多功能组合式二次电缆防雷与等电位保护方法及装置

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多功能组合式二次电缆防雷与等电位保护方法及装置\n技术领域\n[0001] 本发明主要涉及二次电缆保护领域，特指一种可以保护二次电缆免受雷电引起的火花放电穿越、感应过电压、等电位连接与防鼠防火保护方法及装置。\n背景技术\n[0002] 当雷电流经避雷针、避雷线或避雷器等防雷保护设备的接地引下线入地时，会在入地点产生火花击穿，若附近有控制、保护或通信等二次电缆时则雷电流入地时产生的火花放电会穿越烧伤二次电缆，或对二次电缆造成雷电干扰；当控制、保护或通信等二次电缆上方有雷电活动时，会在二次电缆上产生感应雷过电压，产生的感应雷过电压沿电缆线路侵入控制、保护或通信单元，会造成这些系统功能紊乱或设备损坏，虽然控制、保护或通信等二次电缆有一网状的金属屏蔽层，但这种金属屏蔽层对雷电的屏蔽效果仍存在漏洞，仍会产生感应过电压，特别是不能对雷电流火花穿越电缆进行有效保护；在发电厂、变电所发生工频短路电流或雷电流入地时会造成接地网局部电位升高，地网电位差会通过差模干扰或共模干扰耦合进二次回路，形成地电位干扰。\n[0003] 基于上述控制、保护或通信等二次电缆在雷电防护上的弱点，本发明专利在保护电缆免受雷电流穿越，防止产生雷电感应过电压和等电位连接等方面有较大的实际应用价值。发明的多功能组合式二次电缆防雷与等电位保护方法及装置可分段上、下拆装，便于扩建与检修。本发明具有防雷屏蔽效果好、结构简单、适用范围广、安全可靠的优点。\n发明内容\n[0004] 本发明针对当雷电流经避雷针、避雷线或避雷器等防雷保护设备的接地引下线入地时，对二次电缆可能造成的电火花烧伤，当二次电缆上方有雷电活动时在二次电缆上产生感应雷过电压，发电厂、变电所发生工频短路电流或雷电流入地时会造成接地网局部电位升高对二次电缆形成地电位干扰而发明的一种多功能组合式二次电缆防雷与等电位保护方法及装置。\n[0005] 本发明的技术方案为：多功能组合式二次电缆防雷与等电位保护方法及装置，它由上、下两部分金属材料组成的封闭式管道、法兰、左右连接螺栓及螺母、上下连接螺栓及螺母、等电位连接、防鼠防火阻断层构成，具有防雷电火花穿越、防感应雷过电压、防鼠防火及等电位连接等功能。本保护方法和装置可分段上、下拆装，便于扩建与检修。本发明具有防雷屏蔽感效果好、结构简单、适用范围广、安全可靠的优点。\n[0006] （1）电屏蔽原理\n[0007] 将电缆放入所述保护装置内，以阻止外界雷电流产生的电场的电力线进入保护装置内部，保护电缆设备不受外界电场感应的干扰。（其原理图如附图13所示）[0008] 不加屏蔽体时干扰场源与被保护电缆之间存在的电容耦合（见公式①，如附图14所示），施加屏蔽体后干扰场源与被保护电缆之间存在的电容耦合（见公式②，如附图15所示）\n[0009] ①\n[0010] ②\n[0011] 通过式（1）、（2）可以看出 很小，所以 也很小，而对于封闭式管道屏蔽体，基本为0，所以 也基本等于0，可以起到一个对外界电场电力线完全屏蔽的效果。\n[0012] （2）磁屏蔽原理\n[0013] 用金属材料做成的两部分封闭式管道屏蔽体具有低磁阻性。\n[0014] 雷击点外某点的磁场强度：\n[0015] ③\n[0016] 式中：I是雷电流幅值，R是磁场某点到雷击点的距离。\n[0017] 磁场屏蔽原理是抑制雷击点和电缆设备之间由于磁场耦合所产生的干扰，磁场屏蔽是把磁力线封闭在保护装置内，从而阻挡内部磁场向外扩散或外界磁场干扰进入，为屏蔽体内外的磁场提供低磁阻的通路来分流磁场；（如附图16所示）当磁感线从空气进入屏蔽体时，磁感线对法线的偏离很大，因此有强烈地汇聚作用，图中A为由金属材料做成的封闭式管道屏蔽体，由于所述装置的磁导率μ比空气导磁率μ大得多，所以绝大部分磁场线从屏蔽体的壁内通过，而屏蔽体内的空腔中，磁感线是很少的，这就达到了磁屏蔽的目的。\n[0018] 屏蔽效能：\n[0019] dB ④\n[0020] 式中：E0无屏蔽是空间某点的电场强度\n[0021] H0无屏蔽是空间某点的磁场强度\n[0022] E1有屏蔽是空间某点的电场强度\n[0023] H1有屏蔽是空间某点的磁场强度\n[0024] 本发明具有如下优点：\n[0025] 1）等电位连接\n[0026] 在工频短路电流或雷电流入地时会造成接地网局部电位升高，并通过差模干扰或共模干扰耦合进二次回路，形成地电位干扰。为了防止地电位干扰，采取的组合式金属管道具有较低的电阻，并隔段距离与地网相连，强制了地网在电缆通道各点的电位均衡。\n[0027] 2）防雷电流穿越二次电缆\n[0028] 当雷电流通过避雷针、避雷线或避雷器等防雷设备接地引下线入地时，雷电流在入地点形成火花击穿。所述的保护装置为全金属封闭体，可对雷电流进行防护，保护二次电缆免受雷电流穿越和干扰。\n[0029] 3）防止二次电缆上产生感应过电压\n[0030] 当二次电缆上方有雷电活动时，会在二次电缆上产生感应雷过电压，继而从电缆中侵入测量和控制设备，轻者造成计算机系统功能紊乱，重者会造成控制或通讯设备损坏。\n本方法及装置对二次电缆进行了全封闭式的屏蔽保护，有效防止了雷电活动时产生的感应雷过电压。\n[0031] 4）防鼠防火功能\n[0032] 在所述装置内部设置阻隔段，填充砂子阻燃材料，防止老鼠等小动物从所述装置内进入主控室，造成短路故障，危害变电设备的正常运行，大大提高了设备运行的安全性。\n附图说明\n[0033] 图1 电缆等电位保护装置立体设计图\n[0034] 图2 电缆等电位保护装置结构图（俯视图）\n[0035] 图3 电缆等电位保护装置结构图（左视图）\n[0036] 图4 电缆等电位保护装置剖视图（A-A剖）\n[0037] 图5 电缆拐角连接处等电位保护装置立体设计图\n[0038] 图6 电缆拐角连接处等电位保护装置结构图（俯视图）\n[0039] 图7 电缆拐角连接处等电位保护装置结构图（左视图）\n[0040] 图8 电缆拐角连接处等电位保护装置剖视图（B-B剖）\n[0041] 图9 电缆交叉连接处等电位保护装置立体设计图\n[0042] 图10 电缆交叉连接处等电位保护装置结构图（俯视图）\n[0043] 图11 电缆交叉连接处等电位保护装置结构图（主视图）\n[0044] 图12 电缆交叉连接处等电位保护装置剖视图（C-C剖）\n[0045] 图13 电屏蔽体原理示意图\n[0046] 图14 干扰场源与被保护电缆之间电容耦合电路示意图\n[0047] 图15 接地的金属屏蔽体电路示意图\n[0048] 图16 磁屏蔽原理图。\n具体实施方式\n[0049] 一种多功能组合式二次电缆防雷与等电位连接保护方法及装置，它由上、下两部分金属屏蔽材料组成的封闭式电缆管道（4）、左右连接法兰（3）、左右连接螺栓及螺母（2）、上下连接螺栓及螺母（1）构成；保护装置由所述上、下两部分电缆管道（4）组合而成，其装置等效半径和长度视电缆实际情况而定，在封闭式电缆管道（4）内部设置防鼠防火阻断层；\n封闭式电缆管道（4）两端为左右连接法兰（3），法兰（3）有上、下螺栓及螺母（1），用来紧固上、下组合管道；法兰（3）上有四个夹角成90度的圆孔，通过左右连接螺栓及螺母（2）进行左、右部分组合连接，并作为等电位连接；上下连接螺栓及螺母（1）引出接地线连接至地网（或其他接地体）。\n[0050] 为了适用于电缆的各种接口，作为本发明的进一步改进：\n[0051] 在电缆拐角连接处，采用一种拐角式组合型封闭式电缆管道设计（立体效果图、俯视图、主视图、剖视图分别见附图5、6、7、8）。\n[0052] 在电缆交叉连接处，采用一种特殊的三通、四通型组合型封闭式电缆管道设计（立体效果图、俯视图、主视图、剖视图分别见附图9、10、11、12）。\n[0053] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，例如任何板状、盒状、筒状、柱状的屏蔽体、连接部件的形状改变或增加或减少等电位连接极的数量等，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。