电力配电系统的防雷与接地技术分析

周 荣

国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司，湖北 襄阳 441000

0 引言

电力配电系统户外运行环境使得其很容易受到雷电现象的影响，一旦其遭受雷击，不仅会影响到电力配电系统的正常运行，引起停电事故的同时，还有可能诱发设备着火、爆炸等安全事故，造成一定的财产损失和人身威胁。因此，防雷接地工作对整个配电系统起到非常重要的保护作用。雷击具有一定的随机性，一般的预警与防护措施很难起到有效的保护作用，在这样的情况下，必须通过完善的防雷与接地措施，以降低雷电侵袭对电力配电系统的影响，从而保证配电系统的稳定运行，这对提高电力配电系统的安全性而言，具有重要意义。

1 电力配电系统防雷与接地技术原理

雷电作为一种自然现象，主要是由于有大量的正负电荷的云，当其与带有异种电荷的云或者是地面凸起物达到一定距离后，会产生放电现象，同时产生电闪与雷鸣。在这一过程中，雷电可能会通过感应雷、直击雷等形式对人畜或者地面设备造成损坏。针对电力配电系统，雷电现象会以高压的形式对输电线路或者输电设备形成冲击，甚至有击穿绝缘保护层的可能，并由此带来爆炸、火灾等危害，引起停电现象。不仅如此，雷电发生时所产生的电磁冲击、电排斥力均可能对电力配电系统造成严重危害，因此有必要采取防雷与接地技术对电力配电系统进行保护[1]。其主要技术原理在于，根据雷击特点，通过导线将雷击所产生的电流导入大地，从而避免电流通过相关设备，对电力配电系统形成保护作用。在此过程中，主要依靠金属导体对雷电进行吸引，通过接地网络来对电流进行引导，使得雷电对电力系统的破坏作用降至最低。

2 电力配电系统防雷与接地的主要形式

2.1 TN-S接地防雷系统

TN-S接地防雷系统是将零线与地线分开设置，连通三条相线共同组成三相五线制的系统。该系统中所有外露的可导电部分都与地线直接连接，以起到直接保护作用。TN-S接地防雷系统是当前配电系统应用最为广泛的一种系统，但是由于其实际消耗的材料较多，并且所构成的三相系统不平衡，在单相使用时，会在零线上形成高电位，因此在应用该系统时，通常会采用两级开关，将总开关与末级开关的零线断开。TN-S接地防雷系统主要用于电磁环境差、设备可靠性要求高的复杂配电系统中。

2.2 TN-C接地防雷系统

TN-C接地防雷系统是将零线与地线整合成为PEN线，同时发挥零线与地线的作用，外露可导电部分直接与PEN线进行连接的一种线路系统。配电系统中零线不能出现断线情况，因此在实际接入建筑内部前，需对零线或者地线进行重复接地，才能起到应有的保护作用。TN-C接地防雷系统能适应三相负荷平衡应用场景，对于单相220 V的移动便携设备也有良好的应用效果[2]。

2.3 TN-C-S接地防雷系统

TN-C-S接地防雷系统指的是零线与地线部分共同使用，部分局部保护的线路系统，即一部分采用TN-S接地防雷系统，一部分采用TN-C接地防雷系统，整合与兼顾了两个系统的共同特点。TN-C-S接地防雷系统在运行环境差或者是进行数据处理工作的电力配电系统末端设备中应用较多，多见于工业用电、普通民用建筑用电等。

3 电力配电系统防雷与接地技术的具体应用

电力配电系统是一个相对较为复杂的系统，由配电线路、变电所、电子设备等组成，在系统中运用防雷接地技术，需要结合设备的具体情况，选择独立避雷针、屋面避雷带等具体防雷接地技术，以有效起到防雷保护作用。

3.1 配电线路防雷与接地保护

（1）高压线路防雷接地。对于110 kV高压线路，其架设线路环境状况较为复杂且变化较大，因此需在其全线范围内架设避雷线，若涉及山区等环境较为恶劣的地区，则需架设双层避雷线。对于35 kV高压线路，其环境相对较为稳定，若是全线架设避雷线，不仅施工要求高，成本也较高，对此可采用每间隔1～2 km架设避雷线的方式，在起到防雷保护的同时，降低施工成本。若线路经过雷电活动频繁的区域，则可根据实际情况合理安装避雷器，从而有效防控雷电现象[3]。

（2）中压线路防雷接地。对于20 kV绝缘线路，雷电过压而引起的电流放大，容易形成电弧放电，由此产生的瞬间电弧电流能够轻松击穿其绝缘外皮，引发危害，同时雷电过压在两相或者三相中形成的闪络现象，会形成短期的金属通道，引发变电站的跳闸等事故。对此类线路进行防雷接地处理时，可适当设置线路避雷器或者安装避雷线，提高其防雷效果。对于闪络现象，要对其路径进行控制，合理延长闪络长度，以减少电弧熄灭情况的出现。对于10 kV配电线路，全线设置避雷线过于烦琐且复杂，施工难度也较大，可用避雷器代替，将避雷器设定于特定的位置，同时适当增加防雷绝缘子的数量，以起到良好的避雷效果。

（3）低压线路防雷接地。低压线路一般指380 V和220 V线路，通常采用绝缘子角铁接地，其接地技术需要合理控制接地电阻，其中设备接地电阻不得超过4 Ω。低压线路独立防雷接地保护电阻不宜超过10 Ω，接地点数量应当超过3处，线路上接地阻值不得超过30 Ω。此外，需保证电源点处中性线的接地状况，合理处理分支线与干线终端，保证良好的接地效果[4]。

3.2 变电所建筑防雷

变电所建筑对设备有着重要的保护作用，需按照国家强制标准，对变电所建筑及设备采用等电位连接防雷接地措施，不应设置独立接地网络。变电所建筑一般采用避雷针防雷，对于110 kV及以上变电所，将避雷针直接安装于配电架构上；对于35 kV以下的变电所，则独立安装避雷针，从而有效降低避雷针在雷击状态下的反击放电概率，发挥其应有的防雷效果。

防雷装置通常设置较高，为了保证变电所建筑防雷措施的合理性，需注意建筑钢筋框架与防雷引线之间的关系，合适情况下，可将二者交叉连接，构建成法拉第笼状避雷器，有效应对雷击的影响。

3.3 配电变压器防雷接地

配电变压器是电力配电系统的重要组成部分，具有重要作用。对于配电变压器防雷接地保护，通常采用架设避雷器的形式，并采用三位一体的接地方式，即将变压器金属基座、低压侧中性点与避雷器的接地下引线，统一与接地装置连接。当雷电落在低压侧线路上时，通过避雷器的放电作用，即可避免雷电的冲击电压击穿绕组，损害变压器情况的发生，此时绕组将只承受避雷器残余电压冲击，不会对变压器形成损坏，从而起到良好的防护作用。避雷器接地引线在允许范围内，应当越短越好，否则将与避雷器残压作用叠加，引发破坏现象。

3.4 计算机与通信设备的接地措施

计算机与通信设备是配电系统中不可缺少的部分，其依赖于建筑保护作用，应当根据要求加强建筑防雷与接地，同时其也应当根据要求做好设备本身的接地作业，以保证其正常运转。计算机与通信设备与配电系统的通信一般经由通信电缆和天线的连接，为了保证正常的通信，应将电缆外层与大地连接，实行多点重复接地，并与建筑接地网络相连，构建成为等电位防雷系统，同时可加装避雷器强化避雷效果。建筑内部计算机与通信设备等，应当合理进行分级，逐级采取防雷保护，以建筑和电源防雷接地实行一级防雷接地，机房与设备端口实行二级防雷接地，形成防雷接地系统，从根本上防止雷电电压的冲击和侵入，从而确保建筑内部相关设备的正常运行。

4 结束语

综上所述，电力配电系统经常会受到雷电的侵扰，为了避免对配电系统运行的稳定性与安全性造成影响，必须重视配电系统的防雷与接地工作。配电系统防雷接地技术是一项较复杂的技术，应当根据配电系统中设备的不同和具体的环境，采取切实可行的防雷与接地技术方案，合理规划，确保防雷与接地保护措施的有效性，切实对电力配电系统起到应有的保护作用，将雷击对电力配电系统所带来的损害降到最低。