淺析泵站水利工程中的電氣系統防雷

【摘要】雷電具有不確定性和強烈性，具有較強的破壞能力，能夠在瞬間產生巨大的磁場效應。水利工程電氣系統建設過程中的水電站或泵站出線回路特別多，尤其是室內進出電纜因在遠處而可能會遭遇直擊雷侵害，強大的雷電流就會以光速傳回電源，造成嚴重的后果。因此加強對泵站水利工程電氣系統防雷問題研究具有重要意義。本文簡述了雷擊產生的原因，對泵站水利工程電氣系統的接地與屏蔽電磁干擾以及TVS管技術應用的防雷措施進行了初步探討分析。

【關鍵詞】雷擊；原因；泵站水利工程；電氣系統；防雷措施

基于雷電的不確定性，無法準確斷定雷電災害發生的具體時間、具體場所，但是在泵站水利工程電氣系統建設過程中，應當注意管線能地埋決不架空，低位能滿足應用要求的決不將電氣設備抬高，可將電氣設備裝在室內的決不裝在室外；電氣設備要盡可能遠離易發生雷電的位置，而且還要遠離引雷物體，從而提高泵站水利工程電氣系統的運行安全可靠性。

一、雷擊產生的原因

雷擊是一種自然現象，其能釋放出巨大的能量，并且具有極強大的破壞能力。當雷電放電路徑不經過防雷保護裝置時，放電過程中產生強大的瞬變電磁場在附近的導體中感應到強大的電磁脈沖，稱感應雷。感應雷可通過兩種不同的感應方式侵入導體。

（1）在雷云中電荷積聚時，附近導體會感應相反的電荷，當雷擊放電時，雷云中電荷迅速釋放，而導體中的靜電荷在失去雷云電場束縛后也會沿導體流動尋找釋放通道，就會在電路中形成靜電感應。

（2）在雷云放電時，迅速變化的雷電流在其周圍產生強大的瞬變電磁場，附近的導體中就會產生很高的感生電動勢，在電路中形成電磁感應，感應雷沿導體傳播，損壞電路中的設備或設備中的器件。

二、泵站水利工程電氣系統的接地與屏蔽電磁干擾

泵站水利工程電氣系統接地電阻值越小，則過電壓就會越低。實踐中為有效確保泵站水利工程電氣系統的防雷穩定性、高效性，應當最大限度地將接地電阻降到最小值。在目前國內水利工程電氣系統防雷建設過程中，需加強通信電氣設備防雷保護，即將其與其它動力設備采取共用接地網方式進行連接，以直線連接防雷為宜。其中，接地網應在泵站中控室布設均壓帶，并將其與泵站接地母線相連接，并在泵站調度室另設接地網設備，從而使其能夠與電氣系統之間利用放電器進行有效連接，確保其能夠在沒有雷擊時，有效的隔離；遇到雷擊危害，能夠均衡電位，從而起到保護作用。

電氣系統屏蔽是為了能夠有效減少因雷電造成的電磁干擾，將泵站水利工程電氣系統中控室中的相關部分金屬件地板焊接在室內鋼筋材料上，從而使室內形成一個等電位法拉第籠。在泵站水利工程電氣系統建設時，如果系統中的相關設備對電磁屏蔽要求非常的高，則建議在泵站中控室內適當的位置上敷設屏蔽網，并且與泵站機房中的環形接地母線實行多點連接。對于室外通信電纜而言，建議采用屏蔽電纜，將屏蔽層兩端接地。實踐中，為了能夠有效減少因雷電造成的電磁干擾破壞，在泵站中控室的建筑鋼筋或者金屬材質的地板，均應當焊接起來；電氣設備對屏蔽要求比較高時，在泵站中控室中應當適當地敷設金屬屏蔽網，并且將屏蔽網、環行接地母線采取多點相連的方式焊接連通；在電力輸電線路架空施工過程中，從站內終端桿引下，更換成屏蔽電纜形式，而且室外通信電纜也建議換成屏蔽電纜，并確保屏蔽層兩端接地；如果在室外入口端，在鐵管、電力線之間加接適當的壓敏電阻，則其防雷效果會非常的好。

三、泵站水利工程電氣系統中的TVS管技術應用防雷措施

TVS管技術的應用可以有效保護泵站水利工程電氣系統免受靜電、雷電以及過電壓等電磁波的干擾或者影響，同時也是微電子裝置過電壓保護的第一選擇。TVS管即瞬態電壓抑制器，與二極管的功能非常相近，是一種應用效果非常好的高效能保護器件。TVS管應用過程中，二極管兩極受反向瞬態高能量沖擊時，可根據沖擊大小，將高阻抗變成低阻抗；在此過程中，可對浪涌功率有效吸收，并且可有效吸收近千瓦的浪涌功率，使電壓值位于預定數值，這樣可以有效保護電氣系統中的精密元器件免受浪涌沖擊。從TVS管應用技術特點來看，其可以將TVS二極管與泵站信號、電源線連接在一起，這樣可以有效防止站內微處理器、單片機因瞬間脈沖，比如靜電放電效應、開關電源噪聲以及交流電源浪涌等原因所致的功能失靈等問題。TVS管技術的應用，可以使靜電放電效應釋放出超10000V、60A脈沖，持續時間可達10ms；而普通的器件在超過30ms 的10V脈沖時，就會瞬間損壞；TVS管技術的應用，可有效吸收可能造成泵站電氣系統器件損壞的脈沖，并將由總線之間開關引起的干擾消除掉。將TVS 二極管放置在泵站信號線及接地間，能避免數據及控制總線受到不必要的噪音影響。它對保護裝置免遭靜電、雷電、操作過電壓、斷路器電弧重燃等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾，是微電子設備過電壓保護的首選器件。對于瞬態電壓抑制器而言，其具有瞬態功率大、漏電流低以及響應時間快等特點。對于TVS管而言，其反向特性為PN結器件，其正向特性與普通二極管非常相近。在TVS管技術應用過程中，電流經TVS管后，在脈沖電流影響下，反向漏電流會從原來的電流ID逐漸上升為現在的IR，以此來實現兩極電壓改變，從而使原來的反向關斷電壓上升為現在的擊穿電壓。經過以上各步驟的反復循環，TVS管可能會被擊穿，產生脈沖電流。當該脈沖電流達到峰值以后，TVS管兩極電壓被箝位至額定電壓以下，在以后的不斷轉變過程中，脈沖電流將隨指數衰減而使得兩極電壓回到初始值，從而對泵站電氣系統中的相關電子元件起到保護作用。基于對TVS管技術在實踐中的應用效果來看，該種防雷技術手段和措施作用非常的顯著，因此在現代泵站水利工程電氣系統防雷過程中，應當強化應用。

四、結束語

泵站電氣系統防雷是水利工程電氣系統建設過程中的重要組成部分，實踐中應當根據實際情況進行綜合分析，尤其要找到防雷弱點，采取針對性措施，將防雷接地規范落實到實處，從而保障泵站水利工程的安全運行。

參考文獻：

[1]盧宜.水廠自動化系統的防雷措施分析[J].中國新技術新產品，2010 （06）

[2]張文軍.電力自動化系統防雷措施的研究[J].硅谷，2012（07）