配电系统的防雷保护设计

乔忠玲

【摘 要】雷电灾害的危害性很大，被列为世界上最严重的自然灾害之一，可导致人员受伤、财产损失、以及爆炸、通讯故障等事故。配电系统同样面临雷电灾害的威胁，本文介绍了对终端配电系统的内外部综合防雷技术，对雷电的成因及对电力系统的影响做了分析，对如何预防雷电灾害对电力系统的破坏或有效降低其危害进行了详细介绍和分析。

【关键词】雷电；配电系统；保护设置

雷电是一种常见的自然现象，一直以直击雷的方式给人类带来很多危害，甚至是致命的打击。其产生的高温、超强的冲击波以及电磁辐射等，使其能在瞬间就能够产生极强的破坏效力，造成人员伤亡，建筑物倒塌、供电以及网络系统瘫痪等危害。本文将探讨配电系统的综合防雷工作。

1 雷电的原理

雷电是自然界中一种常见的放电现象，是发生在大气层中的声、光、电等组合形成的物理现象，是一部分带电云层与另一部分带异种电荷的云层与大地之间的放电过程。积雨云在形成的过程中，某些云团带正电荷，而某些云团带负电荷。带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的高建筑、大树等会被感应出正电荷。随着电场的逐步增强，雷云迅速向下形成下行先导，地面的物体形成向上的闪流，二者相遇形成对地放电。雷电的形成跟大气运动密不可分，大气运动形成摩擦，生成云块切割磁力线。在主放电阶段里，由于异性电荷的剧烈中和，会出现很大的雷电流，并随之发生强烈的闪电和巨响，这就形成了雷电。

2 配电系统遭受雷电危害的原因分析

一般来讲，根据雷电对配电系统的影响，将雷电分为四类：直击雷、球形雷、感应雷、电磁脉冲。下面将分别对以上四种雷电进行分析。

（1）直击雷又称落地雷，是云团与地面尖端凸起物之间由于带电的性质不同导致形成强大电场将空气击穿发生的短促猛烈电荷释放现象。

（2）雷电产生的电流，形成回路，并具有与电流的传导等效应，在极短时间内以脉冲方式释放。一般来讲，直击雷的峰值电流可达几十KA甚至几百KA，但是持续时间通常只有几us到十几us，正因如此直击雷的破坏作用巨大，其强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波会对放电通道上的建筑、电线、设备、人畜等造成严重伤害。

（3）球形雷就是俗称的球状闪电，一般会发出橙红色光，偶尔有黄色和蓝色或绿色，形态为球形，因此称为球形雷，大多数直径在10～100cm，由于球雷的火球带有大量热量，遇到可燃物或易爆物会造成燃烧甚至爆炸，因此它的烧伤力比破坏力要大。

（4）感应雷也叫二次雷，是由于放电通道周边产生了静电感应使得建筑物上金属部件带电荷，并途经电源线、信号线等进入室内造成放电，继而损坏电子电器设备，虽然感应雷的威力与直击雷相比要弱很多，但是它发生的几率确是后者的很多倍，是常见的雷电事故原因。

（5）电磁脉冲，是由于雷电产生的电磁场对设备造成的干扰，它对配电系统的影响一般为以下三种情况：

一是，电磁脉冲对室内电气线路和设备的电磁干扰。

二是，防雷装置起作用时，大电流产生的磁场对室内其他电气设备的干扰。

三是，雷电引发原有架空线路电磁场扰动，导致的高精度高灵敏度电子设备误动作。

3 配电系统防雷保护设计

针对不同类型雷电要进行全面设计应对，以下将分别介绍配电系统的防雷保护方法。

（1）直击雷的防护

常用的防护方法为在建筑物顶端架设避雷针、安装避雷网，从而构建良导体，迅速将电流引入大地并分散雷电流，国家在此均有强制性执行规范，在此不再赘述。

直击雷防护要根据需保护建筑物或装置的重要性以及雷电事故可能造成的危害后果及其发生的概率综合分析，选择合理的接闪器类型和安装高度，选择引线的尺寸，间距数量、接地电阻等，设置均压环、等电位连接等措施，避雷针、避雷线、避雷网的架设为配电系统防雷构成第一道防线，虽然不能完全消除雷电的危害，但是由于接闪器与大地有良好的接地设置，使大地积累的电荷能量迅速与雷云的电荷进行中和，由雷击而造成的过电压时间极大缩短了，雷击危害也就得到了很大削弱。

（2）球形雷的防护

单对球形雷的防护措施来看，最好的办法是笼式防护网，构成良导体网络，并良好接地，常见的办法是建筑物门窗安装金属网并接地，烟囱出口加铁丝网并接地，对易燃易爆区域及建筑要安装阻火器并良好接地。球形雷的成因至今未解，但是由于其电荷通性可通过金属良导体疏散，可大大降低其危害程度。如图1所示。

（3）感应雷的防护

感应雷是当雷云、电场、磁场接近建筑物，没有发生直接性的接触，感应到能量的现象。根据产生原理，可分为静电感应雷、电磁感应雷二类。静电感应雷是金属导体与雷云之間，以及金属导体自身产生静电电压，形成高电压，产生电火花、电击、爆炸等灾害，危及供电等系统的正常使用。静电感应雷的形成，如图2所示。

电磁感应雷，根据麦克斯韦电磁理论可知：变化的电场或磁场、都相应伴随着变化的磁场或电场。因此，电磁感应雷是由于雷电放电时，产生了巨大的冲击雷电流，并在其周围空间产生迅速变化的极强磁场引发的一种现象。这种电磁感应雷对电子设备形成干扰信号，并进行破坏，积累热量，引起燃烧或者火灾。

大家知道通过避雷针、接地引下线、接地体埋地等措施，现代建筑的防雷措施已经基本可以做到防避直击雷。但是对于感应雷，应如何防范呢？

感应雷侵入的主要途径包括供电线、电话线、有线电视或者无线电视馈线、房屋的外墙或者柱子，将建筑物的钢筋结构、金属架构等连接起来，形成闭环电路，用良好的连接方式，把建筑物法拉第笼和该建筑物的防雷接地进行连接，来避免接地线之间较大电位差的出现。

电源系统的有效防雷方式，应在高压端各相之间、低压侧、楼层配电箱分别安装防雷装置、阀门式装置、避雷箱作，实现三级保护，设计综合型较强的布线系统，进行有效防雷。endprint

（4）电磁脉冲的防护

1）等电位连接（Equipotent Bonding）

等电位连接是用等电位连接器等相关设备把彼此不关联的接地系统连接在一起，通过自动的方式，将系统内部产生的电位差进行导通，形成联合接地系统，达到释放异常能量的目标。

2）电磁屏蔽 （Electromagnetic Shielding）

电磁屏蔽必須用导电性较好的材料，阻断或减少交变电磁场对雷电覆盖区域产生穿透。雷电电磁脉冲一般以圆形向外部传播，可达5公里甚至更远。用此屏蔽方式，可极大缩小半径。

3）空间电磁屏蔽技术是通过分布在不同方位具有可靠的的金属导体层来阻隔电磁波的侵入，通过将电磁能在屏蔽体上转化为电能，再泄放入地。

4）过电压保护（Overt Olathe Rotation）

过电压保护是要达到能量合理释放、低残压保护用电设备。当出现过高电压时，过电压保护设备该系统的用电设备将分配到这部分电能，目的是最大可能的去削减电量最大值，用电设备共同分担电压，再通过对各用电设备的多级安全保护，达到保护作用

4 配电系统防雷接地装置

对10KV裸导线，在雷电活动频繁区域安装避雷器，同时按要求做好杆塔的接地。10KV绝缘线线路如架空电缆，要采取以下防雷措施：（1）安装避雷线。（2）提高线路绝缘子耐压水平。（3）在多雷区域按照一定档距装设避雷器，减少雷击断线事故。（4）延长闪烁路径，局部增加绝缘强度。（5）局部剥离绝缘导线，使之成为裸导线，避免电弧在一点烧灼。

低压线路要从变压器出口变压器出口安装低压避雷器或击穿保险，同时做好接地，接地电阻≦4Ω；中性点接地的电网，接地点应在电源点接地。

近年来，独立接地逐渐的被共同接地方式取代，由于一点接地会产生信号干扰和“噪音”。因此，现在很少采用，利用环形接地构建等电位连接通路，可大大提高建筑物及内部设备的防雷能力。

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