電能計量裝置防雷電綜合對策研究

摘 要：隨著電子技術的日益成熟，供電行業的電能計量裝置安裝了較多的電子式電能表、電子式互感器等計量電子設備，而這些設備易受到雷電的影響，破壞性也多樣性，它可以導致數據信號發生錯亂，也可以導致芯片的直接損壞，使電能計量裝置出現故障，導致供電單位的計量損失。文章就電能計量裝置的防雷電進行全面的探討和分析，提出綜合對策，以期提高電能計量裝置的安全運行水平。

關鍵詞：電能計量裝置；雷電；計量；電子設備

1 概述

電能計量裝置包括各種類型電能表，計量用電壓、電流互感器及其二次回路，電能計量柜（箱）等。在電力系統發、供、用電的各個環節中，裝設了大量的電能計量裝置，用來計量發電量、廠用電量、供電量、售電量等。近年隨著電子技術的進一步發展，越來越多的電能計量裝置逐步轉化為電子設備，如電子式電能表、電子式互感器、配變終端等。電子器件的集成化、小型化、高速化的水平不斷提高，而“三化”的必然結果是導致各種電子計量裝置設備的耐過壓、耐過流和抗雷電電磁脈沖的能力大大降低，由此導致電能計量裝置發生雷擊的幾率呈現增長趨勢。

2 電能計量裝置遭雷擊的途徑及損壞機理

雷電是降水過程中伴隨的一種現象，雷電由高能的低頻成份與極具滲透性的高頻成份組成。其主要通過兩種形式，一種是通過金屬管線或地線直接傳導雷電致損設備；另一種是閃電通道及泄流通道的雷電電磁脈沖以各種耦合方式感應到金屬管線或地線產生浪涌致損設備。對于電能計量裝置設備而言，絕大部分雷擊破壞由這種感應而引起。危害主要來自于由雷電引起的雷電電磁脈沖的耦合能量，通過以下三個通道所產生的瞬態浪涌。金屬管線通道，如電源線、天饋線、信號線等產生的浪涌；地線通道，地電位反擊；空間通道，電磁小組的輻射能量。根據統計表明，大多數的電能計量裝置直接遭受雷擊而損壞的幾率較小，而大多數的電能計量裝置都是由于雷電電磁脈沖而造成的，由此對電能計量裝置的應用造成巨大危害。但是，無論是直接擊中，還是間接擊中，都會對電能計量裝置產生巨大損壞，企業蒙受巨大損失，因此，采取針對性的防雷對策是當前急需解決的重要問題。

由于電能計量裝置中使用的計量設備大部分是精密的電子器件制造的，這些電子式電能表、電子式互感器抗電流、抗電壓或抗電磁脈沖的能力十分有限，而且電能計量裝置的設備都需要持續不斷地通電工作，這樣一來只要雷雨天氣來臨，電能計量裝置就可能會遭受到雷電的襲擊。倘若雷電發生在離電能計量裝置不遠的位置時，那么由雷電產生的強電流，可能會通過進出電能計量裝置的通信線纜或者電源線纜，入侵到電力系統整個網絡中，一旦電能計量裝置的設備沒有采取任何措施的話，那么這些設備肯定是無法抵擋高達幾萬伏的強電壓或者幾萬安培的強電流，這樣的話輕則導致電能計量裝置的設備發生數據丟失或者數據信號發生錯亂，嚴重的話能燒毀電能計量裝置或其他用電設備，甚至還能對整個電網系統造成威脅。即使某些電能計量裝置沒有被強大的雷擊電流或電壓損壞，但只要它們遭受過雷電襲擊之后，它們內部的某些電氣性能將受到一定程度的影響，這樣的話就容易影響到電能計量整體性能的穩定性和準確性。

既然雷電攻擊會給電能計量裝置造成致命的威脅，那么在雷雨頻發的南方，我們就應該積極采取有效的應對措施，來避免電能計量裝置遭受雷電的攻擊。由于電能計量裝置的設備不但和電力系統中的各種通信線纜與配電線路有關外，還與電能計量裝置設備自身的質量、所處位置、使用條件以及周圍環境有關，所以只有多種預防措施多管齊下，才能有效預擊電流對網絡設備的攻擊破壞。

3 電能計量裝置的防雷綜合對策

3.1 安裝防雷電的電能計量裝置

目前防雷電的電能計量裝置已經有防雷式電子電能表。防雷式電子電能表有效地防止雷擊浪涌從電源輸入端侵入到表內電子線路中，設計上一般采用分流防范措施，即將浪涌電壓在非常短的時間內與大地短接，使浪涌電流分流入地，達到消弱和消除過電壓、過電流的目的，從而起到保護電子設備安全運行的作用。據統計電能表的故障有75%是由于瞬變和浪涌造成的，電壓的瞬變和浪涌無處不在，而防雷式電子電能表在設計上正是采用了這種原理，所以如果有條件的話安裝防雷電的電能計量裝置提高電能計量裝置的安全性和可靠性也是一種較好的選擇。

3.2 安裝相應的防雷裝置

電能計量裝置大多都放置在室內，因此使得很多單位忽視了對電能計量裝置采取防雷策略，對此，企業不僅要按照國家規定設置相應的防雷設備，同時還應當按照電子設備的特點、性能及作用，重新評估電能計量裝置的周圍環境及接地裝置，以設置更為科學的防雷裝置。電能計量裝置本身對于雷電抵御能力很低，因此，必須對依附建筑物的一些電能計量裝置采取特殊的防護措施，為了防止接地線上的反擊電壓對電能計量裝置產生危害，室內的電能計量裝置接地線必須與建筑物底層的接地總線匯流，將靜電地、防雷地、絕緣地及安全保護地接到同一個線路上，將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放，以最大限度的保證電能計量裝置的安全。

3.3 設置可靠有效的接地系統

要想避免電能計量裝置遭受點雷擊，設置可靠的接地系統非常重要，對于接地網的設計應當根據電能計量裝置放置區域的具體情況進行，要想減小電子設備接地產生的反擊電壓及沖擊阻抗，對于地網設計必須保證有足夠大的面積，同時又必須盡量減短延伸，對于接地體的安裝應當根據接地系統之間的電壓危險限值情況而定，在相關的規范中，對于電子設備單獨設置的接地與電源及防雷接地之間的距離設定為20m，但實際上，不同接地系統之間保持20m通常是做不到的，而這也不是保證安全的最好方法。對此，可以在不同的接地系統之間連接地電位均衡器，這樣不僅可以在雷擊發生時保證不同接地系統之間的電位差減小，以避免電能計量裝置受到損壞，同時還能夠確保電能計量裝置在正常工作的情況下將電能計量裝置干擾降到最小。

3.4 完善線路上的過電壓保護

當雷電發生時，處于雷擊一定范圍內的導體由于電磁場的作用而產生過電壓，而線路本身在傳遞過程中也會聚集過電壓，過電壓表現出的瞬間現象速度極快，而且幅值很大，當數值超出計量設備所得承載的最大沖擊量時，就會導致電能計量裝置出現損壞。據統計，70%的雷電災害事故都是由于沿低壓架空線路傳入高電壓造成的，因此，在電能計量裝置線路的入口處，應當加裝可靠的過電壓保護裝置，當發生雷擊時，能夠最大限度的分散過電壓，以免對電能計量裝置產生損壞。電能計量裝置時刻與電源線路相連接，如果出現意外，雷擊則會對電能計量裝置產生巨大危害，因此，完善過電壓保護裝置，有效分散過電壓，減小電位差對于加強計量設備保護具有重要意義。

4 結束語

雷擊對于電能計量裝置的危害巨大，對企業造成的損失也不可估計，因此，對于電能計量裝置遭受雷電的機理進行研究，并采取綜合性的應對策略提高電能計量裝置的安全運行，以及提高電能計量裝置備的防護水平具有重要意義。

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