电流的强弱范例6篇

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电流的强弱范文1

关键词:弱馈;选相;线路保护;纵联保护

引言

目前包头供电局220 kV电网基本为环网双电源运行方式,但随着电网发展,单电源线路越来越多,由包北变至红塔变220kV线路接线方式如图1。

包北变固北变 红塔变

包固线 固红线

图1

包北变为电源端,固北变、红塔变为弱馈端,包固线、固红线、两侧保护配置均为为WXH-802纵联距离保护和RCS-931B光纤电流纵差保护。2009年,固红线发生单相接地故障,弱馈侧红塔变纵联距离选相错误,造成红塔变220kV母线失电。

一、故障情况

2009年1月26日,220kV固红线发生B相接地故障,固北变侧保护动作正确,单相跳闸,重合成功;红塔变侧WXH-802保护判为相间故障,三相跳闸,重合闸方式投单重,故重合闸不动作,造成固红线停电,红塔变、望海变220kV母线停电。

1.两侧保护动作过程

(1)固北变侧许继WXH-802保护报告如表1

2.两侧保护动作分析

固北变侧WXH-802纵联距离保护动作正确,RCS-931B光纤电流纵差保护动作正确,重合闸动作正确。

红塔变侧WXH-802纵联零序判为BCN故障三跳出口;RCS-931B光纤电流纵差保护,分相电流差动保护13ms B相动作,因WXH-802保护判为多相故障,收到闭锁重合闸开入信息后,48ms保护ABC三相跳闸,因重合闸投单重方式,闭锁重合闸。WXH-802保护选相错误,造成重合闸动作不正确。

三、通过固红线跳闸暴露出的问题:

固北变是电源端,通过固红线向红塔变送电,红塔变无其他电源,为弱电源端,由于 WXH-802纵联距离保护在弱电源侧的选相元件存在缺陷,造成选相错误。在弱馈系统线路中,弱馈端保护选相正确与否,是保证重合闸合闸成功的关键。[1]

WXH-802纵联距离保护的选相采用相电流差突变量选相、稳态量选相、弱电源选相相结合的方法,再辅助以综合选相判据,区分单相故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障。保护突变量启动50ms内采用相电流差突变量选相;50ms以后采用稳态量选相,该方法对非弱馈系统线路是很好的选相判据。

在弱馈系统中线路发生故障后,接地故障保护装置感受到的电流仅为零序电流,不接地故障保护装置感受不到电流。依靠电流突变量选相及电流序分量选相将会误选相,利用故障后的电压特征可以很好地解决这一问题。保护根据感受到的电流识别是否为弱电源系统,在弱电源时采用电压选相。根据零序电流与负序电流的大小,决定是否采用电压选相,弱馈识别判据为I0>10I2。若为弱电源系统转为电压选相逻辑,电压选相逻辑为突变量电压加收信启动50ms内采用突变量电压选相,50ms以后采用稳态量序分量电压选相。[2]

WXH-802纵联距离保护在弱电源侧的选相元件存在缺陷,只有满足弱馈识别判据为I0>10I2时,才进入电压选相。固红线发生故障时由于选相逻辑不满足I0>10I2条件,没有能够进入弱馈电压选相逻辑,造成红塔侧保护装置选相误选为相间故障,故三相跳闸。

四、采取的措施

1.针对这种情况我们对包固线、固红线WXH-802保护装置软件进行升级,对选相流程做了如下修改:

电流突变量选相选为相间接地且零序电压大于5V时,且纵联保护投弱馈,则采用电压选相。

软件升级后,我们对WXH-802保护装置进行检验,其弱馈选相能够正确选相。此后固红线又发生单相接地故障,未再次出现选相错误,保护装置动作正确,重合闸重合成功。

2.加强继电保护装置验收工作,弱馈线路投运前,一定要对保护装置的弱馈选相回路进行试验,及时发现弱馈选相回路存在问题,消除保护装置存在的隐患。

参考文献

[1]李瑞生,张克元,刘千宽.弱电源系统的输电线路保护方案的探讨[J].电力设备2003,4(5):29~31

[2]索南加乐,许庆强等.弱电源侧稳态电压对称分量选相元件[J].西安交通大学学报, 2003,37(8)778~782

2.两侧保护动作分析

固北变侧WXH-802纵联距离保护动作正确,RCS-931B光纤电流纵差保护动作正确,重合闸动作正确。

红塔变侧WXH-802纵联零序判为BCN故障三跳出口;RCS-931B光纤电流纵差保护,分相电流差动保护13ms B相动作,因WXH-802保护判为多相故障,收到闭锁重合闸开入信息后,48ms保护ABC三相跳闸,因重合闸投单重方式,闭锁重合闸。WXH-802保护选相错误,造成重合闸动作不正确。

三、通过固红线跳闸暴露出的问题:

固北变是电源端,通过固红线向红塔变送电,红塔变无其他电源,为弱电源端,由于 WXH-802纵联距离保护在弱电源侧的选相元件存在缺陷,造成选相错误。在弱馈系统线路中,弱馈端保护选相正确与否,是保证重合闸合闸成功的关键。[1]

WXH-802纵联距离保护的选相采用相电流差突变量选相、稳态量选相、弱电源选相相结合的方法,再辅助以综合选相判据,区分单相故障、两相接地故障、两相短路故障、三相短路故障。保护突变量启动50ms内采用相电流差突变量选相;50ms以后采用稳态量选相,该方法对非弱馈系统线路是很好的选相判据。

在弱馈系统中线路发生故障后,接地故障保护装置感受到的电流仅为零序电流,不接地故障保护装置感受不到电流。依靠电流突变量选相及电流序分量选相将会误选相,利用故障后的电压特征可以很好地解决这一问题。保护根据感受到的电流识别是否为弱电源系统,在弱电源时采用电压选相。根据零序电流与负序电流的大小,决定是否采用电压选相,弱馈识别判据为I0>10I2。若为弱电源系统转为电压选相逻辑,电压选相逻辑为突变量电压加收信启动50ms内采用突变量电压选相,50ms以后采用稳态量序分量电压选相。[2]

WXH-802纵联距离保护在弱电源侧的选相元件存在缺陷,只有满足弱馈识别判据为I0>10I2时,才进入电压选相。固红线发生故障时由于选相逻辑不满足I0>10I2条件,没有能够进入弱馈电压选相逻辑,造成红塔侧保护装置选相误选为相间故障,故三相跳闸。

四、采取的措施

1.针对这种情况我们对包固线、固红线WXH-802保护装置软件进行升级,对选相流程做了如下修改:

电流突变量选相选为相间接地且零序电压大于5V时,且纵联保护投弱馈,则采用电压选相。

软件升级后,我们对WXH-802保护装置进行检验,其弱馈选相能够正确选相。此后固红线又发生单相接地故障,未再次出现选相错误,保护装置动作正确,重合闸重合成功。

2.加强继电保护装置验收工作,弱馈线路投运前,一定要对保护装置的弱馈选相回路进行试验,及时发现弱馈选相回路存在问题,消除保护装置存在的隐患。

参考文献

[1]李瑞生,张克元,刘千宽.弱电源系统的输电线路保护方案的探讨[J].电力设备2003,4(5):29~31

电流的强弱范文2

(一)知识与技能

1.理解和掌握磁感应强度的方向和大小、单位。

2.能用磁感应强度的定义式进行有关计算。

(二)过程与方法

通过观察、类比(与电场强度的定义的类比)使学生理解和掌握磁感应强度的概念,为学生形成物理概念奠定了坚实的基础。

(三)情感态度与价值观

培养学生探究物理现象的兴趣,提高综合学习能力。

二、重点与难点:

磁感应强度概念的建立是本节的重点(仍至本章的重点),也是本节的难点,通过与电场强度的定义的类比和演示实验来突破难点

三、教具:蹄形磁铁,低压电源,多媒体等。

四、教学过程:

(一)复习上课时知识后引入

要点:磁场的概念。提问、引入新课:磁场不仅具有方向,而且也具有强弱,为表征磁场的强弱和方向就要引入一个物理量.怎样的物理量能够起到这样的作用呢?(紧接着教师提问以下问题.)1.哪个物理量来描述电场的强弱和方向?[学生答]用电场强度来描述电场的强弱和方向.2.电场强度是如何定义的?其定义式是什么?

[学生答]电场强度是通过将一检验电荷放在电场中分析电荷所受的电场力与检验电荷量的比值来定义的,其定义式为E=F/q过渡语:今天我们用相类似的方法来学习描述磁场强弱和方向的物理量——磁感应强度.

(二)新课讲解-----第二节、磁感应强度1.磁感应强度的方向

演示让小磁针处于条形磁铁产生的磁场和竖直方向通电导线产生的磁场中的各个点时,小磁针的N极所指的方向不同,来认识磁场具有方向性,明确磁感应强度的方向的规定。

板书小磁针静止时N极所指的方向规定为该点的磁感应强度方向

过渡语:能不能用很小一段通电导体来检验磁场的强弱呢?

2.磁感应强度的大小

演示1用不同的条形磁铁所能吸起的铁钉的个数是不同的,说明磁场有强弱。

演示2探究影响通电导线受力的因素(如图)

先介绍匀强磁场:如果磁场的某一区域里,磁感应强度的大小和方向处处相同,这个区域的磁场叫匀强磁场。后定性演示(控制变量法)①保持通电导线的长度不变,改变电流的大小②保持电流不变,改变通电导线的长度。让学生观察导线受力情况。

板书1精确实验表明,通电导线和磁场方向垂直时,通电导线受力(磁场力)大小

写成等式为:F=BIL①

式中B为比例系数。

注意:①B与导线的长度和电流的大小无关②在不同的磁场中B的值不同(即使同样的电流导线的受力也不样)

再用类比电场强度的定义方法,从而得出磁感应强度的定义式

板书2磁感应强度的大小(表征磁场强弱的物理量)

(1)定义:在磁场中垂直于磁场方向的通电导线,所受的力(安培力)F跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫磁感应强度。符号:B说明:如果导线很短很短,B就是导线所在处的磁感应强度。其中,I和导线长度L的乘积IL称电流元。(2)定义式:②(3)单位:在国际单位制中是特斯特,简称特,符号T.1T=N/A·m(4)物理意义:磁感应强度B是表示磁场强弱的物理量.对B的定义式的理解:

①要使学生了解比值F/IL是磁场中各点的位置函数。换句话说,在非匀强磁场中比值F/IL是因点而异的,也就是在磁场中某一确定位置处,无论怎样改变I和L,F都与IL的乘积大小成比例地变化,比值F/IL跟IL的乘积大小无关。因此,比值F/IL的大小反映了各不同位置处磁场的强弱程度,所以人们用它来定义磁场的磁感应强度。还应说明F是指通电导线电流方向跟所在处磁场方向垂直时的磁场力,此时通电导线受到的磁场力最大。

②有的学生往往单纯从数学角度出发,曲公式B=F/IL得出磁场中某点的B与F成正比,与IL成反比的错误结论。

③应强调说明对于确定的磁场中某一位置来说,B并不因探测电流和线段长短(电流元)的改变而改变,而是由磁场自身决定的;比值F/IL不变这一事实正反映了所量度位置的磁场强弱程度是一定的。

例磁场中放一根与磁场方向垂直的通电导线,它的电流强度是2.5A,导线长1cm,它受到的安培力为5×10-2N,则这个位置的磁感应强度是多大?解答:

介绍一些磁场的磁感应强度值。(P89表3。2-1)

(三)小结:可继续类比磁场与静电场,小结出以下两个方面:

一是电场力与磁场力在方向上是有差异的。电场力的方向总是与电场强度E的方向相同或相反;而磁场力的方向恒与磁感应强度B的方向垂直。

二是E和B在引入方法上也是有差异的。在电场强度E的引入中,考虑到的是电场中检验电荷所受的力F与检验电荷所带电量q之比;而在磁感应强度B的引入中,考虑的是磁场中检验电流元所受的力F与乘积IL之比。

(四)巩固新课:(1)指导学生阅读“科学漫步”。

电流的强弱范文3

关键词:风光互补;容式储能;弱功率跟踪;充电

1 概述

风力发电和太阳能发电由于其无污染、资源丰富等诸多优点,对保护环境,改善能源结构具有重要意义。由于风能和太阳能在资源条件和技术应用上都有很好的互补性。随着新能源发电的不断推广与风光互补发电技术的不断成熟[1],风光互补发电系统作为一种灵活、较为稳定的能源供给系统必将成为今后新能源发展的热点,并将得到广泛的发展与应用。

风能和光伏的天然波动性是无法控制的[2],风力发电的实际风能利用系数低于0.593,太阳能存在天阴、早晚弱光照等低功率无法利用的情况,因此充分利用发电输出量是很重要的。目前风光互补发电控制系统中风力和太阳能发电输出的电能经整流滤波电路后变成直流电,采样控制电路通过采集风力发电机或太阳板发电数据、蓄电池充放电的电压电流数据,确定是否闭合开关电路对蓄电池进行充电。在风速高或光照强的时候,这种控制方法效果不错,可是在风速相对较低或者弱光照的时候,风机或太阳能所产生的电压电流都比较低,这样的小电流对蓄电池充电效率很低,有时产生的电压甚至低于蓄电池的电压,过低的充电电压,可能引起电池深度放电[3]。目前关于风光互补发电的技术主要针对的是太阳能和风能的充电控制,但未对弱功率充电有专门的研究。

2 容式储能弱功率跟踪控制原理

2.1 容式储能弱功率跟踪控制技术

电能的存储环节主要围绕蓄电池进行,它在整个系统中能起到能量调节和平衡负载的作用[4]。在风速相对较低或者弱光照的时候,风机或太阳能光伏组件所产生的电压电流都比较低,这样的小电流对蓄电池充电效率很低,有时产生的电压甚至低于蓄电池的电压,发出的电能不能被充入蓄电池而损失。容式储能弱功率跟踪控制技术通过在蓄电池前加一个容量很大的电容储能器件,将低风速或弱光照时风机和组件所发出的电能先对这个储能器件充电,然后再通过“跟踪控制系统”对蓄电池充电,从而使风机和组件所产生的电能得到充分的利用,提高风光互补发电系统的能量利用率。

2.2 负载跟踪控制技术

与太阳能发电系统一样,当风力机输出能量多于负载和蓄电池吸收的能量时,可采用负载跟踪控制来调节系统功率输出。负载跟踪控制使风力机叶尖速比偏离最佳值,从而降低风能利用系数,以保证风机的输出功率与负载消耗功率和充入蓄电池的功率相匹配。控制器将蓄电池的充电电流与负载电流之和作为给定输入与DC/DC变换器的输出电流进行比较,将其误差经过PID调节后产生PWM控制信号来调节DC/DC变换器的占空比[5],从而实现负载跟踪控制。负载跟踪控制可使变换器的输出电流始终满足蓄电池和负载的需要,使风力发电机的输出功率始终与负载功率和充入蓄电池的功率之和相平衡。

3 容式储能弱功率跟踪控制充电装置

图1为控制方法工作原理图,图中1为风力和太阳能发电、2为整流滤波电路、3为第一开关电路、4为第二开光电路、5储能元件、6控制采样电路、7蓄电池、8控制中心。

装置工作流程:风力和太阳能发电组件配置的风机和太阳板额定电压为蓄电池电压的1.6倍,当风力比较强或者太阳光照比较强的时候,控制中心通过控制采样电路。对整流滤波电路上输出的电压值实时采样为高电位值,则控制中心发出指令同时闭合第一开关电路和第二开关电路,这时风力和太阳能发电组件产生的电能经整流滤波电路后直接对蓄电池进行充电;当风力较弱或者阳光照射不足时,控制中心通^控制采样电路对整流滤波电路上输出的电压值实时采样为低电位值,这时由于蓄电池的拉低作用,使这个电压值小于能够继续对蓄电池充电的电压,控制中心发出指令将第一开关电路闭合,第二开关电路断开,由风力和太阳能发电组件先对储能元件充电,当储能元件的电压充电达到1.25倍蓄电池电压时,控制中心发出指令断开第一开关电路,对储能元件的充电完成,紧接着控制中心发出指令闭合第二开关电路,这时储能元件开始对蓄电池充电,完成一整个充电循环。这样的充电循环通过控制中心的控制不断进行,直到蓄电池充满为止。这样在风力较弱或者阳光照射不足时,风力和太阳能发电组件产生的弱电能也能够对蓄电池有效充电,从而提高了风力和太阳能发电的能量利用率。

控制原理:包括高风速或太阳光较强时充电控制、低风速或太阳光较弱时充电控制。

4 结束语

容式储能弱功率跟踪控制系统,通过测量充电电压,对比充电阈值,合理的控制充电回路,能够充分利用低风速或弱光照时产生的电能对电池充电,提高了系统的能量利用率,电路结构简单,成本低廉,控制稳定实效,可用于中小功率的风光互补系统,如风光互补路灯。风光互补容式储能弱功率跟踪控制充电系统,低风速或弱光照时,风力和太阳能发出的电流电压较低,不能对蓄电池有效充电,在蓄电池前加一个容量较小的电容储能元件,在低风速或弱光照情况时风力和太阳能发出的电能先对这个储能元件充电,然后再通过这个储能元件对蓄电池充电,从而使风力和太阳能产生的电能得到充分的利用,实现风光互补系统充电效益最大化,还能减小电池板或风机配比,降低成本。

参考文献

[1]王银杰,胡国文,王林.风光互补智能充电控制系统的优化设计[J].能源研究与信息.

[2]张学庆,刘波,叶军,等.储能装置在风光储联合发电系统中的应用[J].华东电力,2010(01):1894-1896.

[3]柳厚填,周伟舫.充电电压对铅蓄电池及其电极性能的影响[J].复旦学报(自然科学版),1988,27(452):52.

电流的强弱范文4

一般强情况下,一个电力系统的变配电控制回路既可以采用强电方式也可以采用弱电方式,同时也可以采用强弱电结合方式,所谓弱电控制系统就是在控制信号和测量回路内以小电流、低电压作为操作电源控制回路。弱电化控制的作用可以降低二次回路设备的绝缘要求,同时弱电控制系统的采用可以使弱电选线技术得到应用进而减少回路控制设备的数量。除此之外,弱电控制系统相比强电控制系统其可靠性要求较低,对于安全性和经济性也具有较大优势。相对于控制回路自身而言,控制回路断路器的跳闸、合闸、可靠性均要求较高,为此利用弱电控制系统控制强弱电的转换,相对简单易实现。基于以上特点,弱电控制系统因其自身优点得以广泛应用。

2弱电控制系统有触点控制回路的特点

弱点控制系统分为弱电有触点控制和弱电无触点控制两种类型,其中有触点控制回路的主要器件是由继电器构成的,其有以下基本特点。

2.1基本要求

(1)弱电有触点控制回路其断路器控制回路必须满足强电控制回路的基本要求。(2)弱电有触点控制回路其断路器具备模拟量功能,可以表达电路器开、关位置信号,并且能够反映断路器自动断电和原位置不对应的现象及信号。(3)弱电有触点控制回路其选线控制必须保证一个时间控制一个对象,并有明显指示灯。

2.2选线控制方式

弱电有触点控制回路可以采取一对一控制也可以采用一对多控制两种选线控制方式。其共有特点是控制台采用小型化的弱电控制设备,可以使控制台布置多条控制回路。根据应用特点,一般小变电所采用一对一的选线控制方式,带有多组发电机组的发电厂一本采用一对多的选线控制方式。

3加强弱电控制系统管理及维护的意见和经验

3.1强化日常运行管理

加强弱电控制系统的日常运行管理,首先,要从弱电控制系统的设计阶段做好规划,打好基础,并解决好强电系统和弱电系统的矛盾,以及整体系统的配套性和功能性。加强弱电控制系统的日常运行管理必须要做好弱电控制系统周边环境的清洁工作,可借鉴5S运行管理体系即整理、整顿、清洁、清扫、素养等手段加强周围环境的整治保证周边无积尘、油渍、潮湿等现象。其次,要加强电工技术人员对弱电控制系统的日常检查和点巡检制度,加强零缺陷整治力度,做好日常点巡检记录以及劣化趋势记录分析。按《弱电设备检查保养计划表》要求,按时对弱电设备进行维修保养并做好记录,对系统维护要严格按照标准科学实施,不能过频也不能过长。同时按照整体管理体系,做好弱电控制系统设备年检、年审工作。

3.2强化和完善制度管理

建立和完善弱电控制系统的管理及维护制度,从制度上要求值班人员负责对弱电控制系统设备进行24小时运行监管,并明确职责。强化岗位制度,对无关人员的出入做好严格限制并作好记录。建立和完善弱电控制系统故障应急预案,对发现的问题必须及时处理,确保弱电控制系统的功能性恢复以及安全性。此外对弱电控制系统的设备基础资料、技术档案、运行记录等必须做好综合管理以及存档工作,以便人员变动不阻碍工作的连续性。要做好弱电控制系统的日检、周检、月检及其他定检的点检模型,以便与科学化管理。与其它设备维护一样,弱电控制系统的管理维护也离不开技术人员的专研和不断改善,多学习,多交流并利用现代化管理和技术手段是加强弱电控制系统管理及维护的有效途径。

3.3针对特殊问题加强对弱电控制系统的安全隐患和季节性排查

做好弱电控制系统的管理及维护工作必须还要按照现代化安全标准体系做好其安全隐患排查与治理工作。特别是安全问题必须强化责任,规范管理,对涉及安全隐患问题,发现一处就必须整改一处,全力保证安全隐患零缺陷这一目标。此外,受季节气候影响,弱电控制系统的管理及维护工作必须结合所处周边环境的季节变化和气候影响,并施以科学有效的手段,防止弱电控制系统的故障发生。

3.4强化弱电控制系统与其他系统的配合

强化弱电控制系统与其他系统的配合对于做好弱电控制系统的管理及维护工作十分重要。因为弱电控制系统不是单独的一项整体性工程,其属于整体工程的辅助与控制环节,与其相关其他系统的好坏对弱电控制系统本身也会带来一定影响。统筹规划好各相关系统的管理及维护工作,是对强化其管理维护水平的必然要求。

4结束语

电流的强弱范文5

在公共场所除了需要安防系统外还需要很多自动控制系统实现对各种主要设备系统的全面自动化控制。例如:周边防范系统是多种监控技术的组合,周界报警系统要与防盗报警系统组成统一的报警网络,前端部分采用大型矩阵系统。设计的现场需要解决不同系统产品间接口和协议的“标准化”,尽量采用先进技术产品设备,只有采用先进技术产品和设备,才能与技术发展潮流相吻合,才能保证系统与后继先进技术产品衔接,保证系统功能的完善和可持续发展。

二、弱电系统管理维护中的问题

弱电系统的子系统多,弱电设计严重脱离实际和用户需要,工程实施中系统产品随意变更,造成设计工作的浪费。施工图与装修严重脱节,对整个弱电设计存在误区。完善的弱电设计要求明确化、定量化,形成科学可操作的具体目标。管理维护缺乏系统性和科学性,缺乏高效的管理维护方案,目前的检测设备无法真正实现对大型的弱电工程进行系统的专业化的管理和维护。安装系统要进行科学的计算和分析,要考虑用户单位的技术水平,提高系统的可靠性、实用性和可扩充性。

三、弱电系统的管理维护策略

电流的强弱范文6

关键词:电力系统;弱电设备;防雷保护

中图分类号: TU856文献标识码:A

引言

在电力系统中,对于强电设备的防雷措施比较完善,经验也比较丰富,但是对于弱电设备的防雷却显得很薄弱,每年各种弱电设备因雷击而遭受破坏的事例屡见不鲜。近年来,随着电力系统现代化、信息化进程的发展,自动控制系统在电力工业中的应用越来越广,弱电系统在整个电力系统中的地位越来越重要。实际中,在电力系统中增加自动控制系统的同时,往往对自动控制系统的防雷未加考虑或考虑不够,一旦有雷电波侵入,设备损坏是巨大的,有的甚至使整个系统瘫痪,造成无可挽回的损失。因此,有必要对电力系统中的自动测报系统、通信系统、计算机监控系统、工业电视图像系统、MIS系统、继电保护装置等弱电设备进行防雷及过电压保护技术改造,有效地降低雷害的损伤程度,保证电力系统安全稳定运行。

1 弱电系统遭受雷击损害的原因分析

接闪器能防止直接雷击,但不能阻止雷电感应过电压、操作过电压、零电位漂移过电压以及因过电压在泄放电流时在其周围所产生的很强的感应电压,而这些过电压却可以破坏大量电子设备。据研究表明,当磁场强度Bm≥0.07×10-4 T时,无屏蔽的计算机会出现误动作;当磁场强度Bm≥2.4×10-4 T时,计算机原件会发生永久损坏。因此,有效地防止雷电对弱电系统设备所产生的危害,是保证弱电系统设备安全、稳定的前提。

除直击雷外,雷电作为电磁干扰源,主要以雷电电磁脉冲( Lightning Electromagnetic Pulse,LEMP) 的形式入侵弱电系统,其传播途径主要有传导耦合和辐射耦合两类。弱电系统遭受雷击损坏的原因主要有5 个: ① 直接雷击; ② 雷电通过各种通信线路( 天馈线、电话线、网络线、数据专线等) 传入系统而损坏设备;③ 雷击建筑物或邻近地区雷电放电,内部计算机系统网络环路由于空间电磁感应产生瞬态过电压而造成损坏;④ 雷电通过供电线路引入系统电源,导致设备损坏;⑤ 电位反击造成设备损坏。【1】

2 弱电设备防浪涌要求

2.1 耐压要求

当瞬间电压超过电子设备的绝缘耐压值时,其安全性能会降低,甚至被毁。因而,电子设备的瞬间过电压应小于其绝缘耐压值,正常的工作电压应小于保护电压。

2.2 过电流保护要求

电子设备的过电流能力一般设计为额定电流的1.5~2倍,以此为标准选择电子元器件。如额定电流为0.22 A的计算机其最大过流能力约为0.45A。当电流大于该值时,电子设备所选用的电子元器件将会烧坏而无法正常工作,因而应该保证到达电子设备的瞬间过电流小于其额定电流的1.5~2倍。

2.3 动态响应时间要求

电子设备在设计过程中,已经采用了许多保护器件,如快熔器、压敏电阻、空气开关、继电保护器件等。每种保护器件都有特有的动态响应时间(如空气开关、继电保护器件其动态响应时间约在200 ms左右),而每种电子设备也有其保护响应时间,因而流过电子设备的浪涌的瞬态时间应该大于电子设备的动态响应时间,避免保护器件来不及响应而使浪涌通过电子设备。

2.4 接地保护及防静电要求

电子设备在安装时,应做到良好接地,否则雷电所产生的浪涌能量不能有效地对地泄放而击毁元器件。对电子设备作可靠的接地保护,能使到达电子设备外壳的电压较小,起到安全保护的作用。但仅作接地保护是远远不够的,还必须加装浪涌保护装置。因外界侵入的浪涌能量将首先通过电子设备再对地泄放,这样流经电子设备的浪涌电流基本不变,其能量有可能很大,电子设备仍有可能被损坏。因此接地保护对于电子设备而言只能是一种辅保护。 直流地的接法通常采用网格地,直流网格地应采用铜带,在活动地板下面按一定密度成交叉网格排列,其交叉点与活动地板支撑的位置要交错排列,网格地交点处需用锡焊焊接在一起。为了使直流网格地与大地绝缘,在铜带下应垫2~3mm 厚的绝缘橡皮或聚氯乙烯等绝缘物体。接地引下线应选用多芯铜电缆。计算机终端及网络的节点机柜不宜就地做接地保护,应由系统统一考虑设计,以防止不同接地系统的电压差而损坏设备,以确保整个系统的等电位。静电防护也是电力系统安全要求的一个重要环节,当静电电压达到2KV 时,人就会有受电击的感觉,静电电压积累到一定程度,也会导致设备发生故障,通常电力系统内绝缘体的静电电压不应大于1KV,因而电力系统必须采取较好的静电防护措施。

3 弱电设备防浪涌措施

弱电设备应设置多级防雷保护措施,一般为三级配置。【2】由于雷电流主要由首次雷击电流和后续雷击电流组成,因此,雷电过电压的保护必须同时考虑到如何抑制( 或分流) 首次雷击电流和后续雷击电流。在采取多级保护措施的同时,还必须考虑各级之间的能量配合和解耦措施。弱电系统可采用外部防雷和内部防雷两种措施。外部防雷可将绝大部分雷电流直接引入地下泄散;内部防雷可阻塞沿电源或信号线所引入的雷电波。这两道防线互相配合,缺一不可。

3.1 外部防雷措施

外部防雷主要指建筑物的防雷,一般是防直击雷,它是防雷技术革新的主要组成部分,其防雷措施可分接闪器( 避雷针、避雷带、避雷网等金属接闪器) 、引下线、接地装置等组成。

3.2 内部防雷措施

内部防雷系统主要是对建筑物内易受过电压破坏的设备加装过压保护装置,在设备受到过电压侵袭时,保护装置能快速动作泄放能量,从而保护设备免受损坏。内部防雷分为电源系统防雷和信号系统防雷。

3.2.1 电源系统防雷措施

由于雷电产生了强大的过电压,过电流,无法一次性在瞬间完成泄流和限压,所以电源系统必须采取多级的防雷保护,至少必须采取泄流和限压前后两级防雷保护。按照我国现行的计算机信息系统防雷技术要求规定,电源系统应该采取三级雷电防护,即在建筑物总配电装置高压端各相安装高通容量的防雷装置,作为第一级保护,在低压侧安装阀门式防雷装置作为第二级保护,在楼层配电箱安装电源避雷箱作为第三级保护。重要场合宜采取更多级的保护措施,如在UPS 电源输出端加装防雷器,对重要设备电源输入端加装电源终端防雷设备等等。通过使用多级电源防雷设施,彻底泄放雷电过电流,限制过电压,从而尽可能地防止雷电通过电力线路窜入计算机网络系统,损害系统设备。[3]

3.2.2 信号系统防雷措施

为了避免因通信电缆引入雷电侵害的可能性,通常采用的技术是在电缆接入网络通信设备前首先接入信号避雷器(信号SPD),即在链路中串入一个瞬态过电压保护器,它可以防护电子设备遭受雷电闪击及其它干扰造成的传导电涌过电压,阻断过电压及雷电波的侵入,尽可能降低雷电对系统设备的冲击。由于信号避雷器串接在通信线路中,所以信号避雷器除了满足防雷性能特征外,还必须满足信号传输带宽等网络性能指标的要求。因而选择相关产品时,应充分考虑防雷性能指标及网络带宽,传输损耗,接口类型等网络性能指标。

3.3 定期检测措施

完善了以上防雷措施,并不代表着整个系统就可以永远高枕无忧。定期检测是防雷系统后期维护的必要措施,每年至少应该在雷雨季节到来之前,委托当地防雷中心对防雷系统进行一次安全检测,雷雨季节其间,应该加强外观巡视,经常检查防雷设备的性能指示标志(多数防雷产品具有失效报警功能),及时发现并更换设备。

4 结论

近些年来,随着随着电力系统现代化、信息化进程的快速发展,弱电系统在整个电力系统中的地位越来越重要。因此,对于弱电设备的防雷保护的改造变得越来越有必要。电力系统中防雷保护是一项综合性的技术工作。本文对弱电设备的雷害情况进行了分析,介绍了弱电设备的防雷保护措施。

参考文献:

[1]GB 50057-2010 《建筑物防雷设计规范》

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