电力配电网的防雷接地设计相关问题的分析

易明 张启 苏志泳

摘 要：随着我国用电需求的不断增加，对配电网系统安全的要求也越来越高。配电网的防雷是电力系统安全工作中的重要环节，防雷接地技术是实现配电网防雷措施的关键。本文分析了配电网雷电灾害发生的主要原因，提出了配电网防雷接地设计的相应措施，旨在使配电网防雷工作更上一层楼。

关键词：配电网；雷害；防雷；接地设计

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）30-0073-02

引 言

随着经济的快速发展，对配电网供电稳定性性要求越来越高，随着电网的快速发展，由雷电引起的跳闸、停电事故也日益增多。为了确保电网系统安全稳定运行，保证电力传输，需要对高压电网雷害事故发生的原因分析，了解高压输电线路防雷接地措施的缺陷和存在的问题，在设计阶段着力解决这些问题，对提高电网的安全性和稳定性，提高供电的可靠性具有重要意义。

1 配电网雷电分析

1.1 雷电的产生

由带电雷雨云引起的放电称为雷电放电[1]。在一定的大气条件下，热流到大气中冷却，凝结形成一个雷云，雷电云最底部带负电的大气层，在地面上强大的感应正电荷，所在雷雨云和地球之间有一个强大的电场，当空间电场强度大于自由大气放电的临界电场强度时，雷雨云之间发生放电，或雷雨云形成闪电放电到地面。

1.2 电网系统的感应电流

在雷雨天气中，雷电在电网系统中诱发电流，特别是在高压输电线路架空导线中。当雷雨云向地球放电时，高压导体中的电荷可以摆脱内部约束，由束缚电荷变为自由移动电荷，以雷电冲击波的形式驱动到配电网系统。当雷云在地球上放电时，高压导线中的电荷可以摆脱内部约束，从束缚电荷变为自由移动电荷，并以雷电的形式传输到配电网系统。此时，电荷的运动产生感应电流，导体中的电阻产生感应雷击电压，雷击电压大到足以对电力设施造成巨大破坏。

1.3 雷害的形成过程

配电网系统遭遇雷害一般需要经历如下几个过程[2]：①配电网尤其是处于高压部分的配电系统过电压是被闪电击中后产生的；②配电网系统发生闪络；③配电网从闪络逐渐恢复到工频电压；④供电线路发生跳闸，配电网出现故障。

1.4 配电网雷电事故

配电网是电力系统运行的载体和基本保证，其安全稳定是电力系统建设的必然要求，是确定供电工作正常运行的根本保证[3]。在电网的运行中，由于人为和环境因素如损坏、老化、安装、使用不当等原因造成配电网设备损坏，频繁停电。其中最常见的是雷击事故，直接造成停电事故频发。目前，配电设施雷电防护的重要性已引起我国供电部门的高度重视，并得到了进一步的分析，研究得出在电网线路和设备上安装避雷器等防雷设施，一定程度上减少了配电网雷击的发生。但从配电网的实际运行情况来看，安装防雷设备并没有从本质上解决雷击问题。即使是一些装备有防雷设施的设备，在遭受雷击时也有可能受到破坏，影响配电网运行安全。通过深入研究和分析，配电网雷电事故的主要原因是避雷器接地、配电网避雷器安装问题、配电网设计与运行与防雷的冲突、防雷设备性能、运行维护延迟等。

2 防雷分析

2.1 防雷原理及重要性

接地装置是配电网接地防雷的主要技术部分。闪电产生强大的电流，对电力设备产生危害，通过接地装置是必要的，强大的电流，使整个配电网的安全受到威胁。如何解决的基本原理是使用接收的动力装置或避雷接地装置连接到地面。

闪电是我国主要的自然灾害之一。灾害造成的损失和破坏，每年都是非常严重的。今天，随着城市的发展，城市人口密度继续迅速增长，这将进一步扩大雷电对我们所带来的灾难。因此，我们应建立防雷接地，以确保人民的生命和财产。

2.2 防雷装置的主要构成

一般来说，配电网的防雷保护装置由三部分组成：①避雷装置，通常用金属螺栓保持避雷针；②接地装置与接地的金属导体接收；③射线装置的核心。

2.3 防雷接地施工常见的问题

①在配電网防雷的过程中，经常会遇到一些问题。这些问题往往引起施工人员和相关专家对接地工程的重视不足；②接地线、雷电带和平均压力的长度不足，接地装置的填充深度不足，接地导线未经腐蚀处理；③防雷装置，螺栓连接件加工不合格；④插座安装不合格。

3 电力配电网防雷接地方法分析

①配电网线路防雷等级；②配电网闪电跳闸率，是衡量配电网防雷性能的两个指标。配电网线路的防雷水平越高，雷击跳闸率越低，配电网线路的防雷性能越好。因此，提高防雷水平，降低雷击跳闸率是防雷研究的两个重要途径。在确定配电网的防雷方式时，系统的操作模式，系统的电压水平和重要电路，配电网线路通过地区的地形和地貌特征，闪电活动的强度和土壤电阻率的水平应该全面考虑，根据技术经济比较结果，采取了合理、适当的保护措施。

3.1 电磁感应式接地装置的增强

根据闪电闪络理论，增加耦合系数、减少电感和接地电阻是提高雷电抗闪络水平的重要手段[4]。传统上，藕合系数的增加只能通过耦合地线或架空地线来实现。因为雷击过程包括暂态行波过程和稳态电磁感应过程，因此，改善接地装置的分布是提高耦合系数的途径。现在500Ω·m可以使用增强的电磁感应杆塔接地射线，如图1所示。这是一种新型的杆塔接地结构，可以增强杆塔抗陡波和雷击的能力。ρ>1000Ω·m根据具体情况可选择图1或图2的加固接地装置结构。与传统的延伸地线相比，电磁耦合系数较大，可以提高线路的抗雷水平。与传统的延伸地线相比，电磁藕合系数较大，可以提高线路的抗雷水平。

3.2 设置垂直接地电极

在土壤电阻率较高的山区，可适当增加埋深0.7m。同时，为了确保接地电极具有良好的扩散效应，当遇到陡坡地形，垂直表面深度应被视为计算深度，以防止在表面由于各种不利因素如洪水侵蚀等等，接地射线暴露在地面，正常散流损失。

垂直接地极作为接地的补充措施，可以改善高土壤电阻率地区干燥土壤的不良接地。当设置垂直接地电极时，需要设置在靠近杆塔的位置。水泥杆塔的垂直接地极应设置在塔4m的左右两侧，而铁塔可设置在6m的左右两侧。垂直接地电极的长度可从1.5m左右选择，两杆之间的间距可控制5m左右，可以用圆钢、角钢加工。

3.3 接地射线防护

随着接地装置使用寿命的逐渐增加，接地引线可以采用特殊的防腐处理。我们需要的是具有较大横截面？准12～？准14的圆钢作为接地电极，具有热缩管保护作用，地面以上30～50cm至地面以下100cm为防护的范围，如图3。

4 配电网接地设计

所有的防雷针和各类防雷保安器的防雷作用都是闪电电流通过接地系统进入地球而起到防雷效果的。由此可见，可靠的配电网建设，防雷系统建设是最重要和最基本的任务，配电网防雷系统避雷器接地设计对配电网的建设提出了更高的要求。

4.1 配电网防雷建设接地设备要求

作为配电网地上与地下链接的设备，首先要求接入网的设备以及其配套设备的正常不带电的，并且所有的金属部件均应做保护接地，接地线的电气连接部件不能由其他设备代替。同时，屏蔽电缆屏蔽层的两端和电缆外导体的两端应保证与所连接设备的金属外壳的外表面有良好的电气接触。

4.2 配电网接地电极和导电材料的防雷要求

若电缆是不正常的，在电力配电网使用过程中对环境会产生不良的影响。我们通常使用多股铜丝或钢绞线作为电网的引线连接，从接地体到竖杆的接地线不要太长，并预留一部分长度作为接地段接卡或端子，应该尽量避免埋置污水管和排水渠，以避免接地网线对其造成不利影响。接地螺栓处理结构，主要为钢锌作为接地的导体材料。这种材料不仅具有良好的耐腐蚀性和电导率，并不会影响环境。

4.3 对系统连接部位的处理

在反雷达系统通常连接到一个部分，这是非常重要的。如果不正确的连接，在系统中不正确的拉螺栓，会导致接地与防雷系统存在严重危害人类的生命。所以，在安装完成后，需要检查，以保证螺栓在地下结构。

4.4 接地装置的防腐问题

因腐蚀而导致的接地装置不能满足接地的短距离电流的稳定性。接地装置主要由电缆插槽中的接地和连接伏特、焊接头、压力带和水平接地构成。为了构筑接地和拔出线，使用电镀钢。连接螺丝并购买优质的锌泥，每年检查一次，生锈应该马上换。接地体的连接应焊接，焊接部位具有非常强的强度。有缺陷区域的话，应该涂上防锈的漆。降低了相对湿度，解除了电化学的腐蚀的影响。

4.5 配电网防雷建设地点要求

地网建设地点应选择应该基于满足接地电阻要求、节约成本的基本原则，一般选择在距电能表箱周围较近的潮湿和土壤电阻率较低的地方，并且尽量避开干燥、有腐蚀性的物质。

4.6 配电网防雷接地设计要求

接地体应与金属物体或电缆保持一定距离，或作为电路与金属连接。为了避免击穿事故的发生，接地体埋深应大于0.6～0.8m，為了满足雷电放电的对称性效应，应尽量与接地引线对称安装。

4.7 配电网中电表接地防雷方法的要求

最后，根据当地情况选择接地方式，尽量选择传统的节约成本的方法。此外，我们还应该根据施工的实际情况，选择不同的地网形状，以满足配电网防雷设计的合理要求。

5 结束语

雷击事故是配电网故障的主要原因之一，对电力系统供电的可靠性带来了严重威胁。本文首先介绍雷电形成原因、雷击事故发生缘由分析，然后介绍了几种配电网防雷接地几种方法，最后指出配电网防雷设计中需要注意的问题。对电力配电网防雷设计提供了可行的防雷接地方法和设计配电网防雷系统中应注意的问题具有参考性。同时，雷害事故问题还是十分严峻，需要进一步加强研究和认识防雷的重要性，并运用科学有效的方法，结合实际工作对配电网接地进行有效设计，以保证配电网防雷的可靠性。

参考文献

[1]朱春健.关于配电网防雷接地设计与注意事项的探讨[J].城市建筑，2013（24）：246+257.

[2]付生卉.配电网防雷接地设计的应用[J].山西建筑，2017，43（34）：113～114.

[3]张 礼.配电网防雷接地设计探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2017（02）：94～95.

收稿日期：2018-9-9