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雷電或過電壓侵入通設備的途徑
通網近幾年通設備遭雷擊損壞情況看，通電源、波通設備收發機、通設備用戶電路或接口電路損壞情況占絕大多數。統計結果表明，雷電或過電壓侵入通設備的途徑不外乎有以下幾種：
1 雷電直擊或在附近閃擊輸配電線路，雷電波沿電力線侵入機房電源設備，損壞電源開關、保險及整流變換模塊、通電源盤等。
2 雷電直擊波天線鐵塔，雷電波沿天饋線迅速侵入通設備，直接損壞與饋線相連的收發機單元部分，造成通中斷。
3 雷電直擊或閃擊在通架空光纜或電纜線路上，在線路上產生的瞬間過電壓，沿光纜或電纜金屬外皮或加強芯迅速向線路兩端擴展進入機房，損壞與光纜直接相連的機盤，或損壞與通電纜直接相連的保安配線架、用戶電路板或接口電路板。
4 雷電直擊鐵塔或變電所內避雷針，雷電流通過避雷針引下線流入接地網，造成地電位升高。當設備接地不良，接地電阻阻值較大時，會造成電子設備損壞。
5 當變電所發生線路或母線接地事故時，故障電流對地網放電，巨大的接地電流流入接地網，造成地電位短時間迅速升高，也會造成電子設備損壞。
6 在電力線路下添架的通線路，當電力線路瓷瓶絕緣擊穿時，造成電力線對通線路放電，或電力線路搭接在通線路上，致使強電沿光纜金屬加強芯或音頻通電纜侵入機房，造成通設備損壞或人員傷害。
通站防雷存在的缺欠
電力通防雷情況，我們對照《電力系統通站防雷運行管理規程》，逐站逐條進行了防雷檢查。檢查結果表明個別通站還不同程度的存在著缺欠，共性的問題主要表現在以下幾方面：
1 個別在辦公樓里面的通機房，大多數都是由辦公室改造而成的，接地網不規范，個別接地電阻大于5Ω，無環形接地母線。設備接地線線徑細。
2 交流電源有的裝了過電壓保護器，有的還沒有，大多數通站沒有安裝直流電源過電壓保護器，通設備電源入口也沒加裝壓敏電阻。
3 個別通電纜線路由于受現場環境條件限制，直接架空進入機房，沒有進行直埋。新型卡接式配線架接線不方便，未將電纜空線對接地。
4 變電所內的數字配線及音頻保安配線架都是后組裝于光端機的機框內，保安配線單元的接地線未接到接地母線上。
5 變電所RTU遠動裝置大多采用RS232接口與“一點多址”波、光端機等通設備相連，經常發生雷雨過后燒壞RS232接口板現象。RTU裝置接地大多數是直接用螺絲固定在地溝的槽鋼上（槽鋼與地網焊接）接地不良。
通站綜合防雷措施的應用
針對上述通站防雷存在的缺欠，近幾年我們依據通站防雷的一般原理和常用防護措施，采取綜合性防雷，對通站防雷設施進行了改造和完善。
1 防雷總的原則是：
（1）采用外部保護將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄放。
（2）采用過電壓保護器阻塞沿電源線或數據線、號線引入的過電壓波（內部保護）。
（3） 采用過電壓保護器限制被保護設備上的浪涌電壓幅值。
（4）用光電隔離器隔離通與RTU之間的RS232接口，避免接口設備電氣連接。
2 防雷一般方法和技巧：
（1） 設置一套良好的建筑物避雷帶、避雷網，并與主鋼筋一起接地；
（2）外置設備（天線等）應盡量置于建筑物避雷網的保護角度范圍內：
（3）采用共地的接地措施；
（4） 在電源、號或數據線各進出口安裝性能可靠的專用防雷器；
（5）室內的設備應盡量遠離避雷導電體；
（6）室內布線，包括各類傳輸線應盡量減小洄圈，好能加有屏蔽線并兩端接地。
3 防雷接地系統改造。
（1）對調度通樓接地網進行改造，發現原接地網因多年失修，有部分接地帶已爛斷。重新在通樓四面分別埋設4個接地網，接地極用50mm×50mm×5mm鍍鋅角鋼，每根長1500mm，垂直砸入1200mm深溝內，每根接地極相距500mm以上，并且用40mm×4mm鍍鋅扁鋼焊接聯成一個網狀接地裝置。4個接地網分別用一根扁鋼連至通樓各樓層機房的對稱接地網。改造后接地電阻為0.5Ω，滿足要求。
（2）對各辦公樓里的通機房接地進行改造，延長接地網，增加接地極數或鋪設兩個以上接地網。使接地電阻降到1Ω以下。
（3）通機房內用40mm×4mm鍍鋅扁鋼鋪成環形接地母線，四個角與地網相連。機房內所有設備外殼、暖氣、電纜走線架等金屬構件全部用35mm2銅導線就近與接地網相連。
（4） 變電所內通設備與RTU遠動裝置外殼均用35mm2多股銅導線就近連接到變電所接地母線的同一點，以電位差。
（5）將“一點多址”波饋線金屬外皮的上端、中間及下端分別就近與鐵塔相連，在機房入口處與接地母線相連。各波塔接地電阻測試符合要求。
（6）對于調度通樓，由于樓內有遠動、調度、交換機、光纖、波、電源等機房，各機房間聯系較多，各種音頻電纜、同軸電纜相互間連接復雜，一旦某個機房的電位升高，都會對其它機房設備造成威脅。因此，要把這些機房接地統一接到一個共用接地系統，實現各機房接地等電位連接。
4 電源系統的防雷保護
（1）引入通機房的電力線采用地下電力電纜，電纜金屬護套兩端均良好接地。
（2）配電變壓器高壓側接高壓氧化鋅避雷器，低壓側接電源防雷器。變壓器機殼、避雷器地統一接到地網上，并接地良好。
（3）通機房內電源采用多級浪涌保護措施。交流母線上并接一級380V過電壓保護器；高頻開關電源交流入并接一級380V過電壓保護器；－48V電源入口處接一級壓敏電阻。通設備電源正極在電源側和設備側分別接到接地母線上。
（4）在變電所內的通設備電源，由于通設備少，與其它變電所設備一起安裝于主控室。直流電源取自變電所220V直流操作電源，經DC/DC模塊變換成-48V電源供通設備。因此，在變電所用電柜交流母線上安裝一級380V/100G交流過電壓保護裝置，做為一級防雷；在高頻開關電源入線處裝一級交流防過電壓保護器，在DC/DC模塊48V輸出側裝一級48V直流浪涌保護；后，在通設備48V入口裝48V壓敏電阻一只。
（5）機房內所有交、直流配電柜機殼均做接地保護，交流保護接地線從接地母線上直接引出，嚴禁采用中性線作為交流保護接地線。
5 各種號線的防雷保護
根據各通站實際情況，采用加裝浪涌保護，光電隔離等措施，對進出通機房及通設備與其它設備接口的所有號線進行保護。以防止雷擊感應電壓或過電壓侵入損壞通設備。
（1）對個別通站通電纜線路直接架空進入機房的進行改造，在線路終端桿將鋼線接地，將通電纜水平直埋l0m以上，進入機房。進入機房的通電纜金屬外皮均良好接地。
（2）普通架空光纜、管道光纜、自承式光纜，均采用非金屬光纜。對于有金屬加強芯或金屬護套的光纜，進入機房前，在終端桿或終端電纜井改成非金屬光纜過渡進入機房。
（3）所有音頻電纜、線、號線進入機房要首先接入音頻保安器，來抑制電纜線對橫向、縱向過電壓。各配線架保安單元接地端均要良好接地，確保保安器發揮正常作用。
（4）認真落實進入機房電纜外皮及空線對接地保護措施。應及時做好電纜空線對在配線架上接地工作，以防止引入雷電感應電壓在開路導線末端產生反擊，損壞設備。有條件的配線架可采用短路接地塞，直接插在配線架空線對上，方便、靈活。平時檢修線對變更后，應及時檢查空對接地情況。
（5）對于遠動等其它專業的號進入通設備前應采取隔離措施：經調制解調器輸出的音頻模擬號，采用音頻變壓器進行電氣隔離；用RS232接口的數據號，采用光電隔離器進行隔離，地電位差可能通過該接口中的共用接地線串入，造成反擊損壞接口電路現象。
另外，從朝陽通設備接口損壞情況看，RS232接口損壞情況比較多，RS422接口從未損壞過。可見，RS232接口芯片抗干擾能力不如RS422接口芯片。因此，我們將具備條件地方，均已改為RS422通道傳，而不用RS232接口。建議以后新上設備也盡量不用RS232而改為64K、RS422、或2M接口。
（6）采用RJ45接口的網絡號，先經過網絡浪涌保護器后再接入通設備接口。對于電量采集、繼電保護、綜合自動化、MIS及負荷控制等專業采用2Mbit/s接口的號，必須先經過2Mbit/s同軸號浪涌保護器，再接入通傳輸設備，以防浪涌電壓侵入。有的地方MIS、負控等機房與通機房不在一起，距離較遠，可采用光纖收發器進行光電隔離，一來傳輸距離遠，二來進行號隔離，三是光纖傳輸抗干擾、防雷電效果更好。
（7）對于“一點多址”波饋線進入機房后，在饋線入端加裝同軸高頻號避雷保護器，保護器外殼要良好接地。保護器選用要考慮合適的帶寬。
高電壓引入是指雷電高電壓通過金屬線引導到其他地方和室內造成破壞的雷害現象。這種雷害現象占雷害的絕大部分，所以按《建筑物防雷規范》的規定，凡是有用電設備的建筑物都要考慮防高電壓引入的措施。
高電壓引入的高電壓源有三種:其一是直擊雷直接擊中金屬導線，讓高壓雷電以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內;第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應.它們在各種電線中感生幾千伏到幾十千伏的高電位，以波的形式沿著導線傳播而引入室內的;第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網入地時，在地網上會發生數十千伏至數百千伏的高電位.這種高電位通過電力系統的零線、保安接地線和通系統的地線，也是以波的形式傳人室內，并沿著導線傳播到遠處，殃及更大的范圍。
高電壓雷電脈沖的電壓到底有多高?這是讀者關心的問題。由直擊雷直接擊中電力線，線等金屬導線時，雖然直接被擊中點的電位與雷云的電位相等.即具有數百萬伏至數千萬伏甚至更高的電位。但是當雷電流沿著導線向兩邊傳播的時候，高電壓每經過一根電線桿，電桿上的瓷瓶就會對地發生閃絡.這樣就把雷電的高電位降落成瓷瓶的閃絡電壓，這電壓一般只有30~40kV.一般低壓架空線的波限抗為300~600歐姆。假設線路的波阻抗為500歐姆，那么它在終端入地的電流為40000/500=80A，所以只要距離雷擊點有3桿以上(即I000m以上)，其終端入地電流峰值不會大于20OA，但是，如果雷擊點很近.在三根電桿之內，入地峰值電流可能達到10 kA以上。由感應雷引起的高壓源。理論上也可以達到100 kV，但是它的實際電壓和電流值不可能大于上面所講的直擊雷高壓源的數值。
第三種高壓源是指直擊雷直接擊中大樓或附近時所形成的高壓源。這時，高壓源的電壓由沖擊電流峰值和地網的沖擊接地電阻決定。根據資料報道.按50%概率統計.直擊雷的峰值電流為30 kA，如果接地網接地電阻以4歐姆計，則接地網接引線端與大地間的電壓為30 kA×4=120 kV，即達到120000V。也就是說，零線與相線間的電壓有120000V(以上都是以低壓電網和通架空電線計)。這樣高的電壓對于低壓電器和一般通設備都是無法承受的。
由于高壓雷電脈沖是雷害中年損害設備多的，所以對高壓雷電引人的設備必須予以足夠重視，在工程上往往要根據設備的重要性和其對高電壓的耐受能力采用一級或多級設防。其中級設防，往往是把高電壓雷電脈沖的幅值降低，其辦法有下列三種。1. 輸電網金具接地法
如果電源輸入是明線輸入，應把入室前三根電桿的線碼鐵腳用金屬線引下接地，以便降低閃擊電壓。并且進房屋前后一根電桿的零線(或接地系統的地線)重復接地，接地電限不應大于10歐姆(見圖1)。并在相線與地之間留有2 mm的空氣間隙，把從相線引來的過電壓降下來，可能的悄況下，進戶線應盡量采用有金屬屏蔽層的電纜直接埋地或穿金屬管進線。在雷電高發區，房尾前為開闊地，或房子內有精密電子設備和電子計算機的情況更應該是這樣.并且埋地的電纜其長度不應小于15m。并要求從架空線轉電纜的進線端，和電纜入屋的輸出端，都接避雷器。避雷器的接地端、電纜的金屬屏蔽層、鋼管都必須接到防雷電感應的接地裝置上。按供電部門要求.供電零線進人鋼筋水泥大樓后，仍必須與從大樓、梁、柱內引出的一條主鋼筋作電氣連接，無鋼筋連接的建筑物應做接地極，把零線重復接地。
圖1 接零系統在架空線路上零線重復接地做法圖
當雷電波到達電纜首端(輸人端)時，避雷器被擊穿，電纜外皮導體與電纜芯接通。一部分雷電流經電纜首端接地電阻入地;另一部分雷電流流經電纜芯。由于雷電流高頻諧波相當豐富.產生集膚效應，流經電纜芯的電流被排擠到外皮導體去。同時，流經外皮導體的電流在芯中產生感生反電勢.使流經電纜芯的雷電流就被抑制到很小。2. 相線與地線間并聯電容器法
架空電線引入的地方裝設保護電容器對感應雷有良好的保護效果，但對直擊雷則無能為力，原因是直擊雷能量太大.電容器承受不了。裝設保護電容器能對感應雷高電壓引入起到良好保護作用的原因是;
當天空出現雷云的時候，地面即感應出與它相反的電荷.顯然架空電線上也感應到與地面大致密度相同的電荷.設其電量為Q。當閃擊使雷云與大地之間的電荷迅速中和而使雷云與大地之間的電場，由于架空線與大地之間有較大的電阻而不能及時使它上面的電荷，這就使架空線與大地之間形成感應高電壓，該電壓為
V感=Q/C
式中:
C-架空線對大地之間的電容，該電容很小，通常只有百分之幾法;
Q-導線與大地間存儲的電荷。
如果在架空線引入房尾端與大地之間接入一個電容器，即使只有很小.也可以使架空線路的引入高電壓降低到原來的幾十分之一。
如果接人電容的容量再大些，感應電壓將可以降到更低。
在架空電線裝電容器防止感應雷的優點是時間響應為零，因為電容的瞬變電流是超前于電壓的;其次是使雷電壓波形變鈍.鈍波形比尖波形危害要小.并聯電容器對直擊雷無能為力，但將電容器與保護間隙合并使用會得到更好的效果。因為放電間隙電流通流容量很大，從幾千安到幾十千安。但它有時間滯后，它們并聯使用互補其短.對防止高電壓引人能起到很好的作用。架空電線引入和電纜輸入、輸出端接口也可以用氧化鋅避雷器來防止高電壓引入。它的時間響應小于50ns。當采用電容器與其他器件并聯避雷時，電容器的耐受電壓應高于所并聯器件的殘壓。3.變壓器隔離法
在電源線和號傳輸線上裝變壓器可以對雷電高電壓引入起很有效的限制作用.當強大的雷電波輸入變壓器時，由于雷電波電壓比變壓器正常的電壓高很多倍，使得激勵的磁感應強度遠遠大于鐵芯允許通過的大磁感應強度，因而變壓器鐵芯飽和，變壓器的磁-電變換暫時失效，雷電高電壓不能傳輸到變壓器的副邊.從而保護了用電設備。所以，凡是裝了變壓器的電子儀器比未裝變壓器的電子器被雷擊損壞的概率小得多。
1.內部防雷裝置(internal lightning protection system):除外部防雷裝置外，所有其他附加設施均為內部防雷裝置，主要用于減小和防護雷電流在需防護空間內所產生的電磁效應。2.避雷器(surge arrester):通過分流沖擊電流來限制出現在設備上的沖擊電壓、且能返回到初始性能的保護裝置，該裝置的功能具有可重復性。3.內部引下線(internal down-conductor):位于被防雷保護的建筑物內部的引下線.4.保護器(protector):防止設備或人身受到高壓或強電流危害的裝置.5.保護導體(protective conductor):提供目的(如防觸電)的導體。6.保護電路(protective circuit):以保護為目的的一種輔助電路或部分控制電路。7.保護模式(mode of protection): SPD的保護器件可能按接在相線與相線、PE線與PE線、相線與中性線、中性線與PE線或者以上的組合等方式接入，這些接入方式被稱為防護模式。8.過載故障模式(overetressed fault mode):模式1-在這種情況中，SPD的限壓部分已斷開。限壓功能不再存在，但是線路仍可運行.模式2-在這種情況中.SPD的限壓部分已被SPD內部的一個很小的阻抗短路。線路不可運行，但是設備仍被短路保護.模式3-在這種情況中.SPD的限壓部分網絡側內部開路。線路不運行，但是設備仍然受到開路線的保護。9.浪涌保護器[surge protection device(SPD)]:用于限制暫態過電壓和分流浪涌電流的裝置.它至少應包含一個非線性電壓限制元件.也稱浪涌保護器.10.號浪涌保護器(signal surge protecting device):用于模擬號、數字號、控制號等息網絡通道的防雷裝置。11.保護電容器(capacitor for voltage protection):接于電源線與地之間，用以抑制浪涌電壓的電容器。12.保護系統和裝置(protection system and device):用于防止在有過電流(由于過負載引起)，故障電流和接地故障電流的情況下.危及人、畜和損壞設備的系統和裝置。13.電壓開關型浪涌保護器(voltage switching type SPD):在無電涌時呈現高阻抗，當出現電壓浪涌時其突變為極低的阻抗，通常采用放電間隙，氣體放電管，晶閘管和三端雙向可控硅元件作這類SPD的組件。有時稱這類SPD為“短路開關型"SPD.14.多級浪涌保護器(multi-stage SPD):具有不只一個限壓元件的SPD.這些限壓元件可以是被一系列元件在電氣上分離開，也可以不是。這些限壓元件可以是開關型的，也可以是限壓型的。15.限壓型浪涌保護器(voltage-clamping-type SPD):這種浪涌保護器在無浪涌時呈現高阻抗，但隨浪涌電流和電壓的增加其阻抗會不斷減小。用作這類非線性裝置的常見器件有壓敏電阻和鉗位二極管.這類浪涌保護器有時也稱為“鉗位型”。16.組合型浪涌保護器(combination-type SPD):由電壓開關型組件和限壓型組件組合而成，可以顯示為電壓開關型或限壓型或這兩者都有的特性，這決定于所加電壓的特性。17.一端口浪涌保護器(one-port SPD):與保護電路并聯連接的電涌保護器，一個單端口浪涌保護器可以有單獨的輸入輸出端口，但它們之間并無專門的串聯阻抗.18.二端口浪涌保護器(two-port SPD):具有獨立的輸入輸出端口的電涌保護器。在這些端口之間插入有一個專門的串聯阻抗.19.雷電保護系統[lightning protection system(LPS)]:用以對某一空間進行雷電效應防護的整套裝置，它由外部防雷裝置和內部防雷裝置兩部分組成.在特定情況下，雷電保護系統可以僅由外部防雷裝置或內部防雷裝置組成，也稱防雷裝置。20.非線性金屬氧化物電阻片(壓敏電阻) (nonlinear metal oxide varistor) :避雷器的主要工作部件.由于其具有非線性伏安特性，在暫態電壓作用時呈低電阻，從而限制避雷器端子間的電壓，而在正常運行時呈現高電阻。21·過電流保護(over-current protection):電源裝置和所連接的設備為防護過大的輸出電流(包括短路電流)而施加的一種保護。22.過電流保護器(over-current protector) :與保護對象串聯，用來防止其過電流的一種保護器。23.額定電流(rated current):一個限流SPD在不引起限流元件動作特性產生變化的持續流過的大電流。24.額定負載電流(rated load current):可以供給接到SPD輸出端負載的大連續額定均方根或直流電流。25.標稱放電電流(nominal discharge cL rrent) :8/20ms沖擊電流波流過SPD的電流峰值。用于對SPD做II級分類試驗，也用于對SPD做I級和II級分類試驗的預試驗。26.不可恢復的限流(non-resettable current limiting): SPD的只能限流一次的功能。27.可恢復限流(resettable current limiting):SPD在動作后可人為復原的限流功能。28.殘流(residual current):SPD按制造廠家的說明連接，不帶負載，施加大持續工作電壓時流過保護接線端子的電流。29.交流耐受能力(a. c. durability):表征SPD容許通過規定幅值的交流電流.并耐受規定次數的特性。30.連續工作電流(continuous operating current):SPD每一種防護方式在大連續工作電壓作用下分別流過的電流，相當于流過SPD防護器件的電流和流過SPD中與防護器件并聯的所有內部電路的電流之和。31.電流恢復時間(current reset time):一個自恢復限流器恢復到正常和靜止狀態所需要的時間。32.電流響應時間(current response time):在特定的電流和特定的溫度下限流元件動作所要求的時間。33·限流(current limiting):至少包含有一個非線性限流元件的SPD降低所有超過預定電流值的一種功能。34.大放電電流(maximal discharge current):允許通過SPD的電流峰值，該電流具有根據Ⅱ類工作狀態試驗的測試程序所規定的波形(8/20ms)及幅值。35·限流電壓(current-limiting voltage):加在規定輸出端之間，輸出電流開始被限制時的電壓值。36.續流(ollow current):當SPD通過放電電流脈沖后，隨后而至的由電源系統提供的電流，與連續工作電流完全不同.37.自恢復限流(self-resettable current limiting):在干擾電流消失后，SPD能自動恢復限流的功能。38.沖擊耐受能力((impulse durability):表征SPD容許通過規定的波形和峰值的沖擊電流，并耐受規定次數的特性。39.過電壓保護(over-voltage protection):電源裝置和所連接的設備為防止電源故障以至于產生過高的輸出電壓(包括開路電壓)而施加的一種保護。40.殘壓(residual voltage) :在放電電流通過時，在SPD端子間呈現的電壓峰值。41.限壓(voltage limiting): SPD降低所有超過預定電壓值的一種功能。42.持續工作電壓(continuous operating voltage):連續施加在SPD端子間不會引起SPD傳輸特性衰變的直流或交流(有效值)電壓.43.電壓保護水平(voltage protection level):表征一個SPD限制其兩端電壓的特性參數.這個電壓數值不小于浪涌電壓限制的大實測值，是由生產商確定的。44.實測限制電壓(measured limiting voltage):在規定波形和幅值作用下在SPD端子間測量到的電壓大值。45.大持續運行電壓(maximum continuous operating voltage):可連續施加在SPD端子上，且不致引起SPD傳輸性能降低的大電壓(直流或均方根值)。46.大中斷電壓(maximum interrupting voltage):可施加在SPD限流元件上，且不致引起SPD傳輸性能降低的大電壓(直流或有效值)。這個電壓可等于SPD的大持續運行電壓.或根據SPD內部限流元件的配置可高于SPD的大持續運行電壓。47.雙端口浪涌保護器負載側沖擊耐受能力(load-side surge withstand ca-pability for a two-port SPD):雙端口SPD輸出端耐受來自負載側沖擊的能力.48.插入損耗(insertion loss):由于在傳輸系統中插入一個SPD所引起的損耗.它是在SPD插入前后面的系統部分的功率與SPD插入后傳遞到同一部分的功率之比。這個插入損耗通常用分貝表示。49.絕緣電阻(insulation resistance):SPD指定的端子之間施加大持續運行電壓時呈現的電限。50.劣化((degradation):SPD由于浪涌或不利環境引起的原始性能參數的變壞。51.盲點(blind spot):高于大持續運行電壓，但可引起SPD不完全動作的工作點。所謂SPD的不完全動作是指一個多級SPD在沖擊試驗時不是所有各級都能動作。這可造成SPD中的一些元件遭受過載。52.熱崩質(thermal runaway): SPD持續的熱損耗超過了外殼及連線的散熱能力，導致內部元件溫度逐步增加直至損壞，這樣一種狀態又稱為熱失控.53.熱穩定(thermal stability):在工作狀態測試引起溫度升高，在特定環境溫度和大連續工作電壓作用下，SPD溫度隨著時間而下降至穩定溫度，這樣稱SPD是熱穩定的。
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