电力线载波通信系统防雷设计的原则与方法应用

1、电力线载波通信系统防雷设计的原则与方法应用摘要：本文详尽介绍了电力线载波通信系统防雷设计 的基本方法及内容，以及设计过程中的三个原则一一综合防 雷原则、科学有效原则和经济实用原则；以期达到减少电力 线载波通信系统因遭受雷害而造成的损失的目的。Abstract ： This paper introduces the basic methods and content of the lightning protection design of Power Line Carrier and the three principles in design process ： principles of

2、integrated lightning protection ， effective and economic principles and scientific and practical principles ， in order to reduce the losses caused by lightning damage of Power Line Carrier.关键词：电力线载波通信；雷电防护；设计；原则；方法Key words： Power Line Carrier； lightning protection ； design； principles ；method中图分类号：

3、 TM73 文献标识码： A 文章编号： 1006-4311 (2015)16-0136-040 引言电力线载波通信系统(Power Line Carrier)是指利用高 压电力线（35kV及以上电压等级）、中压电力线（10kV电压 等级）或低压配电线（ 380/220V 用户线）作为信息传输媒介 进行语音或数据传输的一种特殊通信方式。该系统利用天然 电力专网进行通信，具有安全可控、拓扑结构灵活及建设维 护方便等优势，是目前国内电力通信系统常用的一种有线通 信方式。当然，电力线载波通信系统在应用过程中，亦存在 诸如信号受阻（配电变压器） 、负载削减、脉冲骚扰、高噪 声骚扰和故障判断等问题，尤其

4、值得注意的是，由于电力线 载波通信系统和设备耐过电压能力低， 雷电高电压以及 LEMP 的侵入所产生的电磁效应、热效应会造成设备干扰或永久性 损坏，造成停电的经济损失是比较严重的，因此，应采取切 实有效的措施，加强电力线载波通信系统的雷电防护工作， 减少其遭受雷击损害的风险。电力线载波通信系统的防雷设计工作是减少电力线载 波通信系统因遭受雷害而造成的损失的基础性工作，必须高 度重视。那么该如何做好电力线载波通信系统的防雷设计工 作呢？我们认为，在电力线载波通信系统的防雷设计过程中， 应坚持综合防雷、科学有效、经济实用的基本原则和方法。1 在进行电力线载波通信系统的防雷设计时，应坚持综 合防雷的

5、原则坚持综合防雷的设计原则，主要解决好如下三个方面的问题1.1 必须弄清楚电力线载波通信系统的基本构成，特别 是弄清楚其中的主要设备。如图 1 所示，电力线载波通信系 统的如下主要设备 / 设施必须设计防雷设施进行保护： 阻波 器GZ耦合电容器 C;结合设备JL;电力线载波机； 电力线载波通信机房；高频缆线；通信电源柜；其 他配套设施。1.2 必须弄清楚危害电力线载波通信系统的雷电通道。 如图 2 所示，危害电力线载波通信系统的雷电通道主要包括： 直接雷击电力线载波通信系统； LEMP/电磁辐射；雷 电传导；地电位反击/高电位反击。1.3 对电力线载波通信系统实施防雷保护，应采取综合 防雷措施

6、。综合防雷措施包括外部防雷和内部防雷两部分 （详见图 3）。在进行综合防雷设施设计时， 应确保所选用的 防雷措施能实现如下基本功能：接闪功能；分流作用； 屏蔽作用；均衡电位；接地效果；综合布线，减少 耦合作用。2 在进行电力线载波通信系统防雷设计时，应坚持科学 有效的原则坚持科学有效的原则，必须解决好如下三个方面的问题2.1 必须根据电力线载波通信系统的重要性及其具体状 况确定其雷电防护等级。通常情况下，我们可采用两种方法 确定电力线载波通信系统的雷电防护等级： 按电力线载波通信系统的重要性及所处地区雷暴日等级划分雷电防护等级，例如位于强雷区（d90天）的500kV 以下电压等级变电站中设置的

7、电力线载波通信系统应划分 为 A 级。 按防雷装置的防护效率来确定电力线载波通信系统 的雷电防护等级。例如电力线载波通信系统的防雷效率E0.98时，该系统应定为 A级；而当0.90VEW 0.98时，该系 统应划分为 B 级。2.2 在进行电力线载波通信系统防雷设计时，必须首先 确保所采用的防雷措施满足其使用要求，尤其是 EMC 要求。 一方面，电力线载波通信系统设备各不相同，其性能参数亦 各不相同，例如耦合设备和载波机，其性能参数差异很大， 故在为它们各自选择防雷措施时，所选择的防护参数和性能 亦是不同的。另一方面，在进行电力线载波通信系统防雷设 计时，在确保雷电防护取得实效的情况下，不能带

8、来新的安 全问题，而应确保被保护的电力线载波通信系统和其他设备 工作在EMC （电磁兼容）的环境中。2.3 在进行电力线载波通信系统防雷设计时，还必须考 虑所采用的防雷设施 / 措施应满足相关国家 /行业或设计标准 的最低要求。根据现行有效的相关国家 /行业标准，电力线载波通信系统的防雷设施 /措施应满足如下基本规定： 电力线载波通信机房所在建（构）筑物应按GB50057-2010 第二类防雷建筑物的要求采取直击雷防护措 施。 电力线载波耦合设备（阻波器、耦合电容器和结合设 备）必须处在LPZOB区，可采用独立避雷针进行保护。2.3.2 内部防雷措施屏蔽措施 电力线载波通信机房的屏蔽要求：1）

9、机房应选择在建筑物低层中心部位，机房内设备应 尽可能远离机房屏蔽体或结构柱子，且满足如下安全距离要 求：Sa3 0.06Kc Lx其中：Sa3空气中的间隔距离（m）;Kc引下线分流系数；Lx引下线计算点与连接点的长度（m）2）机房应采用六面金属网进行屏蔽；机房门应采用无 窗密闭铁门； 机房窗应采用金属网格进行屏蔽； 屏蔽网（体） 应与机房内环形等电位连接带每隔 35m均匀多点连接，并 做好接地。 设备屏蔽：机房内设备金属外壳可作屏蔽体，并做好接地 线缆合理布线和屏蔽要求：1）电力线载波通信耦合设备引出至机房的高频电缆在 进入机房前，屏蔽层及外护层应就近或在防雷区界面处可靠 接地。2）电力线载波

10、通信耦合设备引出至机房的高频电缆应 穿钢管埋地进入机房，埋地长度15m。3）高频电缆最好采用双层屏蔽电缆，其中内屏蔽层应做单点接地，而外屏蔽层应做好多点接地（接地点2处）2.3.2.2 接地措施 当电力线载波通信耦合设备采用独立避雷针进行防 直击雷保护时，应满足以下要求：1 ）避雷针应设独立接地装置；2）避雷针及其接地装置与电力线载波通信设备/设施及其接地装置之间的安全距离应满足以下要求：地上部分：当 hx 0.4 （ Ri+0.1hx）当 hx 5Ri 时：Sa1 0.1 （ Ri+hx）地下部分：Se1 0.4Ri其中Sal空气中的安全距离（m）;Sei地中的安全距离（m）;Ri避雷针的接

11、地冲击电阻（Q）hx电力线载波通信耦合设备的有效高度。电力线载波通信机房所在建筑物应设环形接地体，其 防雷接地电阻：R地w 10 Q。当防雷接地与交流工作接地、 直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装 置的接地电阻值应按接入设备中要求最小值确定。2.3.2.3 等电位连接 电力线载波通信机房内应围绕机房敷设环形等电位 连接带； 电力线载波通信机房内应设等电位连接网络，该连接 网络应通过环形等电位连接带与共用接地系统连接； 机房内设备，诸如电力线载波机，通信电源柜等应作 等电位联结，并做好接地； 各类等电位接地端子板及连接导体材料、规格应符合 表 1 要求。 注意事项：机房设备接地

12、线严禁与接闪器、铁塔、防 雷引下线直接连接。2.3.2.4 避雷器 /SPD 的安装 避雷器的安装要求：1 ）载波结合设备的初级端子与接地端子间应设置高压 避雷器进行保护；当耦合电容器与结合设备相隔较远时，应 在耦合电容器下方加装一个避雷器。2）避雷器的性能参数详见表 2。 电源SPD的安装要求：1）安装位置。电力线载波通信机房交流电源输入口处应设置第一级保护（SPD1）,选用试验SPD在机房通信电源柜处设置第二级保护（SPD2）,选用试验 SPD；在机房通信电源柜直流电源输出端口设置直流电源SPD4；当机房内设有UPS时，应在UPS交流输入端设置 SPD3 选用试验 SPD；电力载波机交流电

13、源端口设置 SPD5,直流电源输入端口 设置SPD6,选用试验产品。2）各级SPD性能参数详见表3。3）模块式电源SPD应具有通信、劣化和脱离指示功能； 而电源第一级箱式 SPD1则应具有劣化、遥信、过电流保护、 雷电记数等功能。4）模块式SPD的连接导体应采用铜导线，其最小截面 积应满足表 5 的要求。 高频电缆SPD的安装要求。结合设备的次级应装设 SPD以保护电力线载波设备， 其 性能参数的选择可参阅表 6。 能量配合的要求。1）各级SPD之间能量配合应符合 GB50057-2010第条第3款及GB50343-2012第543条第6款规定。2） SPD与被保护设备之间的配合应符合GB50

14、343-2012第 条第 9、10 款规定。3 在进行电力线载波通信系统防雷设计时，应坚持经济 实用原则坚持经济实用原则，就是指在确保所采用的防雷设施满 足电力线载波通信系统的使用要求和国家 /行业标准的规定 的前提下，做到投资的经济合理。电缆线载波通信系统防雷保护设备 / 设施的投资经济效 益可按下式确定：S=Cx-（CM+CR）（ 1 ）其中：S防雷设备/设施投资后年平均节省的费用；Cx未安装防雷设施前 设施/设备的全部损失；CM防雷设施的年平均费用；CR在有防雷设施的情况下，剩余损失的总价值。根据式（ 1 ），可以得出如下结论： 当S0,则电力线载波通信系统所采用的防雷措施是 经济合理的。 当S0,坚持经济实用原则。4 结论 在进行电力线载波通信系统防雷设计时，应做到如下几 点：一是坚持综合防雷的原则，理清电力线载波通信系统的 空间配置及其遭受雷电骚扰的通道和应采取的综合防雷措 施，降低雷击对电力线载波系统的伤害；二是坚持科学有效 原则，使电力线载波通信系统所采用的防雷措施既