电能表及采集终端的雷击分析与对策

国网枣庄供电公司　董　振　刘润东



电能表及采集终端的雷击分析与对策

国网枣庄供电公司董振刘润东

【摘要】随着智能电能表的全覆盖，全采集，智能电能表及采集终端在雷雨季节遭受雷击的现象经常发生，致使电能表损坏，无法计量，采集器损坏，无法远方抄表，带来巨大经济损失，增加了大量的现场工作。电能表及采集终端的防雷已经到了必须解决的地步，为此国网枣庄供电公司经过大量现场调研分析，查阅大量技术资料，制定防雷对策，经过实验室多次雷击试验，研制成功电能表及采集终端防雷装置，取得较好防雷效果。

【关键词】雷击；分析；对策

1　前言

由于高压架空输电线路距地高、线路长，而且分布范围广，周围很少有高大建筑，高压线路遭受雷击的情况时有发生，致使线路短路、跳闸，造成大面积停电。再就是电网纵横交错，高低压同杆架设等原因，又会相互影响，高压线路发生雷击时，就会在低压线路感应浪涌电流，浪涌电流强度过大就会击毁运行中的电气设备、家用电器、电能表及采集终端，给用电客户和供电公司带来巨大损失，特别是农村低压台区，缺乏必要的防雷措施，雷击时就会造成一个台区下面的几十块甚至上百块电能表同时损坏，电能表内部元器件被击穿、烧损，出现电能表黑屏和RS485电路异常等故障。2013年雷雨季节，山东省枣庄市三相电能表毁坏1708只，单相电能表7885只，负控终端350只，集中器及采集器3500只。电能表遭受雷击占电能表总数的0.7%，采集终端遭受雷击占总数1.2%，直接损失400万元。

2　雷击案例

2.1案例一

枣庄市山亭区徐庄一配电室内，电能表规格为3*220/380V，3*10（100）A，三相电压及零线与电路板连接处导线烧光，压敏电阻炸裂，烧毁铜箔；电流互感器次级线圈处铜箔烧毁；压敏电阻后边元器件未见异常。电能表外壳破碎，液晶屏破碎。

2.2案例二

枣庄市山亭区城区一台变，低压避雷器炸裂，终端被雷击，外壳被炸裂。电能表内部三相电源线为0.5mm2多股铜线，终端三相交流线被烧断。零线未断，电路板上的三相电压及零线的铜箔融化。阻波器为单股耐高温铜线，未断，压敏电阻未见异常。内有融化的金属微粒，短细铜丝。终端旁边表计没有受到雷击。

2.3案例三

枣庄市峄城区一配变终端被雷击，外壳被炸裂。电能表内部三相电源线为0.5平方毫米多股铜线，终端三相交流线及零线被烧断，与其相连的铜箔融化。阻波器为单股耐高温铜线，未断，压敏电阻未见异常。内有烧毁数段蓝色导线。电路板背面RS485电路铜箔明显烧毁。RS485转接口插座后铜箔烧毁。

3　故障分析与对策

3.1分析与对策一

接线端子到电路板的连线融化、炸裂。说明雷击电流较大，一般的多股导线不能抵御浪涌电流，从阻波器基本没有受到损失看，阻波器用的导线是耐高温导线，所以接线端子到电路板的连线宜采用耐高温导线。

3.2分析与对策二

电路板上焊锡气化。在强大的浪涌电流下，焊点的焊锡被气化，说明此点应该压接，不宜使用焊接工艺。

3.3分析与对策三

电能表及采集终端内部的电源多数采用5kA通流量的压敏电阻。压敏电阻炸裂的原因一是元器件的质量不好，二是压敏电阻通流量小，压敏电阻的通流量宜提升。

3.4分析与对策四

RS485电路被雷击坏，有两种情况。一是浪涌电流从交流电源进入，把RS485电路的电源击毁，影响RS485电路工作；二是浪涌电路从RS 485馈线的A、B端进入电能表及采集终端，造成损坏。

3.5分析与对策五

部分雷击发生在压敏电阻的后边，说明压敏电阻还没有来得及动作，浪涌电路压接进入后边的电路，造成损坏。压敏电阻的反应时间是25纳秒，这样的雷击是压敏电阻无法完全避免的，应该使用高能TVS管（瞬变电压抑制二极管）解决这种问题。

3.6分析与对策六

由于压敏电阻的钳位电压较高，可能会对后面的元器件造成伤害。应该选用钳位电压低的元器件。

4　防雷设计需要注意的几个问题

4.1防雷元器件反应时间

气体放电管反应时间≤100ns，压敏电阻反应时间≤25ns，瞬态抑制二极管反应时间<1ns。

4.2防雷元器件通流量

气体放电管放电能力强，通流容量大，可做到上百千安，漏电流小；压敏电阻的通流容量大，可做到几十千安，漏电流较小；高能TVS管通流容量可做到十千安以上，漏电流比气体放电管和压敏电阻较大。

4.3防雷元器件价格

三种防雷元器件各有利弊，使用哪一种元器件应综合考虑性价比。放电管残压高，放电电流大，不足之处是反映速度慢；压敏电阻反映速度较放电管快，残压较高；高能TVS管反映速度最快，残压低，但是价格高，每只10kA通流量的价格在几百元，影响使用范围。

4.4防雷的多路径泄流

从三相电能表及采集终端雷击的情况看，零线有被烧断的，也有没有烧断的，说明了相间放电较多，浪涌电流存在多路径传输。对于三相三线或者三相四线电能表及终端，应多路径泄流，实现相与相、相与零线，相与地线泄流。

4.5提高防雷装置反应速度

提高防雷元器件反应速度的方法。在保证正常工作电压的基础上，降低压敏电阻的钳位电压，提升防雷装置的快速反应能力。

4.6压敏电阻的通流量

根据实验结果，压敏电阻的通流量一般不能低于10kA。否则不能完全应付感应雷的浪涌电流。

4.7防雷装置应便于安装

防雷装置保护交流电源和RS485电路，应便于安装、维护。

5　浪涌实验

5.1浪涌实验一（3kA，8/20毫秒）

通过测试，可以发现TVS管降低残压的效果明显，残压约为650V左右。比不加TVS管之前的2250V，降低1500V。

不加TVS管，在3000A，8/20毫秒浪涌电流下，击毁终端的电源板上一个保险（不影响终端工作）。把TVS管并联在电源上，加3000A，8/20毫秒浪涌电流未见终端电源板元器件损坏。

5.2浪涌实验二（10kA、20kA，8/20毫秒）

在终端电源板上并联防雷装置，分别做了8/20毫秒10kA和8/20毫秒20kA的三相对零线、对地线多次浪涌试验，效果较好，所保护的终端电源板完好无损。

5.3浪涌实验三

1)不用防雷装置，直接对终端电源板的A相、N线打8/20毫秒10kA浪涌波形。三型专变终端电源板遭受一次8/20毫秒10KA的浪涌波形之后，电源板正面未见异常，其阻波器正常，但是电路板背面A相电源的铜箔融化、发黑，和枣庄地区终端电源损坏板雷击后的情形比较相似。

2)不用防雷装置，直接对终端电源板的A相、N线打8/20毫秒20kA浪涌波形。终端电源板损坏严重，阻波器线圈被打断。

6　防雷装置试运行

通过对雷击的现场调研、分析、设计和制作，枣庄供电公司研制成功电能表及采集终端防雷装置，该防雷装置体积小、重量轻，安装简单易行，改变了其它RS485防雷电路串联在电路中的做法，安装简单，运行可靠；交流接地保护线的引出线PE1和RS485接地保护线的PE2分别接地。

2014年雷雨季节前，枣庄供电公司在去年表计遭受雷击严重的电能表表箱内安装单相防雷装置数百只。雷雨季节试运行以来，安装防雷装置的表箱内的电能表及采集终端没再发生雷击毁坏现象，电能表的电源和RS485电路均正常。没有安装防雷装置的部分表箱，电能表和采集终端今年再次受到雷击。

7　结束语

枣庄供电公司会继续做好电能表及采集终端的防雷工作，一是跟踪防雷装置运行情况，并且不断改进电路设计、完善单相防雷装置性能，降低防雷装置价格。二是逐步扩大安装范围，争取对所有可能遭受雷击的电能表表箱安装防雷装置，实现电能表及采集终端的防雷全覆盖，减少雷击对电能表、采集终端和家用电器的毁坏。

参考文献

[1]吴向荣.智 能 电 表 R S- 4 8 5 通 信 接 口 防 雷 探 讨[J].机电信息,2011(36).

董振（1962—），男，山东枣庄人，大学专科，工程师，研究方向：电力通讯。

作者简介：