現代配電系統主動與被動防雷電技術措施研究

殷兆海

【摘要】配電網是電力系統中直接與用戶相連并向用戶分配電能的重要環節，由架空線或電纜配電線路、配電所或配電變壓器、斷路器、補償電容、各種開關、繼電保護、自動裝置、測量和計量儀表以及通信和控制設備等組成，除因電網結構薄弱、停電檢修、拉閘限電等因素會導致配電網供電可靠性下降外，雷擊也是造成配電網供電可靠性下降的一個重要因素。在直擊雷和感應雷等的影響下，容易造成配電線路及配電設備的損害。因此，做好防雷減災工作，是適應社會經濟發展，保障人民生命財產安全的迫切需要。

【關鍵詞】配電系統；雷電防護；供電可靠性；社會效益； 用電安全；設備損害

1引言

據初步分析，雷電災害造成的經濟損失主要發生在城市和電力、石化、通信等行業部門，雷擊人身傷亡事故主要發生在農村地區，而防雷裝置不完善和防雷意識淡薄是造成雷電災害的主要原因。雷電災害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質災害的一大氣象災害。做好防雷減災工作，不僅是安全生產不可缺少的重要環節，也是建設社會主義新農村、構建社會主義和諧社會的重要保障。

2直擊雷的防護

提起防雷，人們馬上就會想到避雷針、避雷網（帶）、引下線及地網，有了這些并不意味著咱們的設備就安全了，這只不過是解決雷擊時不使強大的雷電直接擊中處于地表面較高位置的設施和設備（目前城市中因感應雷而造成的損失遠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。當雷發生時產生瞬間放電，此時放電通道將產生 6000℃～10000℃以上的高溫，雷電電流可達 200～300 千安，在其周圍空間產生瞬變的強電磁場。場內所有導電物體上均感應出很高的電動勢。雷擊時還將產生震動及聲光效應?？梢娎讚魰r它的能量是多么強大。

通常人們在防直擊雷時采用避雷針、避雷網（帶）等作為接閃器，用引下線將雷電電流引入大地，以地網來快速分散雷電流。至于接閃器的高度（視其被保護對象而定）、引下線的根數（視其被保護面積等來定），地網要求（根據實際需求來定）以上種種，國家均有強制性執行規范。

此外，直擊雷不只在裝有避雷針、避雷網（帶）之上發生，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體（避雷針其實稱它為引雷針更恰當）。直接雷在引下線上產生的強電流在其周圍感應出強磁電場。另外在離它很近的有導電性能的金屬管道、電子、電器設備、有源、無源導體（人也包括其中），將會與泄流裝置之間產生一定的電位差，發生放電現象（這就是人們常說的“電壓反擊”），這時設備或人均容易受損和傷亡。雷電流引入大地時（因為大地是分散雷電流的良導體）引入點電位很高，因土壤中又存在一定土壤電阻率，那么在土地的不同點就相應產生了電位差，（我們稱它為跨步電壓），可見離雷電入地點越近地電壓越高，雷擊時人絕不可離它太近或在近處走動。

所以，對直擊雷的防護措施，首先，應根據需保護的建（構）筑物或裝置等重要性、使用性質、發生雷電事故的可能性和后果，按照有關防雷規范，正確劃分為三類。其次，根據規范對各類防雷建（構）筑物或裝置的不同要求，選擇合理的接閃器（針、網、帶）類型和高度、引下線的截面積、間距及數量、接地裝置的結構和達到設計要求的接地電阻。均壓環的設置及距離、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措施。

3感應雷的防護

感應雷擊是由于雷電引起的靜電感應和雷電電磁脈沖通過電源供電線路，室內外信號數據傳輸線、天饋線進入機房的各種管道、電纜進入電子信息系統，擊毀各類用電設備和微電子芯片，使設備遭到永久性損失。

防御雷電引起的靜電感應和電磁脈沖干擾的理想防雷設計方案是籠式避雷網，它利用的是法拉第籠原理。建筑物的金屬結構物遍及各處，不用很多鋼材就可很容易連接起來形成法拉第籠，從而建筑物內的電子設備得到很好的屏蔽。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部的分流和均壓達到最佳效果。這里要說明，屏蔽的做法應根據建筑物內電子設備的要求決定。由于設備的性質不同，因此，有的要求僅對設備本身做屏蔽，有的要求在設備與設備之間做屏蔽，還有的要求在機房做屏蔽。正因為這個問題的重要，所以 1995 年國際電工委員會建筑物防雷分委會（IEC/TC-81）在《雷電電磁脈沖的防護》的標準中提出了防雷保護區的概念。

因此，防御雷電引起的靜電感應和電磁脈沖對室內布線的要求非常嚴格。由于用作引下線的鋼筋混凝土柱內的鋼筋和整個建筑物的屏蔽網都在外墻處，雷電流需經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。因此，建筑物中的電源和通信等線路的主干線不應靠近外墻，最好設置在建筑物的中心部位，如電梯井在中心部位，可設置在電梯井的近旁。建筑物內的各種電氣饋線都要穿金屬管保護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，還應加裝電涌保護器、隔離變壓器、穩頻、穩壓以及濾波等裝置。

防御雷電電磁脈沖對接地的要求也很嚴格。電子系統的低頻信號工作接地應采用單點接地系統，在整個建筑物內應為樹干式結線布置。各層或各段的低頻信號工作接地均應直接接到單點接地板上，不得形成環路。單點接地系統不應與用作防雷引下線的柱子平行，以防強磁場干擾。由于是利用建筑物結構鋼筋作屏蔽，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備的信號接地都統一接到建筑物的基礎上或室外接地裝置上。各層單點接地系統的區域接地板或終端接地板如需要與綜合共用接地系統的裝置接地板連接，應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在 1 歐姆以下，對于特殊的電子設備，可在 0.5 歐姆以下。確定接地電阻時，應考慮各種設備對接地電阻值的要求，在所要求的各種阻值下，應取最低值。

4球形雷的防護

就防護球雷措施而言，最好是籠式避雷網，如果達不到籠式避雷網條件，就在建筑物的門窗上安裝金屬紗網并接地；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并接地；儲存或損傷易燃易爆物體的倉庫和廠房的煙囪和放氣管應加裝阻火器并接地。對高大樹木下的重要建筑物尤其要采取防護球雷的措施。

5等電位聯接防護

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

的“路”斷掉，使其不對內部設施造成損壞。等電位連接是將各類電氣、電子信息設備和分開的導電裝置用等電位連接導體連接，以減少裝置所在建筑物金屬構件與裝置之間或裝置與裝置之間因雷電產生的電位差。利用鋼筋混凝土結構的建筑物所有金屬構件的多重連接，建立一個三維的連接網絡是實現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，則永遠不會被電擊穿損壞。

6結束語

總之，防雷工作是一件十分重要的工作，而且是個系統工程，近年來越來越被人們所重視。通過對防雷技術的分析，對日后配電工程防雷設計應用具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 蘇邦禮.雷電與避雷工程[M].廣州.中山大學出版社.1996

[2] 陳渭民.雷電學原理[J].北京氣象出版社.2003