电能计量装置防雷电综合对策研究

摘 要：随着电子技术的日益成熟，供电行业的电能计量装置安装了较多的电子式电能表、电子式互感器等计量电子设备，而这些设备易受到雷电的影响，破坏性也多样性，它可以导致数据信号发生错乱，也可以导致芯片的直接损坏，使电能计量装置出现故障，导致供电单位的计量损失。文章就电能计量装置的防雷电进行全面的探讨和分析，提出综合对策，以期提高电能计量装置的安全运行水平。

关键词：电能计量装置；雷电；计量；电子设备

1 概述

电能计量装置包括各种类型电能表，计量用电压、电流互感器及其二次回路，电能计量柜（箱）等。在电力系统发、供、用电的各个环节中，装设了大量的电能计量装置，用来计量发电量、厂用电量、供电量、售电量等。近年随着电子技术的进一步发展，越来越多的电能计量装置逐步转化为电子设备，如电子式电能表、电子式互感器、配变终端等。电子器件的集成化、小型化、高速化的水平不断提高，而“三化”的必然结果是导致各种电子计量装置设备的耐过压、耐过流和抗雷电电磁脉冲的能力大大降低，由此导致电能计量装置发生雷击的几率呈现增长趋势。

2 电能计量装置遭雷击的途径及损坏机理

雷电是降水过程中伴随的一种现象，雷电由高能的低频成份与极具渗透性的高频成份组成。其主要通过两种形式，一种是通过金属管线或地线直接传导雷电致损设备；另一种是闪电通道及泄流通道的雷电电磁脉冲以各种耦合方式感应到金属管线或地线产生浪涌致损设备。对于电能计量装置设备而言，绝大部分雷击破坏由这种感应而引起。危害主要来自于由雷电引起的雷电电磁脉冲的耦合能量，通过以下三个通道所产生的瞬态浪涌。金属管线通道，如电源线、天馈线、信号线等产生的浪涌；地线通道，地电位反击；空间通道，电磁小组的辐射能量。根据统计表明，大多数的电能计量装置直接遭受雷击而损坏的几率较小，而大多数的电能计量装置都是由于雷电电磁脉冲而造成的，由此对电能计量装置的应用造成巨大危害。但是，无论是直接击中，还是间接击中，都会对电能计量装置产生巨大损坏，企业蒙受巨大损失，因此，采取针对性的防雷对策是当前急需解决的重要问题。

由于电能计量装置中使用的计量设备大部分是精密的电子器件制造的，这些电子式电能表、电子式互感器抗电流、抗电压或抗电磁脉冲的能力十分有限，而且电能计量装置的设备都需要持续不断地通电工作，这样一来只要雷雨天气来临，电能计量装置就可能会遭受到雷电的袭击。倘若雷电发生在离电能计量装置不远的位置时，那么由雷电产生的强电流，可能会通过进出电能计量装置的通信线缆或者电源线缆，入侵到电力系统整个网络中，一旦电能计量装置的设备没有采取任何措施的话，那么这些设备肯定是无法抵挡高达几万伏的强电压或者几万安培的强电流，这样的话轻则导致电能计量装置的设备发生数据丢失或者数据信号发生错乱，严重的话能烧毁电能计量装置或其他用电设备，甚至还能对整个电网系统造成威胁。即使某些电能计量装置没有被强大的雷击电流或电压损坏，但只要它们遭受过雷电袭击之后，它们内部的某些电气性能将受到一定程度的影响，这样的话就容易影响到电能计量整体性能的稳定性和准确性。

既然雷电攻击会给电能计量装置造成致命的威胁，那么在雷雨频发的南方，我们就应该积极采取有效的应对措施，来避免电能计量装置遭受雷电的攻击。由于电能计量装置的设备不但和电力系统中的各种通信线缆与配电线路有关外，还与电能计量装置设备自身的质量、所处位置、使用条件以及周围环境有关，所以只有多种预防措施多管齐下，才能有效预击电流对网络设备的攻击破坏。

3 电能计量装置的防雷综合对策

3.1 安装防雷电的电能计量装置

目前防雷电的电能计量装置已经有防雷式电子电能表。防雷式电子电能表有效地防止雷击浪涌从电源输入端侵入到表内电子线路中，设计上一般采用分流防范措施，即将浪涌电压在非常短的时间内与大地短接，使浪涌电流分流入地，达到消弱和消除过电压、过电流的目的，从而起到保护电子设备安全运行的作用。据统计电能表的故障有75%是由于瞬变和浪涌造成的，电压的瞬变和浪涌无处不在，而防雷式电子电能表在设计上正是采用了这种原理，所以如果有条件的话安装防雷电的电能计量装置提高电能计量装置的安全性和可靠性也是一种较好的选择。

3.2 安装相应的防雷装置

电能计量装置大多都放置在室内，因此使得很多单位忽视了对电能计量装置采取防雷策略，对此，企业不仅要按照国家规定设置相应的防雷设备，同时还应当按照电子设备的特点、性能及作用，重新评估电能计量装置的周围环境及接地装置，以设置更为科学的防雷装置。电能计量装置本身对于雷电抵御能力很低，因此，必须对依附建筑物的一些电能计量装置采取特殊的防护措施，为了防止接地线上的反击电压对电能计量装置产生危害，室内的电能计量装置接地线必须与建筑物底层的接地总线汇流，将静电地、防雷地、绝缘地及安全保护地接到同一个线路上，将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，以最大限度的保证电能计量装置的安全。

3.3 设置可靠有效的接地系统

要想避免电能计量装置遭受点雷击，设置可靠的接地系统非常重要，对于接地网的设计应当根据电能计量装置放置区域的具体情况进行，要想减小电子设备接地产生的反击电压及冲击阻抗，对于地网设计必须保证有足够大的面积，同时又必须尽量减短延伸，对于接地体的安装应当根据接地系统之间的电压危险限值情况而定，在相关的规范中，对于电子设备单独设置的接地与电源及防雷接地之间的距离设定为20m，但实际上，不同接地系统之间保持20m通常是做不到的，而这也不是保证安全的最好方法。对此，可以在不同的接地系统之间连接地电位均衡器，这样不仅可以在雷击发生时保证不同接地系统之间的电位差减小，以避免电能计量装置受到损坏，同时还能够确保电能计量装置在正常工作的情况下将电能计量装置干扰降到最小。

3.4 完善线路上的过电压保护

当雷电发生时，处于雷击一定范围内的导体由于电磁场的作用而产生过电压，而线路本身在传递过程中也会聚集过电压，过电压表现出的瞬间现象速度极快，而且幅值很大，当数值超出计量设备所得承载的最大冲击量时，就会导致电能计量装置出现损坏。据统计，70%的雷电灾害事故都是由于沿低压架空线路传入高电压造成的，因此，在电能计量装置线路的入口处，应当加装可靠的过电压保护装置，当发生雷击时，能够最大限度的分散过电压，以免对电能计量装置产生损坏。电能计量装置时刻与电源线路相连接，如果出现意外，雷击则会对电能计量装置产生巨大危害，因此，完善过电压保护装置，有效分散过电压，减小电位差对于加强计量设备保护具有重要意义。

4 结束语

雷击对于电能计量装置的危害巨大，对企业造成的损失也不可估计，因此，对于电能计量装置遭受雷电的机理进行研究，并采取综合性的应对策略提高电能计量装置的安全运行，以及提高电能计量装置备的防护水平具有重要意义。

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