1、第七章第七章 变电所电磁骚扰的防护变电所电磁骚扰的防护 第一节第一节 电缆的屏蔽原理电缆的屏蔽原理 第二节第二节 变电所设计中应考虑的几个问题变电所设计中应考虑的几个问题 第三节第三节 交流电源系统中的电磁暂态交流电源系统中的电磁暂态 （电涌）防护（电涌）防护 第四节第四节 提高二次设备抗骚扰能力的措施提高二次设备抗骚扰能力的措施 第五节第五节 计算机受电网骚扰的抑制方法计算机受电网骚扰的抑制方法 既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是既然电力系统中各种电磁骚扰的存在是不可避免的，那末尽量不可避免的，那末尽量减小减小它们对供用它们对供用电线路、供用电设备绝缘的电线路、供用电设备绝缘的破坏破坏，尽量
2、，尽量降低降低它们在二次控制、保护线路和设备它们在二次控制、保护线路和设备上的上的感应量感应量，尽量，尽量提高提高二次设备的二次设备的抗骚抗骚扰能力扰能力就成为电力系统电磁骚扰防护研就成为电力系统电磁骚扰防护研究的主要任务。究的主要任务。常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤常见的抗骚扰措施有：屏蔽、接地和滤波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的波等，本章简要介绍变电所电磁骚扰的防护原理和方法。防护原理和方法。第一节第一节 电缆的屏蔽原理电缆的屏蔽原理 敷设在高压导线附近的二次电缆，如果敷设在高压导线附近的二次电缆，如果不采取屏蔽措施，一次回路或其它骚扰不采取屏蔽措施，一次回路或其它骚扰源会通过容性耦
3、合或感性耦合在电缆芯源会通过容性耦合或感性耦合在电缆芯线上产生骚扰电压。线上产生骚扰电压。现场的实测表明，在现场的实测表明，在220kV高压母线下高压母线下方平行放置的一根方平行放置的一根135m长的无屏蔽的塑长的无屏蔽的塑料电缆，当用隔离开关切合空载母线时，料电缆，当用隔离开关切合空载母线时，电缆芯线上的感应电压可达到电缆芯线上的感应电压可达到15001600V。如果采用金属外皮的屏蔽电缆如果采用金属外皮的屏蔽电缆,而且电缆外皮两而且电缆外皮两端接地端接地,则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚则不论对容性耦合或感性耦合产生的骚扰都有明显的抑制作用。扰都有明显的抑制作用。为了避免较大的地中电流流
4、过金属外皮而将其烧为了避免较大的地中电流流过金属外皮而将其烧毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地毁，在外界磁场较小的情况下，可采取一端接地的方式。接地点最好选在近端，以降低感应电压。的方式。接地点最好选在近端，以降低感应电压。屏蔽电缆的屏蔽作用分为屏蔽电缆的屏蔽作用分为:静电屏蔽静电屏蔽低频电磁屏蔽低频电磁屏蔽高频电磁屏蔽高频电磁屏蔽一、静电屏蔽一、静电屏蔽 静电屏蔽适用于抑制容性耦合产静电屏蔽适用于抑制容性耦合产生的骚扰。生的骚扰。高压母线和电缆之间静电耦合的高压母线和电缆之间静电耦合的原理示意图如图原理示意图如图7-1(a)所示，其所示，其等值电路如图等值电路如图7-1(b)所示。所
5、示。图图7-1 7-1 高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式高压母线和屏蔽电缆静电耦合方式(a)a)耦合方式示意图；耦合方式示意图；(b)b)等值电路等值电路在一般情况下，在一般情况下，则电缆，则电缆外皮上感应电压可按下式近似计算外皮上感应电压可按下式近似计算:电缆芯线上的感应电压则为电缆芯线上的感应电压则为:sZC)/(12111uCjZZuSSS112222222111UCjZZCjZZUCjZZUSsS 由上式可以看出，为了降低芯线由上式可以看出，为了降低芯线上的感应电压，应尽量减小电缆上的感应电压，应尽量减小电缆外皮电位外皮电位,最有效的办法是最有效的办法是:减小外皮的接地阻抗减小外皮的接地
6、阻抗Z ZS S，将外皮接地点尽量靠近被保护将外皮接地点尽量靠近被保护的二次设备，的二次设备，必要时可沿电缆增加接地点。必要时可沿电缆增加接地点。二、低频电磁屏蔽二、低频电磁屏蔽 低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生低频电磁屏蔽适用于抑制感性耦合产生的骚扰。的骚扰。屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流屏蔽原理主要是利用外皮上的感应电流产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用。产生二次场来抵消骚扰源一次场的作用。所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏所以屏蔽回路应当两端接地，显然，屏蔽回路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回蔽回路的纵向阻抗及接地电阻愈小，回路内的感应电流愈大，屏蔽效果愈明显。路内的感应电流愈大，屏蔽
7、效果愈明显。图图7-2 7-2 阻抗关系图阻抗关系图 1 1骚扰母线；骚扰母线；2 2电缆芯线；电缆芯线；3 3电缆外皮电缆外皮屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量。屏蔽效果一般用屏蔽系数来衡量。屏蔽系数屏蔽系数K0定义为定义为:屏蔽以后和屏蔽以前屏蔽以后和屏蔽以前电缆芯线上纵向感应电势之比。电缆芯线上纵向感应电势之比。忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系忽略回路间互阻抗的实数部分，屏蔽系数可写成下列形式数可写成下列形式：式中式中 M13、M23、M12 各回路间互感系数；各回路间互感系数；R3、L3 屏蔽回路单位长度的电阻屏蔽回路单位长度的电阻和自感。和自感。)(1332132210LjRMMMjK屏
8、蔽电缆的屏蔽电缆的理想屏蔽系数理想屏蔽系数K0 不难看出，要减小屏蔽系数不难看出，要减小屏蔽系数,提高屏蔽效提高屏蔽效果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其果，应当减小屏蔽回路的电阻并增大其自感。自感。333330/11RLjLjRRK 当考虑当考虑“外皮一大地外皮一大地”回路的横向导纳，回路的横向导纳，即外皮对地的泄漏时即外皮对地的泄漏时(见图见图7-3)，电缆外皮，电缆外皮的实际屏蔽系数可按下列公式计算的实际屏蔽系数可按下列公式计算 2)2(sh)(sh)(shsh)1(200nlllnlnllnKKknRLjR33)(th1CHZZn其中其中式中式中 K0 外皮的理想屏蔽系数，外皮的理想屏蔽
9、系数，骚扰母线和电缆的平行段长度；骚扰母线和电缆的平行段长度；电缆的长度；电缆的长度；“外皮外皮大地大地”回路的传输常数；回路的传输常数；Rn 外皮与地之间的泄漏电阻；外皮与地之间的泄漏电阻；ZH 外皮终端接地阻抗；外皮终端接地阻抗；Zc 电缆的波阻抗。电缆的波阻抗。l2ll 图图7-3 7-3 计及外皮对地阻抗时的屏蔽原理图计及外皮对地阻抗时的屏蔽原理图提高低频电磁屏蔽效果的措施：提高低频电磁屏蔽效果的措施：(1)(1)减小减小R3，(减小减小K0 )(2)(2)增大增大L3，(减小减小K0)(3)(3)减小端部接地阻抗减小端部接地阻抗ZH (4)(4)降低对地泄漏电阻降低对地泄漏电阻,多点
10、接地多点接地 (5)(5)在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在在电缆铠装外加绕钢丝或将电缆放在铁管中铁管中(6)(6)两条结构相同的电缆在同一沟内平行两条结构相同的电缆在同一沟内平行敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的敷设，相互屏蔽，屏蔽效果有一定程度的提高。提高。三、高频电磁屏蔽三、高频电磁屏蔽 高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射高频电磁屏蔽适用于抑制高频辐射产生的骚扰。产生的骚扰。高频屏蔽的基本原理高频屏蔽的基本原理:(1)利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽利用波阻抗变化，电磁波在屏蔽界面反射，减弱骚扰能量界面反射，减弱骚扰能量(2)利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使利用屏蔽内涡流衰减电磁波，使骚扰能量进一步
11、减弱。骚扰能量进一步减弱。以简单的平面型屏蔽体为例。如图以简单的平面型屏蔽体为例。如图7-47-4所示，所示，E E0 0及及H H0 0分别代表入射的骚分别代表入射的骚扰电场强度和磁场强度，扰电场强度和磁场强度，EE0 0和和HH0 0分别代表在屏蔽体界面上产生的反分别代表在屏蔽体界面上产生的反射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强射场强，穿过屏蔽体以后骚扰场强减弱为减弱为:E E0 0 及及 H H0 0，其中其中 为高频屏蔽系数。为高频屏蔽系数。图图7-4 7-4 平面型屏蔽体的屏蔽作用平面型屏蔽体的屏蔽作用根据边界条件可求出高频屏蔽系数根据边界条件可求出高频屏蔽系数式中式中:N:N 介质波阻抗
12、与屏蔽体介质波阻抗与屏蔽体 波阻抗之比值。波阻抗之比值。b b 屏蔽体厚度。屏蔽体厚度。bNNbth)1(2111ch1高频屏蔽系数高频屏蔽系数 决定于决定于()()和和N，其中其中 代表屏蔽内涡流引起的屏代表屏蔽内涡流引起的屏蔽效果；而蔽效果；而N 则反映了折反射引起则反映了折反射引起的屏蔽效果。的屏蔽效果。从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，从前者考虑，钢的屏蔽效果最好，铜、铝、铅次之。而从后者考虑，铜、铝、铅次之。而从后者考虑，则铜的屏蔽效果最好，钢最差。则铜的屏蔽效果最好，钢最差。故在实际中有时采用多层屏蔽保护。故在实际中有时采用多层屏蔽保护。bb第二节第二节 变电所设计中应考虑变电所设计中
13、应考虑的几个问题的几个问题 在变电所设计中，采用合理的方在变电所设计中，采用合理的方式敷设二次电缆及选择正确的走式敷设二次电缆及选择正确的走向等措施可以避免或减少周围电向等措施可以避免或减少周围电磁场对二次电缆的骚扰。磁场对二次电缆的骚扰。一、将高、低电平的信号电缆分开一、将高、低电平的信号电缆分开-主要抑制容性耦合骚扰主要抑制容性耦合骚扰 电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电缆中一个芯线的暂态信号可以通过芯线间的电容或电感耦合到另一芯线上。电容或电感耦合到另一芯线上。据实测，在一段约据实测，在一段约10m长的多芯塑料电缆的一长的多芯塑料电缆的一根芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电根
14、芯线上施加骚扰电压时，另一芯线上感应电压可达压可达60%左右。左右。在这种情况下在这种情况下,无论是将电缆外皮接地或者将无论是将电缆外皮接地或者将备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚扰。备用芯线接地，都不能有效地削弱这种骚扰。有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不有效的方法是将不同类别电路的导线分置于不同的电缆中。同的电缆中。二、二、二次电缆在变电所内走向尽二次电缆在变电所内走向尽可能呈辐射状，避免环路可能呈辐射状，避免环路-抑制感性耦合骚扰抑制感性耦合骚扰 变电所内的电磁场分布十分复杂，因此电缆的变电所内的电磁场分布十分复杂，因此电缆的走向要成辐射状，如图走向要成辐射状，如图7-67-6，
15、即每一回路的往，即每一回路的往返导线要在全程内安排在同一根多芯电缆内，返导线要在全程内安排在同一根多芯电缆内，避免形成环路。避免形成环路。从控制室到变电所内的任一点只能有一条电缆从控制室到变电所内的任一点只能有一条电缆到达，而且同一个设备的所有联络线具有同一到达，而且同一个设备的所有联络线具有同一个走向途径。个走向途径。否则，两条导线间出现电位差，流过骚扰电流。否则，两条导线间出现电位差，流过骚扰电流。图图7-6 7-6 电缆的辐射状布置电缆的辐射状布置采用绞对线电缆可改善两根导线对采用绞对线电缆可改善两根导线对骚扰源的平衡度，减小在静电耦合骚扰源的平衡度，减小在静电耦合作用中由于不对称而在导
16、线间产生作用中由于不对称而在导线间产生的电位差的电位差(差模）差模）,如图如图7-87-8所示。所示。通过两根导线不断换位，反复改变通过两根导线不断换位，反复改变导线内电磁感应电势的方向，从而导线内电磁感应电势的方向，从而起互相抵消的作用，使电磁骚扰起互相抵消的作用，使电磁骚扰(差差模）电压降低。模）电压降低。图图7-7 7-7 同一线路的不对称耦合同一线路的不对称耦合 图图7-8 7-8 绞对线电缆的平衡作用绞对线电缆的平衡作用三、三、二次电缆应尽量远离高压母二次电缆应尽量远离高压母线和暂态电流的入地点并尽量减线和暂态电流的入地点并尽量减少和母线的平行长度少和母线的平行长度 高压母线常是强骚
17、扰源，增加电缆和高压高压母线常是强骚扰源，增加电缆和高压母线之间的距离是减少耦合的重要手段母线之间的距离是减少耦合的重要手段。二次电缆要尽可能离开高频暂态电流的入二次电缆要尽可能离开高频暂态电流的入地点，如避雷器、避雷针的接地点；地点，如避雷器、避雷针的接地点；CVT、耦合电容器和带电容型套管的设备的接地耦合电容器和带电容型套管的设备的接地点等。点等。四、利用电缆沟的屏蔽作用四、利用电缆沟的屏蔽作用 放置在地面以下电缆沟中的二次电缆可放置在地面以下电缆沟中的二次电缆可以利用大地的天然屏蔽作用。以利用大地的天然屏蔽作用。电缆沟最好能靠近接地网的导体并与之电缆沟最好能靠近接地网的导体并与之平行。平
18、行。在超高压变电所中可以考虑在电缆沟内在超高压变电所中可以考虑在电缆沟内沿电缆走向的上方敷设接地导线、并与沿电缆走向的上方敷设接地导线、并与接地网相连，这样可增加静电屏蔽作用。接地网相连，这样可增加静电屏蔽作用。五、改善变电所的接地，五、改善变电所的接地，降低接地电阻降低接地电阻 降低变电所接地网和设备接地引下线的冲击降低变电所接地网和设备接地引下线的冲击阻抗可以减少地电位升高。阻抗可以减少地电位升高。在超高压变电所内要用较密的接地网。高压设在超高压变电所内要用较密的接地网。高压设备的接地引下线要尽可能短。备的接地引下线要尽可能短。为改善接地引下线的高频特性，应用较大截面为改善接地引下线的高频
19、特性，应用较大截面的导线或扁而宽的导线作接地引下线。的导线或扁而宽的导线作接地引下线。高压设备各相接地线要互相连接。高压设备各相接地线要互相连接。六、合理选择变电站中保护小室六、合理选择变电站中保护小室的接地方式并加强其屏蔽的接地方式并加强其屏蔽(一一)变电站中保护小室的接地方式变电站中保护小室的接地方式 由于较好的经济性，在一些新建的由于较好的经济性，在一些新建的500500kVkV变电变电站中，保护和控制设备已经被下放到远离控站中，保护和控制设备已经被下放到远离控制室的保护小室内。制室的保护小室内。当雷电流或故障电流流入地网时，由钢材构当雷电流或故障电流流入地网时，由钢材构成的接地网是不等
20、电位的。尤其在雷直击保成的接地网是不等电位的。尤其在雷直击保护小室附近避雷针时，在保护小室内独立地护小室附近避雷针时，在保护小室内独立地网上的两点间可能产生较大的暂态地电位差。网上的两点间可能产生较大的暂态地电位差。该暂态地电位差可能通过保护小室内该暂态地电位差可能通过保护小室内二次设备的任两个接地点耦合进二次二次设备的任两个接地点耦合进二次设备中，从而给二次设备带来骚扰。设备中，从而给二次设备带来骚扰。图图7-117-11所示接地方式产生的暂态地电所示接地方式产生的暂态地电位差的最大值最小。该接地方式是保位差的最大值最小。该接地方式是保护小室接地网采用钢制时应选用的最护小室接地网采用钢制时应
21、选用的最合适的接地方式。合适的接地方式。图图7-117-11 变电站中保护小间的接地方式变电站中保护小间的接地方式综上所述得到以下结论：综上所述得到以下结论：(1)500(1)500kVkV变电站内保护小室应有独立接变电站内保护小室应有独立接地网，该接地网与变电站主接地网四点连地网，该接地网与变电站主接地网四点连接，连接点在保护小间的四个角点上。接，连接点在保护小间的四个角点上。(2)(2)保护小室应该远离避雷针，这样可保护小室应该远离避雷针，这样可以很大程度地降低雷击该避雷针时保护小以很大程度地降低雷击该避雷针时保护小间内的暂态地电位差。间内的暂态地电位差。(3)(3)为了减小保护小室内任意
22、两点之间为了减小保护小室内任意两点之间在雷击或母线故障接地时的地电位差，保在雷击或母线故障接地时的地电位差，保护小室本身的接地应采用一点接地方式。护小室本身的接地应采用一点接地方式。(二二)保护小室的屏蔽保护小室的屏蔽(1)屏蔽及屏蔽效能屏蔽及屏蔽效能 保护小室为其中的二次设备提供良好的保护小室为其中的二次设备提供良好的电磁环境，以保证它们的正常工作。电磁环境，以保证它们的正常工作。保护小室的屏蔽不仅是屏蔽体本身，还保护小室的屏蔽不仅是屏蔽体本身，还包括滤波、接地。屏蔽体主要是屏蔽空包括滤波、接地。屏蔽体主要是屏蔽空间辐射场。间辐射场。而对于由电源、信号端口传导进入保护而对于由电源、信号端口传
23、导进入保护小室的骚扰，则须借助滤波器。小室的骚扰，则须借助滤波器。按照按照IECIEC的设备安装位置环境的分类，的设备安装位置环境的分类，变电站的控制室与商业区属于同类环变电站的控制室与商业区属于同类环境，这类环境与开关场中的环境相比，境，这类环境与开关场中的环境相比，各种电磁骚扰现象的强度小各种电磁骚扰现象的强度小6 62020dBdB。我国保护设备在变电站控制室中已有我国保护设备在变电站控制室中已有长期的运行经验，所以经过长期的运行经验，所以经过2020dBdB的的衰衰减值减值(保护小室提供保护小室提供)后，可保证达到后，可保证达到控制室的环境。控制室的环境。根据我国军用标准根据我国军用标
24、准GJB/z 25-91电子设备和设施的接地、搭接电子设备和设施的接地、搭接和屏蔽设计指南，一般的钢混和屏蔽设计指南，一般的钢混建筑的屏蔽效能可达建筑的屏蔽效能可达20dB左右。左右。所以对保护小室采取一定的屏蔽所以对保护小室采取一定的屏蔽措施，使其屏蔽效能达到措施，使其屏蔽效能达到40dB，是非常安全的。是非常安全的。(2)屏蔽设计方案屏蔽设计方案 屏蔽体屏蔽体 钢板是比较理想的电磁屏蔽材料，但对钢板是比较理想的电磁屏蔽材料，但对开门、开窗和开孔的要求比较严格，否开门、开窗和开孔的要求比较严格，否则屏蔽效能下降很快，而且与砖混结构则屏蔽效能下降很快，而且与砖混结构的外墙配合比较困难的外墙配合
25、比较困难.经过屏蔽效能的计算，认为采用合理的经过屏蔽效能的计算，认为采用合理的孔径和线径的钢板网可以满足需要。孔径和线径的钢板网可以满足需要。电源滤波器及进出信号电缆的处理电源滤波器及进出信号电缆的处理 保护小室的供电线路通过电源滤波器保护小室的供电线路通过电源滤波器(插入损耗应插入损耗应在在4040dBdB以上以上)才能进入小室。其安装方法和质量对才能进入小室。其安装方法和质量对其性能影响很大，应遵循以下原则：其性能影响很大，应遵循以下原则：A A、进入小室的每根电源线均应配置电源滤波器；进入小室的每根电源线均应配置电源滤波器；B B、滤波器应安装在电源穿越屏蔽体入口处的外侧，滤波器应安装在
26、电源穿越屏蔽体入口处的外侧，所有电源滤波器应安装在一起，便于滤波器的外所有电源滤波器应安装在一起，便于滤波器的外壳接地方便简单；壳接地方便简单；C C、滤波器滤波后的输出线应通过金属管敷设；滤波器滤波后的输出线应通过金属管敷设；D D、控制和信号电缆应经过贯穿钢管后，才能进入控制和信号电缆应经过贯穿钢管后，才能进入保护小室。保护小室。第三节第三节 交流电源系统中的电磁交流电源系统中的电磁暂态（电涌）防护暂态（电涌）防护 一、交流电源系统中的电磁暂态一、交流电源系统中的电磁暂态-电电涌及电涌特性涌及电涌特性(一一)电涌的概念及其来源电涌的概念及其来源(1)电涌的概念电涌的概念电涌称为瞬态过电，是
27、低压系统中出电涌称为瞬态过电，是低压系统中出现的一种短暂的电流、电压波动，通现的一种短暂的电流、电压波动，通常持续约百万分之一秒。常持续约百万分之一秒。220 220 V V系统中持续瞬间系统中持续瞬间(百万分之一秒百万分之一秒)的的5 5kVkV或或1010kVkV伏的电压波动，即为电涌。伏的电压波动，即为电涌。电涌与过电压相联系，但又不等同于电涌与过电压相联系，但又不等同于过电压。电涌防护是低压系统和设备过电压。电涌防护是低压系统和设备可靠运行的保障。可靠运行的保障。(2)(2)电涌的来源电涌的来源 对于图对于图7-127-12所示低压系统建筑物内线所示低压系统建筑物内线路和设备而言，电涌
28、来自两个方面：路和设备而言，电涌来自两个方面：外部电涌和内部电涌。外部电涌和内部电涌。来自外部的电涌来自外部的电涌 外部电涌最主要的来源是雷电。外部电涌最主要的来源是雷电。如果雷电击中附近电力线路，部分电流将沿线如果雷电击中附近电力线路，部分电流将沿线路进入建筑物，巨大的电流就会直接扰乱或破路进入建筑物，巨大的电流就会直接扰乱或破坏计算机和其它敏感的电气设备。坏计算机和其它敏感的电气设备。这部分电涌进入低压设备和线路的途径及其比这部分电涌进入低压设备和线路的途径及其比例如图例如图7-12所示，可以看出雷击电涌主要内容所示，可以看出雷击电涌主要内容为大电流。为大电流。外部电涌另一个来源是电网中开
29、关操作等在电外部电涌另一个来源是电网中开关操作等在电力线路上产生的过电压。力线路上产生的过电压。对于低压系统尤其是入户电源线以下用电设备对于低压系统尤其是入户电源线以下用电设备来讲，这部分是沿电源线从外部传入的，故称来讲，这部分是沿电源线从外部传入的，故称为外部电涌。为外部电涌。图图7-12 7-12 电涌分配与电涌防护电涌分配与电涌防护 来自内部的电涌来自内部的电涌低压电源线上低压电源线上8888的电涌来自于其内部的用电设备，的电涌来自于其内部的用电设备，诸如由空调机、电弧焊机、电梯、开关电源和其它诸如由空调机、电弧焊机、电梯、开关电源和其它一些感性负荷的电磁暂态引起的电涌。一些感性负荷的电
30、磁暂态引起的电涌。和它们处于同一配电箱供电的其它负荷将因此易受和它们处于同一配电箱供电的其它负荷将因此易受损坏或工作失常。损坏或工作失常。电源进线上的电涌防护器无法使设备不受内部电涌电源进线上的电涌防护器无法使设备不受内部电涌的危害，因大容量的进线保护器距内部电涌发生处的危害，因大容量的进线保护器距内部电涌发生处的距离太远。的距离太远。因此一般要求电气装置装设电涌防护器，以防护内因此一般要求电气装置装设电涌防护器，以防护内部电涌，如图部电涌，如图7-127-12所示分配电箱处保护。所示分配电箱处保护。(二二)低压电源线电涌的特性低压电源线电涌的特性 (1)(1)电涌的波形特点电涌的波形特点 雷
31、击、静电放电和快速瞬态的波形都为雷击、静电放电和快速瞬态的波形都为双指数波双指数波,如雷电电涌电流的波形参数为如雷电电涌电流的波形参数为8/20s,电压的波形参数为电压的波形参数为1.2/50s。雷击雷击电涌不仅幅值大，且波前时间短陡度较大，电涌不仅幅值大，且波前时间短陡度较大，含有极高的高频分量。含有极高的高频分量。操作电涌呈现的一般是衰减的振荡波操作电涌呈现的一般是衰减的振荡波，如如:0.5s-100kHz操作电涌振荡波等。操作电涌振荡波等。(2)(2)电涌的能量频谱的特点电涌的能量频谱的特点 在频域内，电涌可用幅密度频谱描在频域内，电涌可用幅密度频谱描述。典型电涌可用它们幅密度频谱述。典
32、型电涌可用它们幅密度频谱的包络线来表征。的包络线来表征。对于在时域中以双指数方程描述的对于在时域中以双指数方程描述的单向电涌，这些包络线可用三条直单向电涌，这些包络线可用三条直线来近似线来近似，见图，见图7-13(7-13(a)a)及及(c)c)。由电涌时间函数曲线的面积（同电涌的由电涌时间函数曲线的面积（同电涌的幅值幅值A成正比成正比 ）决定的水平线；）决定的水平线；自频率自频率 开始以斜率开始以斜率 下降的直线，频率下降的直线，频率f1由浪涌的持续时间由浪涌的持续时间T决定；决定；自频率自频率 开始以斜率开始以斜率 下下降的直线，频率降的直线，频率f2 2由浪涌的持续时间由浪涌的持续时间t
33、 t决决定。定。)/(11Tff/1)/(12tf2/1f对于阻尼振荡波，其频谱在特定的对于阻尼振荡波，其频谱在特定的振荡频率处有一振荡频率处有一“尖峰尖峰”，在超出，在超出频率频率 后是一条斜率后是一条斜率 为为 的斜线，的斜线，见图见图7-13(7-13(b)b)及及(d)d)。电涌波形的波前时间越短，包含的电涌波形的波前时间越短，包含的频带越宽，频率越高。高频是辐射频带越宽，频率越高。高频是辐射骚扰的主要原因骚扰的主要原因。幅频分析表明幅频分析表明:电涌波形呈现低频电涌波形呈现低频特征，即特征，即主要能量集中在低频段主要能量集中在低频段。)/(12atf2/1f图图7-13 7-13 电
34、涌的典型波形及其幅密度频谱图电涌的典型波形及其幅密度频谱图(a)单向浪涌单向浪涌;(b)振荡浪涌振荡浪涌;(c)单向浪涌幅密度图的单向浪涌幅密度图的包络线；包络线；(d)振荡浪涌幅密度图的包络线振荡浪涌幅密度图的包络线由于非常低的能量就会引起集成电路的状态由于非常低的能量就会引起集成电路的状态混乱或损坏，因此在电涌波形中所含高频能混乱或损坏，因此在电涌波形中所含高频能量即使比例较低也足以影响采用半导体电路量即使比例较低也足以影响采用半导体电路的正常运行。的正常运行。采用集成电路技术电子设备的损害或误动大采用集成电路技术电子设备的损害或误动大多是由于电涌能量造成。通常认为多是由于电涌能量造成。通
35、常认为集成电路集成电路装置的受损能量级为装置的受损能量级为100mJ。大部分电涌能量是低频，大部分电涌能量是低频，在低频段很窄的频在低频段很窄的频段内可含段内可含100mJ，而由电涌能量分析也可知，而由电涌能量分析也可知，在显著高频区残余能量也可大于在显著高频区残余能量也可大于100mJ。(三三)电涌的传播途径及其危害电涌的传播途径及其危害 (1)(1)电涌的传播途径电涌的传播途径 对于屏蔽良好建筑物，外部电涌进入室内有对于屏蔽良好建筑物，外部电涌进入室内有两种途径：从电源线进入和从信号线入侵。两种途径：从电源线进入和从信号线入侵。电源线入侵电源线入侵：当雷击于高压线路时，电涌会经过变压器当雷
36、击于高压线路时，电涌会经过变压器和导线传输分配到低压电源线上。和导线传输分配到低压电源线上。需要在电源线上采取电涌防护措施，以便抑需要在电源线上采取电涌防护措施，以便抑制雷击感应电涌、开关操作电涌、静电放电制雷击感应电涌、开关操作电涌、静电放电电涌。电涌。信号线入侵信号线入侵：此处入侵主要是感应雷造成的雷电电涌。此处入侵主要是感应雷造成的雷电电涌。感应雷一般来自对地雷击和云间放电，其中感应雷一般来自对地雷击和云间放电，其中对地雷击产生的感应电涌电压较大，一般对地雷击产生的感应电涌电压较大，一般500500米范围的电子信息设备均可能遭其破坏。米范围的电子信息设备均可能遭其破坏。实践证明：电子计算
37、机及其它信息设备损坏实践证明：电子计算机及其它信息设备损坏的主要原因是雷电感应电涌电压造成，它可的主要原因是雷电感应电涌电压造成，它可通过各种信号引线把感应电涌电压波引入设通过各种信号引线把感应电涌电压波引入设备内部，破坏其芯片和接口。所以应在信号备内部，破坏其芯片和接口。所以应在信号线间加装信号防雷装置。线间加装信号防雷装置。内部电涌则会通过配电电源线传播。内部电涌则会通过配电电源线传播。对于没有屏蔽或屏蔽效果较差的电气设备，对于没有屏蔽或屏蔽效果较差的电气设备，则须考虑电磁脉冲的辐射骚扰问题。则须考虑电磁脉冲的辐射骚扰问题。(2)(2)电涌对计算机控保设备等敏感电子设备电涌对计算机控保设备
38、等敏感电子设备的危害的危害 微波设备、计算机控保设备、程控设备等都微波设备、计算机控保设备、程控设备等都很娇气。很娇气。对计算机的数据而言，骚扰电磁场大于对计算机的数据而言，骚扰电磁场大于 0.030.03高斯则可能使计算机数据混乱或丢失。高斯则可能使计算机数据混乱或丢失。试验发现：当闪电脉冲磁场超过试验发现：当闪电脉冲磁场超过 0.07 0.07高高斯时，计算机产生误操作，而当磁场增加斯时，计算机产生误操作，而当磁场增加到到2.42.4高斯时，造成晶体管和固态二极管高斯时，造成晶体管和固态二极管永久性损坏。永久性损坏。雷电每次释放的数百兆焦耳能量与足可影雷电每次释放的数百兆焦耳能量与足可影响
39、敏感设备的毫焦耳能量相比相差悬殊。响敏感设备的毫焦耳能量相比相差悬殊。特别是电子技术从特别是电子技术从2020世纪世纪6060年代的电子管年代的电子管元器件发展到元器件发展到8080年代大型集成电路以来，年代大型集成电路以来，元件的耐受能量已由元件的耐受能量已由0.10.11010J J降至降至 10 10-8-81010-6-6J,J,因而设备损坏率骤然升高。因而设备损坏率骤然升高。二、电涌的系统防护问题二、电涌的系统防护问题 电涌防护措施主要应包括：电涌防护措施主要应包括：1.1.电源系统的防护；电源系统的防护；2.2.信号电路系统的防护；信号电路系统的防护；3.3.电子设备的综合防护。电
40、子设备的综合防护。其中，电源保护电路是为了防止被保护电其中，电源保护电路是为了防止被保护电路受到过大过载的冲击，它通常是和被保路受到过大过载的冲击，它通常是和被保护电路相联系的。护电路相联系的。电源保护电路应具备如下特性电源保护电路应具备如下特性:(1)(1)对过电压应有良好的限幅能力，在大瞬对过电压应有良好的限幅能力，在大瞬变电流期间，被保护设备两端应接近系统的变电流期间，被保护设备两端应接近系统的最大工作电压。最大工作电压。(2(2）保护电路应有强的分流能力，使保护电）保护电路应有强的分流能力，使保护电路吸收最严重情况下的瞬变过程能量，而不路吸收最严重情况下的瞬变过程能量，而不致损坏。致损
41、坏。(3)(3)保护电路对过电压应有快速响应时间，保护电路对过电压应有快速响应时间，对于对于NEMPNEMP的响应时间要求尽量小。的响应时间要求尽量小。(4)(4)在正常工作时，要求保护电路对系统的在正常工作时，要求保护电路对系统的影响可忽略不计，即它的并联电阻应足够大，影响可忽略不计，即它的并联电阻应足够大，而串联电阻和并联电容充分小。而串联电阻和并联电容充分小。(5)(5)瞬变过程保护电路应能对持续不断或连瞬变过程保护电路应能对持续不断或连续过载过程起保护作用而不损坏本身。续过载过程起保护作用而不损坏本身。(6)(6)瞬变过程防护电路在瞬变过程结束后应瞬变过程防护电路在瞬变过程结束后应恢复
42、正常，不应是不可恢复、一次性的。恢复正常，不应是不可恢复、一次性的。(7)(7)保护电路应体积小、价廉、易于维护。保护电路应体积小、价廉、易于维护。电磁暂态防护技术是一个综合性、系统性电磁暂态防护技术是一个综合性、系统性工程，完善的防护体系必须把直击雷防护、工程，完善的防护体系必须把直击雷防护、等电位连接、屏蔽和系统地安装电涌防护等电位连接、屏蔽和系统地安装电涌防护器有机地结合起来。器有机地结合起来。采用有效的采用有效的直击雷防护措施直击雷防护措施选择安全的供电方式选择安全的供电方式正确的接地型式正确的接地型式有效的等电位连接有效的等电位连接良好的屏蔽措施良好的屏蔽措施合理的布线合理的布线恰当
43、地运用电涌防护器件恰当地运用电涌防护器件骚扰滤波器骚扰滤波器采用电涌多级综合防护技术等。采用电涌多级综合防护技术等。(一一)直击雷保护直击雷保护 避雷针避雷针(或避雷带、避雷网或避雷带、避雷网)、引下线和接地装、引下线和接地装置构成建筑物的直击雷保护置构成建筑物的直击雷保护同时要抑制引雷过程中的二次效应。同时要抑制引雷过程中的二次效应。(二二)低压系统的供电方式低压系统的供电方式 低压配电系统一般分为非接地系统和接地系统。低压配电系统一般分为非接地系统和接地系统。常用的供电方式为：单相二线制、单相三线制、常用的供电方式为：单相二线制、单相三线制、两相三线制、两相五线制、三相三线制、三相两相三线
44、制、两相五线制、三相三线制、三相四线制。四线制。(三三)低压配电网的接地型式低压配电网的接地型式 低压配电系统按接地型式不同，分为低压配电系统按接地型式不同，分为TNTN、TTTT和和IT 3IT 3种。种。图图7-147-14不同供电方式和接地系统不同供电方式和接地系统(1)(1)TN系统系统 TNTN系统是指电源有中性点直接接地，电气系统是指电源有中性点直接接地，电气设备外露导电部分通过防护导体与该接地设备外露导电部分通过防护导体与该接地点连接的系统。点连接的系统。TNTN系统按照中性线系统按照中性线N N和防护线的组合情况又和防护线的组合情况又分成分成TN-STN-S，TN-CTN-C和
45、和TN-C-S 3TN-C-S 3种型式。种型式。对民用建筑物和电子设备，对民用建筑物和电子设备，IECIEC和和ITU(ITU(国际国际电信联盟电信联盟)都推荐使用都推荐使用TN-STN-S系统。系统。TN-S系统系统(防护中性线系统防护中性线系统)的中的中性线导体和防护导体是分开的，配性线导体和防护导体是分开的，配电系统是一个三相五线制系统电系统是一个三相五线制系统。PE线在正常工作时不呈现电流，设线在正常工作时不呈现电流，设备外露导电部分对地也不呈现电压，备外露导电部分对地也不呈现电压，对电子设备有较强的适应性。对电子设备有较强的适应性。TN-C系统（又称兼用系统）中防护线系统（又称兼用
46、系统）中防护线PE与中性线与中性线N合为合为PEN线，具有通过正常线，具有通过正常负荷电流和安全防护的作用，高次谐波电负荷电流和安全防护的作用，高次谐波电流也在流也在PEN线通过，这对安全和电子设备线通过，这对安全和电子设备等极为不利。等极为不利。在不具备在不具备TN-S系统的供电环境中，可将系统的供电环境中，可将TN-C系统改造成系统改造成TN-C-S系统。系统。民用供电系统多采用民用供电系统多采用TN-C系统即三相四系统即三相四线制。线制。(2)(2)各个防护接地系统（各个防护接地系统（TT系统）系统）TT电力系统有一个直接接地点，电电力系统有一个直接接地点，电气设施的外露可导电部分接至电
47、气上气设施的外露可导电部分接至电气上与电力系统的接地点无关的接地极。与电力系统的接地点无关的接地极。(3)(3)非接地系统（非接地系统（IT系统）系统）IT电力系统的带电部分与大地间不直电力系统的带电部分与大地间不直接连接，而电气设施的外露可导电部接连接，而电气设施的外露可导电部分则是接地的。分则是接地的。公用供电网若是以公用供电网若是以TT或或IT系统向建筑系统向建筑物供电时，物供电时，ITU建议采用隔离变压器建议采用隔离变压器将将TT/IT系统改造成系统改造成TN-S系统。系统。建筑物应全部采用建筑物应全部采用TN-S接线方式供电。接线方式供电。建筑物施工结束后，要检查中性导体建筑物施工结
48、束后，要检查中性导体N线和防护导体线和防护导体PE线的绝缘，不论是线的绝缘，不论是永久连接的或插头、插座连接的设备永久连接的或插头、插座连接的设备中，不允许中，不允许 N 线和线和 PE 线在任何地方线在任何地方相连或相碰。相连或相碰。(四四)等电位联接等电位联接 过电压防护的基本原理是在瞬态过电压过电压防护的基本原理是在瞬态过电压发生的瞬间，在被防护区域内的所有金发生的瞬间，在被防护区域内的所有金属部件之间应实现一个等电位。属部件之间应实现一个等电位。等电位是用连接导线或过电压防护器将等电位是用连接导线或过电压防护器将处在需要防雷的空间内的防雷装置、建处在需要防雷的空间内的防雷装置、建筑物的
49、金属构架、金属装置、外来的导筑物的金属构架、金属装置、外来的导体物、电气和电讯装置等连接起来体物、电气和电讯装置等连接起来。方法如下方法如下:(1)在那些自然连接不能保证电气贯通的地方用在那些自然连接不能保证电气贯通的地方用连接导线连接；连接导线连接；(2)在那些不允许用连接导线的地方，采用过电在那些不允许用连接导线的地方，采用过电压防护器跨接压防护器跨接(选用一些响应速度快的元件选用一些响应速度快的元件)；(3）必须尽可能在靠近进户点处对外来导体做等）必须尽可能在靠近进户点处对外来导体做等电位连接，预计大部分雷电流将流过这些连接点；电位连接，预计大部分雷电流将流过这些连接点；(4)电力线路的
50、所有导体本身应做直接或非直接电力线路的所有导体本身应做直接或非直接等电位连接。相线应只通过电涌防护器连到避雷等电位连接。相线应只通过电涌防护器连到避雷接地装置上。在接地装置上。在TN系统中，系统中，PE线或线或PEN线应直线应直接连到避雷接地装置上。接连到避雷接地装置上。按按IECIEC标准标准,一个建筑物内只允许有一个接地系统，一个建筑物内只允许有一个接地系统，即建筑物内各种用途的接地极都应纳入等电位连接即建筑物内各种用途的接地极都应纳入等电位连接范围而形成一个共同接地系统。范围而形成一个共同接地系统。当电气接地装置和防雷接地装置共用和相连时，必当电气接地装置和防雷接地装置共用和相连时，必须
