【正文】 經(jīng)計(jì)算，在對角線上 各點(diǎn)的場強(qiáng)大小分別如表 所示。通常電子信息設(shè)備擺放高度約 米左右，因此我們得到首次雷擊一、二層 高度的磁場分布等值曲線如圖 、 所示。建筑物 c 安全空間為 4m 4m 8m，這對機(jī)房的使用效率和設(shè)備安置來說是不合理的，大大浪費(fèi)了建筑物空間，而實(shí)際上也不會把機(jī)房電子設(shè)備局限于這個(gè)空間內(nèi)。 KH—— 形狀系數(shù) ( m/1 )，取 KH=( m/1 )。 對于建筑物 b、 c，離機(jī)房墻壁和頂面 以內(nèi)的 Vs 區(qū)域內(nèi)，機(jī)房里的電子設(shè)備設(shè)施可能遭受雷電感應(yīng)電磁場最大值為 。根據(jù)圖 所示的 b 型建筑物，機(jī)房所在建筑物鋼筋結(jié)構(gòu)為 4m 4m，計(jì)算如下。 lg() 鋼（見注 3） 20距離機(jī)房越近，雷電流產(chǎn)生的電磁場在機(jī)房里的值也越大。這個(gè)發(fā)生鄰近雷擊時(shí)雷擊點(diǎn)與屏蔽體最短的距離，把它定義為最小鄰近雷擊最小擊距。 圖 b 建筑模型 (3) 三層磚墻結(jié)構(gòu)或鋼筋結(jié)構(gòu)建筑物， 12m 12m 12m 規(guī)格。 (1) 磚墻結(jié)構(gòu)或鋼筋結(jié)構(gòu)建筑物， 12m 12m 4m 規(guī)格。小于 10Gs 的磁感應(yīng)強(qiáng)度雖然不足以損壞設(shè)備，但是會縮短設(shè)備的正常使用壽命。但實(shí)際情況并非都是這樣，而是根據(jù)各變電站自身特 點(diǎn)和設(shè)計(jì)時(shí)的考慮進(jìn)行分配的。由此可知，后續(xù)雷擊所產(chǎn)生的環(huán)路感應(yīng)電壓要比首次雷擊強(qiáng)，后續(xù)雷擊的破壞作用大。 (1)單位能量 W/R 根據(jù)表 以及表 中的相關(guān)參數(shù)，參考式 (32)可計(jì)算如下 22)()2/1(/ TIRW ???? ?????? /10350)200()()2/1(/ 2)350/10( MJskARW s ?? ?????? / 0 0)50()()2/1(/ 2)100/( MJskARW s ?? 16 (2)最大陡度 kA/μs 根據(jù)表 以及表 中的相關(guān)參數(shù)，參考式 (34)可得出下列方程組 首次雷擊 (10/350μs) ?????????????????????????????6146121035 01010442211tttteeeeeetttttt?????? 后續(xù)雷擊 () ?????????????????????????????61461210100442211tttteeeeeetttttt?????? 解上述方程組求得。 ?????????? )( 2/)2c o s1()(2100tTTtI ftIti ? 2110 TtT Tt ???? 式 (35) (3) 斜角波函數(shù) 余弦曲線計(jì)算較為繁瑣，因而往往簡化為直線，也就是用斜角波來表示，通過最大陡度和平均陡度的轉(zhuǎn)化，可以使采用斜角波的計(jì)算結(jié)果和采用余弦波的計(jì)算結(jié)果基本一致。在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流的波形可采用 。s) 350 350 350 Qs 電荷量（ C） 100 75 50 W/R 單位能量（ MJ/Ω） 10 表 后續(xù)雷擊的雷電流參量 雷電流參數(shù) 防雷建筑物類別 一類 二類 三類 I 幅值（ KA） 50 25 T1波頭時(shí)間（ 181。主要參數(shù)包括持續(xù)時(shí)間和電荷量。據(jù)實(shí)測統(tǒng)計(jì)結(jié)果，半值時(shí)間為 10～ 200μs，短時(shí)雷電脈沖波平均半峰值時(shí)間為 50μs 左右。 O1：虛原點(diǎn) I：峰值電流 T1：波頭時(shí)間 T2：半值時(shí)間 圖 短時(shí)雷擊電流波形 (1)峰值電流 I 雷電流為非周期性沖擊波，其峰值與氣侯、自然條件等有關(guān)，具有隨機(jī)性。s） 30 75 200 90 最大電流變化 di/dt（ KA/181。感應(yīng)過電壓從幾百伏到數(shù)萬伏不等，這就對變電站內(nèi)的敏感的二次設(shè)備構(gòu)成了威脅。一次系統(tǒng)受到避雷針等外部防雷設(shè)施的保護(hù)，加之本身屬于高壓部分，耐過電壓能力較高。 在考慮操作過電壓時(shí)，還應(yīng)考慮到系統(tǒng)突然失去負(fù)荷后或者對稱短路后切除故障時(shí)出現(xiàn)的動態(tài)電壓升高和空載長線路由于導(dǎo)線的電容效應(yīng)在線路末端所引起的工頻電壓升高。另外，從變電站二次系統(tǒng)設(shè)備雷擊損害案例以及對陜西電網(wǎng)公司運(yùn)維人員的調(diào)查都確確實(shí)實(shí)地表明：變電站二次系統(tǒng)雷擊的危害性是嚴(yán)重的，對整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行的影響至關(guān)重要。 2．陜西電網(wǎng)公司各分公司因地域差異、氣候環(huán)境差異較大，發(fā)生雷擊損害的變電站占總數(shù)的百分比從 1%～ 20%不等。如 2020 年 4 月流水變遭受雷擊后，后臺機(jī)、 DSA201 總控單元、 10kV 5 臺保護(hù)通信芯片等同時(shí)損壞。僅 2020 年，陜西安康供電局電網(wǎng)二次系統(tǒng)設(shè)備就遭受7 次雷電襲擊。 8． 2020年 4月，安康地區(qū)流水變綜自系統(tǒng)因雷擊后臺機(jī)、 DSA201總控單元、 10KV5臺保護(hù)通信芯片損壞。 ?? 在陜西境內(nèi)，也多次發(fā)生變電站二次系統(tǒng)設(shè)備雷擊損害案例，尤以寶雞、安康、榆林等地區(qū)為甚。經(jīng)分析， 5012,5013開關(guān)斷控屏跳閘是由于雷電流侵入遠(yuǎn)動控制屏的二次回路造成。 2． 2020 年《行政許可法》頒布實(shí)施后，《國務(wù)院對確需保留的行政審批項(xiàng)目設(shè)定行政許可的決定》（國務(wù)院令第 412 號）第 377 項(xiàng)規(guī)定： “ 防雷裝置檢測、防雷工程專業(yè)設(shè)計(jì)、施工單位資質(zhì)認(rèn)定 ” 的實(shí)施機(jī)關(guān)是 “ 中國氣象局和省、自治區(qū)、直轄市氣象主管機(jī)構(gòu) ” ，第 378 項(xiàng)規(guī)定： “ 防雷裝置設(shè)計(jì)審核和竣工驗(yàn)收 ” 的實(shí)施機(jī)關(guān)是 “ 縣以上地方氣象主管機(jī)構(gòu) ” 。近年來，隨著大量的雷擊事故的發(fā)生，防雷工作已經(jīng)得到國家和各行業(yè)主管部門的高度重視，防雷相關(guān)的法規(guī)、重要文件、標(biāo)準(zhǔn)都相繼推出。美國通用研究公司提供的研究報(bào)告表明，磁場脈沖超過 高斯，就可引起計(jì)算機(jī)失效，磁場脈沖超過 高斯就可以引起集成電路永久性損壞。 IEEE 研究表明，電力系統(tǒng)過電壓的 80%為內(nèi)部系統(tǒng)造成， 20%為雷電導(dǎo)致。 然而，這些以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)備因其集成度高、工作電壓低，耐過電壓、過電流和抗雷電電磁脈沖的能力差，在變電站復(fù)雜的電磁環(huán)境下，很容易遭受雷電感應(yīng)過電壓、操作過電壓和雷電電磁脈沖的危害。變電站在電力供應(yīng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的核心作用。有 16 個(gè)?。▍^(qū)、市）出臺了防雷專項(xiàng)管理辦法或條例。 3． 2020年，廣西電網(wǎng)分公司梧州供電局?jǐn)?shù)個(gè)綜合自動化變電站二次系統(tǒng)設(shè)備多次遭受到雷擊，造成設(shè)備損壞、通信中斷、系統(tǒng)退出等情況。 3． 2020年 4月 7日和 2020年 7月 21日，安康地區(qū) 110kV江南變兩次遭受雷擊 ,分別造成 10kV水廠間隔 CT爆炸，出線保護(hù)燒壞 ,計(jì)量、電度表計(jì)損壞和安康電網(wǎng)共有 5條次 110kV線路 、 6條次 35kV線路、 22條次 10kV線路雷擊跳閘，同時(shí) 110kV綜自系統(tǒng)（前置機(jī)和后臺機(jī)）損壞，全站31塊電度表和電度表采集器燒損。 11． 2020年 5月 8日晚，榆林地區(qū)雷擊造成大柳塔變綜自設(shè)備 KX96通信 MODEM燒壞。 2020 年以前，變電站二次系統(tǒng)設(shè)備遭受雷擊主要集中在雷暴活動比較強(qiáng)的南方。下發(fā)問卷調(diào)查表 33 份，收回 33 份。 5．針對變電站二次系統(tǒng)遭受雷擊損害的原因，被調(diào)查人大都認(rèn)為是沒有做過二次系統(tǒng)防雷或現(xiàn)有防雷系統(tǒng)不完善。幾乎所有的過電壓過程都是錯(cuò)綜在一起的，幾種同時(shí)出現(xiàn)，又互相轉(zhuǎn)入。內(nèi)部過電壓關(guān)系到電力系統(tǒng)中各種電氣設(shè)備絕緣水平的選擇，直接影響造價(jià)和投資。 變電站的一次防雷系統(tǒng) 在接閃雷電 時(shí)，會產(chǎn)生兩方面的影響 。當(dāng)變電站外發(fā)生雷擊或雷電擊在連接到變電站二次設(shè)備的電力線纜、通訊線纜（包括光纖中的金屬芯）上時(shí)，會產(chǎn)生雷電過電壓，一樣會將過電壓從遠(yuǎn)處引入二次設(shè)備，造成設(shè)備的損壞，見圖 所示。人們對雷電進(jìn)行了長期的觀察和測量，積累了不少有關(guān)雷電參數(shù)的資料。 (2)波頭時(shí)間 T1 雷電流波形曲線上，在上升到峰值的 10％處取一點(diǎn)、再在上升到峰值的 90％處取一點(diǎn)，然后通過這兩個(gè)點(diǎn)畫一條直線，該直線與 t 軸的交點(diǎn)叫做虛原點(diǎn)，再在雷電流曲線的峰值處畫一水平直線，該直線與上述的直線的交點(diǎn)在 t 軸上的映射點(diǎn)與虛原點(diǎn)之間的距離稱為波頭時(shí)間。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，雷電流陡度可高達(dá) 50kA/μs，平均陡度約為 30kA/μs[3]。即使在同樣條件下，觀測得到的數(shù)據(jù)也不盡相同。s） 200 150 100 表 長時(shí)間雷擊的雷電流參 量 雷電流參數(shù) 防雷建筑物類別 一類 二類 三類 Qs 電荷量（ C） 100 75 50 T 持續(xù)時(shí)間（ s) 雷電流的波形分析 1 雷電流波形種類 雷電流波形可用雷電流的波頭時(shí)間和半值時(shí)間表示。稱為 BruceGolde 方程，又可稱雙指 數(shù)函數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式表示 [5]。因此，在計(jì)算過程中，電磁脈沖函數(shù)可以表示成公式 (38)。 (3)瞬態(tài)最大磁場值 在其他條件相同情況下，雷電流產(chǎn)生的瞬態(tài)磁場值與電 流值成正比，即 )(/)()(/)( 2121 tititHtH ? 因此， 450/200 // )100/ a x ()350/10m a x ()100/ a x ()350/10m a x ( ?? ? ssss iiHH ???? 通過以上計(jì)算，我們得到了一些非常有用的數(shù)值。 雷電感應(yīng)電磁環(huán)境及其危害 根據(jù)上一節(jié)中提供的雷電流特性參數(shù)和對雷電流特性的分析研究，以及當(dāng)前變電站二次系統(tǒng)設(shè)備對于雷電防護(hù)的緊迫性，確定在對變電站二次系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行綜合防護(hù)時(shí)，必須重點(diǎn)考慮雷電感應(yīng)危害的防護(hù)。普通 PC 機(jī)在電源線和 I/O 線均屏蔽的條件下，在頻率達(dá) MHz 級，脈沖磁場強(qiáng)度達(dá) 20A/m 的環(huán)境中可不受干擾，正常運(yùn)行。 表 各種設(shè)備耐壓額定值 設(shè)備的位置 電源處 的設(shè)備 配電線路和最后分支線路的設(shè)備 用電設(shè)備 特殊需要 保護(hù)的設(shè)備 耐沖擊電壓類別 IV 類 III 類 II 類 I 類 耐沖擊電壓額定值（ KV） 6 4 注：Ⅰ類 —— 需要將瞬態(tài)過電壓限制到特定水平的設(shè)備； Ⅱ類 —— 如家用電器、手提工具和類似負(fù)荷； Ⅲ類 —— 如配電盤、斷路器，包括電纜、母線、分線盒、開關(guān)、插座的布線系統(tǒng)，以 及應(yīng)用于工業(yè)的設(shè)備和永久接至固定裝置的固 定安裝的電動機(jī)等其他設(shè)備； Ⅳ類 —— 如電器計(jì)量儀表、一次線過流保護(hù)設(shè)備、波紋控制設(shè)備。如圖 所示。如圖 所示。 L—— 變電站的長度 (m)； hr—— 所選雷電流對應(yīng)的滾球半徑 (m)。而建筑物中的結(jié)構(gòu)鋼筋或引下線形 圖 臨近雷擊屏蔽示意圖 成格柵，對電磁場具有一定的屏蔽作用，當(dāng)電磁場穿過鋼筋格柵時(shí)，會得到一定程度衰減。 注 1 適用于首次雷擊磁場強(qiáng)度； 注 2 適用于后續(xù)雷擊磁場強(qiáng)度； 22 注 3 導(dǎo)磁率 μr≈ 200。 對于 a 型建筑物 ，由于其框架結(jié)構(gòu)為 6m 4m，按危害防護(hù)就大不就小原則，取 W=6m。因此，雷電可能沿著建筑鋼結(jié)構(gòu)體而流動，這時(shí)，建筑物結(jié)構(gòu)體鋼筋不僅充當(dāng)屏蔽體，同時(shí)也充當(dāng)引下線作用。電子信息設(shè)備只應(yīng)安裝在空間 Vs內(nèi)。 安全距離 ds/2=W=4m，其安全空間如圖 所示 。 根據(jù) Maxwell 方程， n 根引下線上有雷電流 in時(shí)， 在建筑物內(nèi)產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為 ??nnriH ?21 式 (322) 其中， rn是電流 in入侵的引下線到測試點(diǎn)的距離，這里的求和是矢量和。 29 小結(jié)： 1. 根據(jù)本節(jié)的計(jì)算分析，可知大格柵型屏蔽體的小型建筑物對于 (320)式并不適用。 變電站設(shè)備機(jī)房雷電感應(yīng)電磁環(huán)境的危害分析 前面介紹了雷電感應(yīng)對變電站設(shè)備機(jī)房的影響包括兩方面：雷電感應(yīng)電磁干擾和環(huán)路感應(yīng)高壓。因此，對于機(jī)房遭受直接雷擊時(shí)， Vs 空間內(nèi)的環(huán)路感應(yīng)電壓按式 (325)確定 [11]。 假定電子信息設(shè)備安置在距墻面 6m，距頂面 位置處。根據(jù)式 (326)，計(jì)算如下。但是其機(jī)房內(nèi)部電源線、信號線及其相應(yīng)的接地線所包裹的環(huán)路中感應(yīng)的開路電壓還 32 是比較大的，上小節(jié)中示例環(huán)路在鄰近雷擊時(shí)， a 機(jī)房感應(yīng)電壓能達(dá)到 ，超過了電子信息設(shè)備（ I 類設(shè)備）的 1500V 的耐壓，足以造成設(shè)備的損壞； c 機(jī)房感應(yīng)高壓為 ，雖沒有超過耐壓水平，但此感應(yīng)高壓造成設(shè)備供電不穩(wěn)定，影響設(shè)備使用壽命。而此時(shí) c 機(jī)房的底層示例環(huán)路也能感應(yīng)出 的感應(yīng)高壓。因此，對于高層建筑物中電子信息設(shè)備機(jī)房不宜設(shè)計(jì)在建筑物頂層，如因條件限制需要設(shè)計(jì)在建筑物頂層時(shí)，必須用金屬網(wǎng)格做好雷電電磁脈沖的屏蔽工作。但是離引下線越近的位置，其感應(yīng)磁場也越大。電力系統(tǒng)的特點(diǎn)和性質(zhì)決定了必須對變電站二次系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行綜合性防護(hù)。 涉及到變電站二次系統(tǒng)設(shè)備防護(hù)的相關(guān)規(guī)范條例，主要包括如下： 1． GB500571994（ 2020 版） 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》 2． GB503432020 《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》 3． 《低壓配電系統(tǒng)的電涌保護(hù)器 (SPD)第 1 部分 :性能要求和試驗(yàn)方法》 4． GB/ 《低壓電涌保護(hù)器