雷擊對(duì)變電所電子設(shè)備的危害及其防護(hù)

陳福寶 張建華

【摘 要】由于電子設(shè)備自身所具備的特性，使其在發(fā)生雷電現(xiàn)象時(shí)極易受到雷電電磁脈沖的影響而損壞，影響到電子設(shè)備的正常運(yùn)行。尤其是在對(duì)電力企業(yè)來(lái)講，雷擊對(duì)電子設(shè)備的危害更會(huì)給電力系統(tǒng)的正常發(fā)電、供電帶來(lái)極大的影響，甚至?xí)l(fā)一連串的不良反應(yīng)，造成不可彌補(bǔ)的嚴(yán)重后果。為此，加強(qiáng)對(duì)雷擊電子設(shè)備所造成危害性與其防護(hù)措施的研究是很有必要的?，F(xiàn)本文就通過(guò)分析雷擊對(duì)變電所電子設(shè)備的危害性，來(lái)探討其具體的防護(hù)對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】雷擊；變電所；電子設(shè)備；危害；防護(hù)

雷電是一種自然現(xiàn)象，具有很大的隨機(jī)性與危害性。在很多人的觀念中，都認(rèn)為雷電事故發(fā)生的概率很小，并且只要做好安裝避雷針、引下線以及接地裝置等工作就能夠防止雷電事故的發(fā)生。但事實(shí)上，雷電所帶來(lái)的危害并不單單是強(qiáng)大的瞬間電流與高伏電壓，還有其在傳導(dǎo)瞬間高壓電流時(shí)所引起的電磁場(chǎng)變化。電磁場(chǎng)變化雖然不會(huì)對(duì)人體帶來(lái)直接的傷害，但其卻能夠?qū)Ω鞣N電子設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，從而導(dǎo)致電子設(shè)備損壞而造成各種事故的發(fā)生。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)電子設(shè)備的防雷措施，以避免電子設(shè)備損壞而造成其他事故。以下本文主要針對(duì)變電所的電子設(shè)備防雷問(wèn)題進(jìn)行研究探討，以供參考交流。

1.雷擊對(duì)變電所電子設(shè)備的危害

一般來(lái)講，雷擊所造成的危害主要是通過(guò)四種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即雷電直擊、雷電反擊、感應(yīng)雷以及雷電侵入波。而對(duì)于變電所的電子設(shè)備來(lái)講，其對(duì)設(shè)備的危害方式主要是雷電直擊與感應(yīng)雷。并且經(jīng)過(guò)對(duì)多起雷擊過(guò)電壓造成的變電所運(yùn)行事故進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，由于變電所都設(shè)置有專門的避雷針等避雷設(shè)施，因而受雷電直擊影響而受到損害的事故發(fā)生率很低。大多數(shù)電子設(shè)備因雷擊而損壞的原因主要是因?yàn)楦袘?yīng)雷的作用而造成的。另外，需要引起人們注意的是，除了上述兩種雷擊破壞變電所電子設(shè)備的方式以外，還有一種雷擊方式也會(huì)對(duì)變電所電子設(shè)備造成很大破壞作用，即高壓反擊雷。這三種雷擊方式的危害原理分別如下所示：

1.1雷電直擊

防雷問(wèn)題一直以來(lái)都是變電所建設(shè)過(guò)程中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，在變電所中基本都設(shè)置了較為全面的防雷系統(tǒng)。因此在以往的變電所中，所有的設(shè)備裝置幾乎都在防雷系統(tǒng)的考慮范圍內(nèi)，遭受雷電直擊而造成的設(shè)備損壞問(wèn)題不常出現(xiàn)。但是近年來(lái)信息技術(shù)在變電所設(shè)備運(yùn)行中的使用范圍越來(lái)越廣，這些信息技術(shù)在提高變電所自動(dòng)化運(yùn)行水平的同時(shí)，也給變電所的防雷系統(tǒng)提出了更高的要求。如防誤操作系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等，在設(shè)計(jì)或安裝這些新的電子系統(tǒng)時(shí)，若沒有相應(yīng)的將防雷系統(tǒng)進(jìn)行變更或改善，就很可能導(dǎo)致雷雨季節(jié)，雷電擊穿弱電設(shè)備的現(xiàn)象。

1.2感應(yīng)雷

當(dāng)雷電將電流泄放到大地時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)快速變化的運(yùn)動(dòng)磁場(chǎng)，鄰近的電源線、弱電電纜等相對(duì)切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)高壓，在電流的陡度為90kA/μs，并且環(huán)路為10m時(shí)，在瞬時(shí)內(nèi)感應(yīng)電壓可超過(guò)1000kV，這樣的高壓沿著線路傳輸，會(huì)擊毀線路上的設(shè)備。當(dāng)空氣擊穿放電，電場(chǎng)強(qiáng)度在500kV/m時(shí)，將形成對(duì)系統(tǒng)有明顯作用的電磁場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)中，50Ω細(xì)纜和粗纜的同軸傳輸線，當(dāng)10kV的放電電流，在距離其10m處，在傳輸線的屏蔽層，接地心線感應(yīng)過(guò)電壓大于2500V，將電纜埋入50cm時(shí)，感應(yīng)過(guò)電壓仍大于800V?？梢姡粌H電源線容易產(chǎn)生感應(yīng)浪涌脈沖，弱電電纜和傳感器電纜，即使埋設(shè)在電纜溝或者地下也會(huì)受到雷電電磁脈沖（LEMP）的影響，更不用說(shuō)將其沿地表面鋪設(shè)了。

由于變電所二次回路中的電纜線一般采用在電纜溝內(nèi)鋪設(shè)，有的還沿建筑物表面鋪設(shè)，因此，容易產(chǎn)生感應(yīng)半徑為幾百米范圍內(nèi)的雷電電磁脈沖（LEMP），而導(dǎo)致過(guò)電壓。

1.3高壓反擊雷

雷電襲擊避雷針，由引下線將雷電流引入大地。由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速全部地與大地電荷中和，必然引起局部地電位升高。由于電位差而引起的二次高壓反擊。若雷電電流接地引下線或接地裝置與被保護(hù)物之間的距離小于安全距離時(shí)，由接地裝置向被保護(hù)物產(chǎn)生反擊。此外，由于金屬導(dǎo)體與土壤（或混凝土）的電阻率不同，也會(huì)將地電位差引入二次回路，從而造成二次回路設(shè)備的破壞，特別是當(dāng)接地電阻不合標(biāo)準(zhǔn)或系統(tǒng)埋入電纜絕緣降低時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生加在設(shè)備上的脈沖電壓。此脈沖電壓將會(huì)在作用點(diǎn)或系統(tǒng)耐壓低的地方造成破壞，如測(cè)量模塊、傳感器被損，電纜絕緣降低（電纜絕緣包層被擊穿出現(xiàn)小孔等），而電纜絕緣降低又會(huì)加劇上述后果。由于雷擊點(diǎn)的隨機(jī)性和電磁場(chǎng)的空間分布，以上感應(yīng)過(guò)電壓或雷擊反擊電壓，可能會(huì)作用于系統(tǒng)內(nèi)任一模塊，或存在于系統(tǒng)內(nèi)任意兩根電纜之間。

2.變電所的防雷措施

盡管目前變電所已經(jīng)采取了安裝避雷針、避雷器、引下線以及地網(wǎng)等諸多防雷裝置，但因?yàn)槎喾N因素的影響，這些防雷裝置并不能真正完全實(shí)現(xiàn)防止雷電對(duì)變電所電子設(shè)備造成危害。就拿避雷針來(lái)講，由于避雷針自身的特性，其在使用中會(huì)使變電所遭受雷擊的概率大大增大，使變電所很多電子設(shè)備遭受雷擊危害的可能性大大增加。若不能做好相應(yīng)的防雷措施，避雷針的安裝可能會(huì)適得其反。因此，必須要進(jìn)一步加強(qiáng)變電所的防雷設(shè)計(jì)，提高對(duì)電子設(shè)備的防護(hù)設(shè)置水平，確保變電所在雷雨季節(jié)仍然能夠安全順利進(jìn)行。

根據(jù)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)以及我國(guó)變電所建設(shè)管理的相關(guān)規(guī)定，在對(duì)變電所進(jìn)行防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要按照DBSGP原則進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。其主要的內(nèi)容包括分流設(shè)計(jì)、均壓設(shè)計(jì)、接地設(shè)計(jì)、屏蔽設(shè)計(jì)以及保護(hù)設(shè)計(jì)等方法。其中分流是指在變電所的防雷系統(tǒng)中增加接地引線的設(shè)置數(shù)量，以增大雷擊時(shí)所產(chǎn)生強(qiáng)大電流的分流，減小每根引下線所通過(guò)的電流，從而降低感應(yīng)雷的作用。均壓是指將電子設(shè)備盡可能的設(shè)置成等電位，以減少電位差對(duì)設(shè)備造成的損害。而良好的接地效果和屏蔽效果都是防止雷電發(fā)生產(chǎn)生高壓反擊雷的重要手段，必須要加強(qiáng)這兩方面的設(shè)計(jì)管理。除此之外，對(duì)電子設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)也是防雷系統(tǒng)中的主要內(nèi)容。通過(guò)電子裝置的過(guò)電壓保護(hù)與過(guò)電流保護(hù)裝置的安裝，能夠極大的提高電子設(shè)備自身的抗雷擊性能，防雷效果較好。

電纜溝內(nèi)的電纜鋪設(shè)要合理，不同系統(tǒng)的電纜在電纜溝內(nèi)要分開鋪設(shè)，最好還要屏蔽隔開或者走金屬管內(nèi)；這樣在雷電侵入到弱電系統(tǒng)時(shí)，不會(huì)對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾影響。變電所的微機(jī)保護(hù)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集電纜，必須使用屏蔽電纜，并一定要將屏蔽層在裝置端接地。

良好的接地體是可靠防雷的基本條件，不然會(huì)通過(guò)避雷針、避雷帶等設(shè)備將雷電引入到接地體時(shí)，產(chǎn)生的二次反擊雷將嚴(yán)重危害電子設(shè)備。所以，變電所接地網(wǎng)在變電所投運(yùn)時(shí)，要確保接地電阻滿足規(guī)范要求，并且要定期對(duì)電網(wǎng)的接地電阻進(jìn)行檢測(cè)，確保接地電阻滿足安全運(yùn)行的要求。

避雷針要保證雷電不會(huì)直接擊中變電所內(nèi)的設(shè)備；高壓線路的避雷器，保證雷電不會(huì)通過(guò)高壓電力線侵害到變電所內(nèi)部；在變電所內(nèi)新增加的智能化系統(tǒng)，很容易對(duì)防雷問(wèn)題產(chǎn)生忽視，所以這里特別強(qiáng)調(diào)，設(shè)備的安裝位置和電纜的鋪設(shè)一定要在變電所防雷系統(tǒng)的保護(hù)范圍內(nèi)，保證系統(tǒng)不會(huì)遭受雷擊的直接侵害；系統(tǒng)的弱電電纜前端要采用相應(yīng)的電涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù)，防止感應(yīng)過(guò)電壓或者二次反擊高壓對(duì)設(shè)備的侵害。

3.結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)防雷是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，做好變電所的防雷工作，必須在變電所的設(shè)計(jì)階段就要認(rèn)真考慮。并且在變電所的運(yùn)行中，還需要定期做好對(duì)變電所防雷接地系統(tǒng)檢測(cè)工作，確保防雷系統(tǒng)滿足要求，只有這樣變電所的電子設(shè)備安全運(yùn)行，才不會(huì)受到雷電的危害。

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