配電系統的防雷保護設計

喬忠玲

【摘 要】雷電災害的危害性很大，被列為世界上最嚴重的自然災害之一，可導致人員受傷、財產損失、以及爆炸、通訊故障等事故。配電系統同樣面臨雷電災害的威脅，本文介紹了對終端配電系統的內外部綜合防雷技術，對雷電的成因及對電力系統的影響做了分析，對如何預防雷電災害對電力系統的破壞或有效降低其危害進行了詳細介紹和分析。

【關鍵詞】雷電；配電系統；保護設置

雷電是一種常見的自然現象，一直以直擊雷的方式給人類帶來很多危害，甚至是致命的打擊。其產生的高溫、超強的沖擊波以及電磁輻射等，使其能在瞬間就能夠產生極強的破壞效力，造成人員傷亡，建筑物倒塌、供電以及網絡系統癱瘓等危害。本文將探討配電系統的綜合防雷工作。

1 雷電的原理

雷電是自然界中一種常見的放電現象，是發生在大氣層中的聲、光、電等組合形成的物理現象，是一部分帶電云層與另一部分帶異種電荷的云層與大地之間的放電過程。積雨云在形成的過程中，某些云團帶正電荷，而某些云團帶負電荷。帶負電荷的云層向下靠近地面時，地面的高建筑、大樹等會被感應出正電荷。隨著電場的逐步增強，雷云迅速向下形成下行先導，地面的物體形成向上的閃流，二者相遇形成對地放電。雷電的形成跟大氣運動密不可分，大氣運動形成摩擦，生成云塊切割磁力線。在主放電階段里，由于異性電荷的劇烈中和，會出現很大的雷電流，并隨之發生強烈的閃電和巨響，這就形成了雷電。

2 配電系統遭受雷電危害的原因分析

一般來講，根據雷電對配電系統的影響，將雷電分為四類：直擊雷、球形雷、感應雷、電磁脈沖。下面將分別對以上四種雷電進行分析。

（1）直擊雷又稱落地雷，是云團與地面尖端凸起物之間由于帶電的性質不同導致形成強大電場將空氣擊穿發生的短促猛烈電荷釋放現象。

（2）雷電產生的電流，形成回路，并具有與電流的傳導等效應，在極短時間內以脈沖方式釋放。一般來講，直擊雷的峰值電流可達幾十KA甚至幾百KA，但是持續時間通常只有幾us到十幾us，正因如此直擊雷的破壞作用巨大，其強大的電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波會對放電通道上的建筑、電線、設備、人畜等造成嚴重傷害。

（3）球形雷就是俗稱的球狀閃電，一般會發出橙紅色光，偶爾有黃色和藍色或綠色，形態為球形，因此稱為球形雷，大多數直徑在10～100cm，由于球雷的火球帶有大量熱量，遇到可燃物或易爆物會造成燃燒甚至爆炸，因此它的燒傷力比破壞力要大。

（4）感應雷也叫二次雷，是由于放電通道周邊產生了靜電感應使得建筑物上金屬部件帶電荷，并途經電源線、信號線等進入室內造成放電，繼而損壞電子電器設備，雖然感應雷的威力與直擊雷相比要弱很多，但是它發生的幾率確是后者的很多倍，是常見的雷電事故原因。

（5）電磁脈沖，是由于雷電產生的電磁場對設備造成的干擾，它對配電系統的影響一般為以下三種情況：

一是，電磁脈沖對室內電氣線路和設備的電磁干擾。

二是，防雷裝置起作用時，大電流產生的磁場對室內其他電氣設備的干擾。

三是，雷電引發原有架空線路電磁場擾動，導致的高精度高靈敏度電子設備誤動作。

3 配電系統防雷保護設計

針對不同類型雷電要進行全面設計應對，以下將分別介紹配電系統的防雷保護方法。

（1）直擊雷的防護

常用的防護方法為在建筑物頂端架設避雷針、安裝避雷網，從而構建良導體，迅速將電流引入大地并分散雷電流，國家在此均有強制性執行規范，在此不再贅述。

直擊雷防護要根據需保護建筑物或裝置的重要性以及雷電事故可能造成的危害后果及其發生的概率綜合分析，選擇合理的接閃器類型和安裝高度，選擇引線的尺寸，間距數量、接地電阻等，設置均壓環、等電位連接等措施，避雷針、避雷線、避雷網的架設為配電系統防雷構成第一道防線，雖然不能完全消除雷電的危害，但是由于接閃器與大地有良好的接地設置，使大地積累的電荷能量迅速與雷云的電荷進行中和，由雷擊而造成的過電壓時間極大縮短了，雷擊危害也就得到了很大削弱。

（2）球形雷的防護

單對球形雷的防護措施來看，最好的辦法是籠式防護網，構成良導體網絡，并良好接地，常見的辦法是建筑物門窗安裝金屬網并接地，煙囪出口加鐵絲網并接地，對易燃易爆區域及建筑要安裝阻火器并良好接地。球形雷的成因至今未解，但是由于其電荷通性可通過金屬良導體疏散，可大大降低其危害程度。如圖1所示。

（3）感應雷的防護

感應雷是當雷云、電場、磁場接近建筑物，沒有發生直接性的接觸，感應到能量的現象。根據產生原理，可分為靜電感應雷、電磁感應雷二類。靜電感應雷是金屬導體與雷云之間，以及金屬導體自身產生靜電電壓，形成高電壓，產生電火花、電擊、爆炸等災害，危及供電等系統的正常使用。靜電感應雷的形成，如圖2所示。

電磁感應雷，根據麥克斯韋電磁理論可知：變化的電場或磁場、都相應伴隨著變化的磁場或電場。因此，電磁感應雷是由于雷電放電時，產生了巨大的沖擊雷電流，并在其周圍空間產生迅速變化的極強磁場引發的一種現象。這種電磁感應雷對電子設備形成干擾信號，并進行破壞，積累熱量，引起燃燒或者火災。

大家知道通過避雷針、接地引下線、接地體埋地等措施，現代建筑的防雷措施已經基本可以做到防避直擊雷。但是對于感應雷，應如何防范呢？

感應雷侵入的主要途徑包括供電線、電話線、有線電視或者無線電視饋線、房屋的外墻或者柱子，將建筑物的鋼筋結構、金屬架構等連接起來，形成閉環電路，用良好的連接方式，把建筑物法拉第籠和該建筑物的防雷接地進行連接，來避免接地線之間較大電位差的出現。

電源系統的有效防雷方式，應在高壓端各相之間、低壓側、樓層配電箱分別安裝防雷裝置、閥門式裝置、避雷箱作，實現三級保護，設計綜合型較強的布線系統，進行有效防雷。endprint

（4）電磁脈沖的防護

1）等電位連接（Equipotent Bonding）

等電位連接是用等電位連接器等相關設備把彼此不關聯的接地系統連接在一起，通過自動的方式，將系統內部產生的電位差進行導通，形成聯合接地系統，達到釋放異常能量的目標。

2）電磁屏蔽 （Electromagnetic Shielding）

電磁屏蔽必須用導電性較好的材料，阻斷或減少交變電磁場對雷電覆蓋區域產生穿透。雷電電磁脈沖一般以圓形向外部傳播，可達5公里甚至更遠。用此屏蔽方式，可極大縮小半徑。

3）空間電磁屏蔽技術是通過分布在不同方位具有可靠的的金屬導體層來阻隔電磁波的侵入，通過將電磁能在屏蔽體上轉化為電能，再泄放入地。

4）過電壓保護（Overt Olathe Rotation）

過電壓保護是要達到能量合理釋放、低殘壓保護用電設備。當出現過高電壓時，過電壓保護設備該系統的用電設備將分配到這部分電能，目的是最大可能的去削減電量最大值，用電設備共同分擔電壓，再通過對各用電設備的多級安全保護，達到保護作用

4 配電系統防雷接地裝置

對10KV裸導線，在雷電活動頻繁區域安裝避雷器，同時按要求做好桿塔的接地。10KV絕緣線線路如架空電纜，要采取以下防雷措施：（1）安裝避雷線。（2）提高線路絕緣子耐壓水平。（3）在多雷區域按照一定檔距裝設避雷器，減少雷擊斷線事故。（4）延長閃爍路徑，局部增加絕緣強度。（5）局部剝離絕緣導線，使之成為裸導線，避免電弧在一點燒灼。

低壓線路要從變壓器出口變壓器出口安裝低壓避雷器或擊穿保險，同時做好接地，接地電阻≦4Ω；中性點接地的電網，接地點應在電源點接地。

近年來，獨立接地逐漸的被共同接地方式取代，由于一點接地會產生信號干擾和“噪音”。因此，現在很少采用，利用環形接地構建等電位連接通路，可大大提高建筑物及內部設備的防雷能力。

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