電能表及采集終端的雷擊分析與對策

國網棗莊供電公司　董　振　劉潤東

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電能表及采集終端的雷擊分析與對策

國網棗莊供電公司董振劉潤東

【摘要】隨著智能電能表的全覆蓋，全采集，智能電能表及采集終端在雷雨季節(jié)遭受雷擊的現(xiàn)象經常發(fā)生，致使電能表損壞，無法計量，采集器損壞，無法遠方抄表，帶來巨大經濟損失，增加了大量的現(xiàn)場工作。電能表及采集終端的防雷已經到了必須解決的地步，為此國網棗莊供電公司經過大量現(xiàn)場調研分析，查閱大量技術資料，制定防雷對策，經過實驗室多次雷擊試驗，研制成功電能表及采集終端防雷裝置，取得較好防雷效果。

【關鍵詞】雷擊；分析；對策

1　前言

由于高壓架空輸電線路距地高、線路長，而且分布范圍廣，周圍很少有高大建筑，高壓線路遭受雷擊的情況時有發(fā)生，致使線路短路、跳閘，造成大面積停電。再就是電網縱橫交錯，高低壓同桿架設等原因，又會相互影響，高壓線路發(fā)生雷擊時，就會在低壓線路感應浪涌電流，浪涌電流強度過大就會擊毀運行中的電氣設備、家用電器、電能表及采集終端，給用電客戶和供電公司帶來巨大損失，特別是農村低壓臺區(qū)，缺乏必要的防雷措施，雷擊時就會造成一個臺區(qū)下面的幾十塊甚至上百塊電能表同時損壞，電能表內部元器件被擊穿、燒損，出現(xiàn)電能表黑屏和RS485電路異常等故障。2013年雷雨季節(jié)，山東省棗莊市三相電能表毀壞1708只，單相電能表7885只，負控終端350只，集中器及采集器3500只。電能表遭受雷擊占電能表總數(shù)的0.7%，采集終端遭受雷擊占總數(shù)1.2%，直接損失400萬元。

2　雷擊案例

2.1案例一

棗莊市山亭區(qū)徐莊一配電室內，電能表規(guī)格為3*220/380V，3*10（100）A，三相電壓及零線與電路板連接處導線燒光，壓敏電阻炸裂，燒毀銅箔；電流互感器次級線圈處銅箔燒毀；壓敏電阻后邊元器件未見異常。電能表外殼破碎，液晶屏破碎。

2.2案例二

棗莊市山亭區(qū)城區(qū)一臺變，低壓避雷器炸裂，終端被雷擊，外殼被炸裂。電能表內部三相電源線為0.5mm2多股銅線，終端三相交流線被燒斷。零線未斷，電路板上的三相電壓及零線的銅箔融化。阻波器為單股耐高溫銅線，未斷，壓敏電阻未見異常。內有融化的金屬微粒，短細銅絲。終端旁邊表計沒有受到雷擊。

2.3案例三

棗莊市嶧城區(qū)一配變終端被雷擊，外殼被炸裂。電能表內部三相電源線為0.5平方毫米多股銅線，終端三相交流線及零線被燒斷，與其相連的銅箔融化。阻波器為單股耐高溫銅線，未斷，壓敏電阻未見異常。內有燒毀數(shù)段藍色導線。電路板背面RS485電路銅箔明顯燒毀。RS485轉接口插座后銅箔燒毀。

3　故障分析與對策

3.1分析與對策一

接線端子到電路板的連線融化、炸裂。說明雷擊電流較大，一般的多股導線不能抵御浪涌電流，從阻波器基本沒有受到損失看，阻波器用的導線是耐高溫導線，所以接線端子到電路板的連線宜采用耐高溫導線。

3.2分析與對策二

電路板上焊錫氣化。在強大的浪涌電流下，焊點的焊錫被氣化，說明此點應該壓接，不宜使用焊接工藝。

3.3分析與對策三

電能表及采集終端內部的電源多數(shù)采用5kA通流量的壓敏電阻。壓敏電阻炸裂的原因一是元器件的質量不好，二是壓敏電阻通流量小，壓敏電阻的通流量宜提升。

3.4分析與對策四

RS485電路被雷擊壞，有兩種情況。一是浪涌電流從交流電源進入，把RS485電路的電源擊毀，影響RS485電路工作；二是浪涌電路從RS 485饋線的A、B端進入電能表及采集終端，造成損壞。

3.5分析與對策五

部分雷擊發(fā)生在壓敏電阻的后邊，說明壓敏電阻還沒有來得及動作，浪涌電路壓接進入后邊的電路，造成損壞。壓敏電阻的反應時間是25納秒，這樣的雷擊是壓敏電阻無法完全避免的，應該使用高能TVS管（瞬變電壓抑制二極管）解決這種問題。

3.6分析與對策六

由于壓敏電阻的鉗位電壓較高，可能會對后面的元器件造成傷害。應該選用鉗位電壓低的元器件。

4　防雷設計需要注意的幾個問題

4.1防雷元器件反應時間

氣體放電管反應時間≤100ns，壓敏電阻反應時間≤25ns，瞬態(tài)抑制二極管反應時間<1ns。

4.2防雷元器件通流量

氣體放電管放電能力強，通流容量大，可做到上百千安，漏電流??；壓敏電阻的通流容量大，可做到幾十千安，漏電流較?。桓吣躎VS管通流容量可做到十千安以上，漏電流比氣體放電管和壓敏電阻較大。

4.3防雷元器件價格

三種防雷元器件各有利弊，使用哪一種元器件應綜合考慮性價比。放電管殘壓高，放電電流大，不足之處是反映速度慢；壓敏電阻反映速度較放電管快，殘壓較高；高能TVS管反映速度最快，殘壓低，但是價格高，每只10kA通流量的價格在幾百元，影響使用范圍。

4.4防雷的多路徑泄流

從三相電能表及采集終端雷擊的情況看，零線有被燒斷的，也有沒有燒斷的，說明了相間放電較多，浪涌電流存在多路徑傳輸。對于三相三線或者三相四線電能表及終端，應多路徑泄流，實現(xiàn)相與相、相與零線，相與地線泄流。

4.5提高防雷裝置反應速度

提高防雷元器件反應速度的方法。在保證正常工作電壓的基礎上，降低壓敏電阻的鉗位電壓，提升防雷裝置的快速反應能力。

4.6壓敏電阻的通流量

根據(jù)實驗結果，壓敏電阻的通流量一般不能低于10kA。否則不能完全應付感應雷的浪涌電流。

4.7防雷裝置應便于安裝

防雷裝置保護交流電源和RS485電路，應便于安裝、維護。

5　浪涌實驗

5.1浪涌實驗一（3kA，8/20毫秒）

通過測試，可以發(fā)現(xiàn)TVS管降低殘壓的效果明顯，殘壓約為650V左右。比不加TVS管之前的2250V，降低1500V。

不加TVS管，在3000A，8/20毫秒浪涌電流下，擊毀終端的電源板上一個保險（不影響終端工作）。把TVS管并聯(lián)在電源上，加3000A，8/20毫秒浪涌電流未見終端電源板元器件損壞。

5.2浪涌實驗二（10kA、20kA，8/20毫秒）

在終端電源板上并聯(lián)防雷裝置，分別做了8/20毫秒10kA和8/20毫秒20kA的三相對零線、對地線多次浪涌試驗，效果較好，所保護的終端電源板完好無損。

5.3浪涌實驗三

1)不用防雷裝置，直接對終端電源板的A相、N線打8/20毫秒10kA浪涌波形。三型專變終端電源板遭受一次8/20毫秒10KA的浪涌波形之后，電源板正面未見異常，其阻波器正常，但是電路板背面A相電源的銅箔融化、發(fā)黑，和棗莊地區(qū)終端電源損壞板雷擊后的情形比較相似。

2)不用防雷裝置，直接對終端電源板的A相、N線打8/20毫秒20kA浪涌波形。終端電源板損壞嚴重，阻波器線圈被打斷。

6　防雷裝置試運行

通過對雷擊的現(xiàn)場調研、分析、設計和制作，棗莊供電公司研制成功電能表及采集終端防雷裝置，該防雷裝置體積小、重量輕，安裝簡單易行，改變了其它RS485防雷電路串聯(lián)在電路中的做法，安裝簡單，運行可靠；交流接地保護線的引出線PE1和RS485接地保護線的PE2分別接地。

2014年雷雨季節(jié)前，棗莊供電公司在去年表計遭受雷擊嚴重的電能表表箱內安裝單相防雷裝置數(shù)百只。雷雨季節(jié)試運行以來，安裝防雷裝置的表箱內的電能表及采集終端沒再發(fā)生雷擊毀壞現(xiàn)象，電能表的電源和RS485電路均正常。沒有安裝防雷裝置的部分表箱，電能表和采集終端今年再次受到雷擊。

7　結束語

棗莊供電公司會繼續(xù)做好電能表及采集終端的防雷工作，一是跟蹤防雷裝置運行情況，并且不斷改進電路設計、完善單相防雷裝置性能，降低防雷裝置價格。二是逐步擴大安裝范圍，爭取對所有可能遭受雷擊的電能表表箱安裝防雷裝置，實現(xiàn)電能表及采集終端的防雷全覆蓋，減少雷擊對電能表、采集終端和家用電器的毀壞。

參考文獻

[1]吳向榮.智 能 電 表 R S- 4 8 5 通 信 接 口 防 雷 探 討[J].機電信息,2011(36).

董振（1962—），男，山東棗莊人，大學專科，工程師，研究方向：電力通訊。

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