浅谈电力系统的雷电防护

张健

摘 要：主要介绍了现代电力系统的雷电防护理念，雷电防护的主要技术，了理解电力系统的雷电防护理念为雷电防护做好充分的准备。

关键词：电力系统；雷电；防护

近年来，随着社会经济的高速发展，各种现代化信息网络、自动化系统的建立，雷电灾害给经济建设造成的损失和影响越来越大，本文主要就电力系统雷电雷电防护及应对措施做了详细研究，为电力系统雷电防护做了有益的探索。

1 雷电防护的概念

1.1 雷电防护意义

自然灾害中，雷击引起的的灾害频繁发生，在20世纪末联合国组织的国际减灾十年活动中将雷电确定为的全球最严重的十种自然灾害之一。据研究统计，任一时刻全球平均约有 2000多个雷暴在进行，平均每秒有 100次闪电。每个闪电强度可高达 10亿V，全球每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数，导致火灾、爆炸、信息系统瘫痪等事故频繁发生，从卫星、通信、导航、计算机网络乃至每个家庭的用电设备都会受到雷电灾害的严重威胁。

1.2 雷击的分类

雷击可简单分为直击雷和感应雷。

1.2.1 直击雷

是带电云层与建筑物、大地、其他物体或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。

直击雷的电压峰值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十KA乃至几百KA，其之所以破坏性很强，主要原因是雷云所蕴藏的能量在极短的时间（其持续时间通常只有几us到几百us）就释放出来，从瞬间功率来讲，是巨大的。

1.2.2 感应雷

感应雷是指当雷云来临时地面上的一切物体，尤其是导体，由于静电感应，都聚集起大量的雷电极性相反的束缚电荷，在雷云对地或对另一雷云闪击放电后，云中的电荷就变成了自由电荷，从而产生出很高的静电电压（感应电压）其过电压幅值可达到几万到几十万伏，这种过电压往往会造成建筑物内的导线，接地不良的金属物导体和大型的金属设备放电而引起电火花，从而引起火灾、爆炸、危及人身安全或对供电系统造成的危害。

1.3 雷电防护的误区

过去雷电防护是相对冷僻的学科，很多人认为雷电防护只要安装避雷针就可以万物一失了；有的人则认为安装了防雷器就可以保护设备安全运行；甚至还有人认为只要做好接地系统就无须再考虑其他的防雷措施等等，雷电防护理念严重滞后。

2 电力系统雷电防护技术

雷电防护应从直击雷防护和感应雷防护两方面同时着手，具体措施可以分为：分流、屏蔽、等电位连接、过电压保护和接地5个方面。

2.1 分流

（1）分流是指利用接闪器将直击雷电流沿引下线安全的引入大地，防止雷电直接击在建筑物和设备上。接闪器的主要代表有避雷线、避雷带和避雷网。

（2）接闪器的工作原理

当出现雷雨云的时候，大地由于静电感应作用，会带上与雷雨云相反的电荷，而接闪器处于地面建筑物的最高处，与雷云的距离最近，由于它与有较好的电气连接，所以它于大地有相同的电位，使接闪器附近空间的电场强度比较大，容易吸引雷电，使主放电都集中到接闪器的上，从而保护附近比它低的物体遭受雷击。

（3）接闪器的类型

①避雷线

接闪器最初的形式只是磨尖的铁棒。20世纪初，在电力系统重，为了避免输电线路少受雷击，采用在输电线路上方架设钢线避雷的方法，在实际应用中，由于它简单有效，得到了很快推广。避雷线是指架设在输电线路上方的钢线。避雷线一般采用截面积不小于 35mm2的镀锌钢绞线架设。

②避雷带

在建筑物防雷措施上使用的避雷带，它是由避雷线改进而来，用金属带代替钢线接闪。在高层建筑上，避雷带比避雷针有较突出的优点，它可以与房屋的外形较好的配合，即美观、防雷效果又好，特别是大面积的建筑物，它的保护范围更大，这是避雷针所无法相比的。

③避雷网

避雷网是指利用钢筋混凝土结构中的钢筋网作为雷电保护的方法。

一般建筑物的结构，钢筋距表层只有5～7cm，面层越薄，雷击点的洞越小。但是有些建筑物的防水层和隔热层较厚，钢筋距面层厚度大于20cm，最好另装辅助避雷网。辅助避雷网其网格越密可靠性越好。一般可用直径为7mm或以上的镀锌圆钢。

2.2 屏蔽

屏蔽是指被保护系统中采用屏蔽线或穿金属管代替金属导线均铺设。在系统控制室或配电机房等电子设备集中的房屋中，利用建筑物钢筋网和其他金属材料，使控制室形成一个“法拉第”笼，所以采用屏蔽的方式，将金属管代替金属导线用以防止外来电磁波干扰控制室内设备。

2.3 等电位连接

等电位连接是指将被保护系统内的所有金属物进行电气连接，并在控制室或配电机房等电子设备集中的空间内采用铜排连接，减小需要防雷的空间内各金属物与系统之间的电位差，以均衡所连接各点之间的电位。

2.4 过电压保护

过电压保护是指在各电子设备的电源线、信号线以及安装相应的专用防雷器，利用防雷器的保护特性，将线路上过电压限制在设备能承受的范围内，保护设备免遭损坏。

2.5 接地

接地是防雷技术最重要的环节，雷电防护措施最终都是把雷电流泄放入大地。因此，没有良好的接地装置是不能可靠防雷的。

2.5.1 接地的理念

接地是利用大地作为接地电流回路，在电气设备与大地之间实现的电气连接，它将设备接地处的电位固定为所允许的值。

（1）工作接地——利用大地作为回路的方法减小电气设备与大地间的相电位。

（2）保护接地——为防止由于电器设备的绝缘破坏而发生人身事故，采用保护接地措施，它一方面降低跨步电压，将电气设备与大地表明将存在的电位差降低，使得故障电流流入大地上层时，其扩散能力最小，另一方面降低接触电压，将电器设备的机架、机壳和走线架等金属部分与大地间的电压降到允许的数值。

（3）屏蔽接地——为防止因外来干扰电磁场和电气回路间的直接耦合，利用屏蔽接地，减小回路间产生串音影响。

（4）防过电压接地——为避免因过电压引起的人身事故和电气设备的损坏而采取的接地措施。

参考文献

[1]黄孝涌，严永禾.电力系统无功优化的一种新方法[J].华北电力大学学报（自然科学版），1991，（s1）：32-39.

[2]赵尤新，曾小春.电力系统无功电压控制和规划的理论与模型[J].甘肃电力，1991，（6）：71.

（作者单位：黄陵矿业集团煤矸石发电有限公司）