配电系统雷电侵入危害及防雷保护研究

摘 要：雷电侵入配电系统对建筑物和电力系统的损坏非常巨大，配电系统的防雷保护措施及设计研究极具意义。根据配电系统的特殊结构分析了雷电侵入的主要原因及其危害，在此基础上基于现代防雷技术提出了配电系统的防雷措施，并针对性的分析了配电系统的防雷防护设计和方法，最后以昆明火车北站站房及博物馆改造工程为实例进行实证分析，一定程度上为配电系统的防雷保护设计提供理论依据与技术支持。

关键词：配电系统；雷电；防雷保护；实证分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.121

1 引言

雷电是当前人类不能控制和阻止发生的严重自然灾害之一，其发生时具有极快的时间特效，产生较强的电压与电磁干扰。直接与用户及设备对接的最后一个电力节点便是配电系统，系统的安全严重影响了设施运行，因此配电系统的安全及防雷保护在电力供给中具有极高的地位。信息技术高速发展的今天，配电系统也随着技术的发展不断趋于信息化与集成化，雷电对配电系统的干扰损害及破坏形式更加严峻，高度信息化的产品在雷电强大电压及电磁干扰下极其容易失效。配电系统使用的现代化通信设备即使在几千米以外的高空雷闪都有一定可能造成其损坏，贴别是当配电系统的建筑遭到雷电入侵时，会严重损害设备及整个系统的运行，从而导致配电系统不能正常工作。在电子设备较多的配电室内需要合理安排不同设备的摆放位置，同时需要对整个建筑采取一定的防雷措施，从而首先避免建筑受到雷电的入侵，其次是保障配电设备的安全。研究配电系统的雷电入侵危害及安全措施是多学科交叉融合的综合工作，当前我国针对配电设施的防雷接地等还存在不完善的地方，特别是随着现代化设施的应用，如何保障配电系统的安全运行，防止雷电入侵亟待完善。

2 配电系统雷电侵入的主要类型及危害分析

大气中的放电现象被称作是雷电，时间极短，几十微秒便可成产生上万安培的電流，同时可以释放超级大的热量，能够让气温度瞬间上升上万摄氏度。配电系统是电力系统中从变电站出口都具体用户的关键部位，如果雷电入侵产生巨大的电流侵入到配电系统，将会给配电系统造成毁灭性的破坏。配电系统雷电侵入的主要类型及危害主要类型如图1所示。

雷电对配电系统的影响众多，主要有直击雷、感应雷、球形雷、雷电电磁脉冲四类，雷击危害的破坏主要包括电作用的破坏、机械作用破坏、电磁作用破坏和热作用的破坏四个方面。直击雷入侵配电系统后，会导致多种原件及相关设备在强大的电流作用下，导致整个电气设备的绝缘性被破坏，造成设备报废，产生火花引起火灾及放生爆炸，从而严重威胁配电系统的安全运行。感应雷会由外部各种强、弱电架空线路或电缆线路传来的电磁波对建筑物内电子设备的干扰，引起微机的误动作和永久性损坏。球雷可以通过自身巨大的热量，对配电系统造成巨大的烧伤，并由于撞击作用产生爆炸，对配电系统及建筑造成剧烈的危害。雷电的电磁脉冲会由于自身的电磁场，通过电源的供电线路进入到配电的机房内，破坏机房及电力设施。

3 配电系统现代防雷措施及保护设计分析

配电系统遭受雷电入侵有很大的可能是是直接被雷电打击，因此在对于配电系统的建筑要首先设置避雷针，对于防止雷电波的入侵册需要针对雷电波的特点，设置避雷器。同时对整个配电系统中的各种电力设施及终端采取一定的防雷措施，从而避免设备的绝缘被破坏。总的来说现代防雷技术与措施是人类与雷电不断斗争中凝结新技术和方法，对于配电系统的防雷保护首先是进行建筑的外部保护，通过防雷等措施将大部分的入侵的雷电电流通过直接接闪进入大地；其次是通过内部保护与过压保护相结合的方式，对电力设施进行有效的过压保护，配电系统现代防雷措施及保护设计如图2所示。

如图2所示，配电系统的主题建筑首先要通过避雷针的设计，保障整个配电系统的建筑主体避免受到雷电的直接攻击，配电系统建筑主体采用避雷针是防止配电系统遭受直击雷入侵的最有效措施之一。对于不同的配电系统，需要针对性的设计避雷针，一般均需要加装独立的避雷针；对于配电系统的进线需要加装防雷保护设计，在配电系统的进线端进行避雷线的布设，从而有效减少配电设施遭受雷电入侵后的冲击。为防止雷电波入侵，在加装过压保护装置同时，需要与避雷器进行组合连接，从而有效保障在配电设备的冲击耐压超过雷电波的过压幅值。利用好建筑物自身的金属结构，设计防雷的措施避免配电系统遭受雷电入侵，特别是感应雷和电磁脉冲的干扰。最后配电系统要采用独立的接地体系，加装的所有避雷设计及设施均需要接入大地。总的来说，配电系统的防雷极其重要，需要针对配电系统的自身特性，设备使用需求与运行方式等多方面综合考虑，构建科学的防雷系统。

4 防雷工程案列分析

昆明火车北站站房及云南铁路博物馆改造工程中电气工程设计到10/0.4KV变、配电系统、室内动力及照明配电系统、室外道路照明。在防雷保护上，本工程首先按照第二类建筑物防雷措施设防，机车馆利用屋面突出金属作防直击雷的接闪器，部分区域利用建筑物金属屋面做接闪器，并与人工避雷带焊接连通，综合馆采用φ10圆钢焊接成10*10m或12*8m避雷网格，采用屋顶装饰钢管作避雷针。通过如此设计，当机车馆的建筑遭到雷电攻击时，避雷针首先将雷电引入到自身，并通过接地系统将电流引入到大地，从而有效的保障建筑自身及建筑内部的电力设施。部分如图3所示。

（3）低压配电室采用零线接地的接零保护系统TN-S，中性线和保护地线（PE）在接地点后均分开，同时对正常状态下不带点，但是在绝缘破坏后可能存在电压的一切电气设备金属外壳均接地；配电间、设备机房等处设局部等电位联结；通过采用总等电位联结，将建筑物内保护干线、设备进线总管、建筑物金属构件进行联结；配电间低配柜及下级配电箱分别设1-2级过电压保护装置，主要保护通讯等弱电设备及动力设备，3级过电压保护装置由设备提供；室外照明配电采用局部T-T型接地保护系统。室内高低压配电防雷保护如图4图5所示。接地系统中采用强弱电共用联合接地装置，接地极采用自然接地极，并与附近接地网连通。消防控制室及弱电设备用房的接地利用大楼统一接地装置，独立设引下线（NH-BV-1*25-SC32）；动力设备机房预埋两处接地钢板并沿不同路径直接接地。

5 总结

配电系统防雷是设计多学科交叉融科的综合工程，需要综合考虑配电系统的整体与局部，综合作用与设备功效，在防雷保护设计上需要针对性的设计防雷的措施，并根据电力设施及装备的特性，选择摆放及布设的条件，在此基础上完成科学的配电系统防雷设计。

参考文献：

[1]王喜越，韩东旭，冀石等.雷电对供电系统和电气的危害与防御措施[J].科技与企业，2014（17）：341.

[2]陶磊，陈建华，孙磊.雷电对供电系统和电气的危害与防御策略[J].华夏地理，2014（07）.

[3]冯宁.铁路变配电所的雷击危害及防雷技术分析[J].电气化铁道，

2008（01）：22-24.

[4]李长峰，华海娣，华烨.电力配电系统的防雷与接地技术探析[J]. 城市建设理论研究：电子版，2014（20）.

[5]戴苏，杨龙威.浅谈电力配电系统的防雷与接地技术分析[J]. 华东科技：学术版，2014（02）：257.

[6]邹金生，邹鑫.浅析电力系统通信机房的防雷接地技术研究[J]. 农家科技旬刊，2013（08）.

作者简介：陆刚（1973-），男，云南昆明人，副经理，工程师，研究方向：工程建设电力工程。endprint