電廠數字程控交換機防雷措施分析

趙 雷

(大慶油田電力集團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、電現象，同時,雷電也是一種十分嚴重的自然災害。它給人們正常的生產生活帶來的影響，隨著現代生產設備的高速發展愈顯嚴重，雷電造成的經濟損失和危害程度在不斷增加，因此，防雷減災工作日顯重要。

大慶地處東北地區，夏天有2個多月的多雨季節如不采取可靠措施，程控交換機易遭到雷擊，輕者損壞板卡設備，重者損壞整個程控交換機設備嚴重甚至造成人員傷亡，直接影響到電廠整個通訊網絡的運行以及發電供熱[1]。究其原因，是由于機房設備及配線系統和供電系統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設備的危害，文中詳細介紹了幾種有效的程控交換機防雷方法。

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，強大的閃電產生靜電場、電磁場和電磁輻射，以及雷電波侵入、地電位反擊等，統稱雷電電磁脈沖，嚴重干擾無線電通訊和各種電子設備的正常工作，在一定范圍內造成許多微電子設備損壞[2]。僅僅依靠避雷針等防直擊雷系統是無法保證防雷效果的，需要有一種合理的工程保護方式，既要防護直接雷擊，又要防護雷電流、電磁脈沖等做到綜合保護。

2 程控交換機防雷措施

2.1 程控交換機接地

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”、“保護地”和“防雷地”等形式。對重要的通信設備系統，一定具備的是“工作地”，它為整個程控交換機換機系統提供標準參考電位，有了這個參考電位，系統才能正常工作;因程控交換機系統由強電源供電，需將設備外殼接“保護地”，以保護人身安全;程控交換機系統存在室外電纜與之相連，需要系統在合理位置接“防雷地”，以防止雷擊高壓串入系統中[3]。程控交換機的接地包括：直流電源接地;電信設備機殼或機架屏蔽接地;入站通信電纜的金屬護套或屏蔽接地;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； 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為敷設接地體處的電阻率。

對于程控交換機接地系統應采取的具體措施如下：

機房內應有獨立地線，且強電地線與弱電地線要分開。在機房新設接地匯流排兩個，一個作為機房的弱電系統接地，另一個則作為強電接地；機房新增一條接地引線，由建筑地網引到機房的匯流排上，機房接地電阻阻值要求： R≤4 Ω；要使機房更加安全，機房的靜電地板周圍增設一條均壓環，采用3 mm×30 mm的扁銅。圖1為機房程控交換機接地電路圖[4]。

圖1 機房程控交換機接地電路

接地地網：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,以滿足國家《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010接地電阻R≤4 Ω的要求[5]。

2.2 程控交換機防雷擊電磁脈沖

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

圖2 機房遭雷擊時的環境情況

雷電電磁脈沖強度[2]衰減計算公式如下：

式中，0H 為無屏蔽時所產生的無衰減磁場強度( 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 )。

在閃電擊在交換機機房附近磁場強度最大的最壞情況下，按機房的防雷類別、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 程控交換機電源浪涌保護

程控交換機機房電源線路防雷保護主要是在機房設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，可遏制瞬態過電壓和泄放浪涌電流。從總進線到用電設備端通常配置分為3級[3]，經過逐級限壓和放電，逐步消除雷電能量，保證用電設備的安全。根據不同的需要可選用”防雷箱”、“可插拔模塊型”、“端子接線式”和“移動插座式”等品種。

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

浪涌保護器的有效電壓保護水平計算如下：

對限壓型浪涌保護器：

對電壓開關型浪涌保護器：

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

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

2.4 程控交換機信號防雷保護

程控交換機機房監控、存儲交換設備直接保持對外、對內通訊聯系，信號線是感應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，極易遭受感應雷襲擊。而根據美國通用電氣公司R.D.HILL的試驗結果，只需0.07高斯的磁場強度就能使網絡系統癱瘓，而2.4高斯的磁場強度就使計算機的元器件永久性損壞，輕則部分通訊線路中斷，重則整個網絡癱瘓[7]。

對于設備之間都是通過軟光纖和較短的雙絞線進行連接的，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。為盡量避免上述災害情況的發生，需針對不同的設備選用相應的數據通訊信號避雷器作為通訊線路上防感應雷電壓波的保護措施。并在機房靜電地板下面做等電位均壓環,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、各種電子設備的金屬外殼、機架等與接地匯流排連接。使所有設備在雷擊過程中處于同一電位水平，有效地避免不同設備之間的地電位反擊。

3 結語

隨著科學技術的不斷發展，設備精細化要求的不斷提高，一個完善的防雷方案以及有效的防雷措施對設備系統的安全運行至關重要，這不僅僅是針對程控交換機而言。通過文中闡述的幾項防雷措施在電廠數字程控交換機的應用，油田電廠程控交換機的防雷效果得到明顯加強，應用三年中未發生一起由于雷擊引起的設備故障，這不但提高了用戶通話質量，也提高了整個電廠通訊網的安全等級，在今后的工作中，將結合以上防雷經驗，對機房光端設備系統、中繼系統的防雷進行進一步改善，使設備防雷水平邁上新臺階。

[1] 李文選.雷電及其災害的預防[J].現代農業科技,2009(02):30-31.

[2] 白潔.電子設備中防雷結構的設計[J].煤炭技術,2011(01):15-16.

[3] 虞昊.現代防雷技術基礎[M]. 北京:清華大學出版社,2005:25-45.

[4] 國家標準.建筑物防雷設計規范 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.防雷裝置設計審查常見問題綜述[J]. 青海氣象, 2008(02):41-42.