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电力系统网络防雷设计方案

电力系统网络防雷设计方案

一、前言
    
        随着电力事业的飞速发展,我国电力信息网络建设的步伐逐步加快。为预防雷电对网络系统的灾难性侵害,确保网络的安全运行,在网络建设过程中,应充分重视防雷系统的建设。电力自动化系统已使用了相当数量的计算机、RTU和其它微电子设备。县级电力调度及其变电所由于所在地土壤电阻率较高或地处山区,其地网的接地电阻往往很难达到电力标准规范中的要求,为防雷工作增加了许多难度。由于一些微电子器件工作电压仅几伏,传递信息电流小至μA级,对外界的干扰极其敏感,而雷电流产生的瞬变电磁场对微电子设备的干扰和损害尤为严重。
        在雷雨季节,有的县电力局调度大楼和电力局所属自动化显示系统、通讯系统(Modem、载波机、程控交换机等)常常损坏,造成较大的直接和间接经济损失,影响当地电力系统的正常调度、工农业生产和人民的日常生活。因此,电力系统的防雷工作非常重要。
 
二、雷电对电力计算机网络的危害
1 广域网络
        一般讲,广域网络通常不遭受直击雷的破坏,1mm2的铜线遭受10KA的雷电袭击,它自身就断了。所以,广域网的雷害主要是感应雷害,击穿方式为线对线和线对机壳(地)。在GA173-1998《计算机信息系统防雷保安器》标准中,广域网保护的最大雷电流为5KA,连接广域网一般有以下几类,一类是DDN专线,一类是ISDN专线,一类是帧中继以及微波通讯方式。对于专线的接收端口,它的耐压应为5倍工作电压,即Vdc25V,传输速率小于等于2M,插入防雷器,使之在雷电作用下,短路保护5KA电流,而端口残压小于25V;而对于话线备份来说,它的工作电压为48V加93 V振铃电压共计175V,插入防雷器,防雷器的启动电压185V,残留电压小于Vdc330V,因为调制解调器的耐压为Vdc330V。保护模式为线对地和线对线,广域网遭受雷击的概率较大,一般在28%左右。
2 局域网
        在局域网的传输电缆中,常常采用UTP电缆,UTP电缆的4对线中两对线(1-2,3-6线对)一对线接收一线发送,采用RJ45接口方式。既然局域网电缆采用RJ45型是一收一发,那么,就应按两对线进行雷电保护。
        有人做过试验,在一条连接服务器的网线旁边,约距网线0.5米处,采用雷击发生器对网线0.5米处一条金属线发射雷电流。由小到大,发射电流为10KA,周边磁场污染了网线,瞬间服务器端口、芯片被击穿,这时,示波器记忆感应高压为100V。
        在变电站的综合布线中,施工人员为了布线工程的美观漂亮,把很多网线放在墙壁内,没有考虑对UTP电缆的屏蔽处理,一旦建筑物某些钢筋泄放雷击电流都将引起感应高压,从而击毁设备。
        另外,对于网络系统,由于雷电引起的电磁脉冲,在机房内产生3Gs(高斯)的变化电磁场,必然引起网卡端口芯片的烧毁。
 
 
        路由器作为网络中的一个重要组成部分,它是集中网络中数据流量的一个集中地,对内连接了不同的服务器、交换机、HUB和网卡等网络设备,对外连接广域网,如果不做好相应的防护措施,很大可能造成直接造成自身的烧毁或网络内部服务器、交换机、HUB和网卡甚至PC机的损坏以至网路的长时段瘫痪,可想而知,其直接与间接的损失是不可估量的。
        闪电打雷,对用户造成威胁的一是供电线路,二是网络宽带线路,雷击一方面会导致感应电流,从而在电源中产生强大的电脉冲和浪涌,从而直接导致路由设备的损坏。另外,双绞线中也会产生强大的感应电流,甚至直接遭遇雷击,从而直接导致路由器LAN接口甚至路由器的损坏。
        在雷击高发区,无论是室外还是室内的网络设备都同样是雷击的受害者,一般来说,电路集成度越高、功能越强,其耐压和耐流的水平就直线下降,而网络电子设备、电脑设备等几乎都采用了大量的大规模集成电路于设备中,而且设备的精度和敏感度也越来越高,所以这些设备在高压、高流下的防护能力远远低于普通的电器设备,在雷电冲击中更容易受损,其所受的损失程度也就更高、所涉及的范围也更广。
 
三、防雷措施
 
        防雷保护工作的第一步就是首先要确定雷害侵入计算机网络系统的各种途径,在此基础上,依据系统防雷的科学理论和防雷工程经验,采取相应防雷措施,进行有针对性的防护,从而达到在雷电入侵时能够保证系统安全运行的目的。
 
1.防护示意图
 
 
2.说明
 
(1)电源防雷硬件
        安装电源防雷器是非常的必要的,不仅是为了防止路由器被雷击坏,而且对于电子设备也有防雷作用。同时,检查室外电源线路是否有裸露的情况,接头绝缘情况是否良好。
        电源防雷一个非常重要的环节就是接地。目前,大多数计算机用户对于接地并没有引起重视。良好的接地,可以把静电和雷电产生的电压导走,保护计算机设备的安全。很多计算机电源的插头虽然是三向接地插座,但地线通常是空的,仅仅是一个摆放。为此,建议计算机用户单独接地,对三相插头选择良好的接地,这样可以大大减轻雷击时对计算机及网络宽带设备、路由器等造成的伤害。
(2)RJ45接口防雷设计
 
概述
        普通的网线接入,并不像光纤一样是非导体,所以需采取相应的防护措施,产品需是专业级的电信防雷设计和最新的防雷模块,防护过高的电压的通过来保护路由器内部电路的安全。
        根据《通信局(站)雷电过电压保护工程设计规范》(YD-T5098-2001)和电力系统防雷规程的要求,计算机接口的网络数据线SPD应满足各类接口设备传输速率的要求,SPD接口的线位、线排、线序应与被保护设备接口兼容,设计时在满足设备传输速率条件下,应采用由半导体放电管组成的SPD。计算机接口的网络数据线采用SAD器件组成的SPD标称放电电流应为3300A。
        HRJ45电力网络防雷保护器配有标准的RJ-45接口,直接串接于线路和被保护设备之间。为电力系统通信和计算机系统中使用RJ45接口的设备专门设计的,防止由于地电位升高或线路中感应而产生的过电压对设备造成的损害。
        HRJ45电力网络防雷保护器依据IEC标准设计为单路、8路、12路、16路、24路、48路等。19寸标准机架式,接口形式为标准RJ45接口,保护数对通信专线,适合局域网,以太网等设备,如交换机、路由器、PCM网络、服务器、X.25、ADSL、DDN、ISDN、PSTN线路防雷击或电涌保护。
 
 
19英寸网络防雷保护器
 
 
单路通道防雷器
 
原理
        正常情况,信号防雷器处于高阻状态,对信号传输不造成任何影响,当有雷电、浪涌电压或其他过电压产生时放电器自动导通接地,雷电过后自动恢复。从而使过高的电压不致加到设备上造成损坏或误操作。
        为了使雷电流尽快泄放到大地,任何信号防雷器都必须有良好的接地,RJ45型信号防雷器也不例外,其接地电阻小于4Ω,而且防雷电感应的接地装置应和电气设备装置一并与电源地线连在一起形成等电位。
 
 
使用
        应定期检查电涌保护器的工作情况,如果发现因为防雷保护器的原因引起系统传输性能的降低或信号中断,提示用户保护电路已失效,保护器对安装在它下游的电子设备失去保护作用,用户须立即更换保护器。