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弱電及信息系統防雷工程

      雷擊嚴重威脅著電力系統中弱電設備的安全運行。近年來, 隨著電子信息技術的快速發展, 自動控制系統在電力工業中的應用越來越廣。電力工業在受益于自動控制系統帶來的極大方便的同時, 也受到其一旦損壞就損失巨大的困擾。我們對電力系統微機保護、綜合白動化系統、調度自動化系統的雷害事故進行了大量的分析和研究,找出了目前在弱電系統防雷上存在的問題和不足;通過研究制定了弱電系統的有效的防雷保護措施和配置方案,如雷電對弱電系統侵入方式、等電位聯接及正確的實施方式;弱電系統三級防雷保護配合原則及防雷器件應滿足的要求等,并在一些發電廠和變電的進行了改造,取得了很好的防雷效果。

       本項目主要針對供電網絡弱電設備的防雷措施進行研究, 主要研究內容是:
     (1)      對雷電浪涌及地電位差的防護提出解決措施。
     (2)      提出弱電設備供電電源線路的雷擊電涌過電壓防護措施。
     (3)      提出弱電設備各通信( 信號) 端口的雷擊電涌防護措施。
     (4)      提出加強對弱電設備內部防護的措施。
     (5)      研究對弱電設備的多級分類保護原則:根據弱電設備的不同功能及            不同受保護程度和所屬保護層確定防護要點作分類保護;根據雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數據通信線路作多級保護。
雷擊損害電力系統弱電設備的主要原因是:一次設備發生雷擊后, 在弱電設備造成的浪涌超過了設備承受的能力。浪涌的主要形式是電源浪涌、信號浪涌。這種浪涌在新建或擴建設備時往往不被重視。在多年的實踐中, 人們對直擊雷、感應雷、球形雷的認識比較高、防護措施也相對完善, 但對雷電浪涌的防護意識不強, 防護措施相對比較薄弱。
雷電形式及雷電對弱電設備造成損害的情況主要有以下幾種:
    (1) 直擊雷是指雷電直接擊在建筑物構架、動植物上, 因電效應、熱效應和機械效應等造成建筑物等損壞以及人員的傷亡。
    (2) 感應雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時, 在附近的戶外傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線所感應的雷電過電壓。當其侵入設備后, 使串聯在線路中間或終端的電子設備遭到損害。感應雷雖然沒有直擊雷嚴重, 但其發生的幾率比直擊雷高得多。
    (3) 雷電浪涌是近年來由于電子技術的不斷使用而引起人們重視的一種雷電危害形式。最常見的電子設備危害不是由于直接雷擊引起的, 而是由于雷擊發生時在電源和通信線路中感應的電流浪涌引起的。一方面由于電子設備內部結構高度集成化 , 從而造成設備耐壓、耐過電流的水平下降, 對雷電(包括感應雷及操作過電壓浪涌)的承受能力下降;另一方面由于信號來源路徑增多, 系統較以前更容易遭受雷電波侵入。浪涌電壓可以從電源線或信號線等途徑竄入電腦設備。這樣的浪涌電壓完全有可能一次性地將電子設備損壞。信號系統浪涌電壓的主要來源是感應雷擊、電磁干擾、無線電干擾和靜電干擾。
        弱電設備的防雷措施按照防護范圍可分為兩類:外部防護和內部防護。
外部防護是指對安裝弱電設備的建筑物本體的安全防護, 可采用避雷針、分流、屏蔽網、均衡電位、接地等措施。這種防護措施人們比較重視,相對來說比較完善。
        目前弱電設備的外部防護措施主要有:
      (1) 使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地。
      (2) 在將雷電流引入大地的時候盡量將雷電流分流, 避免造成過電壓危害設備。
      (3) 利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規則的法拉第籠, 起到一定的屏蔽作用, 如果建筑物中的設備是低壓電子邏輯系統、遙控等小功率信號電路的電器, 則需要加裝專門的屏蔽網。
      (4) 建筑物各點的電位均衡, 避免由于電位差危害設備。
      (5) 保證建筑物有良好的接地, 避免雷擊建筑物時地電位抬高而損壞設備。
        內部防護是指在建筑物內部弱電設備對過電壓(雷電或電源系統內部過電壓) 的防護, 可采用等電位聯接、屏蔽、保護隔離、合理布線和設置過電壓保護器等措施。這些措施相對來說比較新,也不夠完善。
由于對弱電設備的雷電浪涌防護重視不夠, 發生雷電浪涌損壞設備的故障。所以在完善弱電設備外部防護的同時, 要加強弱電設備的內部防護,主要措施有:
     (1) 完善弱電外部雷電防護, 將絕大部分雷電流直接引入地下泄散。
     (2) 阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波。
     (3) 限制鉗位被保護設備上浪涌過電壓過電流幅值在設備上可承受的范圍。
隨著電腦通信設備的大規模使用, 雷電以及操作過電壓造成的危害越來越嚴重。以往的防護體系已不能滿足電腦通信網絡安全的要求?筛鶕蹼娫O備的不同功能及不同受保護程度和所屬保護層確定防護要點作分類保護;根據雷電和操作瞬間過電壓危害的可能通道從電源線到數據通信線路作多級保護。
    (1) 電源部分防護
      弱電設備的電源雷電侵害主要是通過線路侵入。對380V 低壓線路進行過電壓保護, 按國家規范應有三部分: 在高壓變壓器后端到二次低壓設備的總配電盤間的電纜內芯線兩端對地加避雷器或保護器, 作一級保護。在二次低壓設備的總配電盤至二次低壓設備的配電箱間電纜內芯線兩端對地加裝避雷器或保護器, 作二級保護。在所有重要的、精密的設備以及UPS 的前端對地加裝避雷器或保護器, 作為三級保護。目的是用分流(限幅) 技術, 即采用高吸收能量的分流設備(避雷器)將雷電過電壓(脈沖) 能量分流泄入大地, 達到保護的目的, 所以, 分流(限幅) 技術中采用的防護器品質、性能的好壞是網絡防護的關鍵, 因此, 選擇合格優良的避雷器或保護器至關重要。
     (2) 信號部分保護
      對于信息系統, 應分為粗保護和精細保護。粗保護量級跟據所屬保護區的級別確定, 精細保護根據電子設備的敏感度來確定。
     (3) 接地處理
       要求有一個良好的接地系統, 因所有防雷系統都需要通過接地系統把雷電流泄入大地, 從而保護設備和人身安全。如果機房接地系統做得不好, 不但會引起設備故障, 燒壞元器件, 甚至還將危害工作人員的生命安全。另外防干擾的屏蔽問題、防靜電的問題都需要通過建立良好的接地系統來解決。
       綜上所述,電力系統中弱電設備的防雷是一項綜合性的技術工作,人們通過多年來的探索,已經提出了各種各樣的弱電設備的防雷措施,但到現在為止仍然沒有一套很完善的電力系統弱電設備的防雷技術體系。本項目就是研究完善弱電設備的防雷措施。
 
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