電能表及采集終端的雷擊分析與對(duì)策

國(guó)網(wǎng)棗莊供電公司　董　振　劉潤(rùn)東

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電能表及采集終端的雷擊分析與對(duì)策

國(guó)網(wǎng)棗莊供電公司董振劉潤(rùn)東

【摘要】隨著智能電能表的全覆蓋，全采集，智能電能表及采集終端在雷雨季節(jié)遭受雷擊的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，致使電能表損壞，無法計(jì)量，采集器損壞，無法遠(yuǎn)方抄表，帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，增加了大量的現(xiàn)場(chǎng)工作。電能表及采集終端的防雷已經(jīng)到了必須解決的地步，為此國(guó)網(wǎng)棗莊供電公司經(jīng)過大量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，查閱大量技術(shù)資料，制定防雷對(duì)策，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室多次雷擊試驗(yàn)，研制成功電能表及采集終端防雷裝置，取得較好防雷效果。

【關(guān)鍵詞】雷擊；分析；對(duì)策

1　前言

由于高壓架空輸電線路距地高、線路長(zhǎng)，而且分布范圍廣，周圍很少有高大建筑，高壓線路遭受雷擊的情況時(shí)有發(fā)生，致使線路短路、跳閘，造成大面積停電。再就是電網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，高低壓同桿架設(shè)等原因，又會(huì)相互影響，高壓線路發(fā)生雷擊時(shí)，就會(huì)在低壓線路感應(yīng)浪涌電流，浪涌電流強(qiáng)度過大就會(huì)擊毀運(yùn)行中的電氣設(shè)備、家用電器、電能表及采集終端，給用電客戶和供電公司帶來巨大損失，特別是農(nóng)村低壓臺(tái)區(qū)，缺乏必要的防雷措施，雷擊時(shí)就會(huì)造成一個(gè)臺(tái)區(qū)下面的幾十塊甚至上百塊電能表同時(shí)損壞，電能表內(nèi)部元器件被擊穿、燒損，出現(xiàn)電能表黑屏和RS485電路異常等故障。2013年雷雨季節(jié)，山東省棗莊市三相電能表毀壞1708只，單相電能表7885只，負(fù)控終端350只，集中器及采集器3500只。電能表遭受雷擊占電能表總數(shù)的0.7%，采集終端遭受雷擊占總數(shù)1.2%，直接損失400萬元。

2　雷擊案例

2.1案例一

棗莊市山亭區(qū)徐莊一配電室內(nèi)，電能表規(guī)格為3*220/380V，3*10（100）A，三相電壓及零線與電路板連接處導(dǎo)線燒光，壓敏電阻炸裂，燒毀銅箔；電流互感器次級(jí)線圈處銅箔燒毀；壓敏電阻后邊元器件未見異常。電能表外殼破碎，液晶屏破碎。

2.2案例二

棗莊市山亭區(qū)城區(qū)一臺(tái)變，低壓避雷器炸裂，終端被雷擊，外殼被炸裂。電能表內(nèi)部三相電源線為0.5mm2多股銅線，終端三相交流線被燒斷。零線未斷，電路板上的三相電壓及零線的銅箔融化。阻波器為單股耐高溫銅線，未斷，壓敏電阻未見異常。內(nèi)有融化的金屬微粒，短細(xì)銅絲。終端旁邊表計(jì)沒有受到雷擊。

2.3案例三

棗莊市嶧城區(qū)一配變終端被雷擊，外殼被炸裂。電能表內(nèi)部三相電源線為0.5平方毫米多股銅線，終端三相交流線及零線被燒斷，與其相連的銅箔融化。阻波器為單股耐高溫銅線，未斷，壓敏電阻未見異常。內(nèi)有燒毀數(shù)段藍(lán)色導(dǎo)線。電路板背面RS485電路銅箔明顯燒毀。RS485轉(zhuǎn)接口插座后銅箔燒毀。

3　故障分析與對(duì)策

3.1分析與對(duì)策一

接線端子到電路板的連線融化、炸裂。說明雷擊電流較大，一般的多股導(dǎo)線不能抵御浪涌電流，從阻波器基本沒有受到損失看，阻波器用的導(dǎo)線是耐高溫導(dǎo)線，所以接線端子到電路板的連線宜采用耐高溫導(dǎo)線。

3.2分析與對(duì)策二

電路板上焊錫氣化。在強(qiáng)大的浪涌電流下，焊點(diǎn)的焊錫被氣化，說明此點(diǎn)應(yīng)該壓接，不宜使用焊接工藝。

3.3分析與對(duì)策三

電能表及采集終端內(nèi)部的電源多數(shù)采用5kA通流量的壓敏電阻。壓敏電阻炸裂的原因一是元器件的質(zhì)量不好，二是壓敏電阻通流量小，壓敏電阻的通流量宜提升。

3.4分析與對(duì)策四

RS485電路被雷擊壞，有兩種情況。一是浪涌電流從交流電源進(jìn)入，把RS485電路的電源擊毀，影響RS485電路工作；二是浪涌電路從RS 485饋線的A、B端進(jìn)入電能表及采集終端，造成損壞。

3.5分析與對(duì)策五

部分雷擊發(fā)生在壓敏電阻的后邊，說明壓敏電阻還沒有來得及動(dòng)作，浪涌電路壓接進(jìn)入后邊的電路，造成損壞。壓敏電阻的反應(yīng)時(shí)間是25納秒，這樣的雷擊是壓敏電阻無法完全避免的，應(yīng)該使用高能TVS管（瞬變電壓抑制二極管）解決這種問題。

3.6分析與對(duì)策六

由于壓敏電阻的鉗位電壓較高，可能會(huì)對(duì)后面的元器件造成傷害。應(yīng)該選用鉗位電壓低的元器件。

4　防雷設(shè)計(jì)需要注意的幾個(gè)問題

4.1防雷元器件反應(yīng)時(shí)間

氣體放電管反應(yīng)時(shí)間≤100ns，壓敏電阻反應(yīng)時(shí)間≤25ns，瞬態(tài)抑制二極管反應(yīng)時(shí)間<1ns。

4.2防雷元器件通流量

氣體放電管放電能力強(qiáng)，通流容量大，可做到上百千安，漏電流??；壓敏電阻的通流容量大，可做到幾十千安，漏電流較?。桓吣躎VS管通流容量可做到十千安以上，漏電流比氣體放電管和壓敏電阻較大。

4.3防雷元器件價(jià)格

三種防雷元器件各有利弊，使用哪一種元器件應(yīng)綜合考慮性價(jià)比。放電管殘壓高，放電電流大，不足之處是反映速度慢；壓敏電阻反映速度較放電管快，殘壓較高；高能TVS管反映速度最快，殘壓低，但是價(jià)格高，每只10kA通流量的價(jià)格在幾百元，影響使用范圍。

4.4防雷的多路徑泄流

從三相電能表及采集終端雷擊的情況看，零線有被燒斷的，也有沒有燒斷的，說明了相間放電較多，浪涌電流存在多路徑傳輸。對(duì)于三相三線或者三相四線電能表及終端，應(yīng)多路徑泄流，實(shí)現(xiàn)相與相、相與零線，相與地線泄流。

4.5提高防雷裝置反應(yīng)速度

提高防雷元器件反應(yīng)速度的方法。在保證正常工作電壓的基礎(chǔ)上，降低壓敏電阻的鉗位電壓，提升防雷裝置的快速反應(yīng)能力。

4.6壓敏電阻的通流量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，壓敏電阻的通流量一般不能低于10kA。否則不能完全應(yīng)付感應(yīng)雷的浪涌電流。

4.7防雷裝置應(yīng)便于安裝

防雷裝置保護(hù)交流電源和RS485電路，應(yīng)便于安裝、維護(hù)。

5　浪涌實(shí)驗(yàn)

5.1浪涌實(shí)驗(yàn)一（3kA，8/20毫秒）

通過測(cè)試，可以發(fā)現(xiàn)TVS管降低殘壓的效果明顯，殘壓約為650V左右。比不加TVS管之前的2250V，降低1500V。

不加TVS管，在3000A，8/20毫秒浪涌電流下，擊毀終端的電源板上一個(gè)保險(xiǎn)（不影響終端工作）。把TVS管并聯(lián)在電源上，加3000A，8/20毫秒浪涌電流未見終端電源板元器件損壞。

5.2浪涌實(shí)驗(yàn)二（10kA、20kA，8/20毫秒）

在終端電源板上并聯(lián)防雷裝置，分別做了8/20毫秒10kA和8/20毫秒20kA的三相對(duì)零線、對(duì)地線多次浪涌試驗(yàn)，效果較好，所保護(hù)的終端電源板完好無損。

5.3浪涌實(shí)驗(yàn)三

1)不用防雷裝置，直接對(duì)終端電源板的A相、N線打8/20毫秒10kA浪涌波形。三型專變終端電源板遭受一次8/20毫秒10KA的浪涌波形之后，電源板正面未見異常，其阻波器正常，但是電路板背面A相電源的銅箔融化、發(fā)黑，和棗莊地區(qū)終端電源損壞板雷擊后的情形比較相似。

2)不用防雷裝置，直接對(duì)終端電源板的A相、N線打8/20毫秒20kA浪涌波形。終端電源板損壞嚴(yán)重，阻波器線圈被打斷。

6　防雷裝置試運(yùn)行

通過對(duì)雷擊的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、分析、設(shè)計(jì)和制作，棗莊供電公司研制成功電能表及采集終端防雷裝置，該防雷裝置體積小、重量輕，安裝簡(jiǎn)單易行，改變了其它RS485防雷電路串聯(lián)在電路中的做法，安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；交流接地保護(hù)線的引出線PE1和RS485接地保護(hù)線的PE2分別接地。

2014年雷雨季節(jié)前，棗莊供電公司在去年表計(jì)遭受雷擊嚴(yán)重的電能表表箱內(nèi)安裝單相防雷裝置數(shù)百只。雷雨季節(jié)試運(yùn)行以來，安裝防雷裝置的表箱內(nèi)的電能表及采集終端沒再發(fā)生雷擊毀壞現(xiàn)象，電能表的電源和RS485電路均正常。沒有安裝防雷裝置的部分表箱，電能表和采集終端今年再次受到雷擊。

7　結(jié)束語

棗莊供電公司會(huì)繼續(xù)做好電能表及采集終端的防雷工作，一是跟蹤防雷裝置運(yùn)行情況，并且不斷改進(jìn)電路設(shè)計(jì)、完善單相防雷裝置性能，降低防雷裝置價(jià)格。二是逐步擴(kuò)大安裝范圍，爭(zhēng)取對(duì)所有可能遭受雷擊的電能表表箱安裝防雷裝置，實(shí)現(xiàn)電能表及采集終端的防雷全覆蓋，減少雷擊對(duì)電能表、采集終端和家用電器的毀壞。

參考文獻(xiàn)

[1]吳向榮.智 能 電 表 R S- 4 8 5 通 信 接 口 防 雷 探 討[J].機(jī)電信息,2011(36).

董振（1962—），男，山東棗莊人，大學(xué)專科，工程師，研究方向：電力通訊。

作者簡(jiǎn)介：