變電站防雷丨變電站直擊雷防護(hù)措施
來源：海南翔波雷電防護(hù)有限公司 發(fā)布時(shí)間：2022-12-09 16:39:14
雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。最新統(tǒng)計(jì)資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災(zāi)害的第三位。美國排名前1000名的企業(yè)，平均每個(gè)企業(yè)每年因雷擊損失20萬美元﹐我國每年因雷擊造成的人員傷亡近萬人，雷擊造成的財(cái)產(chǎn)損失估計(jì)在50―100億元左右。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的增長，大量集成電路應(yīng)用于變電站二次設(shè)備，一旦雷電波侵入，極易造成二次設(shè)備的損壞，甚至可能會使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，造成不可估量的損失。變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，因此他是防雷的重要保護(hù)部位。變電站防雷接地系統(tǒng)的合理是否直接關(guān)系到人身、設(shè)備、電網(wǎng)安全的重要問題。
變電站遭受雷擊的主要原因：
雷電是雷云層接近大地時(shí)，地面感應(yīng)出相反電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度，產(chǎn)生云和云之間以及云和大地之間放電，進(jìn)發(fā)出光和聲的現(xiàn)象。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下，但是由于雷擊的原因，供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值，通常情況下變電站雷擊有兩種情況：一是雷直擊于變電站的設(shè)備上，二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。其具體表現(xiàn)形式如下：
(1)直擊雷過電壓。
雷云直接擊中電力裝置時(shí)，形成強(qiáng)大的雷電流，雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓，雷電流通過物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。
(2)感應(yīng)過電壓。
當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線上方，由于靜電感應(yīng)，在架空導(dǎo)線上積聚了大量的異性束縛電荷，在雷云對大地放電時(shí)，線路上的電荷被釋放，形成的自由電荷流向線路的兩端，產(chǎn)生很高的過電壓，此過電壓會對電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。
(3)雷電侵入波。
架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，是導(dǎo)致變電站雷害的主要原因，若不采取防護(hù)措施，勢必造成變電站電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)事故。
防雷措施總體概括為2種：
①避免雷電波的進(jìn)入;
②利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。防雷保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場常見的雷擊形式、頻率、強(qiáng)度以及被保護(hù)設(shè)施的重要性、特點(diǎn)安裝適宜的保護(hù)裝置。
變電站的直擊雷保護(hù)
防直擊雷電的避雷裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。
1. 接閃器
接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護(hù)物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電。除避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)和避雷帶可作為接閃器外，建筑物的金屬物面和金屬構(gòu)件可用作為第一類防雷建筑物以外的建筑物的接閃器。幾種常用的接閃器如下：
(1)避雷針。避雷針是人為設(shè)立的最突出的良導(dǎo)體，在雷云的感應(yīng)下，針的項(xiàng)端形成的電場強(qiáng)度最大，所以最容易把雷電流吸引過來，完成避雷針的接閃作用。避雷針一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼截面不得小于100mm2,鋼管厚度不得小于3mm。避雷針應(yīng)考慮防腐蝕，除應(yīng)鍍鋅或涂漆外，在腐蝕性較強(qiáng)的場所還應(yīng)適當(dāng)加大截面或采取其他防腐措施。它的頂端形狀可做成尖形、圓形或扁形。避雷針通過導(dǎo)線接入地下，與地面形成等電位，利用自身的高度，使電場強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場發(fā)生畸變，開始電離并下行先導(dǎo)放電：避雷針在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生尖端放電;形成向上先導(dǎo)放電;兩者會合形成雷電桐廬，隨之泄入大地，達(dá)到避雷效果。實(shí)際上，避雷裝置是引雷針，可將周圍的雷電引來并提前放電，將雷電電流通過自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導(dǎo)線通體要有良好的導(dǎo)電性，接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。
(2) 避雷帶。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不論屋頂坡度多大，都是屋角和檐角的雷擊率最高。屋頂坡度愈大，則屋脊的雷擊率也大。通過對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于那些屋頂平整、又沒有突出結(jié)構(gòu)(如煙囪等)的建筑物，雷擊部位是有一定規(guī)律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位，進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)的一種接閃裝置。避雷帶的防護(hù)原理與避雷線一樣，由于它的接閃面積大，接閃設(shè)備附近空間電場強(qiáng)度相對比較強(qiáng)，更容易吸引雷電先導(dǎo)，使附近尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大減少。避雷帶的材料一般選用直徑不小于8mm的圓鋼，或截面積不小于48mm、厚度不少于4mm的扁鋼。
(3) 避雷網(wǎng)。當(dāng)建筑物較高，屋頂面積較大但坡度不大時(shí)，可采用避雷網(wǎng)作為屋面保護(hù)的接閃裝置。避雷網(wǎng)(帶)分明裝和暗裝兩種：明裝避雷網(wǎng)(帶)一般可用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼做成，為避免接閃部位的振動力，宜將網(wǎng)(帶)支起10-20cm，支持點(diǎn)間距取1-1.5m，并應(yīng)注意美觀和伸縮問題;暗裝可利用建筑內(nèi)直徑不小于3mm的鋼筋。明網(wǎng)防雷電是將金屬線制成的網(wǎng)，架在建(構(gòu))筑物頂部空間，用截面積足夠大的金屬物與大地連接的防雷電;暗網(wǎng)是利用建(構(gòu))筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行雷電防護(hù)。只要每層樓樓板內(nèi)的鋼筋與梁、柱、墻內(nèi)的鋼筋有可靠的電氣連接，并與層臺和地樁有良好的電氣連接，形成可靠的暗網(wǎng)，則這種方法要比其他防護(hù)設(shè)施更為有效。無論是明網(wǎng)還是暗網(wǎng)，網(wǎng)格越密，防雷的可靠性越好。
2.引下線
引下線是指連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。引下線可分明裝和暗裝兩種。明裝時(shí)一般采用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼，在易受腐蝕部位，截面適當(dāng)加大。建筑物的金屬構(gòu)件引下線應(yīng)沿建筑物外墻敷設(shè)，敷設(shè)時(shí)應(yīng)保持一定的松緊度。從接閃器到接地裝置的引下線的敷設(shè)應(yīng)盡量短而直，若必須彎曲時(shí)，彎角應(yīng)大于90°。引下線應(yīng)敷設(shè)于人們不易觸及之處，由地下0.3m到地上1.7m的一段引下線應(yīng)加保護(hù)設(shè)施，以避免機(jī)械損壞。暗裝引下線利用鋼筋混凝土中的鋼筋作引下線時(shí)，最少應(yīng)利用四根柱子，每柱中至少用到兩根主筋。防雷裝置的引下線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。
3.接地裝置
防雷接地是針對防雷保護(hù)的需要而設(shè)置的接地，目的是使雷電流順利導(dǎo)人大地，以利其降低電壓。埋接地體時(shí)，應(yīng)將周圍填土夯實(shí)，不得回填磚石灰渣之類雜土。通常接地體均應(yīng)采用鍍鋅鋼材，土壤有腐蝕性時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大接地體和連接條截面，并加厚鍍鋅層。接地電阻的數(shù)值應(yīng)符合規(guī)范要求。
變電站遭受雷擊的主要原因：
雷電是雷云層接近大地時(shí)，地面感應(yīng)出相反電荷，當(dāng)電荷積聚到一定程度，產(chǎn)生云和云之間以及云和大地之間放電，進(jìn)發(fā)出光和聲的現(xiàn)象。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下，但是由于雷擊的原因，供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值，通常情況下變電站雷擊有兩種情況：一是雷直擊于變電站的設(shè)備上，二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。其具體表現(xiàn)形式如下：
(1)直擊雷過電壓。
雷云直接擊中電力裝置時(shí)，形成強(qiáng)大的雷電流，雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓，雷電流通過物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。
(2)感應(yīng)過電壓。
當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線上方，由于靜電感應(yīng)，在架空導(dǎo)線上積聚了大量的異性束縛電荷，在雷云對大地放電時(shí)，線路上的電荷被釋放，形成的自由電荷流向線路的兩端，產(chǎn)生很高的過電壓，此過電壓會對電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。
(3)雷電侵入波。
架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站，是導(dǎo)致變電站雷害的主要原因，若不采取防護(hù)措施，勢必造成變電站電氣設(shè)備絕緣損壞，引發(fā)事故。
防雷措施總體概括為2種：
①避免雷電波的進(jìn)入;
②利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。防雷保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場常見的雷擊形式、頻率、強(qiáng)度以及被保護(hù)設(shè)施的重要性、特點(diǎn)安裝適宜的保護(hù)裝置。
變電站的直擊雷保護(hù)
防直擊雷電的避雷裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。
1. 接閃器
接閃器位于防雷裝置的頂部，其作用是利用其高出被保護(hù)物的突出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電。除避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)和避雷帶可作為接閃器外，建筑物的金屬物面和金屬構(gòu)件可用作為第一類防雷建筑物以外的建筑物的接閃器。幾種常用的接閃器如下：
(1)避雷針。避雷針是人為設(shè)立的最突出的良導(dǎo)體，在雷云的感應(yīng)下，針的項(xiàng)端形成的電場強(qiáng)度最大，所以最容易把雷電流吸引過來，完成避雷針的接閃作用。避雷針一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成，圓鋼截面不得小于100mm2,鋼管厚度不得小于3mm。避雷針應(yīng)考慮防腐蝕，除應(yīng)鍍鋅或涂漆外，在腐蝕性較強(qiáng)的場所還應(yīng)適當(dāng)加大截面或采取其他防腐措施。它的頂端形狀可做成尖形、圓形或扁形。避雷針通過導(dǎo)線接入地下，與地面形成等電位，利用自身的高度，使電場強(qiáng)度增加到極限值的雷電云電場發(fā)生畸變，開始電離并下行先導(dǎo)放電：避雷針在強(qiáng)電場作用下產(chǎn)生尖端放電;形成向上先導(dǎo)放電;兩者會合形成雷電桐廬，隨之泄入大地，達(dá)到避雷效果。實(shí)際上，避雷裝置是引雷針，可將周圍的雷電引來并提前放電，將雷電電流通過自身的接地導(dǎo)體傳向地面，避免保護(hù)對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導(dǎo)線通體要有良好的導(dǎo)電性，接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。
(2) 避雷帶。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不論屋頂坡度多大，都是屋角和檐角的雷擊率最高。屋頂坡度愈大，則屋脊的雷擊率也大。通過對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于那些屋頂平整、又沒有突出結(jié)構(gòu)(如煙囪等)的建筑物，雷擊部位是有一定規(guī)律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位，進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)的一種接閃裝置。避雷帶的防護(hù)原理與避雷線一樣，由于它的接閃面積大，接閃設(shè)備附近空間電場強(qiáng)度相對比較強(qiáng)，更容易吸引雷電先導(dǎo)，使附近尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大減少。避雷帶的材料一般選用直徑不小于8mm的圓鋼，或截面積不小于48mm、厚度不少于4mm的扁鋼。
(3) 避雷網(wǎng)。當(dāng)建筑物較高，屋頂面積較大但坡度不大時(shí)，可采用避雷網(wǎng)作為屋面保護(hù)的接閃裝置。避雷網(wǎng)(帶)分明裝和暗裝兩種：明裝避雷網(wǎng)(帶)一般可用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼做成，為避免接閃部位的振動力，宜將網(wǎng)(帶)支起10-20cm，支持點(diǎn)間距取1-1.5m，并應(yīng)注意美觀和伸縮問題;暗裝可利用建筑內(nèi)直徑不小于3mm的鋼筋。明網(wǎng)防雷電是將金屬線制成的網(wǎng)，架在建(構(gòu))筑物頂部空間，用截面積足夠大的金屬物與大地連接的防雷電;暗網(wǎng)是利用建(構(gòu))筑物鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行雷電防護(hù)。只要每層樓樓板內(nèi)的鋼筋與梁、柱、墻內(nèi)的鋼筋有可靠的電氣連接，并與層臺和地樁有良好的電氣連接，形成可靠的暗網(wǎng)，則這種方法要比其他防護(hù)設(shè)施更為有效。無論是明網(wǎng)還是暗網(wǎng)，網(wǎng)格越密，防雷的可靠性越好。
2.引下線
引下線是指連接接閃器與接地裝置的金屬導(dǎo)體。引下線可分明裝和暗裝兩種。明裝時(shí)一般采用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼，在易受腐蝕部位，截面適當(dāng)加大。建筑物的金屬構(gòu)件引下線應(yīng)沿建筑物外墻敷設(shè)，敷設(shè)時(shí)應(yīng)保持一定的松緊度。從接閃器到接地裝置的引下線的敷設(shè)應(yīng)盡量短而直，若必須彎曲時(shí)，彎角應(yīng)大于90°。引下線應(yīng)敷設(shè)于人們不易觸及之處，由地下0.3m到地上1.7m的一段引下線應(yīng)加保護(hù)設(shè)施，以避免機(jī)械損壞。暗裝引下線利用鋼筋混凝土中的鋼筋作引下線時(shí)，最少應(yīng)利用四根柱子，每柱中至少用到兩根主筋。防雷裝置的引下線應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕和熱穩(wěn)定的要求。
3.接地裝置
防雷接地是針對防雷保護(hù)的需要而設(shè)置的接地，目的是使雷電流順利導(dǎo)人大地，以利其降低電壓。埋接地體時(shí)，應(yīng)將周圍填土夯實(shí)，不得回填磚石灰渣之類雜土。通常接地體均應(yīng)采用鍍鋅鋼材，土壤有腐蝕性時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大接地體和連接條截面，并加厚鍍鋅層。接地電阻的數(shù)值應(yīng)符合規(guī)范要求。
變電站是電力系統(tǒng)防雷的重要保護(hù)設(shè)施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴(yán)重影響社會生產(chǎn)和人民生活。為保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，電力系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)被保護(hù)物的重要性和危險(xiǎn)程度的不同，對于直接雷、雷電感應(yīng)、雷電侵入波應(yīng)采取相應(yīng)的防雷保護(hù)措施。因此要求變電站的防雷保護(hù)措施必須十分可靠。雷電波沿著輸電線路侵入變電站，就會對變電站設(shè)備構(gòu)成巨大威脅。因此，如何切實(shí)有效地制定及改善輸電線路和變電站的防雷措施，已經(jīng)成為確保電力系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行的重要工作之一。
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