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通信局站电源防雷设计与避雷器应用误区探讨
编辑:杭州光束电子科技有限公司   发布时间:2018-05-16

1 前 言  通信局站低压配电系统用电源避雷器(也称SPD)是保护通信电源设备及其他通信设备的重要防雷设备,在各种通信局站的多种电源设备内得到了广泛使用,对保障通信设备及网络不受雷击而影响正常工作运行起到了非常重要的作用;但是在安装了这么多电源避雷器后还是有电源设备或用电设备遭雷击损坏,使人们困惑不已。   2 通信局站设备布局  一般通信局站都包含交换、传输、数据、移动等设备,这些设备能正常运行的一个很重要的基础就是通信电源设备能正常供电,而这些通信电源设备又包括交流设备和直流设备。图一、图二、图三分别是我国大、中、小通信(固网)局站内设备布局的一般模式。   3 通信电源多级防雷保护的基本模式  电源避雷器作为保护通信电源和用电设备不被雷击损坏的重要设备,合理确定被保护设备和规划电源避雷器安装位置是非常重要的,图四、图五、图六为目前为大家所公认的一些比较合理的通信电源多级防雷保护模式。   当然,通信局站电源系统的多级防雷保护模式的正确与否是非常重要的,同样的,单个避雷器性能指标的选择也是非常重要,包括最大持续运行电压、通流容量等等,本文中不一一复述。   4 具体问题的探讨  4.1盲目加大避雷器通流容量  许多通信局站在电源避雷器应用时受一些舆论的诱导,安装了许多耐流能力非常大的避雷器,有的最大通流容量甚至有200~400KA(8/20μs)。盲目以为耐流能力大,保护效果会更好,其实从大量实际经验看,现在极少有避雷器自己承受不了雷电冲击的失败案例,更多的是雷击时避雷器没任何损坏,而后面的设备却损坏了。而且,由于避雷器使用防雷器件器件(MOV)制造工艺的原因,极少有单个器件的通流容量做到200KA的,因此,绝大多数超大通流容量电源避雷器都是通过并联很多MOV来实现的,器件性能的一致性也很难得到保证。所以,保护效果是从科学的防雷设计中来的,而不是通过单单加大避雷器耐流能力可以得到的。   4.2避雷器实际保护效果与实验室测试结果严重偏离  由于在实验室中避雷器残压都是在比较理想的状况(地线非常短)下测得的,忽略了实际应用中雷电流在电源引线和地线上产生的压降,而事实上这部分压降在雷电冲击电流比较大的时候都是比较高的,甚至远远高于避雷器模块本身的残压。而且很多时候由于管理流程和实际操作的原因,避雷器的电源引线和地线不可能真正的象很多标准中要求的一样短,因为在实际走线时避雷器的电源引线和地线是不能随意飞线的,而必须通过走线架走线,这就导致了电源引线和地线不可能太短。而事实上当雷电流比较大的时候避雷器电源引线和地线上的残压已经成了避雷器系统残压的主要部分。   现在在做防雷设计碰到地线很长的情况都要求加粗地线,忽略了电源引线,而且单单导线加粗10多平方毫米电感量减小的也非常有限,从表一中也能看出,根本不能上解决地线残压过高的问题。现在也有许多电源厂家在生产通信电源时就把避雷器集成到设备里去了,这是一个比较好的解决方法,电源引线和地线都可以做到非常短,在碰到电源设备没有集成避雷器的时候也可以考虑把避雷器安装到设备内部。甚至从标准上要求提高通信电源设备的雷击抗力要求,做到有一定的富余度。如果实在没有办法,也可以考虑并联两条地线,效果比加粗地线好的多。   从上面测试数据可以看出,在实际通信局站,作为第一级电源避雷器需要承受的雷电流要远大于12KA,避雷器地线也可能不止6米长,那么从第一级避雷器向后面输出的雷电压可以高达1万V。靠单纯压缩避雷器产品的残压无济于事,只有采用分布式多级防雷设计。这也是通信局站里需要采用多级防雷的根本原因。   4.3串联型避雷器应用误区  目前使用的B+C串联型避雷器时也有一些的缺陷,认为有了B+C就真正的有了两级保护,其实B级模块的存在,实际上只是保证C级模块不损坏,或者说C级模块的存在只是起到降低B级模块上的残压的作用,而没办法对后面设备的保护加强,原因是同一根地线上面雷电流通过时产生的压降小不了。   4.4强电设备中弱电部分没有分开做防雷处理  在实际雷害中有很多大家认为比较“粗、笨”,位于通信电源前端的电源设备遭受损坏,因为在做防雷设计时大家都是按照保护水平一级一级往下降的,从6KV、4KV、2.5KV直到主要要保护设备的1KV(参照IEC60 664–1 © 19902《低压系统内设备的绝缘配合》)。可事实上由于自动控制技术越来越普及,6KV、4KV保护水平的设备只能是指这个设备的主要部件,如:铡刀、开关等。举个市油切换屏的例子,现在大部分的市油切换屏也都是通过采样回路对市电采样后再对切换开关进行自动控制。切换开关的耐雷击水平很高,这是毋庸质疑的,但采样回路却常常受雷击损坏。原因就是在防雷保护中把强电设备中弱电部分(采样回路)仍然等同于切换开关来保护。这些类似的设备还包括有自动调压器等。   要想很好的解决这个问题,就必须打破常规,把自动切换屏(ATS)也当作弱点设备看待,大力强化对切换屏的保护,尤其是强化切换屏中弱电部分的保护。图八为广东电信部分通信局站切换屏防雷改造示意图,即在交流电采样线路中加装结构特殊、功能完善的串联型避雷器。   5 总结  电源避雷器发展很快,但实际问题还很多,导致通信电源防雷应用中确实装了耐流能力很大的避雷器,但应实现的保护效果却没有达到预期要求。我们分析,这里既有避雷器产品不合理的原因,也有机房防雷设计不合理的原因,比较可行的方法,是从实际出发,避开误区,利用科学的防雷方法,对机房防雷设计进行有效整治。

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