周文俊 文習(xí)山 (武漢水利電力大學(xué)，湖北省 武漢市430072)
沈松明 (湖北省電力局農(nóng)電管理局，湖北省 武漢市430010)
摘 要 文中介紹縣級(jí)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)防雷方法，微電子器件耐雷水平，新型防雷器件TVS管的特性，過電壓保護(hù)器的四級(jí)保護(hù)，防雷接地與屏蔽的有關(guān)要求，防雷綜合措施及其實(shí)用效果。
關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 自動(dòng)化 防雷 措施
1 前言
隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動(dòng)化水平的不斷提高，農(nóng)電系統(tǒng)的眾多縣級(jí)電力局已使用了相當(dāng)數(shù)量的計(jì)算機(jī)、RTU和其他微電子設(shè)備。一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信息電流小至微安級(jí)，對(duì)外界的干擾極其敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場(chǎng)對(duì)微電子設(shè)備的干擾和損害尤為嚴(yán)重。在雷雨季節(jié)，有的縣電力局調(diào)度大樓和電力局所屬自動(dòng)化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)(Modem、載波機(jī)、程控交換機(jī)等)等常常損壞，造成較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。盡管有些電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采取了一定的防雷措施，但仍常出現(xiàn)雷害事故，其原因何在?正確而全面的防雷措施是什么?這些都是本文要探討的。
2 微電子器件耐沖擊水平與TVS管特性
微電子器件中TTL數(shù)字電路的抗沖擊能力最弱，10V、30ns脈寬的沖擊電壓可使TTL電路損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)007×10－4T時(shí)可使微電子器件誤動(dòng)，無電磁異蔽時(shí)即使雷電流通道遠(yuǎn)在1km處，也可能使微電子設(shè)備誤動(dòng)。為使微電子器件遇雷擊時(shí)不致?lián)p壞，有效的辦法是選用新型保護(hù)器件——TVS管。
TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。當(dāng)其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10－12s量級(jí)的速度，將兩級(jí)間的高阻抗變?yōu)榈妥杩�，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個(gè)預(yù)定值(一般小于2倍額定工作電壓)，有效的保護(hù)電子電路中的精密元器件免受各種浪涌脈沖的破壞。
TVS管的伏安特性如圖1所示。其正向特性與普通二級(jí)管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在瞬態(tài)脈沖電流的作用下，流過TVS管的電流，由原來的反向漏電流ID上升到 IR(25℃下，IR=1mA)時(shí)，其兩極呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓Uoff上升到擊穿電壓UBR，TVS管被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過TVS管的電流達(dá)到峰值脈沖電流Ipp，其兩極的電壓被箝位到預(yù)定的最大箝位電壓Uc以下；其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS管兩極電壓不斷下降，最后恢復(fù)到起始狀態(tài)。這就是TVS管抑制出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元件的過程。
TVS管的顯著特點(diǎn)為：響應(yīng)速度快(10－12s級(jí))、瞬時(shí)吸收功率大(數(shù)千瓦)、漏電流小(10－9A級(jí))、擊穿電壓偏差小(±5％UBR與±10％UBR兩種)、箝位電壓較易控制(箝位電壓Uc與擊穿電壓UBR之比為1.2～1.4)、體積小等。它對(duì)保護(hù)裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾，是微電子設(shè)備過電壓保護(hù)的首選器件。
3 電壓與UPS過電壓保護(hù)
感應(yīng)雷或沿電源線進(jìn)入室內(nèi)的雷電侵入波會(huì)使電源電壓急驟升高，從而導(dǎo)致UPS及后接設(shè)備損壞。有些UPS中盡管裝有壓敏電阻，但還是很難保護(hù)自己及后接微電子設(shè)備。
對(duì)電源，可靠有效的防雷方法是采用四級(jí)保護(hù)。每一級(jí)用三極氣體放電管，將大的雷電限制到后續(xù)保護(hù)系統(tǒng)可允許的范圍；第二級(jí)用限流模塊；第三級(jí)用壓敏電阻；第四級(jí)用TVS管，使輸出的箝位電壓達(dá)到規(guī)定的要求。采用上述四級(jí)保護(hù)后，UPS或被保護(hù)電源一般不會(huì)因雷擊而損壞。
4 載波機(jī)過電壓保護(hù)
載波機(jī)遇雷擊易損壞的部分通常為電源盤、用戶話路盤及高頻電路盤。高頻電路盤上通常裝有放電管，具有一定的耐雷水平；電源部分可采用上述電源過電壓保護(hù)方式；用戶話路盤由于鈴流電壓與通話電壓不一致需要在保護(hù)裝置設(shè)計(jì)上精心考慮，使之在兩種不同電壓下均能有效的地保護(hù)用戶話路部分。最好的辦法是將保護(hù)器件置于載波機(jī)內(nèi)，考慮到實(shí)際情況，外置保護(hù)模塊應(yīng)設(shè)計(jì)考慮得周全一些。
為取得好的效果，用戶話路盤、程控交換機(jī)通信線、Modem及信號(hào)線的過電壓保護(hù)應(yīng)采用四級(jí)保護(hù)。過電壓保護(hù)器最好能同時(shí)具有保護(hù)模塊失效自動(dòng)報(bào)警、過電壓次數(shù)自動(dòng)記錄、停電后記錄的過電壓次數(shù)不丟失等功能。
5 接地電阻與屏蔽
5.1 接地
良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過電壓值越低。因此，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下應(yīng)盡可能降低接地電阻，其具體要求如表1所示。
通信調(diào)度綜合樓的通信站應(yīng)與用一樓內(nèi)的動(dòng)力裝置共用接地網(wǎng)并盡可能與防雷接地網(wǎng)直接相連。通信機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)敷設(shè)均壓帶并圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)行接地母線。
在電力調(diào)度通信綜合樓內(nèi)，需另設(shè)接地網(wǎng)的特殊設(shè)備，其接地網(wǎng)與大樓主地網(wǎng)之間可通過擊穿保險(xiǎn)器或放電器連接，以保證正常時(shí)隔離，雷擊時(shí)均衡電位。
接地的其他方面均應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程辦理。
5.2 屏蔽
為減少雷電電磁干擾，通信機(jī)房及通信調(diào)度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板均應(yīng)相互焊接，形成等電位法拉第寵。設(shè)備對(duì)屏蔽有較高要求時(shí)，機(jī)房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。
架空電力線由站內(nèi)終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜；室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端要接地；對(duì)于既有鎧帶又有屏蔽層的電纜應(yīng)將鎧帶及屏蔽層同時(shí)接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進(jìn)入室內(nèi)前水平埋地10m以上，埋地深度應(yīng)大于0.6m；非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平埋地10m以上，鐵管兩端應(yīng)良好接地。若在室外人口端將電力線與鐵管間加接壓敏電阻，防雷效果會(huì)更好。
6 綜合性防雷措施
為避免雷害，對(duì)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)采取“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)”的方針。除采用上述保護(hù)與接地措施外，配電變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)裝接金屬氧化物避雷器，并三點(diǎn)聯(lián)合接地。程控交換機(jī)室外進(jìn)出線、Modem等應(yīng)裝過電壓保護(hù)器；當(dāng)RTU等裝置離顯示屏較遠(yuǎn)時(shí)應(yīng)裝信號(hào)線過電壓保護(hù)器。
7 結(jié)論
嚴(yán)格按防雷接地規(guī)程辦事，應(yīng)用新技術(shù)新裝置，采取綜合性的防雷措施是確�？h級(jí)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)極大減少雷害的重要手段。良好的接地與屏蔽并安裝過電壓保護(hù)器后可使被保護(hù)裝置的耐雷水平提高10倍以上。損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)007×10－4T時(shí)可使微電子器件誤動(dòng)，無電磁異蔽時(shí)即使雷電流通道遠(yuǎn)在1km處，也可能使微電子設(shè)備誤動(dòng)。為使微電子器件遇雷擊時(shí)不致?lián)p壞，有效的辦法是選用新型保護(hù)器件——TVS管。
