唐東平

(廣西投資集團銀海鋁業(yè)有限公司，廣西 南寧 530028)

一 引言

隨著電力系統信息化建設的不斷提高，各種電子設備被廣泛應用于電力系統中，調度通訊等信息設備越來越多，但是各種電子設備的耐雷電壓、耐過電流能力卻越來越低，對雷電電磁脈沖敏感性提高。另外，由于電子設備的信號來源路徑增多，電力系統較以前更容易遭受雷電波侵入，信息系統正常運行受到影響，微型計算機和通信設備的串行通信口將會受到損壞，嚴重的會直接破壞計算機本事。特別是在雷電多發(fā)區(qū)造成系統損壞的現象更加普遍，一旦二次設備受到雷擊，一次設備的安全也將受到威脅。實踐證明采用二次防雷措施的電力系統，其安全性能夠達到要求，因此，綜合防雷在電力系統二次設備上的使用是必要的。

通常來說直擊雷以及雷電電磁脈沖感應雷的防護是防雷的主要部分。在預防雷電電磁脈沖感應雷時應該從多個方面考慮造成雷電災害的各種因素，根據雷電的各種危害機理、途徑和通道等，應采用對應的綜合防雷措施。

對于電力系統二次設備來說，雷電主要通過以下途徑侵入:(1)雷擊通過架空線通道傳導耦合;(2)雷擊通過地線通道傳導耦合;(3)雷電電磁脈沖能量通過空間通道的輻射耦合;(4)雷云電場通過靜電感應耦合到電纜溝的電纜中;(5)通訊線路也是雷電入侵的路徑之一。

由于雷電的侵襲無孔不入，所以任何單一的防護措施其效果都是有限的，需要采取多方面的防雷措施。防雷措施可概括為兩個部分(內外部防護)和四項技術(屏蔽、攔截、分流、接地以及均壓)。不同的防雷技術之間不存在替代性，相互有著緊密的聯系，需要綜合考慮多個防雷技術。

二 雷電的二次效應及其作用范圍

所謂雷電的二次效應是指從云中下來的雷電電流泄放地面時，在泄放過道的附近形成電磁場，從而導致在這個電磁場周圍的電子裝置和金屬元件受到電磁脈沖的干擾而毀壞的現象。雷電二次效應的耦合方式主要有反擊、電磁感應、靜電場耦合三個方面。

1.反擊

當金屬體遭受直擊雷的時候，在接閃瞬間金屬體與大地間存在著很高的電壓，雷電的反擊現象就是指的這個電壓對與大地連接的金屬物品之間所發(fā)生的放電現象。雷電的反擊一般發(fā)生在建筑物的外部及附近的金屬體上，例如當樹木遭到雷擊時，樹木本身所帶的高電壓與其附近的金屬體和房屋之間就會產生雷電反擊現象。

2.電磁感應

雷電的電磁感應是由于雷擊后巨大的雷電流在周圍空間產生瞬間變化的強電磁場所導致的，在主放電過程中，伴隨雷電流沖擊波，強電磁場能在附近的金屬導體上感應出很高的感應過電壓。雷電的電磁感應一般發(fā)生在用電設備的內部、各電子器件內部電路等，在強電磁場附近導體上產生電磁感應可能使金屬部件之間產生火花從而直接損害設備。如在送電線路附近發(fā)生雷云對地放電時，在送電線路上就會產生電磁感應過電壓。在圖1 中，沿著ABCDA 方向的回路和沿著ABEFA 方向的回路所產生的雷電感應電動勢會A 點的對地電壓升高，從而出現過電壓，這就是雷電感應過電壓的電磁分量。當雷擊桿塔時，在導線上也會產生電磁感應過電壓。雷擊點感應電壓的大小與雷電流的幅值和陡度成正比。

圖1 雷電電磁感應過電壓電磁分量圖

3.靜電場耦合

當雷云向地面發(fā)展時，會在輸電線路上產生很高的電位，輸電線路上感應出的電荷與雷云的極性相反，這個現象稱為靜電感應。雷電場是一個儲能巨大的靜電場，雷擊過程中的雷電流是從小到大再減弱，開始階段它在放電過程中由于空氣阻力的作用，經過加熱使得放電電流會達到最大值，再隨著電場的減弱放電電流下降。因個位靜電場放電，電流的方向保持恒定，就會造成一個脈沖電流，且幅值偏大，會構成靜電場的耦合。這種情況一般是在電設備外圍發(fā)生，對電力系統的通訊過程不利。

三 二次設備綜合防雷措施

(一)綜合防雷的組成

1.直擊雷防護

(1)功能:攔截雷電流以及對雷電流的泄放。

(2)系統組成:主要由避雷針、避雷帶、引下線和接地體構成，把大部分的雷電電流直接傳輸地面。

2.雷電電磁脈沖防護

(1)功能:均衡系統電位，限制過電壓幅值。

(2)組成:由各種過電壓保護器和避雷器組成。

(二)綜合防雷的主要措施

1.攔截

由于雷電過電壓的能量非常大，因此單一的防雷措施根本無法完全消除雷電過電壓的侵害，必須采取多級的綜合防雷措施才能將侵入的雷電過電壓限制在設備能夠承受，并且不危害人身安全的范圍之內。綜合防雷的第一步目標是直擊雷。盡管避雷針會對電力系統二次設備產生一些副作用，但是傳統的避雷針和避雷網等設備仍然是攔擊直擊雷最為經濟、最為有效的途徑。對與此同時產生的副作用，應該采取積極有效的技術措施予以抑制。

2.屏蔽

屏蔽是防止任何形式電磁干擾的基本手段之一，主要是防止或降低外界電磁輻射能量向被保護的空間傳播，以及限制某一區(qū)域內部的電磁能量向外傳播。屏蔽一般可以分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽三種。電場屏蔽是抑制或消除靜電干擾;磁場屏蔽是為了抑制或消除由于磁場耦合所引起的干擾;電磁場屏蔽是同時考慮了電場和磁場的因素，用來屏蔽高頻電磁場輻射的一種措施。此外，對于電纜的屏蔽也是一項非常重要的措施，為了防止雷電電磁脈沖對機房內外所有架空和地下的電纜的干擾，一般的做法是用多點接地的金屬網、蜂窩結構的非完整屏蔽體或屏蔽室之類完整屏蔽體將電纜屏蔽起來。

3.均壓

均壓也稱為等電位連接，其本質是由等電位連接用的金屬導線、等電位連接器、所有導體(不帶電金屬物體，比如各種線纜屏蔽層，設備的金屬底座、金屬管道和金屬外殼等;帶電金屬物體，比如電源線和各種信號傳輸線等)以及可靠的接地系統所組成的一個電位補償系統。其中非帶電導體直接用導線連接，帶電導體通過避雷器連接，把所有導體之間作良好的導電性連接，并與接地系統連通。均壓的作用是為雷電流提供低阻抗的流動通道，使其能迅速泄放到大地，同時保障系統安全，使系統各個部分之間不產生能導致危害的電位差。即在極短時間里通過均壓系統迅速地在被保護系統區(qū)域內的所有導體之間建立起等電位區(qū)域，使得需要保護的系統區(qū)域內部的導體之間不存在明顯的電位差，從而保護設備和人身安全。

4.分流

分流是指在泄放雷電電流到大地的過程中，按照所劃分的防雷保護區(qū)對雷電能量分級泄放，并且盡可能多的將多余的雷電能量在引入到二次設備之前就泄放到大地中。

5.接地

接地是泄放雷電電流最有效的手段之一，其目的是使雷電能量通過低阻抗的良好接地系統泄放到大地中，降低引下線上的電壓，避免發(fā)生雷電反擊，從而保護建筑物、設備以及人身安全。接地不良的接地系統或避雷設施非但不能防雷，反而會為雷電電磁脈沖的破壞提供機會，對電氣和電子設備產生電容性或電感性的耦合干擾。

在分析了以上各種情況之后，可以得到電力系統二次設備的防雷措施。第一，為了避免雷擊，可以在金屬導體采用兩種方式方式，一種就是讓兩個導體電位均壓，另一種方式就是簡單的保持兩個相鄰導體之間的距離。第二，電力系統的靜電場耦合，通過一些屏蔽方式來避免設備收到靜電場的干擾。第三，對于雷電電磁感應，單一的措施不能有效的消除其危害，必須綜合采取上述的攔截、屏蔽、均壓、分流和接地等防雷措施。

由以上的分析可以將綜合防雷措施總結為“有效攔截、良好屏蔽、均衡連接、合理接地、整體設計、綜合治理、全面防御”的工程技術方法。

四 總結

隨著電力系統中各種電子設備的廣泛使用，雷擊對電子設備所造成的損害問題也日益突出，因此對設備的綜合防雷措施顯得十分必要。本文首先從雷電入侵電力系統二次設備的途徑入手，然后分析了雷電二次效應的危害和作用范圍，最后提出了二次設備綜合防雷的主要措施，為實際設計防雷方法提供了一定的依據，給電力系統二次設備的安全穩(wěn)定運行提供有力的保障。

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