李曉磊，姚東升，雒新萍，胡 旻

（陜西省突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布中心，陜西西安 710000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對(duì)生活質(zhì)量的要求不斷增加，電力需求也隨之增加，推動(dòng)了電力工程的建設(shè)。但在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，電力設(shè)備易受到雷擊的影響。因此，防雷與接地是配電系統(tǒng)中必不可少的環(huán)節(jié)，要合理設(shè)計(jì)和施工，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使社會(huì)經(jīng)濟(jì)得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)和發(fā)展。

1 防雷與接地工作原理

雷電是由于大氣中電荷不平衡引起的自然現(xiàn)象，在云內(nèi)部，水汽和顆粒物等帶電粒子不斷碰撞，導(dǎo)致電荷分離，通常情況下，云的上部帶正電荷，下部帶負(fù)電荷。當(dāng)不同電荷的云相互靠近時(shí)，電荷分離也會(huì)發(fā)生，云底部的負(fù)電荷會(huì)吸引附近地面的正電荷，導(dǎo)致地面附近形成帶正電荷的區(qū)域。由于電荷分離，云與地面間形成了巨大的電場(chǎng)，這個(gè)電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致空氣中的分子離子化，形成電離通道，即閃電通道。當(dāng)電離通道形成后，電荷會(huì)沿著通道進(jìn)行放電，這個(gè)過程中，電荷會(huì)以極快的速度移動(dòng)，形成閃電。閃電是由電流流動(dòng)引起的，通常是從云底或云與地面間放電，也有可能是云與云之間放電。雷擊會(huì)導(dǎo)致線路和設(shè)備受損，甚至擊穿絕緣保護(hù)層，造成爆炸、火災(zāi)或者停電等現(xiàn)象，因此，為保護(hù)電力系統(tǒng)免受雷擊的影響，須采取防雷與接地技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。其工作原理為利用雷電的特性，將電力系統(tǒng)中的金屬部件與地面形成良好的連接，通過導(dǎo)線將雷擊所產(chǎn)生的電流安全地引流到地下，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 防雷接地

2 配電系統(tǒng)防雷與接地的主要形式

（1）單點(diǎn)接地。單點(diǎn)接地是最常見的接地方式，即將電力設(shè)備的中性點(diǎn)與地面相連接。其能夠?qū)⒃O(shè)備的電荷積累導(dǎo)入地下，減少設(shè)備的電壓升高，提高設(shè)備的安全性。

（2）多點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地是在電力系統(tǒng)中設(shè)置多個(gè)接地點(diǎn)，通過增加接地點(diǎn)的數(shù)量，可增加接地面積，降低接地電阻，提高整個(gè)系統(tǒng)的防雷能力。

（3）接地網(wǎng)格。接地網(wǎng)格是在電力設(shè)備周圍布置的金屬網(wǎng)格，通過將多個(gè)接地點(diǎn)相互連接，形成接地網(wǎng)格，可提高接地效果，增強(qiáng)防雷能力。

（4）防雷設(shè)備的安裝。除了接地外，還可安裝其他防雷設(shè)備，如避雷針、避雷帶等。這些設(shè)備能夠吸引雷電并將其引導(dǎo)到地下，保護(hù)電力設(shè)備免受雷擊。

2.1 TN-S接地防雷系統(tǒng)

TN-S 接地防雷系統(tǒng)是最常用的一種配電系統(tǒng)的接地和防雷系統(tǒng)，由電源供應(yīng)系統(tǒng)、接地電極、設(shè)備接地線和避雷器等組成，是一種單一中性點(diǎn)接地的系統(tǒng)，TN 代表電源中性點(diǎn)與設(shè)備接地點(diǎn)間的連接方式，S 代表設(shè)備的金屬外殼通過獨(dú)立的地線與地面相連。三相五線制系統(tǒng)是一種配電系統(tǒng)，其由三相線（L1、L2、L3）、中性線（N 線）和保護(hù)地線（PE 線）共同組成。中性線（N 線）用于平衡三相電壓，保護(hù)地線（PE線）用于提供設(shè)備和人員的安全保護(hù)。在TN-S 接地系統(tǒng)中，中性線（N 線）和保護(hù)地線（PE 線）是分開布置的。中性線（N 線）用于回流電流，保護(hù)地線（PE 線）用于提供設(shè)備和人員的安全保護(hù)，在供電過程中，電流只會(huì)通過中性線而不會(huì)通過保護(hù)地線，這樣可有效降低電流通過人體或設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。在遭遇雷擊時(shí)，系統(tǒng)的中性點(diǎn)通過低阻抗的接地電極與地面形成連接，以實(shí)現(xiàn)電流的安全引流和電壓的平衡。通過中性點(diǎn)接地，可將電力系統(tǒng)中的故障電流引流到地下，保護(hù)設(shè)備和人員免受電擊傷害。因?yàn)門N-S 接地防雷系統(tǒng)具有安全可靠的特點(diǎn)，且防雷效果好，再加上相對(duì)簡(jiǎn)單，易于施工和維護(hù)，降低了系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維成本，因此經(jīng)常被用在電磁環(huán)境差、設(shè)備可靠性要求高的復(fù)雜配電系統(tǒng)中。

2.2 TN-C接地防雷系統(tǒng)

TN-C 接地防雷系統(tǒng)是將零線（N 線）和保護(hù)地線（PE 線）整合成為PEN 線，在這種系統(tǒng)中，PEN線既充當(dāng)中性線（N 線）的功能，也充當(dāng)保護(hù)地線（PE線）的功能，因此既能提供電力系統(tǒng)的接地保護(hù)，又能有效防止雷電對(duì)系統(tǒng)的影響。在TN-C 接地系統(tǒng)中，PEN 線與地線相連，通常在主配電盤或主接地點(diǎn)處連接，目的是將電力設(shè)備的零線和保護(hù)地線集中在一條導(dǎo)線上，形成一個(gè)共同的接地點(diǎn)，稱為TN-C接地點(diǎn)，更好地保護(hù)電力系統(tǒng)免受雷擊和故障的影響。PEN線的外露可導(dǎo)電部分（如金屬管道、金屬框架等）可直接與PEN 線連接，以提供良好的接地保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)由接地裝置、避雷器、接地導(dǎo)線、等離子保護(hù)器等構(gòu)件組成，當(dāng)雷電擊中地面附近時(shí)，通過PE 導(dǎo)體的接地，將雷電流引入地下，使其分散和消散，這樣可有效降低雷電對(duì)電力系統(tǒng)的影響，保護(hù)設(shè)備的安全。這種系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)既能夠發(fā)揮保護(hù)設(shè)備和人員的功能，又通過簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)，從而減少了線纜的數(shù)量和成本。TN-C 接地防雷系統(tǒng)通常應(yīng)用于三相負(fù)荷平衡或者單相220 V 的移動(dòng)便攜設(shè)備中。

2.3 TN-C-S接地防雷系統(tǒng)

TN-C-S 接地防雷系統(tǒng)是在TN-C 接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了S 導(dǎo)體，即采用了PE（Protective Earth）、N（Neutral）和S（Separated）3 個(gè)導(dǎo)體進(jìn)行接地，PE 導(dǎo)體是專門用于系統(tǒng)的保護(hù)接地，N 導(dǎo)體是電力系統(tǒng)的中性導(dǎo)體，而S 導(dǎo)體是用于隔離故障電流的導(dǎo)體，以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的防雷性能。PE 和N 導(dǎo)體通常是通過同一根導(dǎo)線連接到地下的共同接地點(diǎn)，而S導(dǎo)體則是通過另一根獨(dú)立的導(dǎo)線連接到地下的獨(dú)立接地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障電流的有效隔離，提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮到不同部分的需求和實(shí)際情況，一般來說，TN-S 接地系統(tǒng)適用于對(duì)電力質(zhì)量和設(shè)備安全要求較高的部分，如關(guān)鍵設(shè)備、敏感儀器等；而TN-C 接地系統(tǒng)適用于對(duì)電力質(zhì)量和設(shè)備安全要求相對(duì)較低的部分，如一般照明、插座等。TN-C-S 接地防雷系統(tǒng)整合了TN-S 和TN-C 這兩個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，既提供了較高的電力質(zhì)量和設(shè)備安全保護(hù)，又簡(jiǎn)化了線路結(jié)構(gòu)和降低了成本，因此，經(jīng)常被用在工業(yè)和民用建筑配電系統(tǒng)中。

3 配電系統(tǒng)的防雷與接地技術(shù)研究

3.1 配電線路的防雷與接地保護(hù)

配電線路的防雷與接地保護(hù)，主要從高壓、中壓和低壓線路3方面展開。

（1）高壓線路的防雷接地。高壓線路是指輸送高電壓電能的線路，一般用于電力系統(tǒng)的輸電和配電，由高壓輸電塔或者電纜進(jìn)行支撐和傳輸，將電力從發(fā)電廠輸送到各個(gè)用戶或者將電力從變電站分配到不同的區(qū)域。針對(duì)高壓線路，一般選擇架設(shè)避雷線來起到保護(hù)作用，不同等級(jí)的高壓線路，架設(shè)要求不一樣。110 kV 的高壓線路，因?yàn)檠鼐€環(huán)境復(fù)雜，變化較大，需全線架設(shè)，若是山區(qū)等環(huán)境惡劣地區(qū)，還需雙層架設(shè)。35 kV 的高壓線路，因?yàn)檠鼐€環(huán)境穩(wěn)定，可每隔1～2 km 架設(shè)，以節(jié)約成本，避免過度浪費(fèi)。若沿途雷電活動(dòng)頻繁，則可根據(jù)實(shí)際情況添加避雷器，提高防雷效果。

（2）中壓線路防雷接地。中壓線路主要用于將電力從變電站輸送到用戶終端，或者將電力從配電站分配到不同的區(qū)域，當(dāng)受雷電襲擊時(shí)，可能引發(fā)變電站跳閘事故，可采用線路避雷器或者避雷線來實(shí)現(xiàn)防雷效果。對(duì)于10 kV配電線路，可在特定位置使用避雷器，并適當(dāng)增加防雷絕緣子的數(shù)量，從而提高防雷效果。

（3）低壓線路防雷接地。低壓線路通常較短，雷擊的威脅較小，防雷措施一般為絕緣子角鐵接地，合理控制接地電阻，通過電源中性點(diǎn)接地來實(shí)現(xiàn)電流的安全引流。

3.2 變電所建筑的防雷

變電所的建筑在保護(hù)設(shè)備方面發(fā)揮著重要作用，國(guó)家對(duì)其建設(shè)有著嚴(yán)格的要求和標(biāo)準(zhǔn)。一方面，遵循國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)通常對(duì)變電所建筑及設(shè)備的防雷接地提出了具體要求，如接地電阻的要求、接地網(wǎng)的布置等，目的是為保證變電所的安全運(yùn)行，減少雷電對(duì)設(shè)備造成的損害。另一方面，采用等電位連接防雷接地方式。等電位連接防雷接地是指將變電所建筑及設(shè)備的接地系統(tǒng)與地下埋設(shè)的接地網(wǎng)相連接，使其處于相同的電位，以確保設(shè)備在雷電活動(dòng)時(shí)能夠有一個(gè)良好的電流分布路徑，從而減少雷電對(duì)設(shè)備的損害。在變電所建筑的高處安裝避雷針，用于吸收和分散雷電能量，減少雷電對(duì)建筑物的影響。安裝方式上，110 kV 以上的變電所，在配電架構(gòu)上獨(dú)立安裝；35 kV 以下的變電所，獨(dú)立安裝。建筑鋼筋框架是建筑物的結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)，防雷引線是將雷電沖擊引導(dǎo)到接地系統(tǒng)的導(dǎo)體，可將二者交叉連接，構(gòu)建成法拉第籠狀避雷器，使得雷電沖擊從防雷引線傳導(dǎo)到建筑鋼筋框架上，再通過建筑鋼筋框架的導(dǎo)電性，使其成為一個(gè)均勻?qū)w，將雷電沖擊分散到接地系統(tǒng)中，從而保護(hù)建筑物和設(shè)備免受雷擊的影響。

3.3 配電變壓器的防雷接地

配電系統(tǒng)中的變壓器是電力傳輸和配電的重要組成部分，通過完成電壓轉(zhuǎn)換、電能分配、電力質(zhì)量調(diào)節(jié)等功能，確保電能以安全、穩(wěn)定、高效的方式供應(yīng)給用戶，保障電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在配電變壓器進(jìn)行防雷接地保護(hù)時(shí)，一般采用架設(shè)避雷器和三位一體的接地方式。架設(shè)避雷器是為有效吸收和分散雷電沖擊，保護(hù)配電變壓器免受雷擊損害。避雷器通常安裝在變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)，能夠迅速將雷電沖擊引到接地系統(tǒng)，保護(hù)變壓器和其他電氣設(shè)備。三位一體的接地方式是為確保接地系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性，通過將變壓器金屬基座、低壓側(cè)中性點(diǎn)與避雷器的接地下引線統(tǒng)一連接到接地裝置上，可形成一個(gè)連續(xù)的接地回路，使得雷電沖擊能夠有效通過接地裝置分散到地下。避雷器在工作時(shí)會(huì)吸收和分散雷電沖擊，但在雷電沖擊結(jié)束后，避雷器內(nèi)部可能會(huì)殘留一定的電壓，即避雷器的殘壓。若避雷器接地引線的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，殘壓會(huì)在引線上產(chǎn)生電壓降，進(jìn)而在引線與地之間形成電場(chǎng)，這樣的電場(chǎng)會(huì)引起電流的流動(dòng)，可能導(dǎo)致引線和接地系統(tǒng)的損壞。當(dāng)避雷器接地引線的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，殘壓的電場(chǎng)會(huì)與引線自身的電場(chǎng)相疊加，這種疊加效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)強(qiáng)度增大，電壓分布不均勻，可能出現(xiàn)電壓過高的局部區(qū)域，從而引發(fā)電弧放電和擊穿現(xiàn)象，損壞避雷器、接地裝置及其他電氣設(shè)備。因此，為避免避雷器接地引線與避雷器殘壓作用疊加引發(fā)破壞現(xiàn)象，應(yīng)盡量縮短避雷器接地引線的長(zhǎng)度。通過縮短引線長(zhǎng)度，可減少引線上的電壓降、減小電場(chǎng)強(qiáng)度，從而提高接地系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.4 計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備的接地措施

計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備在配電系統(tǒng)中扮演著重要的角色，因此，為保證它們的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需在建筑防雷與接地及設(shè)備本身接地方面做好相關(guān)工作，采取分級(jí)防雷的保護(hù)措施。一級(jí)防雷接地，即建筑和電源防雷接地是整個(gè)防雷接地系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通過合理設(shè)置接地裝置和接地網(wǎng)，將雷電沖擊引入地下，消散雷電電荷，減少雷電對(duì)建筑物和電源的沖擊，保護(hù)建筑內(nèi)部設(shè)備的安全。二級(jí)防雷接地，是在機(jī)房和設(shè)備端口即計(jì)算機(jī)與通信設(shè)備的關(guān)鍵區(qū)域提供更加精細(xì)和專業(yè)的保護(hù)措施，進(jìn)一步增強(qiáng)防雷能力，減少雷電對(duì)設(shè)備的損害。通過將一級(jí)和二級(jí)防雷接地組合起來，形成完整的防雷接地系統(tǒng)，可從根本上防止雷電電壓的沖擊和侵入，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，減少故障率。

4 結(jié)束語

綜上所述，配電系統(tǒng)的防雷與接地是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。在了解防雷接地原理的基礎(chǔ)上，選擇合適的接地方式和措施，可有效降低雷電對(duì)電力設(shè)備的影響，提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)具體情況進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，確保防雷與接地措施的有效性，為 的可持續(xù)發(fā)展提供保障。