變電站防雷丨變電站直擊雷防護措施
來(lái)源：海南翔波雷電防護有限公司 發(fā)布時(shí)間：2022-12-09 16:39:14
雷電災害是“聯(lián)合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已經(jīng)上升到自然災害的第三位。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(wàn)美元﹐我國每年因雷擊造成的人員傷亡近萬(wàn)人，雷擊造成的財產(chǎn)損失估計在50―100億元左右。隨著(zhù)電力系統規模的增長(cháng)，大量集成電路應用于變電站二次設備，一旦雷電波侵入，極易造成二次設備的損壞，甚至可能會(huì )使整個(gè)系統癱瘓，造成不可估量的損失。變電站是電力系統的重要組成部分，因此他是防雷的重要保護部位。變電站防雷接地系統的合理是否直接關(guān)系到人身、設備、電網(wǎng)安全的重要問(wèn)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)，地面感應出相反電荷，當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)出光和聲的現象。供電系統在正常運行時(shí)，電氣設備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下，但是由于雷擊的原因，供配電系統中某些部分的電壓會(huì )大大超過(guò)正常狀態(tài)下的數值，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備上，二是架空線(xiàn)路的雷電感應過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電站。其具體表現形式如下：
(1)直擊雷過(guò)電壓。
雷云直接擊中電力裝置時(shí)，形成強大的雷電流，雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓，雷電流通過(guò)物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應和機械效應。
(2)感應過(guò)電壓。
當雷云在架空導線(xiàn)上方，由于靜電感應，在架空導線(xiàn)上積聚了大量的異性束縛電荷，在雷云對大地放電時(shí)，線(xiàn)路上的電荷被釋放，形成的自由電荷流向線(xiàn)路的兩端，產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，此過(guò)電壓會(huì )對電力網(wǎng)絡(luò )造成危害。
(3)雷電侵入波。
架空線(xiàn)路的雷電感應過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電站，是導致變電站雷害的主要原因，若不采取防護措施，勢必造成變電站電氣設備絕緣損壞，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利用保護裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。防雷保護措施應根據現場(chǎng)常見(jiàn)的雷擊形式、頻率、強度以及被保護設施的重要性、特點(diǎn)安裝適宜的保護裝置。
變電站的直擊雷保護
防直擊雷電的避雷裝置一般由接閃器、引下線(xiàn)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(xiàn)、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件可用作為第一類(lèi)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。避雷針是人為設立的最突出的良導體，在雷云的感應下，針的項端形成的電場(chǎng)強度最大，所以最容易把雷電流吸引過(guò)來(lái)，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。避雷針應考慮防腐蝕，除應鍍鋅或涂漆外，在腐蝕性較強的場(chǎng)所還應適當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(guò)導線(xiàn)接入地下，與地面形成等電位，利用自身的高度，使電場(chǎng)強度增加到極限值的雷電云電場(chǎng)發(fā)生畸變，開(kāi)始電離并下行先導放電：避雷針在強電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電;形成向上先導放電;兩者會(huì )合形成雷電桐廬，隨之泄入大地，達到避雷效果。實(shí)際上，避雷裝置是引雷針，可將周?chē)睦纂娨齺?lái)并提前放電，將雷電電流通過(guò)自身的接地導體傳向地面，避免保護對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導線(xiàn)通體要有良好的導電性，接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。
(2) 避雷帶。試驗發(fā)現，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(guò)對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調查發(fā)現，對于那些屋頂平整、又沒(méi)有突出結構(如煙囪等)的建筑物，雷擊部位是有一定規律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位，進(jìn)行重點(diǎn)保護的一種接閃裝置。避雷帶的防護原理與避雷線(xiàn)一樣，由于它的接閃面積大，接閃設備附近空間電場(chǎng)強度相對比較強，更容易吸引雷電先導，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(dòng)力，宜將網(wǎng)(帶)支起10-20cm，支持點(diǎn)間距取1-1.5m，并應注意美觀(guān)和伸縮問(wèn)題;暗裝可利用建筑內直徑不小于3mm的鋼筋。明網(wǎng)防雷電是將金屬線(xiàn)制成的網(wǎng)，架在建(構)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)筑物鋼筋混凝土結構中的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行雷電防護。只要每層樓樓板內的鋼筋與梁、柱、墻內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設施更為有效。無(wú)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(xiàn)
引下線(xiàn)是指連接接閃器與接地裝置的金屬導體。引下線(xiàn)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，截面適當加大。建筑物的金屬構件引下線(xiàn)應沿建筑物外墻敷設，敷設時(shí)應保持一定的松緊度。從接閃器到接地裝置的引下線(xiàn)的敷設應盡量短而直，若必須彎曲時(shí)，彎角應大于90°。引下線(xiàn)應敷設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(xiàn)應加保護設施，以避免機械損壞。暗裝引下線(xiàn)利用鋼筋混凝土中的鋼筋作引下線(xiàn)時(shí)，最少應利用四根柱子，每柱中至少用到兩根主筋。防雷裝置的引下線(xiàn)應滿(mǎn)足機械強度、耐腐蝕和熱穩定的要求。
3.接地裝置
防雷接地是針對防雷保護的需要而設置的接地，目的是使雷電流順利導人大地，以利其降低電壓。埋接地體時(shí)，應將周?chē)钔梁粚?shí)，不得回填磚石灰渣之類(lèi)雜土。通常接地體均應采用鍍鋅鋼材，土壤有腐蝕性時(shí)，應適當加大接地體和連接條截面，并加厚鍍鋅層。接地電阻的數值應符合規范要求。
變電站遭受雷擊的主要原因：
雷電是雷云層接近大地時(shí)，地面感應出相反電荷，當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)出光和聲的現象。供電系統在正常運行時(shí)，電氣設備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下，但是由于雷擊的原因，供配電系統中某些部分的電壓會(huì )大大超過(guò)正常狀態(tài)下的數值，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備上，二是架空線(xiàn)路的雷電感應過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電站。其具體表現形式如下：
(1)直擊雷過(guò)電壓。
雷云直接擊中電力裝置時(shí)，形成強大的雷電流，雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓，雷電流通過(guò)物體時(shí)，將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應和機械效應。
(2)感應過(guò)電壓。
當雷云在架空導線(xiàn)上方，由于靜電感應，在架空導線(xiàn)上積聚了大量的異性束縛電荷，在雷云對大地放電時(shí)，線(xiàn)路上的電荷被釋放，形成的自由電荷流向線(xiàn)路的兩端，產(chǎn)生很高的過(guò)電壓，此過(guò)電壓會(huì )對電力網(wǎng)絡(luò )造成危害。
(3)雷電侵入波。
架空線(xiàn)路的雷電感應過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓形成的雷電波沿線(xiàn)路侵入變電站，是導致變電站雷害的主要原因，若不采取防護措施，勢必造成變電站電氣設備絕緣損壞，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利用保護裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。防雷保護措施應根據現場(chǎng)常見(jiàn)的雷擊形式、頻率、強度以及被保護設施的重要性、特點(diǎn)安裝適宜的保護裝置。
變電站的直擊雷保護
防直擊雷電的避雷裝置一般由接閃器、引下線(xiàn)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(xiàn)、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件可用作為第一類(lèi)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。避雷針是人為設立的最突出的良導體，在雷云的感應下，針的項端形成的電場(chǎng)強度最大，所以最容易把雷電流吸引過(guò)來(lái)，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。避雷針應考慮防腐蝕，除應鍍鋅或涂漆外，在腐蝕性較強的場(chǎng)所還應適當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(guò)導線(xiàn)接入地下，與地面形成等電位，利用自身的高度，使電場(chǎng)強度增加到極限值的雷電云電場(chǎng)發(fā)生畸變，開(kāi)始電離并下行先導放電：避雷針在強電場(chǎng)作用下產(chǎn)生尖端放電;形成向上先導放電;兩者會(huì )合形成雷電桐廬，隨之泄入大地，達到避雷效果。實(shí)際上，避雷裝置是引雷針，可將周?chē)睦纂娨齺?lái)并提前放電，將雷電電流通過(guò)自身的接地導體傳向地面，避免保護對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導線(xiàn)通體要有良好的導電性，接地網(wǎng)一定要保證盡量小的阻抗值。
(2) 避雷帶。試驗發(fā)現，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(guò)對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調查發(fā)現，對于那些屋頂平整、又沒(méi)有突出結構(如煙囪等)的建筑物，雷擊部位是有一定規律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位，進(jìn)行重點(diǎn)保護的一種接閃裝置。避雷帶的防護原理與避雷線(xiàn)一樣，由于它的接閃面積大，接閃設備附近空間電場(chǎng)強度相對比較強，更容易吸引雷電先導，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(dòng)力，宜將網(wǎng)(帶)支起10-20cm，支持點(diǎn)間距取1-1.5m，并應注意美觀(guān)和伸縮問(wèn)題;暗裝可利用建筑內直徑不小于3mm的鋼筋。明網(wǎng)防雷電是將金屬線(xiàn)制成的網(wǎng)，架在建(構)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)筑物鋼筋混凝土結構中的鋼筋網(wǎng)進(jìn)行雷電防護。只要每層樓樓板內的鋼筋與梁、柱、墻內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設施更為有效。無(wú)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(xiàn)
引下線(xiàn)是指連接接閃器與接地裝置的金屬導體。引下線(xiàn)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，截面適當加大。建筑物的金屬構件引下線(xiàn)應沿建筑物外墻敷設，敷設時(shí)應保持一定的松緊度。從接閃器到接地裝置的引下線(xiàn)的敷設應盡量短而直，若必須彎曲時(shí)，彎角應大于90°。引下線(xiàn)應敷設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(xiàn)應加保護設施，以避免機械損壞。暗裝引下線(xiàn)利用鋼筋混凝土中的鋼筋作引下線(xiàn)時(shí)，最少應利用四根柱子，每柱中至少用到兩根主筋。防雷裝置的引下線(xiàn)應滿(mǎn)足機械強度、耐腐蝕和熱穩定的要求。
3.接地裝置
防雷接地是針對防雷保護的需要而設置的接地，目的是使雷電流順利導人大地，以利其降低電壓。埋接地體時(shí)，應將周?chē)钔梁粚?shí)，不得回填磚石灰渣之類(lèi)雜土。通常接地體均應采用鍍鋅鋼材，土壤有腐蝕性時(shí)，應適當加大接地體和連接條截面，并加厚鍍鋅層。接地電阻的數值應符合規范要求。
變電站是電力系統防雷的重要保護設施，如果發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴重影響社會(huì )生產(chǎn)和人民生活。為保證電力系統的安全運行，電力系統應根據被保護物的重要性和危險程度的不同，對于直接雷、雷電感應、雷電侵入波應采取相應的防雷保護措施。因此要求變電站的防雷保護措施必須十分可靠。雷電波沿著(zhù)輸電線(xiàn)路侵入變電站，就會(huì )對變電站設備構成巨大威脅。因此，如何切實(shí)有效地制定及改善輸電線(xiàn)路和變電站的防雷措施，已經(jīng)成為確保電力系統安全、可靠、穩定運行的重要工作之一。
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