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            弱電設備的雷害分析及防雷保護

            2016-02-14 02:48:01中國弱電招標網

              防雷保護措施。

              收穡日期:0050225基金項目:湖南省自然科基金資助項目(01Y3024)在電力系統中,對于強電設備的防雷措施比較完善,經驗也比較豐富,但是對于弱電設備(如通信設備、自動控制設備、計算機及網絡設備、弱電電源設備等)的防雷卻顯得很薄弱,每年各種弱電設備因雷擊而遭受破壞的事例屢見不鮮。近年來,隨著電力系統現代化、信息化進程的發展,自動控制系統在電力工業中的應用越來越廣,弱電系統在整個電力系統中的地位越來越重要。實際中,在電力系統中增加自動控制系統的同時,往往對自動控制系統的防雷未加考慮或考慮不夠,一旦有雷電波侵入,設備損壞是巨大的,有的甚至使整個系統癱瘓,造成無可挽回的損失。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。因此,有必要對電力系統中的自動測報系統、通信系統、計算機監控系統、工業電視圖像系統、MIS系統、繼電保護裝置等弱電設備進行防雷及過電壓保護技術改造,有效地降低雷害的損傷程度,保證電力系統安全穩定運行。

              1弱電設備的雷害分析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、球形雷有一定認識,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11.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: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。

              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。

              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。

              2電子設備防浪涌要求2.1耐壓要求安全性能會降低,甚至被毀。因而電子設備的瞬間過電壓應該小于其絕緣耐壓值,正常的工作電壓應小于保護電壓。

              2.2過流保護要求電子設備的過流能力一般設計為額定電流的1.5~2倍,以此為標準選擇電子元器件。如額定電流為0. 22A的計算機其最大過流能力約為0. 45A.當電流大于該值時,電子設備所選用的電子元器件將會燒壞而無法正常工作,因而應該保證到達電子設備的瞬間過電流小于其額定電流的1.5 ~2倍。2.3動態響應時間要求電子設備在設計過程中,已經采用了許多保護器件,如快熔器、壓敏電阻、空氣開關、繼電保護器件等。每種保護器件都有特有的動態響應時如空氣開關、繼電保護器件其動態響應時間約在200ms左右),而每種電子設備也有其保護響應時間,因而流過電子設備的浪涌的瞬態時間應該大于電子設備的動態響應時間,避免保護器件來不及響應而使浪涌通過電子設備。

              2.4接地保護要求電子設備在安裝時,應做到良好接地,否則雷電所產生的浪涌能量不能有效地對地泄放而擊毀器件。接地線在瞬間遭受浪涌以電感方式存在,接地線上的壓降為ui=Ldi(t)/dt.對于1.5m長的接地線L1.5MH,雷電在瞬間產生的幾百安培浪涌電流,其di(t)/dt可達5X106A/s.此時接地線上的壓Pu1=Ldi(t)/dt=1.5X10-6X5X106=7.5V5備將承受幾kW的浪涌能量。該能量將可能損傷或毀壞大部分電子設備。因此,對電子設備作可靠的接地保護,能使到達電子設備外殼的電壓較小,起到安全保護的作用。但僅作接地保護是遠遠不夠的,還必須加裝浪涌保護裝置。因外界侵入的浪涌能量將首先通過電子設備再對地泄放,這樣流經電子設備的浪涌電流基本不變,其能量有可能很大,電子設備仍有可能被損壞。因此接地保護對于電子設備而言只能是一種輔助性保護。

              3弱電設備的防雷措施1當瞬間電壓超過電子設備的絕緣耐醒其lish盤至二次低壓設備的配電箱間電纜阻兩端對地根據IEC61312標準,弱電設備應設置多級防雷保護措施。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。由于雷電流主要是由首次雷擊電流和后續雷擊電流所組成,因此雷電過電壓的保護必須同時考慮到如何抑制(或分流)首次雷擊電流和后續雷擊電流。在采取多級保護措施的同時,還必須考慮各級之間的能量配合和解耦措施。

              弱電系統的防雷可采用兩種措施:外部防雷和內部防雷。外部防雷可將絕大部分雷電流直接引入地下泄散;內部防雷可阻塞沿電源或信號線所引入的雷電波。這兩道防線互相配合,各盡其職,缺一不可。

              3.1外部防護措施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:使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引入大地。

              在將雷電流引入大地的時候俊量將雷電流分流,避免造成過電壓危害設備。

              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。

              建筑物各點的電位均衡,避免由于電位差危害設備。

              保證建筑物有良好的接地1231,避免雷擊建筑物時地電位抬高而損壞設備。

              3.2內部防護措施內部防雷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,在設備受到過電壓侵襲時,保護裝置能快速動作泄放能量,從而保護設備免受損壞,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。內部防雷分為電源防雷和信號防雷。

              1)電源防雷系統主要是防止雷電波通過電源線路對計算機及相關設備造成危害。為避免高電壓經過防雷器對地泄放后的殘壓或因更大的雷電流在擊毀防雷器后繼續毀壞后續設備,以及防止線纜遭受二次感應,依照有關防雷工程試行草案,應采取分級保護、逐級泄流的原則。一是在大樓電源的總進線處安裝放電電流較大的一級電源防雷器;二是在重要樓層或重了確保遭受雷擊時,高電壓首先經過一級電源防雷器,然后再經過二級電源防雷器,一級電源防雷器和二級電源防雷器之間的距離要大于10~15m.如果兩者間距不夠,可采用帶線圈的防雷箱,這樣可以避免二級電源防雷器首先遭受雷擊而損壞。

              2)信號防雷系統由于雷電波在線路上能感應出較高的瞬時沖擊能量,因此要求網絡通信設備能夠承受較高能量的瞬時沖擊,而目前大部分設備由于電子元器件的高度集成化而使耐過電壓、耐過電流水平下降,必須在網絡通信接口處加裝必要的防雷保護裝置以確保網絡通信系統的安全運行。對通信系統進行防雷保護,選取適當保護裝置非常重要,應充分考慮防雷產品與通信系統匹配。對于信息系統,應分為粗保護和精細保護。粗保護量級根據所屬保護區的級別確定,精細保護要根據電子設備的敏感度來進行確定。

              因對弱電設備的雷電浪涌防護重視不夠,故而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。

              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。

              阻塞沿電源線或數據、信號線引入的過電壓波。

              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。

              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。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。

              采用短線技術。設備間的連接線盡可能短,以減少導線上的雷電感應電壓幅值。

              采用屏蔽方式。選用有屏蔽層的電纜,將減小雷電感應電壓強度,但屏蔽層應可靠接地。

              采用隔離、絕緣來削弱雷電感應電壓。天線的固定支架采用絕緣棒與避雷針支體隔離,電池極支架與避雷針體地板用絕緣子隔離。

              人工隔離。如需弱電設備工作時,由人工合上電源開關,插接網絡線路,否則,斷開以上線路。

              電壓抑制技術。對于無人職守設備和需不間斷與外界聯絡的設備,必須把雷電感應電壓限制在設備承受的電壓以下,防止設備損壞。

              要設備電源的進線處裝二級或三級Mff.為wish的防雷保護g裝置eed.岣://,(下轉第6頁)要使設備達到理想的防雷效果,必須根據設備的工作原理、工作條件、功率大小及阻抗高低來裝設在允許的逆變器輸出電壓靜態誤差和動態誤差范圍,不會產生誤操作;一旦逆變器輸出電壓誤差超出了允許極限時,不會產生拒動作;在全數字化UPS電源中,誤差處理與旁路控制方案是在ADMC401芯片的ADC+ISR(即A/D轉換完成中斷)中斷服務子程序中實現的。具體的ADC+ISR中斷服務子程序框圖如所示。

              3實驗結果全數字化UPS電源中,采用上述的逆變器輸出電壓誤差監測與旁路控制技術,沒有發生誤操作和拒動作,成功實現了既定的控制功能。表2是具體的實驗測試數據。

              表2實驗測試數據序號特性電壓誤差是否轉旁路結論靜態否沒有誤操作靜態是沒有拒動作動態否沒有誤操作動態是沒有拒動作4結束語本文通過定義UPS電源逆變器輸出電壓瞬時誤差并對其進行預處理的辦法,實現了逆變器輸出電壓誤差的實時監測,以及可靠的旁路控制,完成了既定的控制功能,沒有發生任何誤操作和拒動作,取得了良好的控制效果。

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