電力設備防雷主要措施

時間:2021-09-04 18:49 來源:未知

一、雷電的種類
雷電是一部分帶電雲層與另一部分帶異種電荷的雲層，或者帶電雲層與大地之間產生強烈閃電並伴隨巨大響聲的放電現象。
1、按雷電的危害方式分類
1）直擊雷
（1）直擊雷是帶電雲層（雷雲）與地麵突出物之間的電場強度達到空氣擊穿強度時，發生激烈放電並出現閃電和雷鳴的現象。
（2）直擊雷的每一次放電過程分為先導放電、主放電和餘光三個階段。先導放電是雷雲向大地發展的不太明亮的一種放電；當先導放電接近大地時，立即發生從大地向雷雲發展的極明亮的主放電；主放電有微弱餘光。
2）感應雷
感應雷也稱雷電感應或感應過電壓。感應雷分為靜電感應雷和電磁感應雷兩種。
（1）靜電感應雷
靜電感應雷是雷雲接近地麵時，使鄰近的金屬設施特別是較長的金屬設施（如架空線路）上，感應產生與雷雲相反的大量束縛電荷。在雷雲對其他部位或其他雷雲放電後，這些金屬設施上的電荷失去束縛，以雷電波的形式高速傳播，形成靜電感應。靜電感應電壓的幅值可達到幾萬到幾十萬伏，往往造成建築物內的導線、接地不良的金屬導體和大型的金屬設備放電而引起電火花，從而引起電擊、火災、爆炸，危及人身安全或對供電係統造成危害。
（2）電磁感應雷
電磁感應雷是由於雷電放電時，巨大的衝擊雷電流在周圍空間產生迅速變化的磁場引起的。這種強磁場能使周圍的金屬導體產生很高的感應電壓。電磁感應雷會對建築物內的電子設備造成幹擾、破壞，或者使周圍的金屬構件感應出電流，產生大量的熱而引起火災。
3）雷電侵入波
雷電侵入波是指雷擊在架空線或空中金屬管道上產生的衝擊電壓沿線路或管道的兩個方向迅速傳播的雷電波。雷電侵入波在架空線上的傳播速度為300m/μs，在電纜中的傳播速度為150m/μs。
2、按雷的形狀分類
雷的形狀有線形、片形和球形三種，最常見的是線形雷，片形雷很少，特殊情況下會出現球形雷。
1）線形雷
線形雷是一種蜿蜒曲折的巨型電氣火花，長2~3km，也有的長達10km，線形雷是閃電中最強烈的一種，對電力、通訊係統及人畜和建築物等威脅最大。線形雷大多是雷雲與大地間的放電，也有的是雷雲之間的放電。這種閃電可以同時擊在不同的地方，一般分為前導放電和主放電等階段。在大多數情況下，雷雲與大地間的放電過程不是單一的，而由若幹個先後在同一通道上發展的單一放電所組成。重複放電的次數一般為1~27次，單次放電的延續時間一般為1~20ms，各次放電的間隔時間為10~50ms。
2）片形雷
片形雷是出現在雲的表麵上的閃光，有時可能是被雲塊遮沒的火花閃電的延光，也可能是在雲的上部發出來的叢集的、若隱若現的一種特殊的放電作用的光。這種閃電表示雲中電場的能量雖然已經足夠產生放電作用，但是新加入的電量卻太少，以致在閃爍放電尚未轉變到火花（線狀）放電以前，原有的儲電量已經用完了，片形雷對電力係統一般隻會引起感應過電壓。
3）球形雷
球形雷是一種特殊的雷電現象，簡稱球雷。球形雷表現為光亮火球，直徑一般為10~30cm，最大的直徑可達1m，存在時間大約為百分之幾秒至幾分鍾，一般是3~5s。球形雷常沿著地麵滾動或在空中飄蕩，能夠通過煙囪、門窗或很小的縫隙進入房內，有時又能從原路返回，大多數球形雷消失時伴有爆炸，會造成建築物和設備等的損壞以及人畜傷亡事故。
二、雷電的危害
1、雷擊的主要對象
1）雷擊區的形成與地理條件有關。山區和平原相比，山區有利於雷雲的形成和發展，易受雷擊。
2）雷雲對地放電地點與地質結構有密切關係。不同性質的岩石分界地帶、地質結構的斷層地帶、地下金屬礦床或局部導電良好的地帶都容易受到雷擊。雷電對電阻率小的土壤有明顯的選擇性，所以在沼澤、低窪地區、河岸、地下水出口處、山坡與稻田水交界處常遭受雷擊。
3）雷雲對地的放電途徑總是朝著電場強度最大的方向推進，因此如果地麵上有較高尖頂建築物或鐵塔等，由於其尖頂處有較大的電場強度，所以易受雷擊。在農村，雖然房屋、涼亭和大樹等不高，但由於它們孤立於曠野中，也往往成為雷擊的對象。
4）從工廠煙囪中冒出的熱氣常有大量導電微粒和遊離子汽團，它比一般空氣容易導電，所以煙囪較易受到雷擊。
5）一般建築物受雷擊的部位為屋角、簷角和屋脊等。
2、雷電的破壞效應
1）電作用的破壞
雷電產生的數十萬至數百萬伏的衝擊電壓能損壞電氣設備的絕緣，造成大麵積、長時間停電。絕緣損壞引起的短路火花和雷電的放電火花可能引起火災和爆炸事故。電氣絕緣的損壞與巨大的雷電電流流入地下，在電流通路上產生極高的對地電壓和在流入點周圍產生的強磁場，還可能導致觸電傷亡事故。
2）熱作用的破壞
巨大的雷電流通過導體，在極短的時間內產生大量的熱能，會使金屬熔化飛濺而引起火災或爆炸。如果雷擊發生在易燃物上，更容易發生火災。
3）機械作用的破壞
巨大的雷擊電流通過被擊物時，瞬間產生大量的熱，使被擊物內部的水分和其他液體急劇氣化，劇烈膨脹為大量氣體，導致被擊物破壞或爆炸。此外，雷擊時所產生的靜電斥力、電磁推力以及雷擊時的氣浪都有相當的破壞作用。
三、防雷裝置
防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。
1、接閃器
接閃器是利用其高出被保護物的凸出部分，把雷電引向自身接受雷擊放電的裝置。避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網均可作為接閃器。接閃器所用材料的尺寸應能滿足機械強度和耐腐蝕的要求，還要有足夠的熱穩定性，以承受雷電流的熱破壞作用。
1）避雷針
避雷針主要用來保護露天的變配電設備、建築物和構築物，其作用是將雷雲放電的通路由原來可能向被保護物體發展的方向，吸引到避雷針本身，由它及與其相連的引下線和接地裝置將雷電流泄放到大地，使被保護物體免受直接雷擊。

（2）如果避雷針暴露在有腐蝕性的氣體中，采用圓鋼時直徑至少為15mm；采用鋼管時厚度至少為4mm。避雷針離可燃物的距離不能少於0.3m。
（3）發電廠、變電站配電裝置的架構和屋頂上的避雷針，應在其附近裝設集中接地裝置，並與主接地網連接。
（4）建築物上的避雷針、避雷帶或防雷金屬網，應和建築物頂部的其他金屬體連成一個整體，並且不能與電源係統的PE、PEN線相連，以防止雷擊時雷電流從PE、PEN線進入電源係統。
2）避雷線
避雷線又稱架空地線，主要用來保護電力線路，架設在杆塔頂部用於防雷。
（1）避雷線可以遮住導線，使雷盡量落在避雷線本身上，並通過杆塔上的金屬部分和埋設在地下的接地裝置，使雷電流泄入大地。
（2）避雷線的保護效果與其下方的導線和它所成的角度有關，角度較小時，保護效果較好。
（3）在雷擊不嚴重的110kV及較低電壓的線路上，通常僅在靠近變電所2km左右範圍內裝設避雷線，作為變電所進線的防雷措施。
（4）避雷線一般使用鍍鋅鋼絞線架設，其截麵積一般不小於35m㎡。導線的截麵越大，使用的避雷線截麵也越大。
（5）避雷線也會因風吹而振動，常易發生振動的地方通常裝有防振錘。
3）避雷帶
（1）避雷帶通常用12×4mm~25×4mm鍍鋅扁鋼、Φ8～Φ10mm圓鋼製作。

（2）避雷帶在屋頂女兒牆上安裝時，一般用12×4~25×4mm鍍鋅扁鋼支起，支起高度為150~200mm，支點間距離不大於1.5m，一般為1m，轉角處距離不大於0.3m，且轉角兩邊對稱。支持件埋設應牢固，深度不小於50mm。
（3）避雷帶在轉角部位需彎曲時，扁鋼不應出現直角死彎，平彎時最小彎曲半徑為2倍扁鋼厚度，立彎時最小彎曲半徑為0.5倍扁鋼寬度。扁鋼彎曲應采取冷彎，不宜采用加熱彎曲。
（4）避雷帶的設置應在易受雷擊的建築物邊緣、欄杆、屋頂等處，對於平屋頂應在四周敷設，避雷帶離可燃物的距離不能少於0.3m。
4）單獨避雷針和避雷網
（1）單獨避雷針的接地電阻最大允許值為10Ω。單獨避雷針及其接地裝置與道路或建築物出入口等的距離應大於3m，小於3m時應采取均壓措施或鋪設卵石或瀝青地麵。
（2）單獨避雷針應設置單獨的集中接地裝置，該接地裝置與接地網的地中距離不應小於3m。當設置單獨接地裝置有困難時，接地裝置可與接地網連接，但該地下連接點距35kV及以下設備與主接地網的地下連接點，沿接地體的長度不得小於15m。
（3）單獨避雷針及避雷網和被保護建築物及與其有聯係的金屬體應有一定的距離，最少不能小於3m，以防止雷擊時產生反擊現象，避雷網的網孔一般不大於2m。
2、引下線
引下線是防雷裝置的中間部分，應滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩定性的要求。
1）引下線與避雷針和避雷帶的連接應采用焊接或熱劑焊。
2）引下線可用鍍鋅圓鋼或扁鋼製做， 采用圓鋼時直徑不得小於8mm；采用扁鋼時厚度不得小於4mm，截麵積不得小於48m㎡，通常采用12×4～25×4mm扁鋼；采用鋼絞線時截麵不得小於25m㎡；采用銅導線時截麵不得小於16m㎡。
3）裝有避雷針的金屬筒體厚度不小於4 mm時，可用作避雷針的引下線。筒體底部至少應有2處與接地體對稱連接。
4）引下線沿建築物外牆敷設時，路徑應盡可能短而直。在建築物轉角處，防雷引下線應傾斜敷設，使路徑最短。
5）引下線的固定支點間距不應大於2m，離牆距離保持在15mm左右。

6）采用多根明裝引下線時，為方便測量接地電阻及檢查引下線和接地線的連接情況，應在每條引下線距地麵1.5～1.8m處設置斷接卡子。

7）為避免雷雨時人體直接觸及防雷引下線而受到電擊傷害，引下線在地麵以上1.7m至地麵以下0.3m的一段應加保護管，保護管一般采用PVC塑料管。保護管不應采用金屬管，這是因為雷電流是高頻電流，會在金屬管上感應出反電勢，相當於增加接地電阻，既不利於雷電泄放，又會在金屬管上產生高電壓，當人體觸及金屬保護管時就會受到電擊，起不到保護作用。保護管還起機械保護的作用，但一般情況下，防雷引下線應盡量安裝在受不到機械損傷的地方。

3、接地裝置

接地裝置是防雷裝置的重要組成部分，其作用是向大地泄放雷電流，限製防雷裝置的對地電壓。

1）防雷裝置的接地裝置所用材料最小尺寸應稍大於一般接地裝置的最小尺寸，圓鋼的最小直徑為10mm；扁鋼的最小厚度為4mm，最小截麵為100m㎡。角鋼的最小厚度為4mm；鋼管的最小壁厚為3.5mm。

2）除獨避雷針外，在接地電阻滿足要求的前提下，防雷接地裝置可以和其他接地裝置共用。

四、避雷器

避雷器又叫過電壓保護器，是用來保護各種電氣設備免受雷擊過電壓、操作過電壓、工頻暫態過電壓衝擊而損壞的一種電器。避雷器的類型主要有管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。

1、避雷器的結構、原理

1）管型避雷器

管型避雷器是一種保護間隙，是最簡單的避雷器。

（1）結構

圖片如上圖所示，管型避雷器主要由產氣管、內部間隙S1、外部間隙S2三部分組成。產氣管由纖維、有機玻璃或塑料等製成，其內部間隙裝在產氣管內，一個電極為棒形，另一個棒極為環形，外部間隙裝在管型避雷器與帶電的線路之間。

（2）工作原理

當輸電線路遭到雷擊或發生感應雷時，大氣過電壓使管型避雷器的內部間隙和外部間隙擊穿，強大的雷電流通過接地裝置流入大地。但隨之而來的是電力係統的工頻續流，其值也很大。雷電流和工頻續流在管子內部間隙發生強烈的電弧，使產氣管內壁的產氣材料產生大量的氣體，在管內形成很大壓力，起到使氣體從環形電極的開口噴出的縱吹作用，從而使電弧電流過零時熄滅，因此不用切斷電路。這時，外部間隙的空氣恢複了絕緣，使管型避雷器與係統隔離，恢複係統的正常運行。

2）閥型避雷器

閥型避雷器是一種能釋放雷電或電力係統操作過電壓能量，保護電氣設備免受瞬時過電壓危害，又能截斷續流，不致引起係統接地短路的電器裝置。

（1）結構

（2）工作原理

閥型避雷器的火花間隙承受工頻電壓時是一個高阻值電阻，類似關閉的閥門，使工頻電流很難通過；在遇到雷擊過電壓、內部過電壓衝擊時，又變成一個低阻值電阻，類似閥門開啟，使衝擊電流很容易通過；雷電流過去後，工頻電流又使閥形電阻片呈現很高的電阻，類似閥門關閉。此時火花間隙迅速阻斷電流。

3）氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器又稱金屬氧化物避雷器、壓敏避雷器，具有良好保護性能。

（1）結構
如上圖所示，氧化鋅避雷器的主要元件是氧化鋅閥片，它由金屬氧化物（主要是氧化鋅）製成。內絕緣杆用來固定一組串聯的氧化鋅閥片。壓力彈簧用來壓緊串聯的氧化鋅閥片，使之有良好的電接觸。

（2）工作原理

氧化鋅閥片利用氧化鋅良好的非線性伏安特性，在正常工頻電壓下呈現極大的電阻，使流過避雷器的電流極小；當過電壓作用時，電阻急劇下降，泄放過電壓的能量，達到保護的效果。這種避雷器和傳統避雷器的差異是它沒有放電間隙，利用氧化鋅的非線性特性起到泄流和開斷的作用。

2、避雷器的巡視檢查

1）正常巡檢

（1）瓷瓶應清潔無損，無裂紋、無放電現象和閃絡痕跡；

（2）檢查放電計數器是否動作，內部是否進潮，上下連接線是否完好無損；

（3）引線應完整，無鬆股、斷股；接頭連接應牢固，有足夠的接觸麵；導線不過緊過鬆，不鏽蝕，無燒傷痕跡。

（4）均壓環無損壞，環麵應保持水平；

（5）安裝應不偏斜，內部應無響聲；

（6）底座應牢固，無鏽蝕，接地應完好。

2）特殊巡檢

（1）雷雨時不得接近防雷設備；

（2）雷雨後應檢查放電計數器動作情況，檢查避雷器表麵有無閃絡，並做好記錄。

（3）大風天氣應檢查避雷器上有無搭掛物以及擺動情況；

（4）大霧天氣應檢查瓷瓶部分有無放電痕跡；

（5）冰雹過後應檢查瓷瓶部分有無損傷，計數器是否損壞。

3、避雷器的常見故障

1）避雷器上、下引線鬆脫或折斷

避雷器在係統正常運行時不起作用，引線的狀態無關緊要，但當過電壓出現時，引線鬆脫將使避雷器失去作用，被保護設備因過電壓而損壞。故平時運行中一旦發現引線鬆脫，必須盡快處理。

2）雷擊放電後，連接引線嚴重燒傷或燒斷

切斷故障避雷器前應檢查有無接地現象，若有接地現象，則不能用隔離開關斷開避雷器，應彙報調度和設備主管部門聽候處理。

3）雷擊放電後，避雷器瓷瓶破損或爆炸

這主要是泄漏雷電流太大，或是工頻續流沒有截斷，內部發熱嚴重所致，應立即將故障避雷器退出，並予以更換。

五、常用電力設施的防雷保護

1、變配電所的防雷保護

1）裝設避雷針保護整個變配電所的建築物，以免遭直接雷擊
（1）避雷針可防護直擊雷，其保護範圍可用滾球法確定。滾球法是一種計算接閃器保護範圍的方法。它的計算原理是以某一規定半徑的球體，在裝有接閃器的建築物上滾過，滾球體由於受建築物上所安裝的接閃器的阻擋而無法觸及某些範圍，把這些範圍認為是接閃器的保護範圍就是滾球法。
（2）避雷針可單單獨杆，也可利用戶外配電裝置的構架或投光燈的杆塔。但變壓器的門型構架不能用來裝設避雷針，以防止雷擊產生的過電壓對變壓器發生閃絡放電。
2）裝設架空避雷線及其他避雷裝置，作為變配電所進出線段的防雷保護
（1）35kV電力線路一般不采用全線裝設架空避雷線的方法來防止直擊雷，但為防止變配電所附近線路上受到雷擊時，雷電壓沿線路侵入變配電所損壞設備，需在變配電所進出線1～2km段內裝設架空避雷線作為保護，使該段線路免遭直接雷擊。
（2）為使上述保護段內的線路受雷擊時侵入變配電所內的過電壓有所限製，一般可在架空避雷線的兩端裝設管型避雷器，其接地電阻不得大於10Ω。進出線段防雷保護接線方式如下圖所示。

（3）對電壓35kV、容量3200kVA以下的一般負荷變配電所，可采用如下圖所示簡化的進出線段保護接線方式。

（1）變配電所的進出線段雖已采取防雷措施，且雷電波在傳播過程中也會逐漸衰減，但沿線路傳入變配電所內的部分，其過電壓對所內設備仍有一定危害，特別是價值最高、絕緣相對薄弱的主變壓器。故變配電所母線上還應安裝一組閥型避雷器進行保護。

（2）6～10kV變配電所中閥型避雷器與被保護變壓器的電氣距離一般不應大於5m。為使任何運行條件下所內變壓器都能得到保護，采用分段母線時，每段母線都應裝設閥型避雷器。

2、變壓器的防雷保護

1）在變壓器高壓側裝設避雷器
配電變壓器的高壓側一般應采用避雷器保護，避雷器的接地線和變壓器低壓側的中性點以及變壓器的金屬外殼三點應連接在一起共同接地。
2）在變壓器低壓側加裝普通閥型避雷器或金屬氧化物避雷器
（1）變壓器高、低避雷器的接地線、低壓側中性點及變壓器金屬外殼四點連接在一起共同接地。

3）高、低壓側接地分開的保護方式
（1）高壓側避雷器單獨接地，低壓側不裝避雷器，低壓側中性點及變壓器金屬外殼連接在一起，並與高壓側接地分開接地。
（2）研究表明，這種保護方式利用大地，雷電波的衰減作用可基本上消除逆變換過電壓，而對正變換過電壓，計算表明，低壓側接地電阻從10Ω降至2.5Ω時，高壓側的正變換過電壓可降低約40%。若對低壓側接地體進行適當的處理，就可以消除正變換過電壓。
3、電力線路的防雷保護

1）高壓架空線路的防雷保護
（1）提高線路本身的絕緣水平
在線路上采用瓷橫擔，比鐵橫擔線路的耐雷水平要高的多。線路遭受雷擊時，發展成相間閃絡和建立穩定工頻電弧，造成雷擊跳閘的次數要比鐵橫擔線路少的多。在鐵橫擔混凝土電杆線路上，為提高防雷水平，可采用高一絕緣等級的絕緣瓷瓶。
（2）利用三角形頂線的保護間隙
6～10kV的線路通常是中性點不接地的，如在三角形排列的頂相絕緣子上裝以保護間隙，則在雷擊時頂線承受雷擊，間隙擊穿，對地泄放雷電流，從而保護了下麵兩根導線，一般不會引起線路跳閘。
（3）加強對絕緣弱點的保護
線路上個別特高的電杆、線路的交叉跨越處、線路的電纜頭、開關等處是線路的絕緣弱點。雷擊時這些地方最容易發生短路。對這些絕緣薄弱點處須裝設管型避雷器或保護間隙加以保護。
（4）采用自動重合閘或自動重合熔斷器做輔助防雷措施
實踐證明，當線路受到雷擊時，要完全避免相間短路是不可能的。此時線路斷路器跳閘或熔斷器自動跌開，電弧熄滅，經過0.5s或稍長一點時間後又自動合上，電弧一般不會複燃，又能恢複供電。線路受雷擊後，停電時間很短，對一般用戶影響不大，從而可減輕雷害事故的影響。
（5）對移相電容器進行保護
為進行係統無功補償，提高線路電壓水平，常在高壓線路上裝設移相電容器。移相電容器屬較貴重設備，又是線路中的絕緣薄弱處。所以應安裝閥型避雷器或保護間隙予以保護。其保護接線和安裝方法如下圖所示。

（1）一般用戶低壓架空線路及接戶線的絕緣鐵腳宜接地。當其遭受雷擊時就能通過絕緣子鐵腳放電，使雷電流泄入大地而起到保護作用。其接地電阻不應超過30Ω。凡土壤電阻率在200Ω?m以下地區的鐵橫擔及水泥杆線路，因連續多杆自然接地的作用，可不再另設接地。

（2）對於重要用戶，宜在低壓線架空線路進入室內前20m處安裝一組低壓避雷器，進入室內後再裝一組低壓避雷器。

（3）室內有電力設備接地裝置的建築物，在入口處宜將絕緣子鐵腳與接地裝置相連，可以不用另設接地裝置。

（4）在人員密集的公共場所及由木杆或木橫擔引下的接戶線，其絕緣子鐵腳應接地，並要設置專用的接地裝置。水泥杆的自然接地電阻若不超過30Ω可不設。

（5）在年平均雷暴日不超過30天的地區，凡低壓線路被建築物及樹木屏蔽或接戶線距低壓幹線的接地點不超過50m的，由於遭受雷擊機會較少，接戶線的絕緣子鐵腳可以不接地。

（6）在多雷區或易遭雷擊的地段，直接與架空線路相連的電能表宜裝設防雷裝置。其保護接線如下圖所示。

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