周文俊 文習山 (武漢水利電力大學，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 文中介紹縣級電力調(diào)度自動化系統(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，過電壓保護器的四級保護，防雷接地與屏蔽的有關(guān)要求，防雷綜合措施及其實用效果。
關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 自動化 防雷 措施
1 前言
隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動化水平的不斷提高，農(nóng)電系統(tǒng)的眾多縣級電力局已使用了相當數(shù)量的計算機、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，對外界的干擾極其敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場對微電子設(shè)備的干擾和損害尤為嚴重。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化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)(Modem、載波機、程控交換機等)等常常損壞，造成較大的直接和間接經(jīng)濟損失。盡管有些電力調(diào)度自動化系統(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)生的磁場達007×10－4T時可使微電子器件誤動，無電磁異蔽時即使雷電流通道遠在1km處，也可能使微電子設(shè)備誤動。為使微電子器件遇雷擊時不致?lián)p壞，有效的辦法是選用新型保護器件——TVS管。
TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。當其兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10－12s量級的速度，將兩級間的高阻抗變?yōu)榈妥杩�，吸收高達數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值(一般小于2倍額定工作電壓)，有效的保護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，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管的電流達到峰值脈沖電流Ipp，其兩極的電壓被箝位到預定的最大箝位電壓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，保護電子元件的過程。
TVS管的顯著特點為：響應(yīng)速度快(10－12s級)、瞬時吸收功率大(數(shù)千瓦)、漏電流小(10－9A級)、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。它對保護裝置免遭靜電、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)備過電壓保護的首選器件。
3 電壓與UPS過電壓保護
感應(yīng)雷或沿電源線進入室內(nèi)的雷電侵入波會使電源電壓急驟升高，從而導致UPS及后接設(shè)備損壞。有些UPS中盡管裝有壓敏電阻，但還是很難保護自己及后接微電子設(shè)備。
對電源，可靠有效的防雷方法是采用四級保護。每一級用三極氣體放電管，將大的雷電限制到后續(xù)保護系統(tǒng)可允許的范圍；第二級用限流模塊；第三級用壓敏電阻；第四級用TVS管，使輸出的箝位電壓達到規(guī)定的要求。采用上述四級保護后，UPS或被保護電源一般不會因雷擊而損壞。
4 載波機過電壓保護
載波機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裝置設(shè)計上精心考慮，使之在兩種不同電壓下均能有效的地保護用戶話路部分。最好的辦法是將保護器件置于載波機內(nèi)，考慮到實際情況，外置保護模塊應(yīng)設(shè)計考慮得周全一些。
為取得好的效果，用戶話路盤、程控交換機通信線、Modem及信號線的過電壓保護應(yīng)采用四級保護。過電壓保護器最好能同時具有保護模塊失效自動報警、過電壓次數(shù)自動記錄、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。通信機房內(nèi)應(yīng)敷設(shè)均壓帶并圍繞機房敷設(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器或放電器連接，以保證正常時隔離，雷擊時均衡電位。
接地的其他方面均應(yīng)嚴格按有關(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)備對屏蔽有較高要求時，機房六面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機房內(nèi)環(huán)行接地母線均勻多點相連。
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；對于既有鎧帶又有屏蔽層的電纜應(yīng)將鎧帶及屏蔽層同時接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進入室內(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，防雷效果會更好。
6 綜合性防雷措施
為避免雷害，對電力調(diào)度自動化系統(tǒng)，應(yīng)采取“整體防御、綜合治理、多重保護”的方針。除采用上述保護與接地措施外，配電變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)裝接金屬氧化物避雷器，并三點聯(lián)合接地。程控交換機室外進出線、Modem等應(yīng)裝過電壓保護器；當RTU等裝置離顯示屏較遠時應(yīng)裝信號線過電壓保護器。
7 結(jié)論
嚴格按防雷接地規(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級電力調(diào)度自動化系統(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器后可使被保護裝置的耐雷水平提高10倍以上。損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場達007×10－4T時可使微電子器件誤動，無電磁異蔽時即使雷電流通道遠在1km處，也可能使微電子設(shè)備誤動。為使微電子器件遇雷擊時不致?lián)p壞，有效的辦法是選用新型保護器件——TVS管。
