变电站内弱电设备受电涌干扰的危害与防治措施

【摘要】电涌的产生情况较复杂，且影响隐蔽。在变电站中电涌对弱电设备的危害主要来自与对其核心元件的破坏。而随着变电站的自动化程度不断提高，电涌对敏感元件的破坏问题就更加的突出。所以在变电站弱电系统构建时就应对设备对电涌的防护能力进行分析，采用合理的措施控制电涌的危害。

【关键词】电涌产生；电涌危害；电涌防护；全面控制

1 影响变电站电涌产生的原因

电涌就是在极短时间内产生的异常大的电流脉冲，其时间是微秒量级，头波的时间通常为20-25微秒，而其单位能量却很大，可以导致电子设备在瞬间受到过电压而产生破坏，尤其是变电站的弱电设备在电涌的影响下很容易就受到破坏。近些年半导体器件的集成化逐渐提高，元件的间距都在减小且半导体厚度也变得更薄。如果一个电涌导致的瞬间过电压超过了变电站弱电设备的承受能力则这个电器元件甚至设备都将被破坏。

从实践中看，雷电是导致电涌的最主要因素，雷电对于变电站的影响也十分明显，雷电击中电路导致的损失往往很大。而每一次电力切换负载都会引起电涌的产生，其对站内的计算机、通信设、仪器仪表、PLC等都会产生负面影响。同时大型的电机设备、电梯、发电机、空调、制冷设备等也会发出电涌，因此在变电站建设中应对电涌源进行分析与控制。

2 电涌对弱电设备的危害

因为雷击、电源切换、静电、磁场干扰等引发的电涌主要的危害就是引起弱电线路中出现过电压、过电流，此类现象就是所说的电涌。其危害如下：对电机设备电源不断的侵入电机的绕组绝缘，会直接导致绝缘老化，长期影响会导致绝缘烧毁；对微电子设备的影响，如计算机、辅助设备、PLC芯片、变频器、通信设备的等弱电设备都容易受到电涌的影响，导致电子器件工作区间出现漂移、失稳等，同时电涌过电压会导致设备的某个器件过载，进而导致集成电路芯片的表面出现裂缝或者凹陷的情况，从而影响芯片的功能；电涌还会产生一种累计效应，导致器件的寿命减少，且影响功能。目前变电站的弱电系统往往担负的是自动化控制任务，因此其精度与集成化程度较高，所以电涌对其的影响往往会直接导致自控系统的故障，进而影响整个变电站的工作。

3 电涌抑制原理分析和控制措施

3.1 电涌防护的原理

电涌防控的措施主要是要在过电压到达电气元件承载极限前，利用各种办法将过电压导入接地系统或者使之释放。为了达到这样的目的，通常采用的是过电压保护元件，且其相应的速度非常快，其必须在过电压上升的时候就采取动作，即在过电压还没有危机被保护用的弱电设备之前，就将其电压释放。这个响应的时间应在纳秒量级。可以看出，过电压保护元件必须可以承载较大的过载电流，作为一个能量源产生过电压时电流可以达到上千安培，所以过载保护元件在动作的时候其阻抗应极小。同时过压保护元件即使当放电电流很大的时候，也不允许有危险的续流保持在线路内。

另外，过压保护元件在完成对过电压释放后应可以快速复位，因为下一次电涌的影响将也许会在此出现。这一点是保证系统功能的重要基础。因此总结电涌保护装置的基本特征如下：响应速度快；通流能力高；低残余电压；恢复时间短。

在实践中，响应速度快，放电电流带，残余电压低，寿命长等过压保护器件的要求在一个电气元件上是不能实现的，而代替其不同功能的是不同的保护元件，这些元件的动作不同，就可以实现过压保护的效果。如通常使用的过压保护元件有：火花间隙；压敏电阻；抑制二极管；组合保护电路。为了到达良好的保护效果这些元件被组合起来，并获得较好的预防效果。

3.2 变电站弱电电涌防护措施

对雷电的直击的防护：在电涌防治中，不能忽视雷电的影响，因为所采用的直击雷防护设备的作用是接闪，就是防止直击雷对机房所在的建筑物产生冲击以及闪接器保护范围内各个金属管线与设备的保护。而对于接闪器保护范围以外的用电设备与金属管线，以及直击雷产生的感应雷和建筑内部产生的电涌则不能达到保护目的。对于电力故障所产生的部分外部电涌的侵入也不能起到很好的防止效果。主要包括了动力电源、网络线路、数据通信线路等被直击，建筑内的备用发电机、空调等产生的内电涌，再加上静电感应、电磁感应、电位反击等造成的感应雷电等等，这些都需要合理分析，并加装电涌保护装置。

设备电涌防护：计算机和精密的电子设备都是弱电系统中不可缺少的设备，而机房接地不能代替对电涌的防护。因为机房接地主要控制的是静电累计而产生的静电释放，是为了保护设备和人员的安全；同时某些设备必须接地才能正常工作，不然就会受到电磁干扰。因此设备间接地不是为了防止雷电，更不是为了防止电涌影响。所以应在机房内安装防电涌保护器来防止雷电与内部、外部电涌的影响。

在UPS供电设备上安装电涌防护器：在设备上安装了UPS其作用是在供电系统突然出现停电或者电压不足的时候为设备提供支持，在突然断电是UPS可以对电气系统与设备进行保护，包括处理器与数据不会受到损坏。一些UPS带有功能较弱的电涌抑制器。这种内置的抑制器只能用来保护UPS相连的载荷避免受到冲击，而其所地域的电涌是十分有限的。所以不能将UPS作为解决电涌问题的措施。另外，在研究中获得的信息表明，UPS设备中的敏感电气控制线路更容易受到电涌的干扰而损坏，而这些线路经常是监视UPS工作状态和UPS的交流电源输入、输出状态。相关的电子协会研究指出，雷电和其产生的瞬时电压过载的现象，对大部分的UPS设备和敏感电气负载设备都会产生危害。所以在弱电设备中应建UPS的整流器输入系统和辅助的UPS旁路系统等增加有效的电涌防护装置保证其安全。

4 结束语

综合的看，在对电涌进行控制的时候，应注重对其全面的控制。因为变电站的本身的接地与防雷技术都比较完善，但是对电涌的防护措施还没有做的全面。因此应在实际设计中充分利益电涌防护器在重点区域内对电涌进行布防，尤其是对弱电系统中的智能化控制系统，必须做的综合性防护。

参考文献：

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