【正文】 免受雷擊 。 由于避雷針與大地有良好的電氣連接，能把大地積存的電荷能量迅速傳遞到雷雨云層中泄放；或把雷雨云層中積存的電荷能量傳遞到大地中泄放，使雷擊而造成的過電壓時間大大的縮短，從很大程度上降低了雷擊的危害性，這就是避雷針的工作原理。 但需要說明，避雷針必須有足夠可靠，并且有接地電阻盡量小的引下線接地裝置與其配套，否則，它不但起不到避雷的作用，反而增大雷擊的損害程度。 3 當人類社會進入電子信息時代后，雷災出現(xiàn)特點與以往有極大的不同，可以概括為： （ 1） 受災面大大擴大，從電力、建筑這兩個傳統(tǒng)領域擴展到幾乎所有行業(yè) ，特點是與高新技術關系最密切的領域，如航天、航空、國防郵電通信、計算機、電子工業(yè)、石油化工、金融證券等； （ 2） 從二維空間入侵變?yōu)槿S空間入侵。從閃電直擊和過電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場從三維空間入侵到任何角落，無空不入地造成災害，因而防雷工程已從防直擊雷、感應雷進入防雷電電磁脈沖（ LEMP）。前面是指雷電的受災行業(yè)面擴大了，這兒指雷電災害的空間范圍擴大了。例如二 000 年七月二十五日 14點 40分左右，一次閃電造成漕寶路桂菁路附近二家單位同時受到雷災，而不是以往的一次閃電只是一個建筑物受損。 （ 3） 雷災的經(jīng)濟損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對象本身的直接經(jīng)濟損失有時并不太大，而由此產生的間接經(jīng)濟損失和影響就難以估計。例如一九九九年八月二十七日凌晨 2點，某尋呼臺遭受雷擊，導致該臺中斷尋呼數(shù)小時，其直接損失是有限的，但間接損失將大大超過直接損失。 （ 4） 產生上述特點的根本原因，也就是關鍵性的特點是雷災的主要對象已集中在微電子器件設備上。雷電的本身并沒有變，而是科學技術的發(fā)展，使得人類社會的生產生活狀況變了。微電子技術的應用滲透到各種生產和生活領域，微電子器件極端靈敏，這一特點很容易受到無孔不入的 LEMP 的作用，造成微電子設備的失控或者損壞。 為此，當今時代的防雷工作的重要性、迫切性、復雜性大大增加了，雷電的防御已從直擊雷防護到系統(tǒng)防護，我們必須站到歷史時代的新高度來認識和研究現(xiàn)代防雷技術 。 4 2 主要的雷擊方式 隨著我國現(xiàn)代化建設的不斷提高，各類先進的電子設備廣泛地運用到了各電壓等級的變電站內。但是一方面由于電子設備內部結構高度集成化，從而造成設備耐壓、耐過電流的水平下降，對雷電（包括感應雷及操作過電壓浪涌）的承受能力下降，另一方面由于信號來源路徑增多，系統(tǒng)較以前更容易遭受雷電波侵入。 雷的直擊和繞擊 雷云單體浮在大地上空，其所帶電荷拖著地表相反電荷猶如一個影子隨風移動。如果途經(jīng)變電站的避雷針或地表其他突出物，地電荷會導致突出物頂端電場畸變集中。閃電開展之前先是雷云底部的始發(fā)先導按間歇分級躍進方式向地表發(fā)展，當距地面 50～ 100m 時，由避雷針等地表電場畸變集中的地方產生垂直向上的迎面先導。兩者相接，進入直擊或繞擊的主放電階段。 通常當?shù)孛嫔贤怀鑫锏母叨葹?h，雷云正下方的平均電場強度大于和等于 kV/m 時，則該突出物將容易受到直擊雷。原因是高為 h 的避雷針可影響雷云單體向下的 始發(fā)先導發(fā)展方向的半徑，用公式表述為： R＝ 。該式還表明，地表安裝獨立避雷針后，將會在其附近出現(xiàn)大量的散擊，甚至對避雷針進行直擊，對受避雷針保護范圍內的物體進行繞擊。 一次雷擊主放電一般為幾萬安培到十幾萬安培，釋放的能量相當大，瞬間所產生的強大電流、灼熱的高溫、猛烈的沖擊波、劇變的靜電場和強烈的電磁輻射等物理效應給人們的生產生活帶來多種危害，如引起火災和大爆炸，金屬導體連接部分斷裂破損，建筑物倒塌，電氣設備損壞等等。 雷擊反擊 直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。假如地電阻為 10Ω，一個 30kA的雷電流將會使地網(wǎng)電位上升至 300kV。如果受雷擊變電站輸電線路來自另一個5 不同地網(wǎng)的變電站，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，導致與輸電線路相連的電氣設備的損壞。 不僅僅是輸電線路、動力電纜，凡是引進變電站的金屬管線都會引起雷電反擊。 另一種雷電反擊，對變電站的電子設備危害也不容忽視。雷電流沿變電站的接地網(wǎng)散流，支線上的雷電流和各點電位差異很大。連接在不同等電位地網(wǎng)上的電子設備，如果其間有電信號聯(lián)系，那么超過其容許承受能力的地電位差將導致設備損壞。 感應雷 直擊雷放電 的能量通過電磁感應和靜電感應方式向四周輻射，導致設備過電壓放電，則為感應雷。感應雷雖然沒有直接雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應雷的破壞也稱為二次破壞。雷電流變化梯度很大，會產生強大的交變磁場，使得周圍的金屬構件產生感應電流，這種電流可能向周圍物體放電，如附近有可燃物就會引發(fā)火災和爆炸，而感應到正在聯(lián)機的導線上就會對設備具有強烈的破壞性。顯然，感應雷危害是大面積的，是電子設備的克星。 有資料計算表明，當雷電電流為 30 kA 斜角波，雷云高度為 3 km，導線高度為 10m，擊中距末端匹配的 500m 長架空線 路中點 100m 處地面時，線路上感應電壓為 150 kV 幅值的振蕩波。此波為電磁感應和靜電感應共同作用的結果。 事實上，在生產實踐中，雷擊的靜電感應破壞力數(shù)倍于電磁感應。靜電感應還可用雷電的二次效應理論來解釋。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上與雷云相反的等量電荷。當雷擊過后，雷擊點地表變?yōu)殡姾傻南鄬昭ǎ車唠姾蓞^(qū)域內與地電位相對絕緣的導體上的電荷，將像受突然擊發(fā)的水波一樣沖向雷擊點，導致設備打火，絕緣受損和電子設備失效。特別注意的是電子設備的高阻抗輸入回路，信號回路等引線較長，且直接連接的金屬體積較大處，雖 然已作電磁屏蔽（采用屏蔽電纜且屏蔽層兩端接地）仍會遭受厄運。 6 3 變電站防雷措施 避雷針 為免遭直擊雷破壞，變電站一般采用獨立避雷針和構架避雷針進行防雷保護。其結構均分為接閃器、引下線和接地體，防雷原理相同。 獨立避雷針的保護范圍對地面為 （針高），對超過針高一半的空間其保護范圍只能在 45 角內校核。目前國際上流行的一種滾球法理論校核獨立避雷針的保護范圍比較符合實際。滾球法理論認為直擊和繞擊與雷云帶電量有關，能量越小的雷越易產生繞擊。可形象地解釋為一個半徑與雷云帶電量成比例的以雷云先導為圓心 的球，滾落在地面上。到碰到避雷針尖為止。球與地面接觸點到針尖這段弧，如果碰不到被保護物體，則被保護物處在保護范圍內。如中等強度的雷云 (U0=50MV),按雷電先導的閃擊距離公式 rs= ，可得球的半徑為 133m，在此情況下得出的保護半徑比有關設計規(guī)程的大一些。按防雷規(guī)范核保護范圍，一般 110kV 中等規(guī)模變電站采用 3～ 5根， 35 kV 變電站 1～ 4根 30m左右避雷針，即可以覆蓋全站被保護區(qū)范圍。 避雷針的年雷擊次數(shù)，可按經(jīng)驗公式 N= n k(l+5h)(b+5h)106計算。其中 n為年雷暴日數(shù)， k 為校正系數(shù)，金屬結構取 2， l、 b、 h 分別為建筑物的長、寬、高。按該式在年雷暴日為 40的地區(qū)， 35kV 室外終端變電站，母線構架 高，受雷擊概率為每年 次，而加 1根 30m 高避雷針后，則每年將受 次雷擊。如果一個變電站有 4 根針，每邊相距 50m，雷擊概率則為 次 /年。由于避雷針的存在，建筑物上落雷機會反倒增加，內部設備遭感應雷危害的機會和程度一般來說是增加了。 限流式避雷針 —— 主要用于直擊雷的防護。因為避雷針將強大的直擊雷電流，通過建筑鋼筋或引下線泄放置地網(wǎng)，可能 會造成附近設備遭受雷電電磁脈沖的干擾。雷擊避雷針時，雷電流流經(jīng)避雷針及其接地裝置，避雷針與被保護設備或構架之間的空氣間隙被擊穿而造成跳火事故，雷電流越大，跳火的可能性越大。 消弱空間雷電電磁脈沖強度、降低跳火的有效方法，就是減小雷電流的強度。安裝限流式避雷針系統(tǒng)有以下特點：采用阻抗限流等綜合技術，降低雷電泄放時7 產生的危險；降低雷電流幅值、上升沿陡度減緩；降低對周圍的二次電磁感應；引下線高端電位降低，防止側向跳火；抑制地電位反擊。 表 31 限流型避雷針性能指標 型號 雷電通流容量 KA 200 300 陡度衰減倍率 ≥ 25 ≥ 33 幅值衰減倍率 (％ ) ≤ 80 ≤ 80 電阻Ω ≤ 1 ≤ 1 高度 m 3 2 質量 KG 20 42 最大抗風強度 40 40 避雷器 為了防護感應雷和輸電線路的雷電侵入波的危害，變電站內采用了避雷器。以前裝設的避雷器大多為裝在線路端的管型避雷器和裝在母線、設備處的閥型避雷器，目前均由性能更好的金屬氧化物避雷器所取代。 由于雷電侵入波主要對 35kV 以下系統(tǒng)危害較大，變電站著重對 35kV 和 10kV線路入侵波進行了防護。對 35kV 架空進線，一般是采用進線段 1～ 2km 的架空避雷線配其兩端的管型避雷器進行防護。對 10kV 線路，則每條進線均采用一組閥型或氧化鋅避雷器進行防護。上述防護措施均未考慮低壓部分過電壓，未考慮雷電入侵波或危險電位通過進所金屬管線引入構成對電子設備的威脅。 8 4 變電站防雷保護方案與接地 防雷保護方案 變電所是重要的電力樞紐 ,一旦發(fā)生雷擊事故 ,就會造成大面積停電。一些重要設備如變壓器等 ,多半不是自恢復絕緣 ,其內部絕緣如故發(fā)生閃絡 ,就會損壞設備。因此 ,變電所實際上是完全耐雷的。 變電所的雷害事故來自兩個方面 :一是雷直擊變電所 。二是雷擊輸電線路產生的雷電波沿線路侵入變電所。 對直擊雷的防護一般采用避雷針或避雷線。對雷電侵入波的防護的主要措施是閥式避雷器限制過電壓幅值 ,同時輔之以相應措施 ,以限制流過閥式避雷器的雷電流和降低侵入波的陡度。 為了防止變電所遭受直接雷擊 ,需要安裝避雷針、避雷線和輔設良好的接地網(wǎng)。裝設避雷針 (線 )應該使變電所的所有設備和建筑物處于保護范圍內。還應該使被保護物體與避雷針 (線 )之間留有一定距離，因為雷直擊避雷針 (線 )瞬間的地電位可能提高。如果這一距離不夠大，則有可能在它們之間發(fā)生放電，這種現(xiàn)象稱避雷針 (線 )對電氣設備的反擊或閃絡 。逆閃絡一旦出現(xiàn) ,高電位將加到電氣設備上，有可能導致設備絕緣的損壞。為了避免這種情況發(fā)生 ,被保護物體與避雷針間在空氣中以及地下接地裝置間應有足夠的距離。 按實際運行經(jīng)驗校驗后，我國標準 目前推薦 1d 和 2d 應滿足下式要求 : 1d ≥ iR ＋ , 2d ≥ iR 2d ≥ (41) 在對較大面積的變電所進行保護時 ,采用等高避雷針聯(lián)合保護要比單針保護范圍大。因此，為了對本站覆蓋 ,采用四支避雷針。被保護變電所總長 ,寬 ,查手冊，門型架構高 15m。 D12＝ D34＝ 。D23＝ D14＝ (42) 9 maxD ＝ 22 ? ＝ 135m (43) 0h ＝ h －7D (44) 所以 ,需要避雷針的高度 h 為 : h ＝ 15＋ 7135 ＝ 四只避雷針分成兩個三只避雷針選擇 防雷接地 “防雷在于接地” ,這句話含義說明各種防雷保護裝 置都必須配以合適的接地裝置。將雷電泄入大地，才能有效地發(fā)揮其保護作用。 接地是指將地面上的金屬物體或電氣回路中的某一節(jié)點通過導體與大地保持等電位 ,電力系統(tǒng)的接地按其功用可分三類 : 工作接地 :根據(jù)電力系統(tǒng)正常運行的需要而設置的接地，它所要求的接地電阻值約在 ?的范圍內。 保護接地 :不設這種接地，電力系統(tǒng)也能正常運行 ,但為了人身安全而將電氣設備的金屬外殼等加以接地 ,它是在故障的條件下才發(fā)揮作用的 ,它所要求的接地電阻值處于 110?的范圍內。 防雷接地 :用來將雷電流順利泄入大地