配電系統(tǒng)雷電侵入危害及防雷保護(hù)研究

摘 要：雷電侵入配電系統(tǒng)對(duì)建筑物和電力系統(tǒng)的損壞非常巨大，配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施及設(shè)計(jì)研究極具意義。根據(jù)配電系統(tǒng)的特殊結(jié)構(gòu)分析了雷電侵入的主要原因及其危害，在此基礎(chǔ)上基于現(xiàn)代防雷技術(shù)提出了配電系統(tǒng)的防雷措施，并針對(duì)性的分析了配電系統(tǒng)的防雷防護(hù)設(shè)計(jì)和方法，最后以昆明火車北站站房及博物館改造工程為實(shí)例進(jìn)行實(shí)證分析，一定程度上為配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；雷電；防雷保護(hù)；實(shí)證分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.121

1 引言

雷電是當(dāng)前人類不能控制和阻止發(fā)生的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，其發(fā)生時(shí)具有極快的時(shí)間特效，產(chǎn)生較強(qiáng)的電壓與電磁干擾。直接與用戶及設(shè)備對(duì)接的最后一個(gè)電力節(jié)點(diǎn)便是配電系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全嚴(yán)重影響了設(shè)施運(yùn)行，因此配電系統(tǒng)的安全及防雷保護(hù)在電力供給中具有極高的地位。信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，配電系統(tǒng)也隨著技術(shù)的發(fā)展不斷趨于信息化與集成化，雷電對(duì)配電系統(tǒng)的干擾損害及破壞形式更加嚴(yán)峻，高度信息化的產(chǎn)品在雷電強(qiáng)大電壓及電磁干擾下極其容易失效。配電系統(tǒng)使用的現(xiàn)代化通信設(shè)備即使在幾千米以外的高空雷閃都有一定可能造成其損壞，貼別是當(dāng)配電系統(tǒng)的建筑遭到雷電入侵時(shí)，會(huì)嚴(yán)重?fù)p害設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，從而導(dǎo)致配電系統(tǒng)不能正常工作。在電子設(shè)備較多的配電室內(nèi)需要合理安排不同設(shè)備的擺放位置，同時(shí)需要對(duì)整個(gè)建筑采取一定的防雷措施，從而首先避免建筑受到雷電的入侵，其次是保障配電設(shè)備的安全。研究配電系統(tǒng)的雷電入侵危害及安全措施是多學(xué)科交叉融合的綜合工作，當(dāng)前我國針對(duì)配電設(shè)施的防雷接地等還存在不完善的地方，特別是隨著現(xiàn)代化設(shè)施的應(yīng)用，如何保障配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止雷電入侵亟待完善。

2 配電系統(tǒng)雷電侵入的主要類型及危害分析

大氣中的放電現(xiàn)象被稱作是雷電，時(shí)間極短，幾十微秒便可成產(chǎn)生上萬安培的電流，同時(shí)可以釋放超級(jí)大的熱量，能夠讓氣溫度瞬間上升上萬攝氏度。配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中從變電站出口都具體用戶的關(guān)鍵部位，如果雷電入侵產(chǎn)生巨大的電流侵入到配電系統(tǒng)，將會(huì)給配電系統(tǒng)造成毀滅性的破壞。配電系統(tǒng)雷電侵入的主要類型及危害主要類型如圖1所示。

雷電對(duì)配電系統(tǒng)的影響眾多，主要有直擊雷、感應(yīng)雷、球形雷、雷電電磁脈沖四類，雷擊危害的破壞主要包括電作用的破壞、機(jī)械作用破壞、電磁作用破壞和熱作用的破壞四個(gè)方面。直擊雷入侵配電系統(tǒng)后，會(huì)導(dǎo)致多種原件及相關(guān)設(shè)備在強(qiáng)大的電流作用下，導(dǎo)致整個(gè)電氣設(shè)備的絕緣性被破壞，造成設(shè)備報(bào)廢，產(chǎn)生火花引起火災(zāi)及放生爆炸，從而嚴(yán)重威脅配電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。感應(yīng)雷會(huì)由外部各種強(qiáng)、弱電架空線路或電纜線路傳來的電磁波對(duì)建筑物內(nèi)電子設(shè)備的干擾，引起微機(jī)的誤動(dòng)作和永久性損壞。球雷可以通過自身巨大的熱量，對(duì)配電系統(tǒng)造成巨大的燒傷，并由于撞擊作用產(chǎn)生爆炸，對(duì)配電系統(tǒng)及建筑造成劇烈的危害。雷電的電磁脈沖會(huì)由于自身的電磁場，通過電源的供電線路進(jìn)入到配電的機(jī)房內(nèi)，破壞機(jī)房及電力設(shè)施。

3 配電系統(tǒng)現(xiàn)代防雷措施及保護(hù)設(shè)計(jì)分析

配電系統(tǒng)遭受雷電入侵有很大的可能是是直接被雷電打擊，因此在對(duì)于配電系統(tǒng)的建筑要首先設(shè)置避雷針，對(duì)于防止雷電波的入侵冊(cè)需要針對(duì)雷電波的特點(diǎn)，設(shè)置避雷器。同時(shí)對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)中的各種電力設(shè)施及終端采取一定的防雷措施，從而避免設(shè)備的絕緣被破壞。總的來說現(xiàn)代防雷技術(shù)與措施是人類與雷電不斷斗爭中凝結(jié)新技術(shù)和方法，對(duì)于配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)首先是進(jìn)行建筑的外部保護(hù)，通過防雷等措施將大部分的入侵的雷電電流通過直接接閃進(jìn)入大地；其次是通過內(nèi)部保護(hù)與過壓保護(hù)相結(jié)合的方式，對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行有效的過壓保護(hù)，配電系統(tǒng)現(xiàn)代防雷措施及保護(hù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

如圖2所示，配電系統(tǒng)的主題建筑首先要通過避雷針的設(shè)計(jì)，保障整個(gè)配電系統(tǒng)的建筑主體避免受到雷電的直接攻擊，配電系統(tǒng)建筑主體采用避雷針是防止配電系統(tǒng)遭受直擊雷入侵的最有效措施之一。對(duì)于不同的配電系統(tǒng)，需要針對(duì)性的設(shè)計(jì)避雷針，一般均需要加裝獨(dú)立的避雷針；對(duì)于配電系統(tǒng)的進(jìn)線需要加裝防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，在配電系統(tǒng)的進(jìn)線端進(jìn)行避雷線的布設(shè)，從而有效減少配電設(shè)施遭受雷電入侵后的沖擊。為防止雷電波入侵，在加裝過壓保護(hù)裝置同時(shí)，需要與避雷器進(jìn)行組合連接，從而有效保障在配電設(shè)備的沖擊耐壓超過雷電波的過壓幅值。利用好建筑物自身的金屬結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)防雷的措施避免配電系統(tǒng)遭受雷電入侵，特別是感應(yīng)雷和電磁脈沖的干擾。最后配電系統(tǒng)要采用獨(dú)立的接地體系，加裝的所有避雷設(shè)計(jì)及設(shè)施均需要接入大地?？偟膩碚f，配電系統(tǒng)的防雷極其重要，需要針對(duì)配電系統(tǒng)的自身特性，設(shè)備使用需求與運(yùn)行方式等多方面綜合考慮，構(gòu)建科學(xué)的防雷系統(tǒng)。

4 防雷工程案列分析

昆明火車北站站房及云南鐵路博物館改造工程中電氣工程設(shè)計(jì)到10/0.4KV變、配電系統(tǒng)、室內(nèi)動(dòng)力及照明配電系統(tǒng)、室外道路照明。在防雷保護(hù)上，本工程首先按照第二類建筑物防雷措施設(shè)防，機(jī)車館利用屋面突出金屬作防直擊雷的接閃器，部分區(qū)域利用建筑物金屬屋面做接閃器，并與人工避雷帶焊接連通，綜合館采用φ10圓鋼焊接成10*10m或12*8m避雷網(wǎng)格，采用屋頂裝飾鋼管作避雷針。通過如此設(shè)計(jì)，當(dāng)機(jī)車館的建筑遭到雷電攻擊時(shí)，避雷針首先將雷電引入到自身，并通過接地系統(tǒng)將電流引入到大地，從而有效的保障建筑自身及建筑內(nèi)部的電力設(shè)施。部分如圖3所示。

（3）低壓配電室采用零線接地的接零保護(hù)系統(tǒng)TN-S，中性線和保護(hù)地線（PE）在接地點(diǎn)后均分開，同時(shí)對(duì)正常狀態(tài)下不帶點(diǎn)，但是在絕緣破壞后可能存在電壓的一切電氣設(shè)備金屬外殼均接地；配電間、設(shè)備機(jī)房等處設(shè)局部等電位聯(lián)結(jié)；通過采用總等電位聯(lián)結(jié)，將建筑物內(nèi)保護(hù)干線、設(shè)備進(jìn)線總管、建筑物金屬構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)結(jié)；配電間低配柜及下級(jí)配電箱分別設(shè)1-2級(jí)過電壓保護(hù)裝置，主要保護(hù)通訊等弱電設(shè)備及動(dòng)力設(shè)備，3級(jí)過電壓保護(hù)裝置由設(shè)備提供；室外照明配電采用局部T-T型接地保護(hù)系統(tǒng)。室內(nèi)高低壓配電防雷保護(hù)如圖4圖5所示。接地系統(tǒng)中采用強(qiáng)弱電共用聯(lián)合接地裝置，接地極采用自然接地極，并與附近接地網(wǎng)連通。消防控制室及弱電設(shè)備用房的接地利用大樓統(tǒng)一接地裝置，獨(dú)立設(shè)引下線（NH-BV-1*25-SC32）；動(dòng)力設(shè)備機(jī)房預(yù)埋兩處接地鋼板并沿不同路徑直接接地。

5 總結(jié)

配電系統(tǒng)防雷是設(shè)計(jì)多學(xué)科交叉融科的綜合工程，需要綜合考慮配電系統(tǒng)的整體與局部，綜合作用與設(shè)備功效，在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)上需要針對(duì)性的設(shè)計(jì)防雷的措施，并根據(jù)電力設(shè)施及裝備的特性，選擇擺放及布設(shè)的條件，在此基礎(chǔ)上完成科學(xué)的配電系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王喜越，韓東旭，冀石等.雷電對(duì)供電系統(tǒng)和電氣的危害與防御措施[J].科技與企業(yè)，2014（17）：341.

[2]陶磊，陳建華，孫磊.雷電對(duì)供電系統(tǒng)和電氣的危害與防御策略[J].華夏地理，2014（07）.

[3]馮寧.鐵路變配電所的雷擊危害及防雷技術(shù)分析[J].電氣化鐵道，

2008（01）：22-24.

[4]李長峰，華海娣，華燁.電力配電系統(tǒng)的防雷與接地技術(shù)探析[J]. 城市建設(shè)理論研究：電子版，2014（20）.

[5]戴蘇，楊龍威.淺談電力配電系統(tǒng)的防雷與接地技術(shù)分析[J]. 華東科技：學(xué)術(shù)版，2014（02）：257.

[6]鄒金生，鄒鑫.淺析電力系統(tǒng)通信機(jī)房的防雷接地技術(shù)研究[J]. 農(nóng)家科技旬刊，2013（08）.

作者簡介：陸剛（1973-），男，云南昆明人，副經(jīng)理，工程師，研究方向：工程建設(shè)電力工程。endprint