发布于：2007-07-20 09:47:20
来自：电气工程/防雷减灾
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摘要：变电所电子设备受雷击影响概率大，应当引起重视。采取分区、分级，重点防护，可起到事半功倍的效果。
关键词：雷击 防雷 电子设备 变电所
人类社会步入信息时代，各类先进的电子设备由于大量和广泛的运用，其遭受雷击危害机率大大增加。尤其是变电所内电子设备，依附于处在受避雷针保护范围内的一次设备，受雷击影响概率更大。且采用传统防雷措施，其防护多有不当，应当引起重视。
二 雷击危害的几种方式
2.1 雷的直击和绕击
雷云单体浮在大地上空，其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。如果途经变电所的避雷针或地表其它突出物，地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中。闪电开始之前先是雷云底部的始发先导按间歇分级跃进方式向地表发展，当距地面50～100m时，由避雷针等地表突出物电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。
通常当地面上突出物的高度为h，雷云正下方的平均电场强度大于和等于580h-0.7kV/m时，则该突出物将容易受到直击雷。原因是高为h的避雷针可影响雷云单体向下的始发先导发展方向的半径，用公式表述为: R=16.3h0.61m 。该式还表明，地表安装独立避雷针后，将会在其附近出现大量的散击，甚至对避雷针进行直击，对受避雷针保护范围内的物体进行绕击。[1]
一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培。瞬间高热和电动力，会造成混凝土杆炸裂，小截面金属熔化，引起火灾和大爆炸，金属导体连接部分断裂破损，建筑物倒坍，电气设备损坏。
2.2 雷电反击
直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10Ω，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。如果受雷击变电所输电线路来自另一个不同地网的变电所，那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差，导致与输电线路相连的电气设备的损坏。不仅仅是输电线路、动力电缆，凡是引进变电所的金属管线都会引起雷电反击。
另一种雷电反击，对变电所的电子设备危害也不容忽视。雷电流沿变电所的接地网散流，支线上的雷电流和各点电位差异很大。连接在不同等电位地网上的电子设备。如果其间有电信号联系，那么超过其容许承受能力的地电位差将导致设备损坏。
2.3 感应雷
直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，则为感应雷。显然，感应雷危害是大面积的，是电子设备的克星。
有资料计算表明，当雷击电流为30kA斜角波，雷云高度为3公里，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。[2]
还有计算显示，一栋由工字钢架构且金属部分连接成法拉第笼的10层（60m×30m×100m，每层高10m）的建筑物，被-2.6/40us，100kA的雷击中楼顶，其各层楼面1m高处的感应电场垂直分量达数kV/m，随楼层降低感应电场强度趋向于均匀，但强度整体上无大的衰减。[3]
事实上，在生产实践中，雷击的静电感应破坏力数倍于电磁感应。静电感应还可用雷击的二次效应理论来解释。带电雷云飘浮在地表上空，地表带上与雷云相反的等量电荷。当雷击过后，雷击点地表变为电荷的相对空穴，周围高电荷区域内与地电位相对绝缘的导体上的电荷，将像受突然击发的水波一样冲向雷击点，导致设备打火，绝缘受损和电子设备失效。特别注意的是电子设备的高阻抗输入回路，信号回路等引线较长，且直接连接的金属体积较大处，虽然已作电磁屏蔽（采用屏蔽电缆且屏蔽层两端接地）仍会遭受厄运
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只看楼主 我来说两句-
xxpeng
沙发
4.3.3 浮点电位牵制
2007-07-20 09:50:20
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xxpeng
板凳
4.2 第二级防护区包括进出变电所管线、二次电缆、端子箱、所用电系统及微波天馈线。其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压的传递，以及危险电位内引外送。
2007-07-20 09:50:20
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加载更多建筑物内金属门窗、玻璃幕墙、吊顶龙骨、灯具等均可能随雷电二次效应危害电子设备，应予就近多点接地以防不测。
变电所二次回路直流蓄电池长期为浮点运行。为防雷害，应采用直流避雷器和在绝缘监察装置内加装气体放电管。
五 结束语
雷击对变电所电子设备的危害主要表现在感应过电压，侵入波过电压、地电位反击，雷电二次效应等。
对变电所电子设备的防雷应分区分级防护，引雷、分流、散流、屏蔽、均压、隔离、限幅、嵌位、滤波相结合，充分利用当代先进技术，根据电子设备工作特点选用低压避雷器，如高频避雷器、数据避雷器、放电管、硅瞬变二极管、瞬态过电压保护器、组合式避雷器等，等将雷害事故和干扰减少到最低程度。◎
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4.2.1 进出所管线处理
进出所管线包括水管、煤气管、热力管、电源线、纵联保护导引线、信息传输线等。进所金属管类均应直埋进所，并与地网分几处连接，且宜在进所前经绝缘管道隔离后引入。所用电源一般不外送，如内引应经隔离变压器引入，引入前穿管直埋15m进所。仍采用纵联导引线保护的，导引线应按部颁反措经隔离变压器后引入，进所部分穿管直埋。进出所的信息传输线缆应穿管直埋入所并经保安单元或相应的数据避雷器后引入机房。有金属线的光缆穿管直埋入所先经接地汇接排后才能引入机房。接地的波导管本身具有良好的防雷作用，不需加避雷器，按规程沿路接地即可，对同轴电缆天馈线应加装相应高频避雷器，避雷器的地线就近与机房的接地汇接排相连。
4.2.2 二次电缆及端子箱
直接与电子设备屏柜和装置相连的控制信号电缆、电流、电压回路电缆都应该采用屏蔽电缆，且屏蔽层金属保护层及备用芯均应两端接地。端子箱及断路器机构箱、汇控柜等不管内部是否安装电子设备均应避开避雷器或构架避雷针的主要散流线接地。
4.2.3 所用电系统
电子设备雷害事故大多与电源相关。一方面是防护力度不够，另一方面说明从所用电入侵的雷电波能量足够大，经几级高压泄放仍具有强大的破坏力。
根据国标（GB50057-94）《建筑物防雷设计规范》规定，对微电子设备的供配电系统应采取三级过电压保护。三级分别为所用变低压出口，所用电配电柜各分路出口，各设备UPS电源出口。
低压配电系统避雷器一般以MOV（金属氧化物可变电阻）为主。MOV失效率较高，虽说经改进后的MOV通流容量越做越大，且有一些产品采用熔断器和温度断开装置予以保护，但仍有损坏，有必要采取三级冗余以增强可靠性。
4.3 第三级防护区包括变电所主控室、远动通信机房及全部电子设备。其主要任务是多重屏蔽、电源过压嵌位、信号限幅滤波、地电位均压、浮点电位牵制。
4.3.1 多重屏蔽
微电子设备工作电压低击穿功率小，靠单一屏蔽难以达到预期效果，必须采取多重屏蔽。利用建筑物钢筋网组成的法拉第笼，以及设备屏柜金属外壳、装置金属外壳等逐级屏蔽。
早期的变电所建筑留下了许多防雷的先天不足，新建的变电所必须按国标（GB50057-94）《建筑物防雷设计规范》及邮电部（YD2011-93）《微波站防雷与接地设计规范》、电力部（DL548-94）《电力系统通信站防雷运行管理规程》等要求利用建筑物女儿墙、天面防雷网及结构钢筋、基础钢筋焊接成一体的网，以及设备特殊要求的金属幕墙组成第一级屏蔽。
设备屏柜、装置本体订货时必须注明电磁兼容防护等级，使用环境。
4.3.2 地电位均压
笔者赞同室内采用联合地网，设环形地母线、接地汇集线。地母线与地网采用多条引下线对称引下连接。对于数字地、模拟地等功能地与保护地确实需要分开的，可采用地极防雷器连接。
对于电子设备之间电的联系跨度较大的部分，跨越几个防护区的部分，常因地电位不均衡造成工作出错或损害。国家电力调度通信中心曾发文制定反措［5］，在变电所主控室电缆层敷设不小于100mm2的铜地网延伸至220kV耦合电容结合滤波器处连接。这一措施实施以来效果令人满意。不仅仅是高频保护，目前就地布置的电子设备与分控室或主控室之间的通信如果采用电的联系，同样会遭遇此问题。现场可以根据具体情况采取地电位均衡措施。
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