淺析泵站水利工程中的電氣系統(tǒng)防雷

【摘要】雷電具有不確定性和強(qiáng)烈性，具有較強(qiáng)的破壞能力，能夠在瞬間產(chǎn)生巨大的磁場(chǎng)效應(yīng)。水利工程電氣系統(tǒng)建設(shè)過程中的水電站或泵站出線回路特別多，尤其是室內(nèi)進(jìn)出電纜因在遠(yuǎn)處而可能會(huì)遭遇直擊雷侵害，強(qiáng)大的雷電流就會(huì)以光速傳回電源，造成嚴(yán)重的后果。因此加強(qiáng)對(duì)泵站水利工程電氣系統(tǒng)防雷問題研究具有重要意義。本文簡(jiǎn)述了雷擊產(chǎn)生的原因，對(duì)泵站水利工程電氣系統(tǒng)的接地與屏蔽電磁干擾以及TVS管技術(shù)應(yīng)用的防雷措施進(jìn)行了初步探討分析。

【關(guān)鍵詞】雷擊；原因；泵站水利工程；電氣系統(tǒng)；防雷措施

基于雷電的不確定性，無法準(zhǔn)確斷定雷電災(zāi)害發(fā)生的具體時(shí)間、具體場(chǎng)所，但是在泵站水利工程電氣系統(tǒng)建設(shè)過程中，應(yīng)當(dāng)注意管線能地埋決不架空，低位能滿足應(yīng)用要求的決不將電氣設(shè)備抬高，可將電氣設(shè)備裝在室內(nèi)的決不裝在室外；電氣設(shè)備要盡可能遠(yuǎn)離易發(fā)生雷電的位置，而且還要遠(yuǎn)離引雷物體，從而提高泵站水利工程電氣系統(tǒng)的運(yùn)行安全可靠性。

一、雷擊產(chǎn)生的原因

雷擊是一種自然現(xiàn)象，其能釋放出巨大的能量，并且具有極強(qiáng)大的破壞能力。當(dāng)雷電放電路徑不經(jīng)過防雷保護(hù)裝置時(shí)，放電過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)在附近的導(dǎo)體中感應(yīng)到強(qiáng)大的電磁脈沖，稱感應(yīng)雷。感應(yīng)雷可通過兩種不同的感應(yīng)方式侵入導(dǎo)體。

（1）在雷云中電荷積聚時(shí)，附近導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)相反的電荷，當(dāng)雷擊放電時(shí)，雷云中電荷迅速釋放，而導(dǎo)體中的靜電荷在失去雷云電場(chǎng)束縛后也會(huì)沿導(dǎo)體流動(dòng)尋找釋放通道，就會(huì)在電路中形成靜電感應(yīng)。

（2）在雷云放電時(shí)，迅速變化的雷電流在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的瞬變電磁場(chǎng)，附近的導(dǎo)體中就會(huì)產(chǎn)生很高的感生電動(dòng)勢(shì)，在電路中形成電磁感應(yīng)，感應(yīng)雷沿導(dǎo)體傳播，損壞電路中的設(shè)備或設(shè)備中的器件。

二、泵站水利工程電氣系統(tǒng)的接地與屏蔽電磁干擾

泵站水利工程電氣系統(tǒng)接地電阻值越小，則過電壓就會(huì)越低。實(shí)踐中為有效確保泵站水利工程電氣系統(tǒng)的防雷穩(wěn)定性、高效性，應(yīng)當(dāng)最大限度地將接地電阻降到最小值。在目前國(guó)內(nèi)水利工程電氣系統(tǒng)防雷建設(shè)過程中，需加強(qiáng)通信電氣設(shè)備防雷保護(hù)，即將其與其它動(dòng)力設(shè)備采取共用接地網(wǎng)方式進(jìn)行連接，以直線連接防雷為宜。其中，接地網(wǎng)應(yīng)在泵站中控室布設(shè)均壓帶，并將其與泵站接地母線相連接，并在泵站調(diào)度室另設(shè)接地網(wǎng)設(shè)備，從而使其能夠與電氣系統(tǒng)之間利用放電器進(jìn)行有效連接，確保其能夠在沒有雷擊時(shí)，有效的隔離；遇到雷擊危害，能夠均衡電位，從而起到保護(hù)作用。

電氣系統(tǒng)屏蔽是為了能夠有效減少因雷電造成的電磁干擾，將泵站水利工程電氣系統(tǒng)中控室中的相關(guān)部分金屬件地板焊接在室內(nèi)鋼筋材料上，從而使室內(nèi)形成一個(gè)等電位法拉第籠。在泵站水利工程電氣系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，如果系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)備對(duì)電磁屏蔽要求非常的高，則建議在泵站中控室內(nèi)適當(dāng)?shù)奈恢蒙戏笤O(shè)屏蔽網(wǎng)，并且與泵站機(jī)房中的環(huán)形接地母線實(shí)行多點(diǎn)連接。對(duì)于室外通信電纜而言，建議采用屏蔽電纜，將屏蔽層兩端接地。實(shí)踐中，為了能夠有效減少因雷電造成的電磁干擾破壞，在泵站中控室的建筑鋼筋或者金屬材質(zhì)的地板，均應(yīng)當(dāng)焊接起來；電氣設(shè)備對(duì)屏蔽要求比較高時(shí)，在泵站中控室中應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)胤笤O(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，并且將屏蔽網(wǎng)、環(huán)行接地母線采取多點(diǎn)相連的方式焊接連通；在電力輸電線路架空施工過程中，從站內(nèi)終端桿引下，更換成屏蔽電纜形式，而且室外通信電纜也建議換成屏蔽電纜，并確保屏蔽層兩端接地；如果在室外入口端，在鐵管、電力線之間加接適當(dāng)?shù)膲好綦娮?，則其防雷效果會(huì)非常的好。

三、泵站水利工程電氣系統(tǒng)中的TVS管技術(shù)應(yīng)用防雷措施

TVS管技術(shù)的應(yīng)用可以有效保護(hù)泵站水利工程電氣系統(tǒng)免受靜電、雷電以及過電壓等電磁波的干擾或者影響，同時(shí)也是微電子裝置過電壓保護(hù)的第一選擇。TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器，與二極管的功能非常相近，是一種應(yīng)用效果非常好的高效能保護(hù)器件。TVS管應(yīng)用過程中，二極管兩極受反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，可根據(jù)沖擊大小，將高阻抗變成低阻抗；在此過程中，可對(duì)浪涌功率有效吸收，并且可有效吸收近千瓦的浪涌功率，使電壓值位于預(yù)定數(shù)值，這樣可以有效保護(hù)電氣系統(tǒng)中的精密元器件免受浪涌沖擊。從TVS管應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)來看，其可以將TVS二極管與泵站信號(hào)、電源線連接在一起，這樣可以有效防止站內(nèi)微處理器、單片機(jī)因瞬間脈沖，比如靜電放電效應(yīng)、開關(guān)電源噪聲以及交流電源浪涌等原因所致的功能失靈等問題。TVS管技術(shù)的應(yīng)用，可以使靜電放電效應(yīng)釋放出超10000V、60A脈沖，持續(xù)時(shí)間可達(dá)10ms；而普通的器件在超過30ms 的10V脈沖時(shí)，就會(huì)瞬間損壞；TVS管技術(shù)的應(yīng)用，可有效吸收可能造成泵站電氣系統(tǒng)器件損壞的脈沖，并將由總線之間開關(guān)引起的干擾消除掉。將TVS 二極管放置在泵站信號(hào)線及接地間，能避免數(shù)據(jù)及控制總線受到不必要的噪音影響。它對(duì)保護(hù)裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾，是微電子設(shè)備過電壓保護(hù)的首選器件。對(duì)于瞬態(tài)電壓抑制器而言，其具有瞬態(tài)功率大、漏電流低以及響應(yīng)時(shí)間快等特點(diǎn)。對(duì)于TVS管而言，其反向特性為PN結(jié)器件，其正向特性與普通二極管非常相近。在TVS管技術(shù)應(yīng)用過程中，電流經(jīng)TVS管后，在脈沖電流影響下，反向漏電流會(huì)從原來的電流ID逐漸上升為現(xiàn)在的IR，以此來實(shí)現(xiàn)兩極電壓改變，從而使原來的反向關(guān)斷電壓上升為現(xiàn)在的擊穿電壓。經(jīng)過以上各步驟的反復(fù)循環(huán)，TVS管可能會(huì)被擊穿，產(chǎn)生脈沖電流。當(dāng)該脈沖電流達(dá)到峰值以后，TVS管兩極電壓被箝位至額定電壓以下，在以后的不斷轉(zhuǎn)變過程中，脈沖電流將隨指數(shù)衰減而使得兩極電壓回到初始值，從而對(duì)泵站電氣系統(tǒng)中的相關(guān)電子元件起到保護(hù)作用?；趯?duì)TVS管技術(shù)在實(shí)踐中的應(yīng)用效果來看，該種防雷技術(shù)手段和措施作用非常的顯著，因此在現(xiàn)代泵站水利工程電氣系統(tǒng)防雷過程中，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化應(yīng)用。

四、結(jié)束語

泵站電氣系統(tǒng)防雷是水利工程電氣系統(tǒng)建設(shè)過程中的重要組成部分，實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，尤其要找到防雷弱點(diǎn)，采取針對(duì)性措施，將防雷接地規(guī)范落實(shí)到實(shí)處，從而保障泵站水利工程的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧宜.水廠自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010 （06）

[2]張文軍.電力自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施的研究[J].硅谷，2012（07）