艾默生網絡能源有限公司戴傳友
挑選
在簡要分析通信局站集中監控系統遭受雷擊破壞的主要原因和雷電波侵入途徑的基礎上，提出了監控系統防雷的基本措施。簡要介紹了艾默生網絡能源有限公司(ENP)集中監控系統防雷的主要技術特點。
集中監控系統；雷電浪湧；防雷保護；線路屏蔽；等電位連接；浪湧保護器
環境監測系統的防雷保護
電信站/站點
戴傳友
(深圳艾默生網絡能源有限公司518129，
中國)
摘要雷電災害的主要原因
環境監測系統及其可能的耦合
分析了雷電沖擊的路徑。閃電
環境監測系統的防護措施
建議使用電信站/站點。在…裏
另外，主要防雷特性
ENP PSMS環境監測系統
簡要總結如下。
關鍵詞環境監測系統；閃電
洶湧澎湃；雷電防護；電纜的布線；線條
篩選；粘合；電湧保護裝置
近年來，隨著集中監控系統在通信站尤其是移動通信基站的廣泛應用，監控系統遭雷擊損壞的事故時有發生。這種情況不僅不利於通信網絡的長期穩定可靠運行，而且造成人力、物力和財力的浪費。因此，如何做好集中監控系統的雷電過電壓防護，有效降低雷擊事故的發生率，是運營商和設備制造商面臨的重要問題。
1概述
雷電浪湧造成監控系統損壞的主要原因有:
首先，監控系統使用了大量高度集成的微電子元器件，這些元器件本身抗幹擾能力較低。隨著微電子技術的飛速發展，微電子元器件不斷湧現，集成度越來越高，傳輸的信號電流越來越小，對外界幹擾越來越敏感。
其次，通信站尤其是移動通信基站的實際運行環境比較惡劣。因為大部分通信站都裝有鐵塔，所以比周圍的建築都要貴/
這些建築都很高，所以更容易被閃電擊中。此外，由於技術或經濟困難，壹些地方臺站沒有按照相關規範要求采取整體防雷措施，給站內監測系統留下了雷擊隱患。
最後，長期以來，通信站設備的防雷主要是防止沿外線感應雷電浪湧，對站內範圍內的監控系統等系統的防雷研究很少。但實際上，由於監控系統中的連接線很多，有些線路最多可以敷設到。
100 ~ 200
米甚至更長，壹旦這些線路受到雷電電磁場的影響，雷電浪湧就會傳導到各個監控裝置的接口電路，從而影響和沖擊接口電路。
近年來，國內外相關標準越來越重視地方臺範圍內各種通信系統(包括監控系統)的防雷保護。例如國際電信聯盟。
(ITU)建議書K.40 [1]提出了電信中心雷電電磁脈沖防護的指導性方法，而K.41建議，
[2]
然後規定了電信中心內部通信線路和設備端口的浪湧抗擾度要求。這兩點建議表明，國際社會已經開始重視通信站內部設備的雷電浪湧抗幹擾要求。並且在最新的通信工業標準中
YD/T5098-2001 [3]也明確提出了監控系統雷電過電壓保護的設計要求。
雷電波侵入集中監控系統的兩種方式
任何電磁幹擾都必須滿足以下三個條件:壹是幹擾源，二是傳輸幹擾能量的方式或介質(耦合方式)，三是對幹擾做出反應的設備(敏感設備)。幹擾源、耦合路徑、敏感設備稱為幹擾三要素。為了減少到達敏感設備的幹擾能量，首先要了解幹擾源的性質、幹擾的耦合方式以及敏感設備本身的承受能力，從而提出最有效的解決方案。
本文考慮的幹擾源是雷電電磁脈沖(LEMP)
)，包括雷電放電電流和雷電放電時在周圍空間產生的瞬態電磁場，在設備中反映為雷電浪湧；敏感設備是監控系統；對於監控系統，雷電浪湧的耦合方式主要包括:
1
近場感應。當電信站或其鄰近地區遭受雷擊時，其周圍空間會產生強烈的瞬態電磁場，在其空間範圍內的金屬導線上感應出壹定幅度的瞬態過電壓(主要是磁場感應)。感應過電壓的大小主要取決於雷電流的變化率、電纜與雷擊點的距離、電纜的長度、電纜之間形成的回路面積以及電纜是否得到有效屏蔽等因素。主要應用於電纜連接的設備的端口，以* * *模式分量為主，差模分量的大小取決於電纜的結構類型。感應過電壓是通信局站監控系統遭雷擊損壞的主要原因。
2
，公共* * *接地阻抗耦合。雷擊時，雷電流沿接地體進入地面，會引起接地體地電位升高。如果設備或系統布置不當或接地不當，就會在接地系統和設備之間產生很高的過電壓(稱為反擊過電壓)，從而導致設備損壞。另外，當各種電纜(如信號線、數據線等)互連的器件之間存在較大的地電位差時。)，還會導致設備損壞。
三
，導電耦合，主要指雷電侵入波。雷電侵入波又稱線路進波，是指沿進線電纜以行波形式沖入室內的雷電浪湧。雷電侵入波的來源可能是感應雷，也可能是直擊雷，但從監測系統的角度來看，可以認為是傳導耦合。對於需要上報監測信號的無人值守站(尤其是移動基站)，雷電侵入波是造成監測設備損壞的另壹個重要因素。
3集中監控系統防雷的基本措施
集中監控系統具有電纜類型多、接口類型多、電纜數量多的特點，其雷害主要是由近場磁場感應過電壓和雷電侵入波引起的。因此，監控系統的保護應針對上述特點整體考慮，以達到良好的防雷效果。
監控系統的防雷措施可歸納為以下兩個方面:壹是抑制或衰減雷電浪湧的耦合方式，主要措施有屏蔽、合理布線、等電位連接和接地；其次，提高監控設備本身的浪湧耐受能力，主要包括內部電路的合理設計和浪湧保護器的安裝。
3.1合理布線
如上所述，當電信站或其附近遭受雷擊時，雷電電磁場在站內監控系統電纜上產生的感應過電壓主要取決於雷電流的變化率、電纜與雷擊點的距離、電纜的長度、電纜之間形成的回路面積以及電纜是否得到有效屏蔽。因此，合理布線對降低感應過電壓水平和監測設備的雷害率具有重要意義。
實施監控系統接線時，應註意以下問題:
1
在車站範圍內，嚴禁室外架空布線。室外架空線路可能遭受直擊雷，嚴重威脅監控系統的正常運行。另外，架空線路形成的回路面積大，雷擊時會產生較大的感應過電壓。
2.室外電纜應盡量遠離鐵塔等可能遭受直擊雷的構築物敷設，並應避免沿建築物轉角處布線。
三
各種室內監控電纜盡量敷設在建築物中間。雷擊時，建築物中間的空間電磁場相對較弱，在建築物中間敷設電纜可以有效降低感應過電壓。
四
監控電纜和線槽應盡可能靠近建築物的柱或梁敷設。當不可避免時，應盡可能減少沿柱或梁的布線長度。
3.2線路屏蔽
屏蔽是電磁幹擾防護和控制的最基本方法之壹。其目的是限制或防止壹定區域內外電磁場的相互耦合，將電磁場作用限制在規定的空間範圍內，即通過抑制耦合來降低幹擾源對敏感設備的影響。對於通信系統的防雷，屏蔽可分為建築屏蔽、房間屏蔽、設備屏蔽和電纜屏蔽。本文主要討論線路的屏蔽問題。
線路屏蔽常見的方式有兩種:壹是采用屏蔽套或屏蔽槽等外部附加屏蔽；其次，使用屏蔽電纜。
屏蔽套管(金屬管屏蔽)的主要優點是屏蔽效能好，主要缺點是柔韌性差，施工不方便。因為屏蔽槽有很大的縫隙，所以它的屏蔽效率比屏蔽套差。但由於其施工方便，在施工項目中如果處理好接縫和接頭，還是可以達到壹定的屏蔽效果的。
屏蔽電纜是屏蔽線路的壹種常用方式。雖然它的屏蔽效率不如金屬管，但是對於短線(比如小於100m)就不好了
)，在外界電磁幹擾不太強的情況下，依然具有良好的屏蔽效能。
屏蔽線路時，請特別註意以下問題:
1
電纜屏蔽層、屏蔽套管或屏蔽槽等屏蔽體的兩端必須接地。由於感應過電壓主要是由近場磁場的感應引起的，在屏蔽體兩端接地後，屏蔽體與接地回路之間形成閉合回路，回路中鏈接的磁場感應的電勢在回路中形成感應電流，電流產生的磁場方向與幹擾磁場方向相反， 從而抵消或減少外界幹擾磁場對芯線的影響，大大降低芯線的感應過電壓。
2
為了充分利用屏蔽體的感應電流，應註意影響電流循環的任何因素。例如，屏蔽必須在整個電纜長度上導電，並在盡可能多的點上接地；做好屏蔽接頭和接頭的連接，以獲得穩定的低阻抗電氣連接；做好屏蔽層的接地，盡可能降低接地引線的阻抗。
3.在工程實踐中，應充分利用現有的金屬線槽和機架，屏蔽電纜與金屬線槽的配合可以獲得額外的屏蔽效能。
3.3等電位連接和接地
適當的等電位聯結和接地是降低反擊過電壓和地電位差的有效措施。
等電位聯結是將防雷裝置、建築物的金屬框架、金屬裝置、外來導體、電氣或電子設備等連接起來。在需要用連接導體或電湧保護器進行防雷保護的空間中，其目的是減少需要防雷保護的空間中各種金屬部件和系統之間的電位差。通信站的等電位連接和接地包括:建築物金屬框架、防雷裝置和外部導體相互連接形成的公共連接網絡，站內各種通信系統建立的局部等電位連接網絡，以及上述連接網絡的連接和接地。
原則上，監控系統外露導電部分形成的局部等電位聯結網絡可以有以下兩種結構類型:S型(星型結構)和m型。
類型(網狀結構)。相應地，它們應該分別以Ss型和Mm型連接到公共* * *網絡。如圖1所示。
星型結構壹般適用於小型閉環系統，系統內設備之間、設備與外界之間的連接線很少，容易與公共接地網隔離。當采用星型結構時，系統的所有金屬部件，除連接點外，都應與公網充分絕緣，即僅通過壹個唯壹的點連接到公網而形成。
Ss類型。此時，設備之間的所有電纜應與等電位聯結線平行敷設，呈星形結構，以避免感應回路。懸浮物
I型等電位聯結網絡的主要優點是可以抑制外界低頻幹擾。它的缺點是維護和擴展麻煩，高頻時容易引入幹擾。
網狀結構壹般適用於擴展的開環系統，系統內設備之間、設備與外界之間有許多復雜的連接線。當采用網狀結構時，系統的每個金屬部件應通過附近的多個點連接到公共接地網。
Mm型。毫米
U形等電位聯結網絡的主要優點是在高頻時可以獲得低阻抗網絡，對外界電磁場有壹定的衰減作用，便於維護和擴展。其缺點是理論上可能會引入低頻幹擾。
由於監控系統的采集設備與其他設備之間的廣泛互聯，監控設備之間的連接電纜較多，大量使用屏蔽電纜。適合收養
Mm型等電位連接網絡。同時，通信局站的實際運行經驗表明，合理的mm設計和施工
I型等電位聯結網絡壹般不會引入低頻幹擾。
3.4內部電路的合理設計
在采取合理的電纜布局、有效的線路屏蔽以及適當的等電位連接和接地措施後，到達監控設備的浪湧能量將大大減少，從而降低雷電浪湧對監控設備的危害。但是，上述措施並不能完全消除到達監測設備的雷電浪湧，特別是當壹些地方臺站沒有按照相關規範的要求采取整體防雷措施，導致站內監測設備所處的電磁環境惡劣時，雷電浪湧對監測設備的危害依然存在。因此，在有效抑制雷電浪湧耦合路徑的同時，應提高監測設備的浪湧耐受水平。
因為感應過電壓、反擊過電壓或地電位差對設備造成損壞，主要原因是* * *模式過電壓。適當提高監控設備中模塊的* *模式容限水平可以有效防止這種損壞。
實際運行經驗表明，監控設備的損壞大多表現在設備的接口部分，因此應精心設計監控設備的接口電路，提高其浪湧耐受能力。為了達到這個目的，可以采用的方法有:優化接口芯片，采用電
/光電隔離技術，內置浪湧吸收電路等。
3.5接口保護(帶電湧保護器)
運行經驗表明，綜合采取上述保護措施後，可基本防止大部分監測設備因感應過電壓、反擊過電壓或地電位差而造成的損壞。但是，在以下兩種情況下，監測設備仍可能因雷電沖擊而損壞:
1.對於需要上報監控信號的無人值守站(尤其是移動基站)，外部引線(如E1線、電話線或RS422)
等信號線)可能會將大幅度的雷電侵入波引入監測系統。
2.當通信站遭受直接雷擊且雷擊強度較高時，站區內的遠程監控電纜可能會感應出較大的過電壓。
這時可以安裝電湧保護器(SPD)來降低雷擊事故率。
信號線用電湧保護器的選擇應註意以下問題:
1和SPD的防護等級應滿足監控設備浪湧耐受等級的需要。
2.SPD應滿足信號傳輸速率和帶寬的需要，其接口應與被保護設備兼容。
3.電湧保護器的插入損耗應滿足監測設備的要求。
4.SPD的標稱放電電流應滿足標準[3]的要求。
4 . ENP集中監控系統(PSMS)的防雷技術特點
在認真研究雷電危害和集中監測系統故障機理的基礎上，我們提出了ENP。
集中監控系統防雷總體方案具有以下主要技術特點:
1.從監控系統整體考慮，綜合采用了線路屏蔽、合理布線、等電位連接和接地、SPD。
抑制雷電浪湧與監控系統的耦合路徑等措施，最大限度地降低感應過電壓、反擊過電壓和雷電侵入波對監控系統的危害，大幅提升監控系統的整體防護性能；
2.通過內部電路的合理設計，提高了監控設備本身的浪湧耐受能力；
3.針對雷擊的關鍵部位，采取了有效的接口保護措施，大大提高了監控系統的防雷能力。主端口的標稱放電電流高達
5kA以上，遠高於YD/T5098-2001 [3]的相關要求。
參考
[1] ITU-T K.40 (1996)針對LEMP的保護
電信中心
[2] ITU-T K.41 (1998)內部電阻
電信中心與電湧的接口
過電壓
[3] YD/T 5098-2001，通信局(站)雷電過電壓保護工程設計規範
http://www.caqlp.org/
摘要:闡述了加強遠動設備防雷及過電壓保護的緊迫性，並提出了具體措施。。關鍵詞:遙控設備；雷電防護；摘要:闡述了加強遠動設備防雷和過電壓保護的緊迫性，並提出了具體的保護措施。關鍵詞:遠動設備；雷電防護；過電壓保護分類編號:TP806.3；TM862文件識別碼:b由於早期RTU選用元器件的限制，RTU對雷電等電磁脈沖和過電壓的耐受能力很低。當雷電等過電壓及伴隨的電磁場達到壹定閾值時，會對元器件甚至設備造成永久性損壞，嚴重影響RTU的可靠運行。變電站有比較完善的防雷系統，雷擊遠動設備的可能性不大。而雷電擊中附近的土地、架空線路、空中雷雲時直接形成的，或因靜電、電磁感應而形成的浪湧過電壓，可能通過與之相連的電源線、信號線或接地系統，穿過各種接口，以傳導、耦合、輻射等形式侵入遠動設備，造成嚴重幹擾或事故。因此，加強和改善遠動設備的保護，最大限度地減少雷電等沖擊幹擾對遠動設備的損害，已成為壹個迫切需要解決的問題。1遠動設備雷擊損壞南海電業局從1993開始調度自動化工作，從1996開始試行無人值班。但每年雷雨季節，雷電損壞四遙功能變電站的RTU和本地監控計算機串口的事故較多(RTU結構見圖1)，壹年最多時達20多起。損壞程度不壹，最嚴重的是官窯10 kV變電站5塊遠動通信隔離板、1通信擴展板、1主板遭雷擊損壞。110千伏海北、沙湧、冬兒變電站* * *損壞通信擴展板、主板十余塊；6臺監控計算機串口損壞，給遠動維護帶來很大麻煩。只有解決好變電站遠動設備的防雷問題，才能保證變電站無人值守的安全運行。圖1 RTU結構框圖2遠動設備遭雷擊損壞的原因2.1變電站遠動設備與外圍設備相連，RTU各功能模板通過各種方式與其他設備直接相連。變電站典型的RTU電氣接線如圖2所示，其中連接到本地監控計算機和微機保護裝置的串行通信電纜全部在控制室，部分二次測量、控制和信號電纜直接連接到高壓現場的壹次設備。圖2變電站RTU的電氣連接2.2 RTU被雷電損壞的原因a)雷電引起的瞬時高壓引入電力線路。如果不加以遏制，會直接從電源線引入RTU，影響其電源模塊的正常工作，使各功能模塊的工作電壓升高，工作不正常，嚴重時甚至會損壞模塊，燒壞元器件(IC)。b)雷電進入通信線路。雷電造成的通信線路兩端設備間的電位差直接作用在相對脆弱的串口通信端口上，會損壞RTU的串口和與之通信的設備，嚴重時甚至會損壞整個功能板。c)直接連接到壹次設備的二次電纜引入的雷電感應過電壓作用在RTU的隔離板上，擊穿隔離板的輸入隔離裝置，導致RTU板損壞。d)接地不規範由於接地不規範，不同接地點之間雷擊時容易形成較高的電位差，產生的電磁幹擾會影響RTU的運行，損壞RTU模板；同時，雷電引起的地電位升高也通過設備的接地線傳入RTU，這種過電壓也會損壞RTU模板。3防護措施電子設備的防雷和過壓防護是壹個系統工程，必須貫徹綜合防護的思想。分流(漏電)、均壓、屏蔽、接地和保護(箝位)技術的綜合應用構成壹個完整的保護系統，適用於電力系統、建築防雷和各種電子設施的通用保護方式。對於壹個具體的電子系統(設備)，如遙控系統，需要根據遙控設備的特點和變電站的實際情況靈活應用和采取具體措施。近年來，通過對遠動設備雷害的分析，我們在實際遠動中采取了以下措施:a)遠動設備的工作電源可以是DC電源，首選DC電源；b)安裝電源保護器。對於帶交流電源的遠動設備(包括本地監控計算機)，在UPS前安裝CRITEC交流電源避雷器。該產品運行穩定，性能可靠，可將輸出電壓箝位在240 V左右，即當避雷器輸入端瞬時電壓不超過6 kV時，其輸出電壓不會超過240v C)安裝光電隔離器。對於所有串行通信端口，安裝9C4光隔離長線收發器，使相互通信的兩臺設備的通信端口之間沒有直接的電氣連接，有效防止通過通信線路引入的過電壓；相互通信的兩個設備之間的電位差被隔離，從而有效地保護被保護設備的串口不被損壞。d)拆除RTU內部的信號接地點。RTU內部的信號地與地隔離，防止地電位升高直接侵入RTU，損壞RTU模塊板。e)采用等電位聯結。當需要防雷的空間內發生雷電等過電壓時，所有相關部分(電路板)沒有明顯的電位差[2]來保護電路板不受損壞。4結論從1997來看，采取上述措施後，南海電業局運行中的RTU工作穩定，達到了理想的運行效果，保證了無人值班工作的順利進行。作者簡介:陳國軍(1970-)，男，湖北孝感人，助理工程師，工學學士，主要從事變電站遠動設備維護工作。作者:廣東佛山市南海電力工業局528200參考【1】張偉元。儀征輸油站儀表微機監控系統的防雷與過電壓保護[J].電網技術，1997。[2]蘇邦禮。現代防雷技術中最重要的就是等電位聯結[J]。廣東電力，6597。