电力通信自动化系统的防雷措施与接地保护探析

　　1 雷电对通信自动化系统的危害

　　雷电具有雷电流幅值大(可达数十千安至数百千安)、雷电流陡度大(可达50 kA/μs)、冲击性强、冲击过电压高(可达数百千安至数千千安)的特点。其特点与其破坏性有紧密的关系。雷电有电性质、热性质、机械性质等多方面的破坏作用，均可能带来火灾和爆炸、触电、毁坏设备和设施、大规模停电等极为严重的后果。雷电分为直击雷、感应雷和球形雷 3 类。雷电对通信自动化系统的危害如下:

　　1.1 直击雷的危害。直击雷是带电积云接近地面至一定程度时，与地面目标之间的强烈放电。直击雷的每次放电含有先导放电、主放电、余光三个阶段。大约50%的直击雷有重复放电特征。每次雷击有三、四个冲击至数十个冲击。直击雷击中建筑、通信自动化设备、通信光(电)缆、信号线和操作人员,可能会造成建筑损毁、设备损坏、人员伤亡和电气短路引起火灾等严重后果。

　　1.2 感应雷的危害。感应雷是由直击雷引起的,感应雷也称作雷电感应，分为静电感应雷和电磁感应雷。感应雷产生于导体中并沿导体传播,与导体相连的设备或设备中的某些器件都会遭遇损坏(这些设备或器件的耐冲击水平较低)。通信自动化设备中有大量的集成电路通过金属导线相连,并且通信自动化机房也通过电力电缆和各种通信传输电缆以及信号线与外界相连, 这就为感应雷的侵入提供了良好的条件;加上设备中采用了大量高集成度的微电子电路,其耐冲击水平较低,容易被感应雷损坏,产生各种各样的设备故障,如接口板损坏、内部通信口的损坏、整流模块的损坏等;有时感应雷引起故障甚至让我们很难与雷电联系在一起,但却是由雷电引起的。感应雷形成的破坏虽然不及直击雷大,但其损害的往往是通信自动化设备的核心器件,给设备正常运行带来障碍。

　　1.3球雷的危害。球雷是雷电放电时形成的发红光，橙光、白光或其他颜色光的火球。从电学角度考虑，球雷应当是一团处在特殊状态下的带电气体。它只要遇到物体就会爆炸，同样通信自动化设备是要粘上球星雷，必定遭到严重的损坏。

　　2 通信自动化设施的防雷

　　2.1 电源系统

　　通信自动化电源系统一般包括一下几个单元：交流配电、直流配电、整流模块、监控模块等。雷击设备的主要途径如图 1 所示。雷电主要入侵途径包括:变压器高压侧输电线路遭直击雷,雷电流经“变压器-380V 供电线”,最后窜入计算机、电能表以及综合自动化设备;220/380 V 供电线路遭直击雷或感应雷,雷电流窜入计算机、电能表以及综合自动化设备;雷电流通过其它交、直流负载或线路窜入计算机、电能表以及综合自动化设备。

　　图 1 雷击设备的主要途径

　　根据 IEC 提出的 DBSG 技术和雷电防护区域的划分以及当地的雷暴日和雷暴强度来看,通信自动化电源系统感应雷电过电压的防护可以按四级进行分流保护。一、二级防雷器一般采用具有较大通流量的防雷器,可以将较大的雷电流泄放入地,达到限流目的,同时将过电压减小到一定程度;三、四级防雷器采用具有较低残压的防雷器,可以将线路中剩余的雷电量泄放入地,达到限压效果,使过压减小到设备能承受的水平。

　　根据通信局站的环境和运行特点,防雷器应选用限压型或组合型防雷器;开关型防雷器由于残压高、相应时间慢等缺点不适合于变电站内部调度通信系统防护。两级防雷器的安装位置分别在通信机房总配电屏和 UPS、直流开关电源配电屏的位置上。通流容量选择根据国家标准GB5034322004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》进行确定,同时也可以根据当地雷暴强度和发生损坏历史,适当提高防雷器的通流容量。

　　2.2 通信自动化机房建筑物防雷接地与接地网

　　2.2.1 接地网与接地电阻

　　1)通信自动化系统地网的接地电阻值应达到规程要求,否则应扩大地网面积。

　　2)在同一站内地网(包括铁塔,建筑物等)必须改造成联合接地网,站内其它金属设施均应与地网就近连通,达到均压等电位的目的,即工作地线、保护地线、防雷地线应按均压等电位的原理共用一个地网。

　　2.2.2 建筑物楼顶与雷电流引下线的要求

　　1)建筑物楼顶上的标志灯、节日彩灯、空调附属设备等设施,其金属框架、电源线的金属护层上、下端均应与顶女儿墙上的避雷带连接焊牢,且焊点做防腐处理。大楼的避雷带设于女儿墙上,每隔 5～10m 与暗装避雷网连接一次并焊牢,暴露在空气中的焊点一律做防腐处理。楼顶设有微波天线,应在其上设置避雷针,其引下线应就近在两个相对方向上与暗装避雷网连接焊牢。有塔楼的应在塔楼上装置避雷针,利用塔楼柱内的两根主钢筋作为引下线并与暗装避雷网连接焊牢。

　　2)雷电流引下线由楼顶开始,引至大楼环形接地体上形成一个笼形结构,大楼底层均压网宜与大楼周围的环形地体每 5～10m 用镀锌扁钢连接一次并焊牢,焊点应作防腐处理。

　　3)铁塔的雷电流引下线应采用扁钢或铜排焊接连通,直接引入联合接地体。

　　4)避雷针。应采用符合国家标准 GB5005721994《建筑物防雷设计规范》的接闪器即常规型避雷针, 慎用其它非常规避雷针或消雷器。

　　5)接地体。垂直接地体长度宜为 1.5～2.5m,垂直接地体间距为其自身长度的 1.5～2 倍。接地体之间所有焊接点,除浇铸在混凝土中的以外,均应进行防腐处理。接地体的上端距地面不宜小于 0.7m。

　　6)接地线和接地引线。接地线宜短、直,截面积为 35～95mm2,材料为多股铜线。接地引入线长度不宜超过 30m, 其材料为截面积不小于 40×4mm2的镀锌扁钢或不小于 95mm2的多股铜线。接地引线由地网从两个方向就近引出与机房接地汇集线接通,避免从雷电流引下线附近引出。

　　7)接地汇集线。接地汇集线一般设计成环形或排状,材料为铜材,截面积应不小于 120mm2,也可采用镀锌扁钢。

　　2.2.3 设施的等电位连接与接地

　　1)机房内走线架,吊挂铁架,机架过机壳,金属通风管道,金属门窗等均应做等电位连接和接地。

　　2)设备的接地引入线从接地汇流排上就近引入。

　　3)变压器的中性点,外壳和避雷器的接地端及缆线金属护套应就近

　　接地。

　　2.3 微波铁塔及天馈线

　　2.3.1 微波天线:微波天线应在避雷针保护范围内。

　　2.3.2 铁塔避雷针的雷电流引下线:引入铁塔避雷针的雷电流引下线一律采用扁钢或铜排焊接连通,直接接地网。

　　2.3.3 天馈线:天馈线应在铁塔上部,下部或经走线架进机房入口处就近接地,在机房入口的接地应就近与地网引出的接地线妥善连通。当铁塔高度大于 60m 时,馈线的金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地。

　　2.3.4 铁塔地网与机房地网:铁塔地网与机房地网,须两点以上用扁钢与机房地网连接。

　　2.3.5 铁塔标志灯:标志灯电源线应采用具有金属外护层的电缆,电缆的金属外护层应在塔顶及机房入口处外侧就近接地。塔灯控制线及电源线的每根相线均应在机房入口处分别对地加装避雷器,零线应直接接地。

　　2.3.6 机房电缆引入线:由机房屋顶进入机房的缆线,应采用具有金属护层的电缆,其金属护层在进入机房入口处,就近与屋顶女儿墙上的避雷带焊接连通,电缆内芯线应一一就近对地加装避雷器。

　　2.4 通信光(电)缆线路

　　2.4.1 工程勘测时注意地区气候情况, 避开雷雨天气多和经常雷击的地方,避开向阳坡和临江侧的山坡。

　　2.4.2 使用具有一定防雷功能的光(电)缆。

　　2.4.3 做好直埋光缆的防强电、防雷电措施。有关方面曾研究提出两种不同的防护措施:第一种防护措施,是在光缆接头处将缆内金属构件在接头处前后断开,不作电气连接和接地处理,且在直埋光缆的上方设置屏蔽线;第二种防护措施,是在光缆接头处将缆内金属构件作电气连通,并作接地处理,在直埋光缆的上方不设屏蔽线。对这两种防护措施虽然有争议,但资料表明这两种防护措施都很有效。由于我国山地较多,埋设一组合格的地线十分困难,采用第一种防护措施,光缆接头处不接地,可以减少很多接地装置,从而大大减少工程费用和维护工作量。

　　2.4.4 架空光(电)缆。需要对钢绞线进行接地处理,架空电缆金属护套及其钢绞线应每隔 200m 左右接地一次,长距离的(超过 1km)杆路应该每公里做电气隔断,并作钢绞线的接地。用金属加强芯的最好每个接头盒处将金属加强芯断开电气连接,防止电力线断后搭在光缆上,导致整个中继段光缆全部被烧。

　　2.4.5 光缆终端在机房 ODF 配线架时,金属加强芯要求防雷接地。

　　3 结语

　　通信自动化在我国的电力建设事业中扮演着重要的角色，关系着我国的民生。如何科学建设和维护通信自动化，是每一个电力工作者的职责。经过电力通信自动化工作者日常的精心维护，通信自动化防雷系统得到了进一步完善，通信设备抗雷击和防过电压水平有了明显提高。总之，在日常工作中，只有认真仔细全方位的考虑和分析各种雷击因素，采取及时有效的防雷措施，才能有效的降低通信自动化系统设备被雷击的可能，使雷电损害降到最低。

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文章名称： 电力通信自动化系统的防雷措施与接地保护探析

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