淺談防雷保護(hù)裝置

于源碩+隋江遠(yuǎn)+王磊

摘 要：根據(jù)自然的規(guī)律，正常的雷電放電大多數(shù)都發(fā)生在云層間，對(duì)地面上的人和建筑物的破壞占少數(shù)，但是一旦被雷電擊到，那么是十分危險(xiǎn)的。從全世界范圍來說，每年有4000多人慘遭雷擊，更多數(shù)是雷電電擊電氣設(shè)備產(chǎn)生過電壓，如果不采取任何的措施，這種雷電過電壓會(huì)產(chǎn)生上百萬伏的過電壓，嚴(yán)重的損壞電力設(shè)備和電力系統(tǒng)，甚至危害到人的性命，給國家和相關(guān)的電力部門帶來嚴(yán)重的損失。因此，研究防雷的基本保護(hù)裝置是十分重要的一個(gè)項(xiàng)目，可以保障電力設(shè)備和系統(tǒng)的安全可靠地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：過電壓；雷擊；保護(hù)裝置；電氣設(shè)備

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1.防雷預(yù)測(cè)圖設(shè)計(jì)原則

1.1 雷電參數(shù)

我們通常用雷暴日（Td）和雷電小時(shí)（Th）兩個(gè)參數(shù)反應(yīng)雷電的活動(dòng)強(qiáng)度。雷暴日是指某地區(qū)一年中聽到的雷聲或看到的閃電的天數(shù)的總?cè)掌冢焕妆┬r(shí)是指在某地區(qū)一年內(nèi)能聽到的雷電小時(shí)數(shù)的總小時(shí)，正常一個(gè)雷暴日大約等于3個(gè)雷暴小時(shí)數(shù)。根據(jù)我們長期的對(duì)雷電參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與分析，我國規(guī)定在雷暴日少于15的為少雷區(qū)；雷暴日超過40不超過90的為多雷區(qū)；雷暴日超過90的為強(qiáng)雷區(qū)，我們根據(jù)全國的雷暴日可以繪制防御分布圖，這樣可以針對(duì)不同雷電區(qū)做出完善的防御措施。

1.2 落雷密度

雷電參數(shù)只是反映一個(gè)區(qū)域的雷電的活動(dòng)的頻率，從防雷的根本角度來說，落雷密度是表示雷電對(duì)地面的放電的頻率，落雷密度γ在國際上表示為：每一個(gè)雷暴日里每一平方公里內(nèi)受到的雷擊次數(shù)。公式為γ=0.023Td0 .3，它與雷暴日有關(guān)，雷暴日越大的地區(qū)，落雷密度越大，國家規(guī)定，選取40個(gè)雷暴日為基準(zhǔn)值，則γ=0.07。

2.防雷措施

現(xiàn)代防雷技術(shù)分為內(nèi)部防雷和外部防雷，外部防雷主要是避雷針和避雷線等，主要功能就是保證建筑物或電氣設(shè)備避免直擊雷的入侵，將雷電引入大地。內(nèi)部防雷是在設(shè)備前段安裝防雷器，使設(shè)備和大地在一定的條件下保持等電位，將內(nèi)部所感應(yīng)到的雷電釋放到大地，保證設(shè)備的安全。

2.1 避雷針

避雷針主要是由接閃器、引下線、接地體（地下部分不能用鋁材質(zhì)）3部分組成，它是由金屬制成的，通常安裝在被保護(hù)物的最頂上。它主要是防直接雷，本身具有良好的接地性，可以把雷電吸引過來，讓雷電擊重本身，然后將雷電導(dǎo)入大地，減少雷擊過電壓，達(dá)到保護(hù)的作用，通常適用在變電所和建筑物上，要求35kV變電站必須安裝獨(dú)立的避雷針，110kV及以上的變電站，可以將避雷針安裝在架構(gòu)上。避雷針具有一定的保護(hù)范圍，被保護(hù)物遭雷擊的概率小于0.1%，這就是我們通常說的避雷針的繞擊率。單支避雷針的保護(hù)就像一個(gè)雨傘，在被保護(hù)物體高度為hx的水平面上，保護(hù)半徑rx的計(jì)算公式與避雷針高度h，高度影響系數(shù)p都有一定的關(guān)系。公式如下：

2.2 避雷線

避雷線又稱為架空地線，主要是用于輸電線路的預(yù)防直擊雷保護(hù)，避雷線的保護(hù)長度就是其本身的長度，如今避雷線多用于500kV以上的大型變電站中。但是，避雷線容易腐蝕、斷裂不易找到損壞處，因此存在著部分缺陷。避雷線的保護(hù)范圍rx和避雷針大致相同，與兩避雷線間的水平距離D，避雷線高度h，被保護(hù)物體高度為hx，高度影響系數(shù)p都有一定的關(guān)系，公式如下：

它還可以用保護(hù)角來表示，保護(hù)角是指避雷線同外側(cè)導(dǎo)線連接與垂直線之間的夾角α，保護(hù)角α越小，保護(hù)范圍就越好，一般α取20°～30°。

2.3 避雷器

避雷器實(shí)質(zhì)上是一種放電器，多用于保護(hù)變電所和發(fā)電廠的一些電氣設(shè)備，與被保護(hù)物相互并聯(lián)，當(dāng)過電壓入侵時(shí)，避雷器把入侵波導(dǎo)入大地，限制了過電壓的電壓等級(jí)，從而讓設(shè)備避免損壞。目前常用的避雷器主要有保護(hù)間隙型避雷器、管型避雷器、閥型避雷器、氧化鋅型避雷器。避雷器工作必須瞞住以下4條要求：

（1）正常工作時(shí)候必須隔離導(dǎo)線與大地。

（2）動(dòng)作時(shí)限制雷電入侵波。

（3）動(dòng)作后可靠地切斷工頻電流。

（4）動(dòng)作后不產(chǎn)生截波。

2.3.1 保護(hù)間隙型避雷器

保護(hù)間隙型避雷器是一種最簡(jiǎn)單的避雷器，主要由主間隙和輔助間隙構(gòu)成的，按照形狀分為棒形、環(huán)形、球形等。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，但是存在如下的缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生工頻序流，動(dòng)作后產(chǎn)生截波，放電特性受到環(huán)境影響較大，滅弧能力差。適用于一些不重要的10kV以下的配電線路中，場(chǎng)與自動(dòng)重合閘配合使用。

2.3.2 管型避雷器

管型避雷器是由兩個(gè)互相串聯(lián)的間隙組成，一個(gè)露在外面的間隙是用來隔離工作電壓，另一個(gè)在內(nèi)部的間隙是滅弧間隙。由于它安裝了滅弧裝置，因此保護(hù)性比保護(hù)間隙強(qiáng)，但是受環(huán)境的影響還是較大，伏秒特性差，放電的分散性大，整體和被保護(hù)的設(shè)備不好配合，適用于輸電線路比較弱的發(fā)電廠和變電所進(jìn)線段。

2.3.3 閥型避雷器

閥型避雷器是由火花間隙和非線性電阻相互串聯(lián)構(gòu)成的，非線性電阻的電阻值和流過的電流有關(guān)，電流越大，電阻越小。它具有伏秒特性好、放電分散性小、與被保護(hù)設(shè)備配合性好、閥片提供殘壓可以防止截波、限制工頻電流、動(dòng)作迅速等優(yōu)點(diǎn)。目前我國生產(chǎn)的閥型避雷器主要有普通閥型避雷器和磁吹閥型避雷器兩大類。

2.3.4 氧化鋅型避雷器

在20世紀(jì)70年代發(fā)展出一種新的避雷器，閥片以氧化鋅（ZnO）為原材料的氧化鋅型避雷器。這種避雷器具有良好的保護(hù)性能，利用其良好的非線性伏安特性，在正常工作時(shí)流過避雷器的電流技校，當(dāng)受到雷擊時(shí)候，電阻下降，放出電壓的能量，達(dá)到保護(hù)的效果。氧化鋅型避雷器具有很強(qiáng)的通流能力、優(yōu)越的保護(hù)特性、高度的密封性能、優(yōu)越的機(jī)械性能、高運(yùn)行的可靠性、很強(qiáng)的耐受能力、較高的解污性能等優(yōu)點(diǎn)，因此目前氧化鋅型避雷器得到廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語

避雷針、避雷線和避雷器都有各自的優(yōu)點(diǎn)和用途，我們要針對(duì)不同的地理環(huán)境和要求，選擇最良好的防雷措施，才能達(dá)到最佳的絕緣效果。保護(hù)間隙和管型避雷器主要用于配電系統(tǒng)、變電所和發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)；閥型避雷器和氧化鋅型避雷器主要適用于發(fā)電廠、變電所和變壓器的保護(hù)。雷電過電壓屬于大氣過電壓，對(duì)電力系統(tǒng)的直擊雷、繞擊雷和入侵波都會(huì)引起絕緣子擊穿、引起內(nèi)部的諧振過電壓、直擊到電氣設(shè)備等，除了造成設(shè)備的損壞還會(huì)造成經(jīng)濟(jì)的損失，因此做好雷電防護(hù)工作刻不容緩。

參考文獻(xiàn)

[1]趙玉林.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2]鄺國安.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)防雷技術(shù)[J].電工技術(shù)，2007（9）：28-29.

[3]仇煒，李景祿，馬福，等.變電站二次系統(tǒng)防雷措施的探討[J].電瓷避雷器，2009（2）：27-31.

[4]周澤存，沈其工，方瑜，等.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1998.

[5]趙智大.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2006.

[6]宋博文.九江110kV變電所一次系統(tǒng)的防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)[D].湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，2016.

[7]鐘炯聰.高壓輸電線路綜合防雷措施的分析與探討[D].華南理工大學(xué)，2010.

[8]司馬文霞，李永福，楊慶，等.改進(jìn)網(wǎng)格法及其在雷電參數(shù)統(tǒng)計(jì)中的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2012（8）：1834-1841.

[9]童杭偉，李思南，楊立川.以雷電日和落雷密度為參數(shù)的輸電線路雷擊跳閘率計(jì)算的對(duì)比分析[J].浙江電力，2006（1）：48-49+68.