浅谈电力通信系统的防雷保护.doc

浅谈电力通信系统的防雷保护 广东电网公司电力通信设备运维中心 陈振辉摘要：本文介绍了通信系统雷击的途径及发生原因，提出了电力通信系统的一般防雷保护措施，特别是针对通信电源系统、通信线路的防雷及电力通信系统接地提出具体的要求，对电力通信系统如何实现防雷保护进行了阐述。关键词：防雷保护 通信系统引言随着电力系统的发展和现代化，通信系统提供的各种通道和功能的稳定和可靠对于电力系统安全运行具有很重要的现实意义。特别是计算机的联网，遥控遥测设备的增多，通信系统一但遭受雷击而出现故障会造成调度中断或系统瘫痪，进而造成大面积停电等事故，因此对于电力通信而言雷击的危害是不可勿视和必须解决的。1. 雷击通信系统的途径1.1 雷电直击通信设备一般的建筑物都有较完好的避雷系统，当发生雷击时，避雷系统可将雷电流引至自身，并通过地线泄放雷电流，从而保护了避雷系统保护范围内的设备和物体（包括通信设备）。实际运行表明，在避雷系统保护范围内，被保护物体仍有遭雷击的可能，即雷电直击到物体上成为直击雷。这种情况将造成整个系统设备的大规模报废损坏。1.2 雷电冲击波通过户外线路（电力线路、传输信息线路）侵入通信设备。由于闪电脉冲放电峰值大，电场强，电流随时间变化率大，且放电过程形成的频谱范围宽（约1hz100Mhz），因此，对架空线、电缆、电线及一切金属导体都会感应强大的感应过电压和感应过电流。其值根据电磁感应和静电感应理论公式可知： E= -M.di/dt M= /i因此，一旦线路感应的雷击过电压，过电流被引入通信系统设备中，将产生严重的干扰甚至毁坏设备，造成通信系统中断。 1.3 雷击大地或接地体，对设备产生反击，损害其对地绝缘。 当雷电流经避雷系统流入大地或雷电直接击中大地时，由于避雷引入线本身的电感和电阻，特别是接地网电阻会引起地电位的突然上升，从而对设备产生反击，如果雷击电流过大，接地网电阻也会使雷击地电位抬升超过设备的绝缘水平造成设备绝缘损坏。2. 通信设备易遭雷击的原因通信设备比一般的电气设备更易被雷击损坏，一般的电气设备都有一定的耐雷水平，如果电源进线的暂态过电压不超过6kv，这些设备都可以承受沿电源线进入的过电压而不致损坏；如果超过6kv，只需在电源进线上安装避雷器就可将过电压抑制在安全值内，从而保证设备的安全。而通信设备上述元件的耐压水平很低，电源线和信号线有的未设置，必要的过压保护，还有些其它因素：例如电源线路，信号线路和与信号有联系的管道，结构件等如果布置不当，形成一个开口导电环，当远处落雷时，地面电磁场也可在环内感应过电压，环路包绕的面积越大，感应过电压也越高，击坏设备的危险就越大。 3. 通信系统防雷措施 3.1 室外引入线的避雷措施由于室外引入线（包括电源线、信号线、天馈线）较易感雷电压或雷电流，并沿线侵入室内设备，因此应在所有的电线电缆入户内处加装合适的避雷器，且可靠接地，使得沿导线传来的雷电引发的高压电脉冲在避雷器处分流入地，即在入屋处分流雷电流。3.1.1电话线及专线的保护 这两部分线路由户外传输线路直接引入机房，与传真机、调制解调器、路由器等设备相连。通常这两部分线路是最易将过电压引入室内击坏通信设备的，是机房通讯设备防护的重点，因此在与这些进线相连接的设备处，均需安装防雷器。一般来讲，网络设备安装集中，MODEM、SWITCH、ROUTER、HUB等设备均安装于19标准机柜中，由于剩余空间位置较小，我们推荐选用组合式防雷器件，即每10对线1组，可插拔模块结构，可大大节省安装位置，同时也便于安装与更换。3.1.2局域网线路的保护 虽然局域网线路通常均布在室内，但由于设备接口耐压很低，加上线路的屏蔽、布线距离、布线方式等诸多因素的影响，感应雷击、浪涌过电压都可能通过网络线对设备连接端口造成破坏。因此，对通信系统的网口应该采取雷电防护措施，服务器、网络交换机、集线器等端口应加设专用浪涌保护器。出户的局域网线及BNC远程局域网也须安装浪涌保护器。485数据线接口、422数据线并口、RS232数据串口、TTY传感器数据接口等，均应安装匹配的浪涌保护器，匹配原则应参照防雷标准和计算机通信协议。3.1.3卫星接收系统天馈线的防护 天馈线做为雷击电流的主通道，要特别注意防雷。应在馈线电缆进入机房时安装同轴天馈线保护器。对于卫星的N型粗缆接口应能截止频率3GHz功率700W,泄放电流20KA（8/20us）都可以安装在配线架上的主馈线与下跳线之间。3.2 电源设备的保护措施 电力通信系统使用的通信电源的供电主要是由变电站、大楼的低压配电室引入，其电源高压端的防雷保护已由变电专业实施。因此，对于通信电源系统的雷电防护，我们主要采取以下的防雷保护方案：3.2.1通信电源的交流配电柜或整流电源柜交流入口安装具有相对地及中性线对地保护模式标称放电电流不小于10KA（8/20us）的第三级交流电源SPD。通信电源的直流配电柜安装具有负极对地保护模式标称放电电流不小于10KA（8/20us）的直流电源SPD。3.2.2对于UPS不间断电源设备我们将电源系统防护的重点放在了对UPS不间断电源的输入和输出端的保护上。即防雷保护设计采取第一级火花间隙放电保护，在UPS电源输入端安装两级半导体过电压防雷保护，在三级雷击电流放电器间安装解耦器来协调各级间对雷电波或浪涌电压的有效吸收和释放。在三级防雷保护中，第一级防护为粗保护，对直击雷进行防护，吸收约90%的大能量雷电流；第二级为中级保护，选用浪涌电压雷电放电器，即半导体放电器，对雷电流进一步吸收；第三级为细保护，同样采用浪涌电压放电器，将残余的雷电流基本吸收，通过地线泄入大地。 3.3 户外线路的避雷保护户外架空的信号线路，其线杆上装设避雷线。当雷击线杆时，保护电杆本身及保护角内的其它杆上设备，避雷线一般采用直径为4mm镀锌钢线，利用拉线直接入地，其接地电阻一般要小于10欧姆。凡从户外引入通信设备的各种电缆应有金属外皮或穿入金属管道，金属外皮或金属管道外壁应与接地网可靠相连。 3.4 通信机房、设备、机柜的防雷接地 在国际建筑防雷设计规范中，通信机房一般列为一类防雷设施，在机房建筑设计时一般已作防雷保护。 建筑在高山的通信站房，由于机房高而离云层较近，加上山区的自然条件复杂，土壤电阻率高，雷电活动频繁，更易被雷电直击和绕击，如高山常见的地滚雷等。为防止机房被绕击应多采用避雷带保护单个建筑物的边缘及凸出部分，而尽量少用避雷针等。同时通信机房房顶的四周应敷设均压带，形成闭合环形避雷带，并用两根以上的引下线与围绕设备房埋设的水平闭合接地带相连，接地带与机房内沿墙敷设的环形接地母线至少有两根550mm的扁铁相连，室内各种设备的外壳、电缆屏蔽层等与室内接地母线连接。这样做可以使所引下的雷电流发散或均匀，减少可能出现的感应过电压。在通信机房内部六面应有屏蔽网装置，屏蔽网装置、机房的建筑钢筋、金属架构、接地线的引出点等相互连接，形成等电位法拉第笼。通信机房应安装环形接地网，采用50x5mm 的铜排，围绕机房、离墙50mm 敷设环形接地母线。用4 条截面不小于90mm2 的铜排连接线将环形接地母线与机房墙角四个接地线引出点铜焊接。采用16mm 的热镀锌圆钢或50x5mm 的镀锌扁钢从建筑物一楼地网的接地点敷设至少2 条独立地线到机房连接。机房环形接地母线接地电阻要求小于4。通信机房走线架也要与环形接地母线进行可靠连接。设备机柜应内应配置左右两侧横截面不小于5mm30mm接地铜排，每侧铜排必须提供上下两个外界地网接地点。机柜内19英寸机架与设备子机箱等挂点连接处必须采用优