摘要本文介紹微電子器件耐香水平，防雷器件TVS管和固態(tài)放電管的特性，過(guò)電壓保護(hù)器的四級(jí)保護(hù)，防雷接地與屏蔽的有關(guān)要求，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)綜合防雷措施及其實(shí)用效果。

　　關(guān)鍵詞電力系自動(dòng)化防雷措施

　　l前育

　　隨著電力系統(tǒng)容量的增加和自動(dòng)化水平的不斷提高，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)已使用了相當(dāng)數(shù)量的計(jì)算機(jī)。RTU和其他微電子設(shè)備。縣級(jí)電力調(diào)度及其變電站由于所在地土壤電阻率較高或地處山區(qū)等，其地網(wǎng)的接地電阻往往很難達(dá)到規(guī)程的要求，其防雷工作更要加強(qiáng)。由于一些微電子器件工作電壓僅幾伏，傳遞信息電流小至微安級(jí)，對(duì)外界的干擾敏感，而雷電流產(chǎn)生的瞬變電磁場(chǎng)對(duì)微電子設(shè)備的干擾和損害尤為嚴(yán)重。在雷雨季節(jié)，有的縣電力局調(diào)度大樓和電力局所屬自動(dòng)化顯示系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)（Modem、載波機(jī)、程控交換機(jī)等）等常常損壞，造成較大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，影響當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的正常調(diào)度、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民的日常生活。盡管有些電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采取了一定的防雷措施，但仍帶出現(xiàn)雷害事故。本文通過(guò)在幾個(gè)縣級(jí)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)防雷的實(shí)踐，提出縣調(diào)自動(dòng)化設(shè)備防雷的簡(jiǎn)單而有效的措施。

　　2微電子器件耐沖擊水平與TVS管和固態(tài)放電管特性

　　微電子器件中TTL數(shù)字電路的抗沖擊能力弱，12．SV、30us脈寬的沖擊電壓可使TTL電路誤動(dòng)甚至損壞；雷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)達(dá)0．07GS時(shí)可使微電子器件誤動(dòng)［l］，無(wú)電磁屏蔽時(shí)即使雷電流通道遠(yuǎn)在Ikm外，也可能使微電子設(shè)備誤動(dòng)［2］。

　　對(duì)電子裝置防雷，以前的做法是選用壓敏電阻（氧化鋅迅雷器——MOA）保護(hù)，一般選用MOA的直流lmA電壓UImA為被保護(hù)器件工作電壓的2．2倍至2．5倍。通雷擊時(shí)，MOA的殘壓達(dá)UImA電壓的2倍左右，即壓效電阻的殘壓約為被保護(hù)器件工作電壓的4．4－5倍。對(duì)TTL電路其工作電壓為SV，用MOA保護(hù)，遇雷擊時(shí)器件上的殘壓約為44xSV二22V，此已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12．SV、30us的受損水平標(biāo)準(zhǔn)雷電壓波頭為1．2us）。更何況目前市場(chǎng)上能買(mǎi)到的直流lmA電壓小的壓敏電阻UImA＝15V。可見(jiàn)壓敏電阻不能使TTL器件免遭雷害！為使微電子器件遇雷擊時(shí)不損壞，有效的辦法是選用保護(hù)器件——TVS管或固態(tài)放電管。

　　TVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。當(dāng)其兩受到反向瞬態(tài)B高能量沖擊時(shí)，它能以（l－00）X10－12S量級(jí)的速度，將其兩間的高膽抗變?yōu)榈妥杩梗崭哌_(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩間的電壓嵌位于一個(gè)預(yù)定值（一般小于2·5倍額定工作電壓），有效的保護(hù)電路中的元器件免受各種浪涌脈沖的破壞。

　　TVS管的伏安特性如圖1所示。其正向特性與普通二管相同，反向特性為典型的PN結(jié)雪崩器件。在瞬態(tài)脈沖電流的作用下，流過(guò)TVS省的電流，由原來(lái)的反向漏電流ID。上升到IR（25℃下，IR二lmA）時(shí)，其兩呈現(xiàn)的電壓由額定反向關(guān)斷電壓UBR上升到擊穿電壓UBR，TVS管被擊穿。隨著峰值脈沖電流的出現(xiàn)，流過(guò)TVS管的電流達(dá)到峰值脈沖電流IPP，其兩的電壓被給位到預(yù)定的精位電壓Ue以下。其后，隨著脈沖電流按指數(shù)衰減，TVS管兩電壓不斷下降，后恢復(fù)到起始狀態(tài)，這就是TVS管抑制出現(xiàn)的浪涌脈沖功率，保護(hù)電子元件的過(guò)程。

　　TVS管的特點(diǎn)為：響應(yīng)速度快（ps級(jí)）、瞬時(shí)吸收功率大（數(shù)千瓦）、漏電流小（nA級(jí)）、擊穿電壓偏差小（土5％UBR與土10％UBR兩種）、箝位電壓較易控制（箝位電壓隊(duì)與擊穿電壓Uc。之比為l．2一．4）、體積小等。它對(duì)被保護(hù)裝置免遭靜電、雷電、操作過(guò)電壓、開(kāi)關(guān)打火等各種電磁波干擾十分有效，可有效地抑制共模、差模干擾。

　　固態(tài)放電管是基于可控硅（亦稱(chēng)晶閘管）的原理和結(jié)構(gòu)的一種三端負(fù)阻器件。用于保護(hù)敏感易損的集成電路，使之免遭雷電和操作波的沖擊。其所具有的精確導(dǎo)通電壓。

　　上千安的通流容量、快速響應(yīng)和小的間電容，使其成為通信設(shè)備防雷保護(hù)的重要器件。固態(tài)放電管的工作狀態(tài)如同一個(gè)開(kāi)關(guān)，如日2所示。

　　在斷開(kāi)狀態(tài)下，其漏電流IDRM小，不影響保護(hù)電路的工作。當(dāng)瞬間過(guò)電壓超過(guò)其斷態(tài)峰值電壓UDRM時(shí)，產(chǎn)生瞬間雪崩效應(yīng)，一旦瞬間電流超過(guò)開(kāi)關(guān)電流IS，其電壓即降為UT（約5V），瞬間涌電流就此旁路而保護(hù)了并聯(lián)的敏感電子器件。浪涌之后，當(dāng)?shù)诫娏鹘档叫【S時(shí)電流IH以下，固態(tài)放電管自然恢復(fù)，回到其斷開(kāi)狀態(tài)。

　　3電源與UPS的過(guò)電壓保護(hù)

　　感應(yīng)雷或沿電源線進(jìn)入室內(nèi)的雷電侵入波會(huì)使電源電壓急聚升高，從而導(dǎo)致UPS及其后接設(shè)備損壞。有些UPS中盡管裝有壓敏電阻，但還是很難保護(hù)自己及后接微電子設(shè)備。

　　對(duì)電源裝五，可靠而有效的防雷方法是采用四級(jí)保護(hù)。級(jí)用三氣體放電管，將大的雷電限制到后續(xù)保護(hù)系統(tǒng)可允許的范圍；第二級(jí)用限流模塊；第三級(jí)用壓敏電阻；第四級(jí)用TVS管．使輸出的箱位電壓達(dá)到規(guī)定的要求。采用上述四級(jí)保護(hù)后，UPS或被保護(hù)電源一般不會(huì)因雷擊而損壞。

　　4油機(jī)過(guò)電壓保護(hù)

　　載波機(jī)遇雷擊易損壞的部分通常為電源盤(pán)、用戶活路盤(pán)及高頻電路盤(pán)。高頻電路盤(pán)上通常裝有壓敏電阻，具有一定的耐雷水平；電源部分可采用上述電源過(guò)電壓保護(hù)方式；用戶話路盤(pán)由于鈴流電壓與通話電壓不一致，來(lái)要在保護(hù)裝置上扭已考慮，使之在兩種不同電壓下均能有效地保護(hù)用戶話路部分。好的辦法是將保護(hù)器件置于載波機(jī)內(nèi)，考慮到實(shí)際情況，外量保護(hù)模塊應(yīng)設(shè)計(jì)考慮得周全一些。

　　為取得很好的效果，用戶話路盤(pán)、程控交換機(jī)通信線、Modem及信號(hào)線的過(guò)電壓保護(hù)應(yīng)采用四級(jí)保護(hù)。過(guò)電壓保護(hù)器好能同時(shí)具有保護(hù)模塊失效自動(dòng)報(bào)警、過(guò)電壓次數(shù)自動(dòng)記錄、停電后記錄的過(guò)電壓次數(shù)不丟失等功能。

　　5接地電阻與屏蔽

　　5．1接地良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán)。接地電阻值越小過(guò)電壓值越低。因此，在經(jīng)濟(jì)合理的前提下應(yīng)盡可能降低接地電阻，其要求如表1所示[3][4]。

　　A　　通信調(diào)度綜合樓的通信站應(yīng)與同一樓內(nèi)的動(dòng)力裝置共同接地網(wǎng)并盡可能與防雷接地網(wǎng)直接相連。通信機(jī)房?jī)?nèi)應(yīng)敷設(shè)均壓帶并圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)行接地母線。

　　在電力調(diào)度通信綜合樓內(nèi)，需另設(shè)接地網(wǎng)的設(shè)備，其接地網(wǎng)與大樓主地網(wǎng)之間可通過(guò)擊穿保險(xiǎn)器或放電器連接，以保證正常時(shí)隔離，雷擊時(shí)均衡電位。

　　接地的其他方面均應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程辦理。

　　5．2屏蔽

　　為減少雷電電磁干擾，通信機(jī)房及通信調(diào)度綜合樓的建筑鋼筋、金屬地板均應(yīng)相互焊接，形成等電位法拉第籠。設(shè)備對(duì)屏蔽有較高要求時(shí)，機(jī)房大面應(yīng)敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將屏蔽網(wǎng)與機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)行接地母線均勻多點(diǎn)相連。

　　架空電力線由站內(nèi)終端引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜；室外通信電纜應(yīng)采用屏蔽電纜，屏蔽層兩端要接地；對(duì)于既有銷(xiāo)帶又有屏蔽層的電纜，在室內(nèi)應(yīng)將錯(cuò)帶與屏蔽層同時(shí)接地，而在另一端只將屏蔽層接地。電纜進(jìn)入室內(nèi)前水平埋地10m以上，埋地深度應(yīng)大于0．6m；非屏蔽電纜應(yīng)穿鍍鋅鐵管并水平埋地10m以上，鐵管兩端應(yīng)接地。若在室外人口端將電力線與鐵管間加接壓敏電阻，防雷效果會(huì)更好。

　　6綜合性防密措施與應(yīng)用

　　為避免雷害，對(duì)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，應(yīng)采用“整體防御、綜合治理、多重保護(hù)”的方針。除采用上述保護(hù)與接地措施外，配電變壓器高低壓側(cè)均應(yīng)裝接氧化鋅避雷器，并且高低壓側(cè)避雷器與變壓器二次測(cè)中性線三點(diǎn)聯(lián)合接地。程控交換機(jī)室外進(jìn)出線、Modem等應(yīng)裝過(guò)電壓保護(hù)器；當(dāng)RTU等裝置離顯示屏較遠(yuǎn)時(shí)應(yīng)裝信號(hào)線過(guò)電壓保護(hù)器。根據(jù)上述原理和方法，我們?cè)诙嗬讌^(qū)——湖北省通山縣電力局與安陸市電力局等單位進(jìn)行了防雷措施實(shí)施。除進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼐W(wǎng)改造外，在易受雷擊的設(shè)備前安裝了載波機(jī)過(guò)電壓保護(hù)器、電源過(guò)電壓保護(hù)器、過(guò)電壓保護(hù)器、信號(hào)線過(guò)電壓保護(hù)器。通過(guò)兩年的實(shí)際運(yùn)行考驗(yàn)，凡按們提出的防雷接地要求進(jìn)行改造且安裝了過(guò)電壓保護(hù)器的被保護(hù)裝置均安然無(wú)恙。整個(gè)縣級(jí)電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)由每年雷擊至使調(diào)度設(shè)備連年受損，變?yōu)槠桨矡o(wú)事。

　　7結(jié)論

　　嚴(yán)格按防雷接地規(guī)程辦事，應(yīng)用新技術(shù)新裝置，采用綜合性的防雷措施是電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)減少雷害的重要手段。良好的接地與屏蔽并安裝過(guò)電壓保護(hù)器后可使被保護(hù)裝裝的耐香水平提高10倍以上。

　　（本文獲優(yōu)秀論文三等獎(jiǎng)）