現(xiàn)代配電系統(tǒng)主動(dòng)與被動(dòng)防雷電技術(shù)措施研究

殷兆海

【摘要】配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)中直接與用戶相連并向用戶分配電能的重要環(huán)節(jié)，由架空線或電纜配電線路、配電所或配電變壓器、斷路器、補(bǔ)償電容、各種開關(guān)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、測量和計(jì)量儀表以及通信和控制設(shè)備等組成，除因電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、停電檢修、拉閘限電等因素會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)供電可靠性下降外，雷擊也是造成配電網(wǎng)供電可靠性下降的一個(gè)重要因素。在直擊雷和感應(yīng)雷等的影響下，容易造成配電線路及配電設(shè)備的損害。因此，做好防雷減災(zāi)工作，是適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全的迫切需要。

【關(guān)鍵詞】配電系統(tǒng)；雷電防護(hù)；供電可靠性；社會(huì)效益； 用電安全；設(shè)備損害

1引言

據(jù)初步分析，雷電災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失主要發(fā)生在城市和電力、石化、通信等行業(yè)部門，雷擊人身傷亡事故主要發(fā)生在農(nóng)村地區(qū)，而防雷裝置不完善和防雷意識(shí)淡薄是造成雷電災(zāi)害的主要原因。雷電災(zāi)害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災(zāi)害的一大氣象災(zāi)害。做好防雷減災(zāi)工作，不僅是安全生產(chǎn)不可缺少的重要環(huán)節(jié)，也是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村、構(gòu)建社會(huì)主義和諧社會(huì)的重要保障。

2直擊雷的防護(hù)

提起防雷，人們馬上就會(huì)想到避雷針、避雷網(wǎng)（帶）、引下線及地網(wǎng)，有了這些并不意味著咱們的設(shè)備就安全了，這只不過是解決雷擊時(shí)不使強(qiáng)大的雷電直接擊中處于地表面較高位置的設(shè)施和設(shè)備（目前城市中因感應(yīng)雷而造成的損失遠(yuǎn)比直擊雷造成的損失大）。但是采取首先防直擊雷的措施是必要的。當(dāng)雷發(fā)生時(shí)產(chǎn)生瞬間放電，此時(shí)放電通道將產(chǎn)生 6000℃～10000℃以上的高溫，雷電電流可達(dá) 200～300 千安，在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電磁場。場內(nèi)所有導(dǎo)電物體上均感應(yīng)出很高的電動(dòng)勢。雷擊時(shí)還將產(chǎn)生震動(dòng)及聲光效應(yīng)?？梢娎讚魰r(shí)它的能量是多么強(qiáng)大。

通常人們在防直擊雷時(shí)采用避雷針、避雷網(wǎng)（帶）等作為接閃器，用引下線將雷電電流引入大地，以地網(wǎng)來快速分散雷電流。至于接閃器的高度（視其被保護(hù)對象而定）、引下線的根數(shù)（視其被保護(hù)面積等來定），地網(wǎng)要求（根據(jù)實(shí)際需求來定）以上種種，國家均有強(qiáng)制性執(zhí)行規(guī)范。

此外，直擊雷不只在裝有避雷針、避雷網(wǎng)（帶）之上發(fā)生，凡處在地表表面的凸出物比如高（低）壓輸電線、電話線、電視接收天線、電桿、旗桿、樹、竹等均屬直接引雷入地的良導(dǎo)體（避雷針其實(shí)稱它為引雷針更恰當(dāng)）。直接雷在引下線上產(chǎn)生的強(qiáng)電流在其周圍感應(yīng)出強(qiáng)磁電場。另外在離它很近的有導(dǎo)電性能的金屬管道、電子、電器設(shè)備、有源、無源導(dǎo)體（人也包括其中），將會(huì)與泄流裝置之間產(chǎn)生一定的電位差，發(fā)生放電現(xiàn)象（這就是人們常說的“電壓反擊”），這時(shí)設(shè)備或人均容易受損和傷亡。雷電流引入大地時(shí)（因?yàn)榇蟮厥欠稚⒗纂娏鞯牧紝?dǎo)體）引入點(diǎn)電位很高，因土壤中又存在一定土壤電阻率，那么在土地的不同點(diǎn)就相應(yīng)產(chǎn)生了電位差，（我們稱它為跨步電壓），可見離雷電入地點(diǎn)越近地電壓越高，雷擊時(shí)人絕不可離它太近或在近處走動(dòng)。

所以，對直擊雷的防護(hù)措施，首先，應(yīng)根據(jù)需保護(hù)的建（構(gòu)）筑物或裝置等重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按照有關(guān)防雷規(guī)范，正確劃分為三類。其次，根據(jù)規(guī)范對各類防雷建（構(gòu)）筑物或裝置的不同要求，選擇合理的接閃器（針、網(wǎng)、帶）類型和高度、引下線的截面積、間距及數(shù)量、接地裝置的結(jié)構(gòu)和達(dá)到設(shè)計(jì)要求的接地電阻。均壓環(huán)的設(shè)置及距離、等電位連接、防高電位反擊的距離等措施，這樣一來就形成較為全面的直擊雷防護(hù)措施。

3感應(yīng)雷的防護(hù)

感應(yīng)雷擊是由于雷電引起的靜電感應(yīng)和雷電電磁脈沖通過電源供電線路，室內(nèi)外信號數(shù)據(jù)傳輸線、天饋線進(jìn)入機(jī)房的各種管道、電纜進(jìn)入電子信息系統(tǒng)，擊毀各類用電設(shè)備和微電子芯片，使設(shè)備遭到永久性損失。

防御雷電引起的靜電感應(yīng)和電磁脈沖干擾的理想防雷設(shè)計(jì)方案是籠式避雷網(wǎng)，它利用的是法拉第籠原理。建筑物的金屬結(jié)構(gòu)物遍及各處，不用很多鋼材就可很容易連接起來形成法拉第籠，從而建筑物內(nèi)的電子設(shè)備得到很好的屏蔽。屏蔽做得好，不僅能防御空間電磁波的輻射，而且還可使建筑物內(nèi)部的分流和均壓達(dá)到最佳效果。這里要說明，屏蔽的做法應(yīng)根據(jù)建筑物內(nèi)電子設(shè)備的要求決定。由于設(shè)備的性質(zhì)不同，因此，有的要求僅對設(shè)備本身做屏蔽，有的要求在設(shè)備與設(shè)備之間做屏蔽，還有的要求在機(jī)房做屏蔽。正因?yàn)檫@個(gè)問題的重要，所以 1995 年國際電工委員會(huì)建筑物防雷分委會(huì)（IEC/TC-81）在《雷電電磁脈沖的防護(hù)》的標(biāo)準(zhǔn)中提出了防雷保護(hù)區(qū)的概念。

因此，防御雷電引起的靜電感應(yīng)和電磁脈沖對室內(nèi)布線的要求非常嚴(yán)格。由于用作引下線的鋼筋混凝土柱內(nèi)的鋼筋和整個(gè)建筑物的屏蔽網(wǎng)都在外墻處，雷電流需經(jīng)此處的鋼筋分流到接地裝置上，所以外墻處的電流密度大，電磁場強(qiáng)。因此，建筑物中的電源和通信等線路的主干線不應(yīng)靠近外墻，最好設(shè)置在建筑物的中心部位，如電梯井在中心部位，可設(shè)置在電梯井的近旁。建筑物內(nèi)的各種電氣饋線都要穿金屬管保護(hù)或采用雙層屏蔽電纜（或同軸電纜）。在一些有特殊要求的線路電源側(cè)，還應(yīng)加裝電涌保護(hù)器、隔離變壓器、穩(wěn)頻、穩(wěn)壓以及濾波等裝置。

防御雷電電磁脈沖對接地的要求也很嚴(yán)格。電子系統(tǒng)的低頻信號工作接地應(yīng)采用單點(diǎn)接地系統(tǒng)，在整個(gè)建筑物內(nèi)應(yīng)為樹干式結(jié)線布置。各層或各段的低頻信號工作接地均應(yīng)直接接到單點(diǎn)接地板上，不得形成環(huán)路。單點(diǎn)接地系統(tǒng)不應(yīng)與用作防雷引下線的柱子平行，以防強(qiáng)磁場干擾。由于是利用建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋作屏蔽，因此必須采用綜合共同接地方式，即將防雷接地、電源的工作接地、各種裝置的外殼、鐵管外皮和高頻電子設(shè)備的信號接地都統(tǒng)一接到建筑物的基礎(chǔ)上或室外接地裝置上。各層單點(diǎn)接地系統(tǒng)的區(qū)域接地板或終端接地板如需要與綜合共用接地系統(tǒng)的裝置接地板連接，應(yīng)在它們之間加裝不大于直流 300V 的放電管或壓敏電阻。綜合共用接地的電阻一般應(yīng)在 1 歐姆以下，對于特殊的電子設(shè)備，可在 0.5 歐姆以下。確定接地電阻時(shí)，應(yīng)考慮各種設(shè)備對接地電阻值的要求，在所要求的各種阻值下，應(yīng)取最低值。

4球形雷的防護(hù)

就防護(hù)球雷措施而言，最好是籠式避雷網(wǎng)，如果達(dá)不到籠式避雷網(wǎng)條件，就在建筑物的門窗上安裝金屬紗網(wǎng)并接地；堵好建筑物墻面上不必要的孔洞；煙囪與出氣管上口均要加裝鐵絲網(wǎng)并接地；儲(chǔ)存或損傷易燃易爆物體的倉庫和廠房的煙囪和放氣管應(yīng)加裝阻火器并接地。對高大樹木下的重要建筑物尤其要采取防護(hù)球雷的措施。

5等電位聯(lián)接防護(hù)

等電位聯(lián)接：（包括簡單可靠的金屬性連接和 SPD 瞬態(tài)均衡電位連接）是將雷電侵入

的“路”斷掉，使其不對內(nèi)部設(shè)施造成損壞。等電位連接是將各類電氣、電子信息設(shè)備和分開的導(dǎo)電裝置用等電位連接導(dǎo)體連接，以減少裝置所在建筑物金屬構(gòu)件與裝置之間或裝置與裝置之間因雷電產(chǎn)生的電位差。利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物所有金屬構(gòu)件的多重連接，建立一個(gè)三維的連接網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)等電位連接的最佳選擇。任何器件之間的電位差均衡到它們可以接受的程度，則永遠(yuǎn)不會(huì)被電擊穿損壞。

6結(jié)束語

總之，防雷工作是一件十分重要的工作，而且是個(gè)系統(tǒng)工程，近年來越來越被人們所重視。通過對防雷技術(shù)的分析，對日后配電工程防雷設(shè)計(jì)應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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