電力通信信息系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)探討

摘要 信息時代背景下的電力通信發(fā)展迅速，電力通信信息系統(tǒng)已逐漸滲透人們生產(chǎn)生活的方方面面，為人們提供了極大便利。然而，電力通信信息系統(tǒng)因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征很容易遭受雷擊。為此，為保證電力通信信息系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對電力通信信息系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用?；陔娏νㄐ判畔⑾到y(tǒng)雷擊危害分析，針對幾種常見雷電防護(hù)技術(shù)進(jìn)行了簡單的論述，以期為相關(guān)企業(yè)提供借鑒與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 電力通信信息系統(tǒng)；雷電防護(hù)技術(shù)；過電壓；避雷器

中圖分類號：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）02–0194-03

電力通信信息系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術(shù)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，也是現(xiàn)代信息社會中最重要的物理基礎(chǔ)，它對保持電網(wǎng)信息傳輸?shù)姆€(wěn)定、安全運(yùn)行至關(guān)重要。與普通通信系統(tǒng)相比，電力通信信息系統(tǒng)中的各種線路都存在雷電過電壓、雷電電磁脈沖攻擊及雷擊對信號通信質(zhì)量產(chǎn)生威脅，對電力通信系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來了嚴(yán)重安全隱患。主要針對電力通信系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)應(yīng)用展開討論。

1 電力通信信息系統(tǒng)雷擊引起的危害

電力線路雷擊引起的破壞方式多種多樣，其主要表現(xiàn)為信號中斷，從而使電力通信設(shè)備出現(xiàn)故障。發(fā)生雷擊時，當(dāng)雷電過電壓達(dá)到1 000 V時，雷電電流會在導(dǎo)體內(nèi)形成過電壓回路及壓短弧、低壓閃絡(luò)、感應(yīng)等。同時，在雷電放電過程中會產(chǎn)生高溫火花，從而引發(fā)火災(zāi)，損毀電力通信系統(tǒng)設(shè)備，致使整個電力通信系統(tǒng)癱瘓，嚴(yán)重影響電力行業(yè)的發(fā)展[1]。電力通信系統(tǒng)雷擊故障原因主要有瞬間過電壓、雷雨天氣、電磁脈沖攻擊、雷擊對地等。

1.1 瞬間雷電過電壓

雷電過電壓一般是指雷雨大風(fēng)通過導(dǎo)線和電纜侵入大地產(chǎn)生的高電壓。當(dāng)電壓過高時，線路會發(fā)熱，并將金屬帶露部分加熱并產(chǎn)生電流，電流通過電纜時產(chǎn)生的電壓使得電纜在短時間內(nèi)遭受雷電擊穿，若不能及時地進(jìn)行接地維修，將會形成電流，沖擊配電裝置和電纜通道，從而引起故障跳閘。

1.2 雷雨天氣

當(dāng)天氣發(fā)生變化時，雷電電磁脈沖的能量不斷增大，會產(chǎn)生更大范圍的電流。在這種電流作用下，當(dāng)避雷器內(nèi)、外金屬外殼受到損壞時，接地電阻就會增大。電流通過接地回路時，電子線路之間將會形成短路電流，從而擊穿設(shè)備；當(dāng)接地電阻達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時，電子線路上就會發(fā)熱或放電，引起事故的發(fā)

生[2]。雷電電磁脈沖很難直接擊穿導(dǎo)體，這是由于當(dāng)物體周圍空氣電壓迅速升高時將其電擊為直流電，且電壓可達(dá)幾百伏以上，而物體外表也會受到雷電的影響，而逐漸變暗直至消失。因此，當(dāng)建筑物受到雷擊時會形成2個區(qū)域并聯(lián)放電，從而造成局部過電壓而損壞電器設(shè)備或使系統(tǒng)跳閘。因此，需要針對這種情況制定有效的防雷措施，以減少雷擊災(zāi)害對通信設(shè)備造成的損害。

1.3 電磁脈沖攻擊

電磁脈沖攻擊是雷電事故發(fā)生的主要原因之一。受電力通信系統(tǒng)運(yùn)行時產(chǎn)生的微弱電磁感應(yīng)磁場的影響，會使電力傳輸系統(tǒng)發(fā)生跳閘故障。在正常運(yùn)行過程中，受到設(shè)備內(nèi)產(chǎn)生的高頻電磁環(huán)境會引起電能畸變現(xiàn)象，電力用戶采用避雷器接地后將不會正常工作，一旦在靜電放電時遇到帶電設(shè)備就可能導(dǎo)致爆炸[3]。電磁脈沖是感應(yīng)電勢的集合體，當(dāng)產(chǎn)生足夠能量并達(dá)到一定數(shù)量時，便可產(chǎn)生巨大的電磁沖擊波襲擊電力系統(tǒng)設(shè)備，產(chǎn)生損壞。受電磁沖擊波的影響，產(chǎn)生大量高能電子并形成電荷，使得雷電放電更加劇烈。

1.4 雷擊對地

雷擊對地是雷電放電故障中較為嚴(yán)重的一種故障類型，這種故障主要是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)在雷雨天氣下工作容易受到雷電的攻擊，使得架空線中絕緣材料受潮失效。在雷雨天氣，供電電纜和配變電纜經(jīng)常穿進(jìn)墻壁，或與地線之間不能采取合理的接地措施，不能保證有足夠的導(dǎo)電能力，就易對接地體造成破壞。雷電電流通過大地后會產(chǎn)生電壓梯度，從而引起電器設(shè)備和通信系統(tǒng)的損壞。在雷雨天氣，如果有較強(qiáng)雷電電流進(jìn)入建筑物，就可能使建筑物的金屬構(gòu)件遭到破壞。從供電電源進(jìn)入大地的電流分為直接進(jìn)入金屬物體內(nèi)部時產(chǎn)生的電流和接地回路中的電流；從低壓通過大地進(jìn)入人體時產(chǎn)生的電流，會在人體中形成感應(yīng)電流。當(dāng)感應(yīng)電流達(dá)到人體所承受電壓時便會造成觸電事故。

2 電力通信信息系統(tǒng)的雷擊防護(hù)原則

2.1 電力通信信息系統(tǒng)防雷擊工作中的保護(hù)要求依據(jù)《接地故障標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 111—2016）

配電設(shè)備中，接地體應(yīng)采用專用接地導(dǎo)體（不低于16 mm2的銅導(dǎo)線），且接地電阻應(yīng)符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。接地裝置包括直接連接到電纜槽外的金屬管（帶金屬條）或軟管（管卡），金屬管不應(yīng)彎曲或被腐蝕。在安裝前，要仔細(xì)檢查接地是否可靠有效，電器設(shè)備應(yīng)處于良好的接地狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)故障。接地端點(diǎn)的接地電阻應(yīng)不大于0.5 Ω；針對地電壓值＞30 kV的電器設(shè)備的接地引下線，應(yīng)進(jìn)行絕緣處理。防止電器設(shè)備感應(yīng)回路形成直接擊穿和引弧而發(fā)生保護(hù)故障（接地故障）；接地故障應(yīng)使電器設(shè)備保持在一個可靠的狀態(tài)。包括線路接頭、地線等避免在雷雨天氣條件下帶電工作；設(shè)備應(yīng)與其他金屬構(gòu)件保持良好絕緣，嚴(yán)禁將帶電金屬物（如變壓器等）直接接地；不得接地帶電運(yùn)轉(zhuǎn)、維修及檢修；電弧火花報警信號及其他安全電器動作前必須切斷電源；電氣設(shè)施和設(shè)備盡量避免接觸帶電金屬物體，防止接觸點(diǎn)產(chǎn)生火花等。

2.2 雷電防護(hù)技術(shù)應(yīng)滿足《防雷安全保護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JGJ/T 266—2007）要求

雷電防護(hù)的本質(zhì)是保護(hù)建筑物免受其影響和干擾，以確保正常運(yùn)行。對此，應(yīng)根據(jù)建筑物防雷特性和相應(yīng)的防雷技術(shù)路線，選擇合適的安全保護(hù)等級技術(shù)。在選擇建筑物防雷工程技術(shù)時，應(yīng)充分考慮建筑物的整體防雷設(shè)計，按照設(shè)計進(jìn)行防雷設(shè)計。按建筑物防雷設(shè)計計算規(guī)范設(shè)計防雷系統(tǒng)，應(yīng)充分考慮安全保護(hù)等級與建筑物類型，防雷設(shè)計應(yīng)包括雷擊的防護(hù)因素，并將其完整地體現(xiàn)在設(shè)計圖紙上。建筑物防雷設(shè)計除應(yīng)滿足雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)外，還要根據(jù)建筑物防雷特點(diǎn)，選用相應(yīng)的安全保護(hù)

等級。

根據(jù)建筑物防雷保護(hù)技術(shù)規(guī)范選取的安全保護(hù)等級應(yīng)當(dāng)滿足其防雷需要（《建筑物等級劃分》GB 50014—1996及《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB 50018—2001中），可以根據(jù)建筑物實(shí)際需要，由設(shè)計者結(jié)合建筑物結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)合理地進(jìn)行選擇。在設(shè)計建筑物防雷結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)對建筑物總體進(jìn)行合理的防雷設(shè)計和防雷性評價。合理使用防護(hù)設(shè)施和裝置是防止雷電磁脈沖污染室內(nèi)設(shè)備和破壞電子設(shè)備安全運(yùn)行最基本的原則。根據(jù)電子設(shè)備種類、電源要求，合理選用防雷電器設(shè)備進(jìn)行電磁干擾屏蔽、電磁輻射屏蔽等綜合防雷保護(hù)，從而保證通信系統(tǒng)有效運(yùn)行。

2.3 接地裝置及保護(hù)設(shè)施所用材料符合國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 3955—2009）的規(guī)定

接地體應(yīng)具有足夠的剛度，能夠承受高壓和沖擊；不允許有明顯的裂縫、錯位；其表面應(yīng)平整，接地體上應(yīng)有牢固的接地體與地漏相連；接觸電阻不大于5 Ω；接地電阻值不大于4 Ω；電阻率不大于5 Ω。接地電阻值不大于5 Ω，并不是接地安全等級的重要指標(biāo)，但其值直接影響系統(tǒng)的安全運(yùn)行和人身、設(shè)備的安全防護(hù)效果和數(shù)據(jù)通信的正常運(yùn)行。接地材料應(yīng)符合《中華人民共和國建筑法》GB 50183—2004的規(guī)定。防雷裝置有一定數(shù)量的金屬物質(zhì)，以保證良好的接地效果。接地電阻值應(yīng)符合GB 11848—1992《民用建筑工程電阻率及防護(hù)距離測定方法》（GB/T 50297—2009）規(guī)定及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。接地裝置應(yīng)具有較好電氣性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，安裝后不易損壞。

3 電力通信信息系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)

電力通信信息系統(tǒng)的防雷設(shè)計應(yīng)采用避雷器、引下線、共接地裝置等電位連接，合理布線，在多種措施的共同作用下保障設(shè)計的可靠性，同時保障整個電力通信信息系統(tǒng)具有良好的雷電防護(hù)效果。

3.1 建筑物外設(shè)置避雷器

在雷電活動頻繁的地區(qū)，電力通信建筑物必須進(jìn)行防雷設(shè)計，針對建筑物外露的金屬構(gòu)件，如外墻接閃器、接閃帶等，要采取可靠的避雷措施，以保證其安全、可靠。避雷針安裝必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)圖集規(guī)定，使其適用于各種形式的屋頂、墻壁、屋頂接閃器等。需要注意的是，室外導(dǎo)線、電源線和通信線敷設(shè)要避免直接接觸或相互連通，不可互相穿越，以免發(fā)生電磁場過強(qiáng)而影響電路穩(wěn)定的現(xiàn)象。

如果防雷保護(hù)裝置與建筑外觀不一致，應(yīng)予以改正。因此，要根據(jù)國家《雷電災(zāi)害防護(hù)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，設(shè)置建筑物外部避雷技術(shù)的適用范圍，建筑與防護(hù)對象之間應(yīng)采用金屬外殼或鋼管等金屬結(jié)構(gòu)件進(jìn)行連接；在施工安裝中，應(yīng)注意避免將接地端子或鋼管等金屬結(jié)構(gòu)件插入建筑主體結(jié)構(gòu)以外。

3.2 預(yù)防電源線路防雷電波侵入

根據(jù)防雷裝置設(shè)計原則，在滿足雷電波侵入設(shè)備的防雷裝置要求前提下，規(guī)范安裝防雷裝置，以有效提升設(shè)備防雷水平。首先，要保證變壓器接地電阻滿足防雷技術(shù)規(guī)范要求；其次，在變壓器低壓端安裝防雷器；最后，在下一液位線上安裝防雷器，實(shí)現(xiàn)防雷器與接地網(wǎng)的有效連接。SPD兩端連接線需采用短直接方式，避免因?qū)Ь€過長引起電流感應(yīng)現(xiàn)象。雷電波入侵對象主要是輸電線和信號線。針對信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，信號防雷必不可少[4]。在傳輸設(shè)備的各個端口都應(yīng)安裝信號防雷器。防雷器選型時，除注重設(shè)備本身性能檢測外，還應(yīng)注重設(shè)備傳輸速率、插入衰減極限、駐波比、工作電壓、工作電流等相關(guān)指標(biāo)檢測，確保其運(yùn)行效率滿足設(shè)備防雷要求。

3.3 做好接地系統(tǒng)防雷工作

為保護(hù)電力通信信息系統(tǒng)免受電磁脈沖（EB）的干擾，減少遭受雷擊損壞設(shè)備所產(chǎn)生的電磁輻射污染，可在系統(tǒng)接地電位測量中使用地電位測試儀進(jìn)行測量。在設(shè)備接地系統(tǒng)安裝后，測量接地電阻。根據(jù)測量結(jié)果對需要連接到設(shè)備外殼、設(shè)備本體以及設(shè)備之間，以及與設(shè)備之間的接地電阻進(jìn)行比較。在連接上，盡量使用專用連接設(shè)備，確保設(shè)備和接地體不能與外露金屬件（如鐵欄桿等）相接觸。測試接地電阻時，應(yīng)盡量采用接地體和接地體連接方式，選擇適合的焊接方法和焊接工藝。此外，還應(yīng)嚴(yán)格按照《防雷減災(zāi)技術(shù)規(guī)范》布置接地系統(tǒng)，不得隨意增加建筑物內(nèi)設(shè)備與大地間的相互連接地體，防止因接地失效而引發(fā)事故。

3.4 做好通信設(shè)備絕緣材料控制

電力通信工程中經(jīng)常使用金屬導(dǎo)線作為絕緣體防止雷電侵入，一般有鍍鋅鋼管、鍍錫鋼管等。但目前對電力通信設(shè)備來說，常用的鍍錫焊絲和鍍錫鍍鋅鐵絲都是通過化學(xué)方法鍍上錫等金屬制品，通過熱噴涂工藝涂飾的。此外，也有用硅橡膠或尼龍做成的用于防止電磁輻射的絕緣材料。隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和電子技術(shù)的進(jìn)步，電力通信設(shè)備已經(jīng)越來越多地采用了各種新型絕緣材料。目前，市場上常用的材料包括PVC、PE、PVC塑料電纜、金屬套管等金屬制品和非金屬材料。

3.5 做好通信線纜中屏蔽層保護(hù)

一般情況下，防雷裝置中的屏蔽層是不能直接擊穿的。然而，針對一些特殊的應(yīng)用環(huán)境，由于技術(shù)上存在一些限制，當(dāng)雷電脈沖通過屏蔽層時，會引起屏蔽和電力線之間或兩者之間的強(qiáng)烈電磁感應(yīng)。尤其是當(dāng)雷電侵入通信線纜內(nèi)，會對其產(chǎn)生嚴(yán)重危害，并使其信號質(zhì)量受到影響。屏蔽是指通過消除電磁感應(yīng)作用等途徑而將電荷阻隔在外的防護(hù)方法，當(dāng)雷暴侵入通信線纜時，會產(chǎn)生感應(yīng)電壓、感應(yīng)電流及交流電磁干擾等作用，若在雷電電弧沖擊影響下形成強(qiáng)大電磁場，容易造成線纜短路、斷線或引起其他電器設(shè)備損壞[5]。

通常情況下，雷電活動主要通過架空光纜和其他線路進(jìn)入電纜內(nèi)部產(chǎn)生雷電磁場和在電纜之間發(fā)生的相互感應(yīng)，以及電力系統(tǒng)內(nèi)電纜環(huán)帶上的電涌電壓來實(shí)現(xiàn)的，因此，對于絕緣不合格的光纜、電纜及其配件，應(yīng)在其表面涂敷防銹漆之后，對其進(jìn)行接地防腐處理，并敷設(shè)在金屬護(hù)套上，必要時，必須斷線重新進(jìn)行接地處理。

3.6 注重儀器設(shè)備防雷保護(hù)

儀器設(shè)備上的接地系統(tǒng)是將其電氣線路上的靜電感應(yīng)電流引入大地的防護(hù)裝置。各地網(wǎng)之間絕緣電阻、地對地干擾、接地電感、接地電阻過沖等接地工程的建設(shè)要求較高，若這些要求不能得到滿足，就會形成雷電環(huán)境。因此，對通信網(wǎng)絡(luò)中各終端的接地體建設(shè)與布線要考慮其接地性能和防雷性能。如果采用地對地隔離方式，則應(yīng)采用地對地阻抗與電位器的組合方案，將2個獨(dú)立的地對地阻抗相連接的方法稱為“地保護(hù)裝置+地防護(hù)體系”。接地保護(hù)裝置包括地線、銅排及地腳螺釘、地線繞地導(dǎo)體、地線接地點(diǎn)、接地網(wǎng)網(wǎng)地接點(diǎn)、電感型接地網(wǎng)絡(luò)、電子接地網(wǎng)絡(luò)或直流接地網(wǎng)絡(luò)等。地線的長度要求不小于20 m，地線線繞地導(dǎo)體兩端均應(yīng)安裝可靠的接地裝置。

3.7 建立健全安全防護(hù)體系，做好安全防護(hù)措施

按照國家和電力行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，應(yīng)加強(qiáng)安全防護(hù)工作計劃的實(shí)施及組織領(lǐng)導(dǎo)，建立健全安全防護(hù)體系。要制定系統(tǒng)的安全生產(chǎn)工作計劃和應(yīng)急預(yù)案，積極開展安全生產(chǎn)專項檢查和技術(shù)改造，及時消除安全隱患；加大安全生產(chǎn)管理和技術(shù)創(chuàng)新力度，不斷提高安全管理水平；加強(qiáng)生產(chǎn)過程的安全風(fēng)險管控和應(yīng)急管理能力，為電力通信設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的保障。落實(shí)有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要求，定期組織技術(shù)人員對設(shè)備進(jìn)行檢測，定期分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時采取有效措施予以處理；嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并采取相應(yīng)防護(hù)措施對雷電活動進(jìn)行管控；做好安全防護(hù)措施，要從設(shè)備本身、電源、接地系統(tǒng)、防護(hù)技術(shù)和防護(hù)體系等方面進(jìn)行綜合考慮，尤其是對電力生產(chǎn)自動化系統(tǒng)加強(qiáng)安全技術(shù)防護(hù)體系建設(shè)。要將電力生產(chǎn)及自動化（包括遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)控等）系統(tǒng)安全防護(hù)體系建設(shè)相結(jié)合，加強(qiáng)供電技術(shù)人員教育培訓(xùn)，使技術(shù)人員掌握安全生產(chǎn)知識，增強(qiáng)安全事故防范意識；加大投入完善安全防護(hù)體系工作機(jī)制、管理機(jī)制和責(zé)任機(jī)制，加強(qiáng)各單位之間的協(xié)調(diào)配合工作；要健全安全管理體系建設(shè)，建立健全安全管理制度和安全保障措施。

3.8 注重等電位連接

機(jī)房內(nèi)開關(guān)柜、服務(wù)器柜、網(wǎng)絡(luò)打印設(shè)備、路由器、網(wǎng)管工作站柜、監(jiān)控設(shè)備柜、低壓配電柜等所有設(shè)備均采用等電位連接方式。主機(jī)室常用“S”型（星型）和“M”型（柵格型）連接[6]?！癝”型采用單點(diǎn)接地方式，“M”型采用多點(diǎn)接地方式。除參考點(diǎn)（ERP）外，輔機(jī)室內(nèi)所有金屬構(gòu)件與共接地系統(tǒng)部件間的絕緣強(qiáng)度需大于10 kV、1.2/50 μs。

4 結(jié)束語

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，電子信息技術(shù)在人們的生產(chǎn)生活中獲得了廣泛應(yīng)用。為更好地維持電力通信信息系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性，必須注重雷電防護(hù)處理。在明確雷擊危害基礎(chǔ)上，采用科學(xué)有效的技術(shù)措施進(jìn)行預(yù)防處理，從避雷器、引下線、接地裝置、屏蔽、合理布線等方面入手，通過合理的電力通信信息系統(tǒng)設(shè)計，在減少信息系統(tǒng)雷擊事故概率的基礎(chǔ)上，盡可能提高電力通信信息系統(tǒng)防雷保護(hù)的有效性，保障信息系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

Discussion on Lightning Protection Technology of Power Communication Information System

Jia Yi-fei （Zhoukou Meteorological Bureau， Zhoukou， Henan 466000）

Abstract With the rapid development of electric power communication in the information age， electric power communication information system has gradually penetrated into all aspects of peoples production and life， providing great convenience for peoples production and life. However， electric power communication information system is vulnerable to lightning due to its unique structural characteristics. Therefore， in order to ensure the safety and stability of electric power communication information system. The research and application of lightning protection technology for power communication information system must be further strengthened. Based on the lightning hazard analysis of power communication information system， this study briefly discusses several common lightning protection technologies， hoping to provide reference and guidance for relevant enterprises.

Key words Electric power communication information system; Lightning protection technology; Overvoltage; Arrester

作者簡介 賈逸飛（1989—），男，河南周口人，助理工程師，主要從事雷電防護(hù)工作。

收稿日期 2022-11-28