電廠數(shù)字程控交換機(jī)防雷措施分析

趙 雷

(大慶油田電力集團(tuán)油田熱電廠信息中心，黑龍江 大慶 163314)

0 引言

雷電是自然界一種十分壯觀的聲、光、電現(xiàn)象，同時,雷電也是一種十分嚴(yán)重的自然災(zāi)害。它給人們正常的生產(chǎn)生活帶來的影響，隨著現(xiàn)代生產(chǎn)設(shè)備的高速發(fā)展愈顯嚴(yán)重，雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失和危害程度在不斷增加，因此，防雷減災(zāi)工作日顯重要。

大慶地處東北地區(qū)，夏天有2個多月的多雨季節(jié)如不采取可靠措施，程控交換機(jī)易遭到雷擊，輕者損壞板卡設(shè)備，重者損壞整個程控交換機(jī)設(shè)備嚴(yán)重甚至造成人員傷亡，直接影響到電廠整個通訊網(wǎng)絡(luò)的運行以及發(fā)電供熱[1]。究其原因，是由于機(jī)房設(shè)備及配線系統(tǒng)和供電系統(tǒng)沒有采取有效的避雷措施所致。為了最大限度的減少雷擊對程控交換機(jī)設(shè)備的危害，文中詳細(xì)介紹了幾種有效的程控交換機(jī)防雷方法。

1 雷擊介紹

雷擊分為直擊雷、雷電流、雷電電磁脈沖等危害。具有高電壓、大電流和瞬時性特點，強(qiáng)大的閃電產(chǎn)生靜電場、電磁場和電磁輻射，以及雷電波侵入、地電位反擊等，統(tǒng)稱雷電電磁脈沖，嚴(yán)重干擾無線電通訊和各種電子設(shè)備的正常工作，在一定范圍內(nèi)造成許多微電子設(shè)備損壞[2]。僅僅依靠避雷針等防直擊雷系統(tǒng)是無法保證防雷效果的，需要有一種合理的工程保護(hù)方式，既要防護(hù)直接雷擊，又要防護(hù)雷電流、電磁脈沖等做到綜合保護(hù)。

2 程控交換機(jī)防雷措施

2.1 程控交換機(jī)接地

接地是防雷體系中最基本的，也是最有效的措施。按照“接地”的作用不同，可以將“地”分成“工作地”、“保護(hù)地”和“防雷地”等形式。對重要的通信設(shè)備系統(tǒng)，一定具備的是“工作地”，它為整個程控交換機(jī)換機(jī)系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)參考電位，有了這個參考電位，系統(tǒng)才能正常工作;因程控交換機(jī)系統(tǒng)由強(qiáng)電源供電，需將設(shè)備外殼接“保護(hù)地”，以保護(hù)人身安全;程控交換機(jī)系統(tǒng)存在室外電纜與之相連，需要系統(tǒng)在合理位置接“防雷地”，以防止雷擊高壓串入系統(tǒng)中[3]。程控交換機(jī)的接地包括：直流電源接地;電信設(shè)備機(jī)殼或機(jī)架屏蔽接地;入站通信電纜的金屬護(hù)套或屏蔽接地;明線或電纜入站避雷器接地和信號電纜空線對的接地[1]等。

接地裝置接地電阻計算公式如下：

式中，R～為接地裝置各支線的長度取值小于或等于接地體的有效長度 le或者有支線大于 le而取其等于le時的工頻接地電阻；A為換算系數(shù)； Ri為所要求的接地裝置沖擊接地電阻(Ω)。

接地體的有效長度計算如下：

式中，el為接地體的有效長度；p為敷設(shè)接地體處的電阻率。

對于程控交換機(jī)接地系統(tǒng)應(yīng)采取的具體措施如下：

機(jī)房內(nèi)應(yīng)有獨立地線，且強(qiáng)電地線與弱電地線要分開。在機(jī)房新設(shè)接地匯流排兩個，一個作為機(jī)房的弱電系統(tǒng)接地，另一個則作為強(qiáng)電接地；機(jī)房新增一條接地引線，由建筑地網(wǎng)引到機(jī)房的匯流排上，機(jī)房接地電阻阻值要求： R≤4 Ω；要使機(jī)房更加安全，機(jī)房的靜電地板周圍增設(shè)一條均壓環(huán)，采用3 mm×30 mm的扁銅。圖1為機(jī)房程控交換機(jī)接地電路圖[4]。

圖1 機(jī)房程控交換機(jī)接地電路

接地地網(wǎng)：要求R≤1 Ω，ATK008總匯流排+引下線35平方500多芯接地線+接地體。

接地體：是埋于地下與引下線入地相連接，雷擊電流由此發(fā)散到大地。通常用AT自動降阻接地模塊 400 cm×500 cm×60 cm和熱鍍鋅接地體50 mm×50 mm×5 mm×L2 500 mm組成垂直接地體，再用40 mm×4 mm熱鍍鋅接地體組成水平接地體焊接連通，組成接地地網(wǎng),以滿足國家《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010接地電阻R≤4 Ω的要求[5]。

2.2 程控交換機(jī)防雷擊電磁脈沖

為改進(jìn)程控交換機(jī)周圍電磁環(huán)境，防止電磁脈沖干擾，程控交換機(jī)各金屬件都應(yīng)等電位連接在一起，并與防雷裝置相連，對整個程控交換機(jī)機(jī)房進(jìn)行空間保護(hù)，采用屏蔽電纜對屏蔽層兩端防雷區(qū)交界處做等電位連接，對機(jī)房外面由金屬物、金屬框架或鋼筋混凝土鋼筋等自然構(gòu)件構(gòu)成建筑物進(jìn)行大空間屏蔽時，應(yīng)將穿入機(jī)房用來屏蔽的導(dǎo)電金屬物就近與其做等電位連接。機(jī)房遭雷擊時的環(huán)境情況如圖2所示。

圖2 機(jī)房遭雷擊時的環(huán)境情況

雷電電磁脈沖強(qiáng)度[2]衰減計算公式如下：

式中，0H 為無屏蔽時所產(chǎn)生的無衰減磁場強(qiáng)度( A /m )；0i為最大雷電流( A )；aS為雷擊點與屏蔽空間之間的平均距離( m )。

在閃電擊在交換機(jī)機(jī)房附近磁場強(qiáng)度最大的最壞情況下，按機(jī)房的防雷類別、高度、寬度或長度可確定可能的雷擊點與屏蔽空間之間平均距離的最小值，其方法如下[6]。

滾球半徑按下式計算：

式中，R為滾球半徑( m )；0i為最大雷電流( kA )。

2.3 程控交換機(jī)電源浪涌保護(hù)

程控交換機(jī)機(jī)房電源線路防雷保護(hù)主要是在機(jī)房設(shè)備的各配電線路安裝多級防雷器，“電源防雷器”并接在電力線路上，可遏制瞬態(tài)過電壓和泄放浪涌電流。從總進(jìn)線到用電設(shè)備端通常配置分為3級[3]，經(jīng)過逐級限壓和放電，逐步消除雷電能量，保證用電設(shè)備的安全。根據(jù)不同的需要可選用”防雷箱”、“可插拔模塊型”、“端子接線式”和“移動插座式”等品種。

針對機(jī)房重要設(shè)備及主要的終端設(shè)備，可在交換機(jī)等設(shè)備的電源進(jìn)線端，串聯(lián)安裝防電涌保護(hù)器，其作用是將雷電及其他浪涌電壓限制到對設(shè)備沒有損害的水平，特別是對日常的電源系統(tǒng)操作過電壓、電源高次諧波等具有限制和保護(hù)作用。

浪涌保護(hù)器的有效電壓保護(hù)水平計算如下：

對限壓型浪涌保護(hù)器：

對電壓開關(guān)型浪涌保護(hù)器：

式中，/PfU 為電涌保護(hù)器的有效電壓保護(hù)水平；PU為電涌保護(hù)器的電壓保護(hù)水平；UΔ為電涌保護(hù)器兩端引線的感應(yīng)電壓降。

為取得較小的電涌保護(hù)器有效電壓保護(hù)水平，一方面可選有較小電壓保護(hù)水平值的電涌保護(hù)器，一方面應(yīng)采用合理的接線。

2.4 程控交換機(jī)信號防雷保護(hù)

程控交換機(jī)機(jī)房監(jiān)控、存儲交換設(shè)備直接保持對外、對內(nèi)通訊聯(lián)系，信號線是感應(yīng)雷入侵的另一主要線路，而因為眾所周知的原因，通訊接口芯片的抗過電壓沖擊的能力很差，一般CMOS電路極限電壓均在幾十伏，極易遭受感應(yīng)雷襲擊。而根據(jù)美國通用電氣公司R.D.HILL的試驗結(jié)果，只需0.07高斯的磁場強(qiáng)度就能使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)癱瘓，而2.4高斯的磁場強(qiáng)度就使計算機(jī)的元器件永久性損壞，輕則部分通訊線路中斷，重則整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓[7]。

對于設(shè)備之間都是通過軟光纖和較短的雙絞線進(jìn)行連接的，并且又同處在一個層面上，所以它們之間暫不須加裝避雷器。為盡量避免上述災(zāi)害情況的發(fā)生，需針對不同的設(shè)備選用相應(yīng)的數(shù)據(jù)通訊信號避雷器作為通訊線路上防感應(yīng)雷電壓波的保護(hù)措施。并在機(jī)房靜電地板下面做等電位均壓環(huán),用多股銅芯將均壓帶與接地匯流排連接。用不低于10平方毫米的多股銅芯接地線將金屬門窗、各種線路的金屬屏蔽管、各種電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)架等與接地匯流排連接。使所有設(shè)備在雷擊過程中處于同一電位水平，有效地避免不同設(shè)備之間的地電位反擊。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備精細(xì)化要求的不斷提高，一個完善的防雷方案以及有效的防雷措施對設(shè)備系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要，這不僅僅是針對程控交換機(jī)而言。通過文中闡述的幾項防雷措施在電廠數(shù)字程控交換機(jī)的應(yīng)用，油田電廠程控交換機(jī)的防雷效果得到明顯加強(qiáng)，應(yīng)用三年中未發(fā)生一起由于雷擊引起的設(shè)備故障，這不但提高了用戶通話質(zhì)量，也提高了整個電廠通訊網(wǎng)的安全等級，在今后的工作中，將結(jié)合以上防雷經(jīng)驗，對機(jī)房光端設(shè)備系統(tǒng)、中繼系統(tǒng)的防雷進(jìn)行進(jìn)一步改善，使設(shè)備防雷水平邁上新臺階。

[1] 李文選.雷電及其災(zāi)害的預(yù)防[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(02):30-31.

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[4] 國家標(biāo)準(zhǔn).建筑物防雷設(shè)計規(guī)范 GB50057-91 [S]. 北京中國計劃出版社, 2001:67-68.

[5] 黃小菊.淺談配電系統(tǒng)的防雷與接地問題[J]. 民營科技, 2011(07):185-186.

[6] 宋木泉,吳煌祥,林建生.防雷裝置技術(shù)評價方法探索[J]. 大科技, 2009(08):131-132.

[7] 張成祥,蒲軍,姚娟,等.防雷裝置設(shè)計審查常見問題綜述[J]. 青海氣象, 2008(02):41-42.