【正文】 當(dāng)需要時(shí)，可 在設(shè)計(jì)前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)雷電電磁環(huán)境進(jìn)行評(píng)估。即應(yīng)在考慮整個(gè)變電站建筑物的雷電保護(hù)，在變電站建筑物不受到直接雷擊的威脅下，同時(shí)考慮設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)的二次系統(tǒng)設(shè)備過電壓和雷擊感應(yīng)電磁場(chǎng)的防護(hù) [16]。 防雷規(guī)范的要求 變電站二次系統(tǒng)設(shè)備在進(jìn)行過電壓和雷擊感應(yīng)電磁場(chǎng)防護(hù)時(shí)，應(yīng)在完成直接或間接損失評(píng)估和建設(shè)、維護(hù)投資預(yù)測(cè)后，認(rèn)真分析，綜合考慮，做到安全，適用，經(jīng)濟(jì) [11]。一方面是過電壓（包括雷電感應(yīng)過電壓和系統(tǒng)內(nèi)部過電壓）的防護(hù)，另一方面是對(duì)雷擊發(fā)生時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)感應(yīng)電磁場(chǎng)的防護(hù)。 34 4 變電站二次系統(tǒng)設(shè)備綜合防護(hù)措施 前面已經(jīng)闡述了電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓、外部過電壓的產(chǎn)生機(jī)理，通過三種典型的設(shè)備機(jī)房模型，分析了雷擊時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的的電磁環(huán)境分布情況，以及過電壓、雷電感應(yīng)電磁場(chǎng)對(duì)二次系統(tǒng)設(shè)備的危害。 7. 要減小機(jī)房?jī)?nèi)電磁環(huán)境對(duì)機(jī)房設(shè)備帶來的影響，衰減進(jìn) 入機(jī)房的電磁脈沖強(qiáng)度是最基本有效的方法。其感應(yīng)電壓能夠損壞機(jī)房?jī)?nèi)電子信息設(shè)備。因此，在布置計(jì)算機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備時(shí)，應(yīng)遠(yuǎn)離引下線布置。各分支雷電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)進(jìn)行疊加，使得機(jī)房?jī)?nèi)的電磁場(chǎng)分布具有不規(guī)則性。為了安全，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇兩者較大的 ds 作為安全距離。 33 4. 在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮安全距離 ds 的確定。 3. 雷擊機(jī)房時(shí)雷電電磁場(chǎng)危害影響遠(yuǎn)大于鄰近雷擊時(shí)的危害。 2. 高層建筑物中，高樓層雷電電磁場(chǎng)分布比低樓層的強(qiáng)。 小結(jié) 本章建立了三種常用典型設(shè)備機(jī)房建筑結(jié)構(gòu)，通過對(duì)這三種機(jī)房室內(nèi)電磁環(huán)境和感應(yīng)電壓的計(jì)算和分析，得出以下結(jié)論： 1. 鄰近雷擊雷電電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在機(jī)房室內(nèi)的分布不強(qiáng)，但是其在環(huán)路導(dǎo)體上的感應(yīng)高壓卻存在危險(xiǎn)性。并在考慮建筑物金屬網(wǎng)格屏蔽的同時(shí)，還需要考慮機(jī)房?jī)?nèi)雷電電磁脈沖在電源、信號(hào)線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓的防護(hù)。該脈沖高壓不僅能破壞機(jī)房?jī)?nèi)的電子信息設(shè)備，而且能夠?qū)е聶C(jī)房?jī)?nèi)的配電盤、開關(guān)、插座擊穿，強(qiáng)大的短路電流更能引起電纜、電線在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱量，燒壞電纜電線并引起火災(zāi)。上一小節(jié)中引用的環(huán)路對(duì)于 a機(jī)房能產(chǎn)生高達(dá) 。本章中分析了機(jī)房 a 的雷電電磁場(chǎng)空間分布，從圖 中我們知道，雷擊機(jī)房時(shí)機(jī)房?jī)?nèi)的電磁場(chǎng)非常大，尤其是靠近引下線的位置，離引下線 1m 處能高達(dá) 6344A/m，在機(jī)房中央?yún)^(qū)域也高達(dá) 2020 A/m 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 800 A/m 的磁 場(chǎng)干擾強(qiáng)度。在機(jī)房 c 的 Vs 區(qū)域內(nèi)，雷擊產(chǎn)生的最大電磁場(chǎng)值為 750A/m。而在實(shí)際的機(jī)房布線時(shí)，其電源線、信號(hào)線及其相應(yīng)的接地 線所包裹的環(huán)路遠(yuǎn)大于這個(gè)尺寸。 而依據(jù)本章中對(duì)典型機(jī)房模型電磁環(huán) 境和感應(yīng)電壓的計(jì)算，鄰近雷擊時(shí)， a、 b、 c 三種機(jī)房建筑物室內(nèi)的電磁環(huán)境都比較小，最大不超過 ，從抗電磁干擾方面來說，滿足要求。 設(shè)備機(jī)房?jī)?nèi)電磁環(huán)境危害 前面已經(jīng)介紹機(jī)房電子信息設(shè)備的抗電磁干擾值和耐壓值。上面假定的環(huán)路為 2m 2m，而實(shí)際上的布線當(dāng)中，等效環(huán)路大多大于這個(gè)尺寸，所受感應(yīng)高壓的威脅也更大。 kVT HSU occ 5 04104 6710m a x/ ?? ?????? ???? 根據(jù)式 (326)以及上述假定條件， c 機(jī)房底一層安全空間內(nèi)其線端感應(yīng)電壓可計(jì)算如下。根據(jù)圖 ，可知首次雷擊時(shí)環(huán)路中心處最大磁場(chǎng)值為 2202A/m，那么后續(xù)雷擊此處最大磁場(chǎng)值為 2202 =。根據(jù)表 (鄰近雷擊時(shí)建筑物內(nèi)電磁環(huán)境限值 )， a 機(jī)房后續(xù)雷擊最大電磁場(chǎng)值為 ， c 機(jī)房后續(xù)雷擊最大電磁場(chǎng)值為 A/m。那么機(jī)房?jī)?nèi)無(wú)屏蔽金屬導(dǎo)線線端感應(yīng)過電壓計(jì)算如下。供電電源線或信號(hào)線形成環(huán)路2m 2m，環(huán)路中心距墻頂 2m，最近金屬導(dǎo)體邊距墻面 4m。機(jī)房?jī)?nèi)電子信息設(shè)備安裝位置如圖 所示。 本章中 a、 b 建筑不存在安全空間， c 建筑安全空間有限。在 時(shí)，高達(dá) kA/μs，變化快。 1m a x //1/10m a x )/()/1( TrHw idwkdlbU ??????? ? 式 (326) 式中 30 b—— 環(huán)路的寬 ,單位： m； l—— 環(huán)路的長(zhǎng)，單位： m； d1/w—— 環(huán)路至屏蔽墻的距離，單位： m； d1/r—— 環(huán)路至屏蔽頂?shù)钠骄嚯x，單位： m； kH—— 形狀系數(shù) ( m/1 )，值取 ； w—— 格柵型屏蔽的網(wǎng)格寬。 由于式 (323)只適用于環(huán)路區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)一致的情況 (臨近雷擊適用 )，對(duì)于隨 著區(qū)域變化磁場(chǎng)變化明顯的情況并不適用。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律 [15]，感應(yīng)電壓 U 可由如式 (325)確定。前面已經(jīng)介紹雷電流和與之伴生的感應(yīng)電磁場(chǎng)都是呈指數(shù)函數(shù)變化。因此，分析雷電感應(yīng)的危害就要從這兩點(diǎn)著手。整個(gè)室內(nèi)，也具有很高的雷電磁場(chǎng)值。 圖 表明，雷擊點(diǎn)最近處的引下線所承受雷 電流最強(qiáng)，其它引下線也有一定的分流作用。 3. 另外從電磁場(chǎng)分布圖 和 看不出引下線所經(jīng)雷電流對(duì)室內(nèi)電磁場(chǎng)的影響。 2. 對(duì)于高層建筑物，高樓層比低樓層的電磁場(chǎng)大，因此計(jì)算機(jī)房應(yīng)盡可能的安裝在低層樓房。 圖 a 建筑室內(nèi)電磁環(huán)境分布 (A/m) 上圖為首次雷擊建筑物 a 的可能最大電磁場(chǎng)分布，后續(xù)雷 擊電磁場(chǎng)值是該分布值得 倍 ()。 圖 雷擊建筑物引下線分流 28 2122222222222222222222222222222222221])6()12()12(2)6()6(13)6()6(2)12()12(5)12()12()12(2)6(13)12(534[])6(13)12(5)6()6(13)6()12()6(234)12()6()12(2)12()12()12(2)12()12(5[152)(???????????????????????????????????????????????????????????????????yxxyxxyxxyxxyxxyxxyxxyxxyxyyxyyxyyxyyxyyxyyxyyxytiH? 式（ 324） 經(jīng)計(jì)算，在對(duì)角線上 各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)大小分別如表 所示。雷擊建筑物時(shí)，雷電流通過引下線 /結(jié)構(gòu)鋼筋瀉流。而 H 可由 Hx、Hy及 Hz各分量推導(dǎo)得出。這種建筑內(nèi)的電磁環(huán)境應(yīng)按下述方法進(jìn)行計(jì)算。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(chǎng)分布等值曲線如圖 、 所示。為了分析空間磁場(chǎng)的分布，建立坐標(biāo)體系，如圖 所示。 圖 雷擊 c 建筑時(shí)安全空間示意圖 依據(jù)式 (320)，機(jī)房 Vs 區(qū)域內(nèi)最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為： 00010 0 )44/()/(iiddWiKH rwH?????????? 26 可知首次雷擊在建筑物 Vs 內(nèi)產(chǎn)生的最大電磁場(chǎng)值為 750A/m； 后續(xù)雷擊產(chǎn)生在建筑物 Vs 內(nèi)產(chǎn)生的最大電磁場(chǎng)值為 ?？紤] c 型建筑物，計(jì)算機(jī)房所在建筑物鋼筋結(jié)構(gòu)為 4m 4m，計(jì)算如下。建筑物 c 安全空間為 4m 4m 8m，這對(duì)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(huì)把機(jī)房電子設(shè)備局限于這個(gè)空間內(nèi)。而建筑物 b和 c，網(wǎng)格寬度為 4m，安全距離也為 4m，建筑物 b 也不存在 Vs空間。 Wds ?2/ 式 (321) 因此，對(duì)于雷擊建筑這種情況，格柵屏蔽體的網(wǎng)格寬度，直接影響著建筑物內(nèi)磁場(chǎng)的大小和設(shè)備使用空間 Vs。 用該公式計(jì)算的磁場(chǎng)強(qiáng)度值僅對(duì)屏蔽體內(nèi)部的空間 Vs 有效， Vs 是以與屏蔽體 保持一安全距離 ds/2而確定的空間，見圖 。 KH—— 形狀系數(shù) ( m/1 )，取 KH=( m/1 )。 )/(01 rwH ddWiKH ???? 式 (320) 式中 dr—— 所考慮點(diǎn)至 LPZ1 屏蔽體頂部的最短距離 (m)。雷電可能擊中建筑物屋頂上的任意一點(diǎn)，雷電流在鋼筋結(jié)構(gòu)體中的分布是非常復(fù)雜的，其內(nèi)部電磁場(chǎng)的計(jì)算也是非常復(fù)雜的，會(huì)因?yàn)榻ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)鋼筋或金屬框架的分布不同而不同。 雷擊變電站建筑物時(shí)設(shè)備機(jī)房電磁場(chǎng)環(huán)境 當(dāng)雷電擊中建筑物時(shí)，雷電流通過引下線瀉放入地。 對(duì)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(chǎng)最大值為 。統(tǒng)計(jì)上面計(jì)算結(jié)果得表 。其不適用于表 所示公式，如果按這些公式計(jì)算，其實(shí)際值應(yīng)該介于計(jì)算結(jié)果與無(wú)屏蔽值之間。 )/(20 WSF ? )/()]2/([ 01 WSiH a??? ? 式 (319) 將 imax=、 W=4m、 r=、 Sa=51m 代入式 (319)和式 (317)中，分別可得： mSFWd mAHs (m a x )1 ??? ? 23 圖 屏蔽體內(nèi)安全空間和安全距離示意圖 按上述方法同樣可求得 c 型建筑物內(nèi)電磁場(chǎng)分布。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。 Vs 是與屏蔽體保持一定安全距離 ds而確定的空間，電子信息設(shè)備只應(yīng)安裝在空間 Vs 內(nèi)，如圖 所示。 由 于感應(yīng)電磁場(chǎng)隨著雷電電流的變化而變化，因此會(huì)在金屬導(dǎo)體或金屬框架中感應(yīng)出感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)電流又會(huì)發(fā)生二次電磁感應(yīng)。 lg() 表中 W—— 格柵形屏蔽網(wǎng)格寬度 (m)，適用于 W≤ 5m； ｒ —— 格柵形屏蔽網(wǎng)格導(dǎo)體的半徑 (m)。 lg() 鋼（見注 3） 20 表 鄰近雷擊格柵形屏蔽體屏蔽系數(shù) 材料 SF（ dB） 25KHz（見注 1） 1MHz（見注 2） 銅 /鋁 20 文獻(xiàn) [11]指出，建 筑物內(nèi)的電磁場(chǎng)可按如下方法估算。 鄰近雷擊機(jī)房?jī)?nèi)電磁場(chǎng)計(jì)算 鄰近雷擊時(shí)，雷電強(qiáng)電流放電瞬間產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)。距離機(jī)房越近，雷電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)在機(jī)房里的值也越大。 假設(shè)變電站設(shè)備機(jī)房所在建筑物為 50m 50m 20m 規(guī)格，那么， Sa=hr+L/2=45+25=70m， 即在該機(jī)房的鄰近雷擊距離機(jī)房最小距離為 70m。 滾球半徑 hr依據(jù) GB500572020 中規(guī)定，第一類防雷建筑物的滾球半徑為 30m，第二類的滾球半徑為 45m，第三類的為 60m。 鄰近閃擊 Sa 可能的最小距離可以通過下式 [12]計(jì)算： ?????? ??? 2/ 2/)2(Lh LHhHSa r r )( )( rrhH hH?? 式 (314) 式中 H—— 變電站的高度 (m)。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。 Sa 是指雷擊點(diǎn)到所考慮的被屏蔽空間的 平均距離。 20 圖 c 建筑模型 鄰近雷擊時(shí)變電站設(shè)備機(jī)房電磁場(chǎng)環(huán)境 鄰近雷擊最小擊距的確定 鄰近雷擊時(shí)，感應(yīng)電磁場(chǎng)由于雷電對(duì)地放電的瞬間，強(qiáng)大電流通過放電通道時(shí)而產(chǎn)生的。機(jī)房設(shè)備置于建筑物建筑物中。 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。機(jī)房設(shè)備置于建筑物中。 圖 a 建筑模型 (2) 磚墻結(jié)構(gòu)或鋼筋結(jié)構(gòu)， 12m 12m 4m 規(guī)格。機(jī)房設(shè)備置于建筑物中。 (1) 磚墻結(jié)構(gòu)或鋼筋結(jié)構(gòu)建筑物， 12m 12m 4m 規(guī)格。 計(jì)算機(jī)房電磁環(huán)境計(jì)算模型的選用 20 世紀(jì) 90 年代后的電子信息建筑物（智能建筑物）多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)豎直鋼筋柱之間距離一般為 6m，鋼筋本身直徑多為 10mm，利用結(jié)構(gòu)體的鋼筋作為自然引下線，在建造時(shí)就已經(jīng)把防雷作為整個(gè)工程的一部分；之前的大部分電子信息建筑物 多為磚墻結(jié)構(gòu)，其防雷工程多為后補(bǔ)工程，引下線明敷，引下線多為圓鋼或扁鋼。 19 對(duì)機(jī)房來說，應(yīng)將沖擊電壓盡可能地降低，以保護(hù)耐壓水平較低的電子設(shè)備。 不同設(shè)備的耐壓水平也有所不同，當(dāng)無(wú)法獲得設(shè)備的耐沖擊電壓 時(shí)， 220/380V 三相系統(tǒng)各種設(shè)備耐壓額定值可由如表 [11]確定。小于 10Gs 的磁感應(yīng)強(qiáng)度雖然不足以損壞設(shè)備，但是會(huì)縮短設(shè)備的正常使用壽命。 國(guó)標(biāo)中有相關(guān)規(guī)定，電子設(shè)備機(jī)房磁場(chǎng)干擾環(huán)境場(chǎng)強(qiáng)不應(yīng)大于 800A/m[9][10]，也可以用 Gs表示， Gs（高斯）為磁感應(yīng)單位。另有資料表明當(dāng) LEMP 強(qiáng)度超過 （ ）時(shí)就會(huì)引起微機(jī)失效或擾亂他們的正常工作，或出現(xiàn)信息上的差錯(cuò)，給國(guó)家或單位帶來經(jīng)濟(jì) 損失。 二次系統(tǒng)設(shè)備的致?lián)p值