播控系統(tǒng)電源防雷解決方案

2012-08-23 02:02:16宋榮瓊

科技視界 2012年34期

宋榮瓊

（貴陽(yáng)市花溪區(qū)新聞信息中心貴州貴陽(yáng) 550025）

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，廣電系統(tǒng)播控系統(tǒng)大量采用了大規(guī)模集成電路，它們對(duì)電網(wǎng)電壓的質(zhì)量要求較高，對(duì)浪涌電壓承受能力較弱，極易遭受雷擊，且雷擊后受損程度很高，給國(guó)家和人民造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，對(duì)防雷保護(hù)問(wèn)題需要特別重視，因此成為雷電浪涌電壓侵入的薄弱環(huán)節(jié)，防雷保護(hù)問(wèn)題日益成為我們迫切需要解決的課題。

1 要提高防雷保護(hù)意識(shí)

雷電在放電過(guò)程中，產(chǎn)生電磁感應(yīng)過(guò)電電壓（雷電浪涌）。它不但對(duì)建筑物，架空線(xiàn)路，而且對(duì)播控系統(tǒng)、衛(wèi)星接收站及CATV系統(tǒng)等電子設(shè)備都會(huì)造成一定的損害。

雷電的危害極大，在整個(gè)雷區(qū)空間范圍內(nèi)，侵襲建筑物或各種電器設(shè)施防不勝防。尤其我中心地處雷區(qū)，防雷保護(hù)問(wèn)題成為維護(hù)工作的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。為此，必須增強(qiáng)防雷意識(shí)，把防雷保護(hù)工作視為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其設(shè)防技術(shù)應(yīng)采取全方位、多層次、分類(lèi)設(shè)防、綜合治理的原則，把防雷保護(hù)問(wèn)題作為貫徹執(zhí)行廣電總局提出的“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的維護(hù)總綱領(lǐng)的重要組成部分。

2 雷擊的形式與危害

在雷雨季節(jié)，雷電頻繁，雷電是一種大氣中帶有大量電荷的雷云放電的結(jié)果。大氣中飽和的水蒸氣在強(qiáng)烈的氣流作用下，不斷分裂而形成雷云。雷云中電荷的分布是不均勻的，當(dāng)云層對(duì)地的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到約27kV/cm時(shí)，就會(huì)造成空氣絕緣層被擊穿，雷云對(duì)大地便發(fā)生先導(dǎo)放電。先導(dǎo)放電的路徑達(dá)到大地時(shí)，大地和雷云產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞（又稱(chēng)主放電），出現(xiàn)強(qiáng)大的雷電流（可達(dá)數(shù)萬(wàn)到數(shù)十萬(wàn)安培），放電時(shí)溫度近二千度。同時(shí)出現(xiàn)閃光和巨響，即所謂的雷電。

3 雷擊大致可分為三種形式：直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷

3.1 直擊雷：直擊雷的放電時(shí)間很短、約在數(shù)微秒內(nèi)，但放電能量非常大。雷擊點(diǎn)低，對(duì)地面設(shè)備的破壞力很大，雷擊率約占10%。

3.2 感應(yīng)雷：感應(yīng)雷是雷電放電過(guò)程中，在雷擊點(diǎn)附近的導(dǎo)體上或線(xiàn)路上，將會(huì)產(chǎn)生很大的靜電感應(yīng)電壓，而形成的瞬間沖擊過(guò)電壓。它主要透過(guò)電阻性或電感性?xún)煞N方式而耦合到電子設(shè)備的電源線(xiàn)，控制信號(hào)線(xiàn)上，最終導(dǎo)致耐低壓的元器件損壞。有資料表明，以雷擊中心2.5公里為半徑的范圍內(nèi)都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)過(guò)電電壓，損壞線(xiàn)路中的電子設(shè)備。感應(yīng)雷約占雷擊率的90%，危害范圍甚廣，是防雷保護(hù)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.3 球形雷：球形雷很少見(jiàn)，雷擊發(fā)生的概率甚小，無(wú)固定地點(diǎn)和形式，避雷設(shè)備對(duì)它起作用甚小。占雷擊率不足1%。

4 防雷保護(hù)措施

所謂防雷保護(hù)，一般是指防直擊雷和感應(yīng)雷，對(duì)于廣電播控系統(tǒng)設(shè)備高可靠的需求，如何防止電網(wǎng)雷電浪涌和干擾信號(hào)及比較嚴(yán)重的三次諧波？為避免諧波、雷擊及浪涌由高壓電力傳輸線(xiàn)路進(jìn)入低壓電力系統(tǒng)造成機(jī)房播控系統(tǒng)設(shè)備的損壞，根據(jù)我中心的實(shí)際情況和廣電設(shè)備的特殊要求，與上海諧穩(wěn)電源設(shè)備有限公司對(duì)電源防雷問(wèn)題聯(lián)合設(shè)計(jì)了廣電機(jī)房電源專(zhuān)用防雷1：1隔離凈化變壓器防雷保護(hù)方案，其防雷保護(hù)原理圖如圖1所示。

圖1 防雷隔離凈化變壓器原理圖

該隔離凈化變壓器的輸入端與高壓變壓器輸出端相連，輸出端與低壓配電柜相連。隔離凈化變壓器的輸入線(xiàn)圈與輸出線(xiàn)圈之間實(shí)施3重屏蔽，增加絕緣強(qiáng)度和有效磁飽和的一種特殊變壓器。由于該隔離凈化變壓器采用了特殊繞法和具有屏蔽的效果，基本上可保證從輸入端入侵的雷擊浪涌電壓不會(huì)傳導(dǎo)至輸出端。這種防雷裝置與輸入輸出側(cè)的保安單元（SPD）相組合，可以把入侵的雷擊浪涌衰減到-60DB以下，雷擊能量衰減到十萬(wàn)分之一。

4.1 針對(duì)電網(wǎng)感應(yīng)雷擊嚴(yán)重情況下，隔離凈化變壓器設(shè)計(jì)了三相共、差、模電源防雷抗干擾電路，更合理地把火線(xiàn)對(duì)地線(xiàn)，火線(xiàn)對(duì)零線(xiàn)，零線(xiàn)對(duì)地線(xiàn)進(jìn)行全面地過(guò)電壓保護(hù)和有效地抑制電網(wǎng)中的尖峰干擾及感應(yīng)雷電流。

4.2 隔離凈化變壓器輸入端和輸出端加裝有針對(duì)性的防雷器，以更好的起到防雷效果。安裝了德國(guó)原裝OBO最大100KA的高性能浪涌保護(hù)器，該高性能浪涌保護(hù)器有一個(gè)特別的壓敏電阻電路，裝置內(nèi)含良好非線(xiàn)性特性的氧化鋅壓敏，即使電路出現(xiàn)高能電涌，設(shè)備也能得到最大程度的保護(hù)。

4.3 隔離凈化變壓器輸入繞組和輸出繞組在電氣上彼此隔離，避免同時(shí)觸及帶電體（或因絕緣損壞而可能帶電的金屬部件）和地所帶來(lái)的危險(xiǎn)。此外隔離變壓器的輸入繞組和輸出繞組之間增加屏蔽層接地，具有抑制各種干擾和抗雷擊的作用。

5 小結(jié)

由于隔離凈化變壓器具有抑制雷擊、諧波和浪涌的作用，我中心運(yùn)用了隔離凈化變壓器后，有效地避免了雷擊及抑制浪涌，瞬間浪涌造成設(shè)備的損壞，同時(shí)抑制了各種干擾和凈化了電源。我們?cè)诟綦x凈化變壓器的機(jī)箱內(nèi)，裝有QF1和QF2兩只400A空氣開(kāi)關(guān)，可防止因負(fù)載短路造成對(duì)電源的影響，還裝有QN1一把600A雙擲閘刀，可防止因隔離凈化變壓器自身?yè)p壞而設(shè)置的直通裝置等應(yīng)急措施。