淺談電力系統(tǒng)的雷電防護(hù)

張健

摘 要：主要介紹了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的雷電防護(hù)理念，雷電防護(hù)的主要技術(shù)，了理解電力系統(tǒng)的雷電防護(hù)理念為雷電防護(hù)做好充分的準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；雷電；防護(hù)

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各種現(xiàn)代化信息網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化系統(tǒng)的建立，雷電災(zāi)害給經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成的損失和影響越來(lái)越大，本文主要就電力系統(tǒng)雷電雷電防護(hù)及應(yīng)對(duì)措施做了詳細(xì)研究，為電力系統(tǒng)雷電防護(hù)做了有益的探索。

1 雷電防護(hù)的概念

1.1 雷電防護(hù)意義

自然災(zāi)害中，雷擊引起的的災(zāi)害頻繁發(fā)生，在20世紀(jì)末聯(lián)合國(guó)組織的國(guó)際減災(zāi)十年活動(dòng)中將雷電確定為的全球最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，任一時(shí)刻全球平均約有 2000多個(gè)雷暴在進(jìn)行，平均每秒有 100次閃電。每個(gè)閃電強(qiáng)度可高達(dá) 10億V，全球每年因雷擊造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失不計(jì)其數(shù)，導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、信息系統(tǒng)癱瘓等事故頻繁發(fā)生，從衛(wèi)星、通信、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)乃至每個(gè)家庭的用電設(shè)備都會(huì)受到雷電災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。

1.2 雷擊的分類(lèi)

雷擊可簡(jiǎn)單分為直擊雷和感應(yīng)雷。

1.2.1 直擊雷

是帶電云層與建筑物、大地、其他物體或防雷裝置之間發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，并由此伴隨而產(chǎn)生的電效應(yīng)、熱效應(yīng)或機(jī)械力等一系列的破壞作用，主要危害建筑物、建筑物內(nèi)電子設(shè)備和人。

直擊雷的電壓峰值通常可達(dá)幾萬(wàn)伏甚至幾百萬(wàn)伏，電流峰值可達(dá)幾十KA乃至幾百KA，其之所以破壞性很強(qiáng)，主要原因是雷云所蘊(yùn)藏的能量在極短的時(shí)間（其持續(xù)時(shí)間通常只有幾u(yù)s到幾百u(mài)s）就釋放出來(lái)，從瞬間功率來(lái)講，是巨大的。

1.2.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是指當(dāng)雷云來(lái)臨時(shí)地面上的一切物體，尤其是導(dǎo)體，由于靜電感應(yīng)，都聚集起大量的雷電極性相反的束縛電荷，在雷云對(duì)地或?qū)α硪焕自崎W擊放電后，云中的電荷就變成了自由電荷，從而產(chǎn)生出很高的靜電電壓（感應(yīng)電壓）其過(guò)電壓幅值可達(dá)到幾萬(wàn)到幾十萬(wàn)伏，這種過(guò)電壓往往會(huì)造成建筑物內(nèi)的導(dǎo)線，接地不良的金屬物導(dǎo)體和大型的金屬設(shè)備放電而引起電火花，從而引起火災(zāi)、爆炸、危及人身安全或?qū)╇娤到y(tǒng)造成的危害。

1.3 雷電防護(hù)的誤區(qū)

過(guò)去雷電防護(hù)是相對(duì)冷僻的學(xué)科，很多人認(rèn)為雷電防護(hù)只要安裝避雷針就可以萬(wàn)物一失了；有的人則認(rèn)為安裝了防雷器就可以保護(hù)設(shè)備安全運(yùn)行；甚至還有人認(rèn)為只要做好接地系統(tǒng)就無(wú)須再考慮其他的防雷措施等等，雷電防護(hù)理念嚴(yán)重滯后。

2 電力系統(tǒng)雷電防護(hù)技術(shù)

雷電防護(hù)應(yīng)從直擊雷防護(hù)和感應(yīng)雷防護(hù)兩方面同時(shí)著手，具體措施可以分為：分流、屏蔽、等電位連接、過(guò)電壓保護(hù)和接地5個(gè)方面。

2.1 分流

（1）分流是指利用接閃器將直擊雷電流沿引下線安全的引入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上。接閃器的主要代表有避雷線、避雷帶和避雷網(wǎng)。

（2）接閃器的工作原理

當(dāng)出現(xiàn)雷雨云的時(shí)候，大地由于靜電感應(yīng)作用，會(huì)帶上與雷雨云相反的電荷，而接閃器處于地面建筑物的最高處，與雷云的距離最近，由于它與有較好的電氣連接，所以它于大地有相同的電位，使接閃器附近空間的電場(chǎng)強(qiáng)度比較大，容易吸引雷電，使主放電都集中到接閃器的上，從而保護(hù)附近比它低的物體遭受雷擊。

（3）接閃器的類(lèi)型

①避雷線

接閃器最初的形式只是磨尖的鐵棒。20世紀(jì)初，在電力系統(tǒng)重，為了避免輸電線路少受雷擊，采用在輸電線路上方架設(shè)鋼線避雷的方法，在實(shí)際應(yīng)用中，由于它簡(jiǎn)單有效，得到了很快推廣。避雷線是指架設(shè)在輸電線路上方的鋼線。避雷線一般采用截面積不小于 35mm2的鍍鋅鋼絞線架設(shè)。

②避雷帶

在建筑物防雷措施上使用的避雷帶，它是由避雷線改進(jìn)而來(lái)，用金屬帶代替鋼線接閃。在高層建筑上，避雷帶比避雷針有較突出的優(yōu)點(diǎn)，它可以與房屋的外形較好的配合，即美觀、防雷效果又好，特別是大面積的建筑物，它的保護(hù)范圍更大，這是避雷針?biāo)鶡o(wú)法相比的。

③避雷網(wǎng)

避雷網(wǎng)是指利用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)作為雷電保護(hù)的方法。

一般建筑物的結(jié)構(gòu)，鋼筋距表層只有5～7cm，面層越薄，雷擊點(diǎn)的洞越小。但是有些建筑物的防水層和隔熱層較厚，鋼筋距面層厚度大于20cm，最好另裝輔助避雷網(wǎng)。輔助避雷網(wǎng)其網(wǎng)格越密可靠性越好。一般可用直徑為7mm或以上的鍍鋅圓鋼。

2.2 屏蔽

屏蔽是指被保護(hù)系統(tǒng)中采用屏蔽線或穿金屬管代替金屬導(dǎo)線均鋪設(shè)。在系統(tǒng)控制室或配電機(jī)房等電子設(shè)備集中的房屋中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使控制室形成一個(gè)“法拉第”籠，所以采用屏蔽的方式，將金屬管代替金屬導(dǎo)線用以防止外來(lái)電磁波干擾控制室內(nèi)設(shè)備。

2.3 等電位連接

等電位連接是指將被保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)的所有金屬物進(jìn)行電氣連接，并在控制室或配電機(jī)房等電子設(shè)備集中的空間內(nèi)采用銅排連接，減小需要防雷的空間內(nèi)各金屬物與系統(tǒng)之間的電位差，以均衡所連接各點(diǎn)之間的電位。

2.4 過(guò)電壓保護(hù)

過(guò)電壓保護(hù)是指在各電子設(shè)備的電源線、信號(hào)線以及安裝相應(yīng)的專(zhuān)用防雷器，利用防雷器的保護(hù)特性，將線路上過(guò)電壓限制在設(shè)備能承受的范圍內(nèi)，保護(hù)設(shè)備免遭損壞。

2.5 接地

接地是防雷技術(shù)最重要的環(huán)節(jié)，雷電防護(hù)措施最終都是把雷電流泄放入大地。因此，沒(méi)有良好的接地裝置是不能可靠防雷的。

2.5.1 接地的理念

接地是利用大地作為接地電流回路，在電氣設(shè)備與大地之間實(shí)現(xiàn)的電氣連接，它將設(shè)備接地處的電位固定為所允許的值。

（1）工作接地——利用大地作為回路的方法減小電氣設(shè)備與大地間的相電位。

（2）保護(hù)接地——為防止由于電器設(shè)備的絕緣破壞而發(fā)生人身事故，采用保護(hù)接地措施，它一方面降低跨步電壓，將電氣設(shè)備與大地表明將存在的電位差降低，使得故障電流流入大地上層時(shí)，其擴(kuò)散能力最小，另一方面降低接觸電壓，將電器設(shè)備的機(jī)架、機(jī)殼和走線架等金屬部分與大地間的電壓降到允許的數(shù)值。

（3）屏蔽接地——為防止因外來(lái)干擾電磁場(chǎng)和電氣回路間的直接耦合，利用屏蔽接地，減小回路間產(chǎn)生串音影響。

（4）防過(guò)電壓接地——為避免因過(guò)電壓引起的人身事故和電氣設(shè)備的損壞而采取的接地措施。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙尤新，曾小春.電力系統(tǒng)無(wú)功電壓控制和規(guī)劃的理論與模型[J].甘肅電力，1991，（6）：71.

（作者單位：黃陵礦業(yè)集團(tuán)煤矸石發(fā)電有限公司）