弱电系统等电位接地方式及干扰防护措施

　　摘要：变电站的低压系统中包含了较多数量的弱电设备，因为耐压水平不高，在受到雷击时更容易发生击穿现象，进而导致变电站运行故障。弱电系统的等电位接地，旨在将分散配置的多个导电物体，用等电位连接导体或电涌保护器连接形成接地网，从而在受到雷击之后，能够快速平衡不同电气设备之间的电位差，达到消除电磁干扰和避免瞬时大电流破坏的作用。本文首先概述了等电位接地网的设计要求和二次回路的接地方式，随后分别进行了干扰仿真实验和电缆干扰实验，根据实验结果提出了优化屏蔽电缆的接地方式、科学选择屏蔽电缆的接地位置的干扰防护措施，有效保障了电网弱电系统的运行安全。

　　关键词：弱电系统;等电位接地;干扰防护;屏蔽电缆

　　现阶段电网高压系统的防雷保护技术已经较为成熟，例如110kV线路常用架空地线保护;35kV线路则使用避雷器保护，但是低压系统的防雷保护措施较少，这导致变电站在遭受雷击后，经常出现高压部分完好无损、低压部分被严重击穿的现象。在智能电网建设下，弱电系统大量使用微机控制和保护，这也成为雷击之后最容易出现绝缘击穿的部位。等电位连接是提高防雷保护能力的一种有效策略，探究等电位连接方式，以及地电位干扰防护措施成为现阶段保障电网运行安全的重要任务。

　　1弱电系统等电位接地方式

　　1.1等电位接地网的设计要求

　　等电位接地网的布设应遵循以下规定：(1)在主控室、保护室，以及就地端子箱等处，使用截面≥100mm2的裸铜排，连接主接地网;(2)在电缆室，首先选择截面≥100mm2的专用铜排，以首尾相接的方式，布置成室内等电位接地网。然后再选择截面≥60mm2的铜排，一端连接室内等电位接地网，另一端则连接变电站的主接地网，将保护室的内、外接地网连成整体，消除电位差;(3)其他分散布置在通信室、集控室等站点之间的接地线，也要使用截面≥50mm2的铜排，分别将各个站点连接起来;(4)对于断路器、滤波器、互感器等设备，可使用截面≥5mm2的多股铜质软导线进行可靠连接;(5)在干扰较强的地方，安装金属电缆托盘，同时从托盘上引出一根电缆连接等电位接地网，进一步提高抗干扰能力。

　　1.2二次回路的接地方式

　　二次回路中所用电缆，必须选择屏蔽电缆。同时在敷设时还要满足以下条件：

　　(1)科学布局线路走向，原则上尽量避开高压母线、避雷设备以及电容器、互感器等设备。在此基础上，控制线缆长度;(2)有微机控制的保护装置，必须使用独立电缆，提高跳闸保护的灵敏性;(3)二次回路接地时，要求电压互感器的中性线不能直接连接熔断器，防止多点接地导致的误动现象。电流互感器的二次绕组回路，必须在就近的保护柜上选择一点接地。其他的设备(如调制解调器、照明电源等)不得接入等电位接地网。

　　2弱电系统地电位干扰分析

　　在接地网中，影响接地体参数的因素有电阻R0、电感L0、电导G0和电容C0。基于上述4项参数构建π型等效电路。当出现雷击后，接地网中出现雷电流。由于雷电流具有高频特点，接地体电阻R0远远小于ωL0。假设，雷电流的波头时间(t)为2.5μs，则等值角频率ω=π/2.5×106s-1。接地体材料通常选择扁钢，等效半径r取值10mm。带入式(3)后易得L0=1.8μH/m。其中，R0已知为1.0×10-6Ω/m，故ωL0=π/2.5×106×1.8×10-6=2.26Ω/m。在等电位接地网中，不同接地体之间也会产生互感作用。根据接地体的连接方式不同，若相互垂直且交叉，互感较小可不予考虑;若相互平行，互感较大。

　　3弱电系统地电位干扰防护措施

　　3.1优化屏蔽电缆的接地方式目前常用的屏蔽电缆接地方式有两种，即一点接地、两点接地。前者的优势在于显著降低干扰电压，达到对磁场干扰的屏蔽效果。但是存在一定的缺陷，例如因为感应耦合生成的电磁干扰，一点接地的方式不能做到有效屏蔽。对于此类情况，就需要使用两点接地。其原理是在受到外部磁场干扰后，在两点之间的屏蔽层中，形成一个与外部干扰电流方向相反的抵消电流，从而消除电位差，达到屏蔽目的。因此，在条件允许的情况下，屏蔽电缆的接地方式要优先考虑两点接地。

　　3.2科学选择屏蔽电缆的接地位置一点接地形式下，屏蔽电缆接地位置比较固定，绝大多数是接在一次设备上。而两点接地时可选择的接地位置较多，不同接地位置对干扰防护效果也有明显区别。本文选择两种比较常用的接地位置，分别展开分析，并判断哪一位置对干扰防护效果更为离线。

　　3.2.1一次被控设备处接地，计算机控制处悬空此种接地方法是在屏蔽电缆靠近一次被控设备的区域，选择合适位置引出接地线，实现接地;而在屏蔽电缆的另一端，连接微机控制器处做悬空处理。

　　3.2.2一次被设备处悬空，计算机控制器接地根据以往经验，使屏蔽电缆在一次设备处悬空，经由计算机控制器接地，是比较理想的接地位置接地网受到雷击后，电路中出现瞬时大电流I0，该电流在经过接地电阻时，由于此时的屏蔽电缆是悬空的，只要屏蔽层的绝缘良好，就可以保证接地电阻R0上产生的电压，不足以发生绝缘击穿进而对另一端的微机控制器造成破坏影响，从而起到了明显的设备保护和干扰防护效果。

　　此外，接地电阻本身也有压降的作用，使电流降低到不会对微机控制器正常运行造成干扰的正常范围。需要注意的是，选择在计算机控制器处一点接地的方式，对于微机控制器的供电电源，也要采取抗干扰措施，例如安装隔离变压器来抵御谐波干扰、雷电干扰，从而让弱电 设备稳定运行。

　　结束语

　　现阶段电力行业内对于高压系统的防雷保护研究较多、技术成熟，但是弱电系统的干扰防护技术较少，这使得弱电设备经常会因为雷击出现烧毁故障。经过仿真分析和实验研究，提出了屏蔽电缆采用两点接地，适当减小接地网格尺寸，以及科学选择屏蔽电缆接地位置的建议，对提高弱电系统干扰防护效果有积极帮助。

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　　作者：张丽