配电系统的防雷与接地探析

胡保有 康红军

摘 要：文章在对雷击现象及其主要危害进行论述的基础上，分析了配电系统接地防雷击系统的主要形式，并对其具体的应用环境进行了分析。同时，从变电站的进线防护技术、侵入波的防护、建筑物的防雷接地以及外电源线路采用浪涌保护器四个方面探讨了配电系统的防雷与接地技术，为配电系统的防雷设计与施工提供参考。

关键词：配电系统；防雷；接地；浪涌保护

中图分类号：TM861 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0107-02

随着电网系统建设的迅速发展，电力系统的可靠性得到持续提高。但与此同时，在施工建设过程中由于设计以及施工方面的原因，导致电网建设之后出现了雷击事故。究其原因，主要是由配电系统防雷设计过于简单、施工技术措施不力等原因造成的。因此，在配电系统的防雷接地设计过程中，有必要在对防雷接地技术方式进行充分认识的基础上，从防雷接地施工、配电设备及相关系统防雷接地、浪涌设备的设置等几个方面提出对应的防雷接地措施，从而达到有效控制雷击事故的目的。

1 雷击现象及其主要危害

雷击是自然界中一种常见的放电现象。大气中存在大量的正负电荷雷云，当带有异种电荷的雷云相互之间的距离接近至一定程度之后，或者雷云与大地凸出物接近至一定的程度之后，电场将会在凸出物与雷云之间的空间击穿，从而出现强烈的气体放电现象，产生闪电、雷鸣等。雷击通过直击雷、感应雷或者雷电侵入波等形式给人畜造成伤亡；使得电力线路、发电设备或者电力设备等产生高压冲击，直接影响到设备的绝缘层，形成短路、爆炸以及火灾等问题，最终造成大面积的停电故障。同时，在雷击过程中还产生了强大的电排斥力、电磁推力等作用，可能会对建筑物产生结构性的破坏，使建筑物倒塌。

2 配电系统接地防雷击系统的主要形式

接地防雷系统是配电系统防雷的主要形式，在具体的实施过程中主要包括两种：

①设备外露中的可导电部分通过各自PE线直接接地。

②设备外露中的可导电部分通过PE线、PEN线进行接地。因此，通常在对配电系统进行接地防雷设计中，采用如下三种接地防雷形式。

2.1 TN-S接地防雷系统

该种防雷系统的N线与PE线是相互分开的，系统的所有外露可导电部分都与公共的PE线直接连接，形成了三相五线制的系统。在当前的配电系统当中，这种防雷接地系统应用最为广泛，但是由于消耗材料较多，导致投资成本增加，且构成的三相不平衡系统用作单相使用时会在N相线上形成高电位，因此通常设计时会将末级开关与总开关的N线连接断开，而采用两级开关，同样会造成投资增加。所以，TN-S接地防雷系统主要用户环境较差、对设备可靠性要求高以及电磁环境复杂的配电系统中，其具体的连接方式如图1所示。

2.2 TN-C接地防雷系统

该种防雷接地系统的N线与PE线整合成为了一根PEN 线，且系统所有的外漏可导电部分都与PEN线直接相连。由于系统的N线不能断线，因此在接入到建筑物内部之前，必须对N线或者PE线进行重复的接地。TN-C接地防雷系统能够很好的适应三相负荷基本平衡的使用环境，而且能够用于有容量相对较小的单相220 V的移动用电设备以及便携式设备当中，其系统连接如图2所示。

2.3 TN-C-S接地防雷系统

在TN-C-S接地防雷系统当中，N线与PE线中有部分是共同使用，而另一部分則采用了局部的保护线。即系统的前半部分与TN-C系统相同，而系统的后半部分则采用了与TN-S系统一致的结构，其具有两个系统的共同特点。该种防雷接地系统主要用于配电系统的末端设备，这些设备的使用环境条件较差，或者主要是进行数据处理工作。因此，该种系统主要用于工业企业、普通民用建筑等中。当配电系统负荷设置有漏电开关，且干线末端处有接零保护时，该系统还可以用于民用住宅小区中，其系统连接如图3所示。

3 配电系统防雷接地的技术措施

3.1 变电站的进线防护技策略

为了限制经过避雷器的雷击电流复制以及雷电波的坡度，必须在防雷接地系统设计过程中对变电站的进线进行对应的保护。一旦线路中出现过电压现象，将引导电波向变电站运动。因为闪络电压的起伏值是线路绝缘的50%，因此线路的冲击耐压能力要高于变电站设备的耐压能力。接近变电站，在进线上设置避雷线成为线路防雷的主要措施。

3.2 变电站对侵入波的防护

变电站针对侵入波的防护措施是在变电站的进线处设置阀型的避雷器。该种避雷器的基本单元是非线性电阻或是火花间隙电阻。当前，配电系统中采用的避雷器主要是SFZ系列的阀型避雷器，其主要用于保护中等或者大容量的电气设备，而FS系列的阀型避雷器则主要是针对小容量的配电装置而设置的。

3.3 配电系统建筑物的防雷接地技术措施

配电系统以及整个电气设备的防雷性能将直接受到其所在建筑物自身的防雷性能影响，所有的建筑物内部的配电系统以及设备的首道防线是建筑物自身，因此做好配电系统的接地防雷措施，首先要考虑配电系统所在建筑物本体的防雷性能。针对建筑物以及电气、电子设备的防雷接地装置的设置可以基于GB 50054-95中的相关标准进行等电位的连接，而不是采用传统的独立行使的接地防雷网络。通过使用等电位连接方式，将建筑物中设置的人工接地体、室内电气设备以及自然接地体、电气设备的外露导体等进行等电位连接。当雷击现象再次发生时，其产生的高峰值雷击电流相对地面产生强大的高电压，该电压将使得依然处于大地电位的电气设备、配电系统以及工作人员产生闪络，从而导致设备或者人员雷击事故。在采用等电位的连接方式之后，雷击事故将大大降低，这也使得等电位防雷措施成为了接地防雷措施的一种有效形式。建筑在进行防雷设计的过程中，必须结合建筑物所在的地质、气象、环境以及被保护系统的特点，综合采用对应的防雷措施，设计形成科学合理的施工技术方案。

3.4 针对外电源线路采用浪涌保护器进行保护

针对外电源线路的防雷接地措施，其可以将防雷接地措施分为三个级别。对于第一级电源防雷施工，按照国家的相关规定，外接金属线路在接入建筑物之前必须在15 m以内穿入预先设置好的金属管槽，且必须在建筑物的线缆进入端部的低压端设置浪涌保护器，将可能从外部引入的雷击高电压引入到大地进行释放，确保设备后续的使用安全。对于该级别的防雷接地，三相进线必须对每条线路安装15 kA（10/350 μs）以上的通流容量浪涌保护器，从而将数万伏特甚至十几万伏特的过电压限制在几千伏特以内。浪涌保护器必须与配电系统的总配电室的进线端并联，从而达到保护直击雷或者传导雷击的目的。该种浪涌保护器不会限制后续接入设备的功率，因此可以利用线路来传输直击雷以及雷击造成的高强感应，达到保护配电系统的目的。

对于第二级浪涌保护器，其一般是作为次级防雷设备使用，可以将几千伏特的过电压进行持续的限制，通常可以将之限制在2 kA以内。该级别的电源浪涌保护设备要求的同流容量一般在40 kA（8/20μs）的范围内，通过将第一级浪涌保护器释放之后产生的雷击残压和感应雷击电流进行再次释放。单相线路以及三相线路都可以使用通流容量为40 kA（8/20μs）的电源浪涌保护器进行防雷保护控制，该种类型的浪涌保护器一般并联设置在线路中，而且对后接入的设备公路亦不予以限制。

对于第三级电源防雷，该级别的防雷措施是在进行配电系统系统性防雷工程施工中比较容易忽略的地方。因为现代电子设备都使用了大量的集成电路以及精密原建设部，而且这些元器件的击穿电压一般只有数十伏特，且最大的允许工作电流强度通常处于mA级别。若不进行第三级别的防雷设置，通过第一、二级的防雷处理之后，进入设备的雷击电压依然达到上千伏特，这可能对后续电子设备的使用造成極大的冲击，同时导致现代的配电系统造成破坏。第三级的浪涌保护器所选择的同流容量一般为20 kA（8/20μs）的串联式浪涌保护器，而且该浪涌保护器同样不对后续接入设备的功率进行限制。若配电系统用于供应单相用电设备，则可以选择同流容量为20 kA的浪涌保护器，并将其直接与设备的前端串联起来，从而达到对操作电压以及高压静电产生防范的效果。但是，这种连接方式的缺陷就是对接入的设备功率有限制作用，通常要求后接入设备的功率在4 kW以下。

4 结 语

配电系统的防雷接地施工是一项系统性的工程，在接地施工过程中需要结合当地的地质、气候、供电设备以及系统使用要求等相关要求，从多个方面采取针对性的措施进行防雷设置，只有这样才能达到保护配电系统以及相关设备的目的。

参考文献：

[1] 黄小菊.浅谈配电系统的防雷与接地问题[J].民营科技，2011，（7）.

[2] 童凌.配电系统的防雷与接地措施研究[J].科技风，2014，（4）.

[3] 李涛.如何做好配电系统的防雷与接地[J].城市建设理论研究，2013，（2）.

[4] 王长成.工厂变配电系统的防雷与接地探索[J].无线互联科技，2013，（10）.