jīng)電纜芯的電流被排擠到外皮導(dǎo)體去。同時,流經(jīng)外皮導(dǎo)體的電流在芯中產(chǎn)生感生反電勢.使流經(jīng)電纜芯的雷電流就被抑制到很小。2. 相線與地線間并聯(lián)電容器法
架空電線引入的地方裝設(shè)保護電容器對感應(yīng)雷有良好的保護效果,但對直擊雷則無能為力,原因是直擊雷能量太大.電容器承受不了。裝設(shè)保護電容器能對感應(yīng)雷高電壓引入起到良好保護作用的原因是;
當天空出現(xiàn)雷云的時候,地面即感應(yīng)出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應(yīng)到與地面大致密度相同的電荷.設(shè)其電量為Q。當閃擊使雷云與大地之間的電荷迅速中和而使雷云與大地之間的電場,由于架空線與大地之間有較大的電阻而不能及時使它上面的電荷,這就使架空線與大地之間形成感應(yīng)高電壓,該電壓為
V感=Q/C
式中:
C-架空線對大地之間的電容,該電容很小,通常只有百分之幾法;
Q-導(dǎo)線與大地間存儲的電荷。
如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個電容器,即使只有很小.也可以使架空線路的引入高電壓降低到原來的幾十分之一。
如果接人電容的容量再大些,感應(yīng)電壓將可以降到更低。
在架空電線裝電容器防止感應(yīng)雷的優(yōu)點是時間響應(yīng)為零,因為電容的瞬變電流是超前于電壓的;其次是使雷電壓波形變鈍.鈍波形比尖波形危害要小.并聯(lián)電容器對直擊雷無能為力,但將電容器與保護間隙合并使用會得到更好的效果。因為放電間隙電流通流容量很大,從幾千安到幾十千安。但它有時間滯后,它們并聯(lián)使用互補其短.對防止高電壓引人能起到很好的作用。架空電線引入和電纜輸入、輸出端接口也可以用氧化鋅避雷器來防止高電壓引入。它的時間響應(yīng)小于50ns。當采用電容器與其他器件并聯(lián)避雷時,電容器的耐受電壓應(yīng)高于所并聯(lián)器件的殘壓。3.變壓器隔離法
在電源線和號傳輸線上裝變壓器可以對雷電高電壓引入起很有效的限制作用.當強大的雷電波輸入變壓器時,由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍,使得激勵的磁感應(yīng)強度遠遠大于鐵芯允許通過的大磁感應(yīng)強度,因而變壓器鐵芯飽和,變壓器的磁-電變換暫時失效,雷電高電壓不能傳輸?shù)阶儔浩鞯母边?從而保護了用電設(shè)備。所以,凡是裝了變壓器的電子儀器比未裝變壓器的電子器被雷擊損壞的概率小得多。
雷電或過電壓侵入通設(shè)備的途徑
通網(wǎng)近幾年通設(shè)備遭雷擊損壞情況看,通電源、波通設(shè)備收發(fā)機、通設(shè)備用戶電路或接口電路損壞情況占絕大多數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果表明,雷電或過電壓侵入通設(shè)備的途徑不外乎有以下幾種:
1 雷電直擊或在附近閃擊輸配電線路,雷電波沿電力線侵入機房電源設(shè)備,損壞電源開關(guān)、保險及整流變換模塊、通電源盤等。
2 雷電直擊波天線鐵塔,雷電波沿天饋線迅速侵入通設(shè)備,直接損壞與饋線相連的收發(fā)機單元部分,造成通中斷。
3 雷電直擊或閃擊在通架空光纜或電纜線路上,在線路上產(chǎn)生的瞬間過電壓,沿光纜或電纜金屬外皮或加強芯迅速向線路兩端擴展進入機房,損壞與光纜直接相連的機盤,或損壞與通電纜直接相連的保安配線架、用戶電路板或接口電路板。
4 雷電直擊鐵塔或變電所內(nèi)避雷針,雷電流通過避雷針引下線流入接地網(wǎng),造成地電位升高。當設(shè)備接地不良,接地電阻阻值較大時,會造成電子設(shè)備損壞。
5 當變電所發(fā)生線路或母線接地事故時,故障電流對地網(wǎng)放電,巨大的接地電流流入接地網(wǎng),造成地電位短時間迅速升高,也會造成電子設(shè)備損壞。
6 在電力線路下添架的通線路,當電力線路瓷瓶絕緣擊穿時,造成電力線對通線路放電,或電力線路搭接在通線路上,致使強電沿光纜金屬加強芯或音頻通電纜侵入機房,造成通設(shè)備損壞或人員傷害。
通站防雷存在的缺欠
電力通防雷情況,我們對照《電力系統(tǒng)通站防雷運行管理規(guī)程》,逐站逐條進行了防雷檢查。檢查結(jié)果表明個別通站還不同程度的存在著缺欠,共性的問題主要表現(xiàn)在以下幾方面:
1 個別在辦公樓里面的通機房,大多數(shù)都是由辦公室改造而成的,接地網(wǎng)不規(guī)范,個別接地電阻大于5Ω,無環(huán)形接地母線。設(shè)備接地線線徑細。
2 交流電源有的裝了過電壓保護器,有的還沒有,大多數(shù)通站沒有安裝直流電源過電壓保護器,通設(shè)備電源入口也沒加裝壓敏電阻。
3 個別通電纜線路由于受現(xiàn)場環(huán)境條件限制,直接架空進入機房,沒有進行直埋。新型卡接式配線架接線不方便,未將電纜空線對接地。
4 變電所內(nèi)的數(shù)字配線及音頻保安配線架都是后組裝于光端機的機框內(nèi),保安配線單元的接地線未接到接地母線上。
5 變電所RTU遠動裝置大多采用RS232接口與“一點多址”波、光端機等通設(shè)備相連,經(jīng)常發(fā)生雷雨過后燒壞RS232接口板現(xiàn)象。RTU裝置接地大多數(shù)是直接用螺絲固定在地溝的槽鋼上(槽鋼與地網(wǎng)焊接)接地不良。
通站綜合防雷措施的應(yīng)用
針對上述通站防雷存在的缺欠,近幾年我們依據(jù)通站防雷的一般原理和常用防護措施,采取綜合性防雷,對通站防雷設(shè)施進行了改造和完善。
1 防雷總的原則是:
(1)采用外部保護將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄放。
(2)采用過電壓保護器阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)線、號線引入的過電壓波(內(nèi)部保護)。
(3) 采用過電壓保護器限制被保護設(shè)備上的浪涌電壓幅值。
(4)用光電隔離器隔離通與RTU之間的RS232接口,避免接口設(shè)備電氣連接。
2 防雷一般方法和技巧:
(1) 設(shè)置一套良好的建筑物避雷帶、避雷網(wǎng),并與主鋼筋一起接地;
(2)外置設(shè)備(天線等)應(yīng)盡量置于建筑物避雷網(wǎng)的保護角度范圍內(nèi):
(3)采用共地的接地措施;
(4) 在電源、號或數(shù)據(jù)線各進出口安裝性能可靠的專用防雷器;
(5)室內(nèi)的設(shè)備應(yīng)盡量遠離避雷導(dǎo)電體;
(6)室內(nèi)布線,包括各類傳輸線應(yīng)盡量減小洄圈,好能加有屏蔽線并兩端接地。
3 防雷接地系統(tǒng)改造。
(1)對調(diào)度通樓接地網(wǎng)進行改造,發(fā)現(xiàn)原接地網(wǎng)因多年失修,有部分接地帶已爛斷。重新在通樓四面分別埋設(shè)4個接地網(wǎng),接地極用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼,每根長1500mm,垂直砸入1200mm深溝內(nèi),每根接地極相距500mm以上,并且用40mm×4mm鍍鋅扁鋼焊接聯(lián)成一個網(wǎng)狀接地裝置。4個接地網(wǎng)分別用一根扁鋼連至通樓各樓層機房的對稱接地網(wǎng)。改造后接地電阻為0.5Ω,滿足要求。
(2)對各辦公樓里的通機房接地進行改造,延長接地網(wǎng),增加接地極數(shù)或鋪設(shè)兩個以上接地網(wǎng)。使接地電阻降到1Ω以下。
(3)通機房內(nèi)用40mm×4mm鍍鋅扁鋼鋪成環(huán)形接地母線,四個角與地網(wǎng)相連。機房內(nèi)所有設(shè)備外殼、暖氣、電纜走線架等金屬構(gòu)件全部用35mm2銅導(dǎo)線就近與接地網(wǎng)相連。
(4) 變電所內(nèi)通設(shè)備與RTU遠動裝置外殼均用35mm2多股銅導(dǎo)線就近連接到變電所接地母線的同一點,以電位差。
(5)將“一點多址”波饋線金屬外皮的上端、中間及下端分別就近與鐵塔相連,在機房入口處與接地母線相連。各波塔接地電阻測試符合要求。
(6)對于調(diào)度通樓,由于樓內(nèi)有遠動、調(diào)度、交換機、光纖、波、電源等機房,各機房間聯(lián)系較多,各種音頻電纜、同軸電纜相互間連接復(fù)雜,一旦某個機房的電位升高,都會對其它機房設(shè)備造成威脅。因此,要把這些機房接地統(tǒng)一接到一個共用接地系統(tǒng),實現(xiàn)各機房接地等電位連接。
4 電源系統(tǒng)的防雷保護
(1)引入通機房的電力線采用地下電力電纜,電纜金屬護套兩端均良好接地。
(2)配電變壓器高壓側(cè)接高壓氧化鋅避雷器,低壓側(cè)接電源防雷器。變壓器機殼、避雷器地統(tǒng)一接到地網(wǎng)上,并接地良好。
(3)通機房內(nèi)電源采用多級浪涌保護措施。交流母線上并接一級380V過電壓保護器;高頻開關(guān)電源交流入并接一級380V過電壓保護器;-48V電源入口處接一級壓敏電阻。通設(shè)備電源正極在電源側(cè)和設(shè)備側(cè)分別接到接地母線上。
(4)在變電所內(nèi)的通設(shè)備電源,由于通設(shè)備少,與其它變電所設(shè)備一起安裝于主控室。直流電源取自變電所220V直流操作電源,經(jīng)DC/DC模塊變換成-48V電源供通設(shè)備。因此,在變電所用電柜交流母線上安裝一級380V/100G交流過電壓保護裝置,做為一級防雷;在高頻開關(guān)電源入線處裝一級交流防過電壓保護器,在DC/DC模塊48V輸出側(cè)裝一級48V直流浪涌保護;后,在通設(shè)備48V入口裝48V壓敏電阻一只。
(5)機房內(nèi)所有交、直流配電柜機殼均做接地保護,交流保護接地線從接地母線上直接引出,嚴禁采用中性線作為交流保護接地線。
5 各種號線的防雷保護
根據(jù)各通站實際情況,采用加裝浪涌保護,光電隔離等措施,對進出通機房及通設(shè)備與其它設(shè)備接口的所有號線進行保護。以防止雷擊感應(yīng)電壓或過電壓侵入損壞通設(shè)備。
(1)對個別通站通電纜線路直接架空進入機房的進行改造,在線路終端桿將鋼線接地,將通電纜水平直埋l0m以上,進入機房。進入機房的通電纜金屬外皮均良好接地。
(2)普通架空光纜、管道光纜、自承式光纜,均采用非金屬光纜。對于有金屬加強芯或金屬護套的光纜,進入機房前,在終端桿或終端電纜井改成非金屬光纜過渡進入機房。
(3)所有音頻電纜、線、號線進入機房要首先接入音頻保安器,來抑制電纜線對橫向、縱向過電壓。各配線架保安單元接地端均要良好接地,確保保安器發(fā)揮正常作用。
(4)認真落實進入機房電纜外皮及空線對接地保護措施。應(yīng)及時做好電纜空線對在配線架上接地工作,以防止引入雷電感應(yīng)電壓在開路導(dǎo)線末端產(chǎn)生反擊,損壞設(shè)備。有條件的配線架可采用短路接地塞,直接插在配線架空線對上,方便、靈活。平時檢修線對變更后,應(yīng)及時檢查空對接地情況。
(5)對于遠動等其它專業(yè)的號進入通設(shè)備前應(yīng)采取隔離措施:經(jīng)調(diào)制解調(diào)器輸出的音頻模擬號,采用音頻變壓器進行電氣隔離;用RS232接口的數(shù)據(jù)號,采用光電隔離器進行隔離,地電位差可能通過該接口中的共用接地線串入,造成反擊損壞接口電路現(xiàn)象。
另外,從朝陽通設(shè)備接口損壞情況看,RS232接口損壞情況比較多,RS422接口從未損壞過。可見,RS232接口芯片抗干擾能力不如RS422接口芯片。因此,我們將具備條件地方,均已改為RS422通道傳,而不用RS232接口。建議以后新上設(shè)備也盡量不用RS232而改為64K、RS422、或2M接口。
(6)采用RJ45接口的網(wǎng)絡(luò)號,先經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)浪涌保護器后再接入通設(shè)備接口。對于電量采集、繼電保護、綜合自動化、MIS及負荷控制等專業(yè)采用2Mbit/s接口的號,必須先經(jīng)過2Mbit/s同軸號浪涌保護器,再接入通傳輸設(shè)備,以防浪涌電壓侵入。有的地方MIS、負控等機房與通機房不在一起,距離較遠,可采用光纖收發(fā)器進行光電隔離,一來傳輸距離遠,二來進行號隔離,三是光纖傳輸抗干擾、防雷電效果更好。
(7)對于“一點多址”波饋線進入機房后,在饋線入端加裝同軸高頻號避雷保護器,保護器外殼要良好接地。保護器選用要考慮合適的帶寬。
龍巖永定溫州盾開電氣有限公司是一家集生產(chǎn)、銷售 電涌保護器,信號隔離器為一體的企業(yè),公司建立多年來,專業(yè)于 電涌保護器,信號隔離器的生產(chǎn).龍巖永定溫州盾開電氣有限公司有著多年的行業(yè)積累,同時也匯集了多名 電涌保護器,信號隔離器制造方面的專家人士。我廠的宗旨是“科學(xué)管理、用戶至上、尊信守約”。對產(chǎn)品終身負責。我們愿與廣大用戶、工程單位精誠合作。提供質(zhì)優(yōu)、價廉的產(chǎn)品,滿意的服務(wù)。
本文通過對進口防雷器的核心技術(shù)和參數(shù)進行詳細介紹,并對選擇電源防雷器的幾個重要的參數(shù)進行對比分析,對技術(shù)人員以后在電源防雷器上的選擇起到一定的參考。
1、電源防雷器介紹
電源防雷器,即電源SPD,在電源系統(tǒng)的防雷中起著重要的作用。它并聯(lián)在線路中為雷電流提供一個泄放通道,并將加在后端設(shè)備的過電壓限制在一定的范圍內(nèi),從而對后面的設(shè)備進行保護。
組成電源SPD的元器件主要有陶瓷氣體放電管(GDT)、氧化鋅壓敏電阻(MOV)、瞬態(tài)抑制二極管(TVS)。根據(jù)三種主要元件器的組合方式不同,可以分為單一元件的電源SPD和組合式的電源SPD。國內(nèi)的電源SPD都是采用單一的氣體放電管或壓敏電阻組成SPD,成本較低,但存在許多缺陷,如單一的氣體放電管具有殘壓高、響應(yīng)時間長、工頻續(xù)流等缺點,而單一的壓敏電阻存在漏電的問題,這將大大減小SPD的使用壽命,并且可能產(chǎn)生自然自爆的現(xiàn)象。因此,為了克服上述元器件的缺點,充分發(fā)揮各自的優(yōu)點,對元器件進行各種組合,并在技術(shù)工藝上進行革新,使得電源SPD的性能和技術(shù)參數(shù)指標得到優(yōu)化,更加和有效地保護電氣設(shè)備。2、 四種進口電源SPD核心技術(shù)介紹
四種進口電源SPD擁有的核心技術(shù)分別是:Palmas的復(fù)合型技術(shù)、PHOENIX的AEC能量配合技術(shù)、德國DEHN
的RADAX Flow技術(shù)、OBO的多層石墨火花間隙技術(shù)。
2.1復(fù)合型技術(shù)
該技術(shù)是將n個壓敏電阻(MOV)、n個陶瓷放電管(GTD)、n個瞬態(tài)二極管(TVS)、浪涌電阻(SR)、溫度控制保險管等各種瞬態(tài)過電壓保護元器件通過串聯(lián)和并聯(lián)的矩陣方式排列在PCB電路板,由主放電電路(為雷電流泄放提供通道,并將殘壓逐步限制在很低的水平)和控制電路(用于監(jiān)測各種防雷元件器的工作和老化狀態(tài))組成,充分利用不同元器件的優(yōu)點,發(fā)揮其作用。它主要解決了殘壓、響應(yīng)時間、漏電流、通流量、工頻續(xù)流、使用壽命的問題。
2.2 AEC能量控制技術(shù)
主動能量控制的核心是一個屬于B+C類的SPD,該SPD是在一個用特殊合金材料間隙的電極間加裝了一個主動能量控制器,監(jiān)測后級SPD的殘壓,在后級能量承受極限之前,主動觸發(fā)放電間隙使之工作,并因開關(guān)型SPD工作之后維持放電電弧的電壓較低,從而使得點火電路和后級SPD不再因過電壓而處于工作狀態(tài),使得其承受的能量極小。它解決了殘壓、通流量、使用壽命的問題。
2.3 RADAX Flow技術(shù)
續(xù)流抑制、遮斷專利技術(shù),工作原理以徑向和軸向吹弧優(yōu)化電弧冷卻為基礎(chǔ),必須的冷卻氣體是在電弧的影響下由周圍的塑料材料產(chǎn)生的。它可實現(xiàn)被保護電氣裝置工作的高可靠性,與DEHNventil
M 輔助電路配合使用,可以有效降低防雷器的電壓保護水平。它解決了殘壓、能量配合、工頻續(xù)流的問題。
2.4多層石墨火花間隙技術(shù)
該技術(shù)的裝置由九層火花間隙組成,這九層火花間隙由十片高能石墨電極圓盤疊合在一起夠成,高耐熱的特氟綸隔環(huán),可靠地保證了火花間隙內(nèi)部的距離,用螺栓固定的壓鑄鋅金屬連接板,將火花間隙組合在一起,箝制在的位置上,九層火花間隙中的八層間隙經(jīng)過了大容量電容控制,因而保證了設(shè)定的保護電壓水平小于2KV。
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