调度自动化设备通讯接口的防雷保护技术探讨

调度自动化设备通讯接口的防雷保护技术探讨

张峰罗迅安玉华滕怀峰

（国网日照供电公司）

摘要：随着科学技术的快速发展，自动化技术逐渐成熟。自动化设备依托自化技术得到广泛的应用。但自动化通讯设备在运行过程中易遭受雷电的袭击，导致自动化通讯设备受到重大损失。作为自动化工作人员，应具一定的防雷保护技术，利用自身的技术达到自动化通讯设备防雷保护的作用，这不仅是当前自动化工作人员的一项基本技能，也是人们对自动化设备通讯事业的要求。

关键词：调度自动化设备；通读接口；防雷保护技术

自动化技术在我国近几年迎来了较大的发展，自动化设备在我国各个领域中的应用也越来越广泛。自动化设备由于易受雷电的袭击，这对自动化设备的发展十分不利。当前我国自动化通讯设备的防雷技术还处于发展阶段，并未跟上实际的自动化技术水平，在防雷保护技术中最重要的就是对自动化通讯设备的通讯接口进行保护。自动化通讯设备保护技术在我国自动化设备企业通常以放电保护为保护措施，对于防雷保护环节还处于薄弱阶段，因此，自动化通讯接口的防雷技术是我国当前自动化设备工作的重点。本文深入分析雷电对自动化通讯设备的危害，并提出相关防雷保护的技术。

一、雷击损失分析

自动化通讯设备受到雷电的影响非常大，雷电会产生间接与直接两种效应。其中间接效应中具有冲击效应、热效应及火化效应等。而调度自动化设备由于设置了接地屏蔽网，这些效应对调度自动化设备通讯设备的影响会被减小。但自动化设备易受到间接效应中静电与电磁感应的影响，从而造成其受到雷击破坏的主要因素。

（一）静电感应

雷电产生之后电荷之中会形成地电流浪涌，在表面产生雷击点运动完成电荷输送，在理在地底下的导体会为电荷提供阻抗路径，并且产生浪涌电压。若地面埋有不同大小的导体，则会使流经的浪涌电流产生感应电压。另外，在架空输电网及电信电缆等导体上，由于这些导线带有大量的束缚电荷，当雷电产生后，架空导体会接通地面物体产生回击放电产与电荷中和，在这个过程中架空导线的电荷则会因运行而产生高电压，并以类似光速的速度在导线两端进行传播，或是沿阻抗路径入地。调度自动化变电设备受到雷击的主要原因与接地有关。

（二）电磁感应

电磁感应主要是通过闭合电路发生电磁改变电路中的电流。电磁感应现象是由于地球磁场改变电荷的基本方向，使电流的轨迹发生了改变。地球磁场是永恒存在并不受外力的控制，当前我国调度自动化设备主要是在电流接通的闭合电路中进行作业，因此，电磁感应对自动化设备的影响非常大，企业给予重视。

二、高度自动化设备通讯接口分析

自动化设备受到雷电的主要原因是由外部接线外入到设备中，但自动化设备均配置了相应的屏蔽机箱或机柜，设备外部通过线路受雷电脉冲的影响十分大。因此，在自动化设备防雷过程中，应在设备的通讯接口处配置防雷装置，或关闭设备内部的通道。当前我国使用的自动化设备通讯型号主要有RS485、RS232、CAN800等，其中自动化设备采用的雷电涌保护器如图所示。这种保护器采用的接口型是RS232，其参数如表1所示。

图1雷电涌保护器原理图

三、自动化设备通讯接口防雷技术研究

（一）配电SPD

在自动化设备的通讯接口处置备SPD可在一定程度上达到防雷的效果，在自动化设备中具有的通讯接口具有计算机接口、监控系统及控制终端等数据线，在配置SPD的过程中，需要达到这些接口设备的速率要求，另外，SPD的线路设计要兼容自动化设备的通讯接口，并且采用半导体的SPD。另外，SPD放电电流应控制在3KA，若SPD由SAD器件组成则控制放电电流在300A。当前自动化设备通讯接口的传输速率较低，还未达到100Mbps级。根据当前TVS工艺的逐渐发展，其具有十分小的极间电容，对通信速率较低的衰耗较小，对数据波形几乎不产生影响。TVS具有较大的缺陷，即通流能力小，需要通过配备SAD放大电流，从而使TVS响应的速度十分快，并形成二级防雷保护的作用。

（二）利用数据线屏蔽层与通信线形成环路干扰

图2接地环流示意图

其主要是将数据线将自动化设备连接计算机而产生环路干扰，由于A点与B点会受到电流场的作用而产生静电效应或电磁效应，并在接地电流的回路中产生驱动电流。在减小这种干扰时可通过以下几种措施：

其一，将自动化设备中的接地电流回路切断，使计算机线路接地或者是自动化设备线路接地，图3所示。

图3单点接地示意图

如图3所示，将其中计算机或者自动化设备线路进行单点接地，使地电位不等则形成单模电流，这一措施在可有效应对直流或频率较低的设备接地中。若设备频率较高时则要充分考虑设备外部接地产生的杂散电容Cs，当频率较低时则可将接地电流回路与Cs串联；当频率高时，则要将外壳直接进行接地处理；当频率等外皮电感与Cs串联的频率时，设备回路中会出现较大的电流。

其二，采取隔离变压器措施。通过隔离变压器切断设备接地的线路，这对于频率较低或中等的情况下较显著。当杂散电容Cs会与接电电流形成通路时，应绕组的电屏蔽连接负载接地点。这一措施应用于自化设备的通讯接口较多。

其三，采用中和变压器，如图4所示。将中和变压器的两根线缠绕在铁芯上，通过这种方式可将接地回线阻抗提高。在电流回路中由于流经两根线上的电流是相反，而铁芯中的磁通会发生反向作用使之互相抵消，导致变压器如同虚设。因此，要将中和变压器的两根线缠绕在铁芯上，使变压器如同一个扼流圈，其原理主要是在接地电流回路中，两线中的电流方向一到致，而铁芯的磁通也一致，与工作电流回路相反。通过这个措施增大接地回路的阻抗，使接地回路中的电流减少，从而降低电压干扰。

图4中和变压器

三、运行有效的接地装置

在自动化设备中安装接地装置也是一种非常有效的方式，其主要是将雷电电流通过接地线中引向大地，起到自动化设备防雷保护作用。在以往建筑物当中所作用的避雷针则是利用这一原理。因此，在自动化设备通讯接口处运行接地装置，能够有效的保护自动化设备。

结束语：

综上所述，由于雷电产生间接效应中的静电感应及电磁感应对自动化设备的影响十分大，因此，在自动化设备的通讯接口处可采用SPD的措施，其二级防雷保护的作用，另外，还可通过数据线屏蔽层与通信线形成环路干扰、采取隔离变压器措施及采用中和变压器等措施，通过将自动化设备的接地装置进行改进，能够起到有效的防雷保护作用。

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