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【摘要】对青东35kV变电所遭雷击进行分析，总结防雷措施；
【关键词】雷击；危害；措施
【中图分类号】TM862 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0221-01
青东变电所曾与前年短时间内遭受过数次雷击，造成了避雷器损坏，外墙水泥脱落。青东变电所是联系上级变电所与青东矿井的重要供电枢纽，它的主要作用是变换电压，传输和分配电能。频繁发生雷击事故，将有可能造成大面积的停电，严重影响矿井生产，并可能造成人员伤亡。因此，必须对青东变电所遭雷击情况作出分析，并做出防范措施。
一、雷电的形成
积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的雷电。雷击是带电荷雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云对地的放电，形成雷电。上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的，下行雷是在雷云产生并向大地发展的。
二、雷电的危害
1、直击雷：一次雷击放电一般为几万安培到几十万安培。瞬间高热和电动力，会造成混凝土炸裂，小截面金属融化，引起火灾和大爆炸；金属导体连接部分断裂破损，建筑物倒塌，电气设备损坏。
2、雷电反击：雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流人大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象叫反击。此外，当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。
3、感应雷：感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。计算机及其场地的防静电问题，应特别重视。电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此，避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。
4、雷电波引入的破坏：当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。
三、变电所遭受雷击的来源
雷击的来源。变电所遭受的下行雷雷击主要来自两个方面：一是雷直击在变电所的避雷针上，二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的波沿线路侵入变电所。而青东变电所房顶装有法国避雷针作为35kV输电线路进线的保护（法国避雷针采用主动式引雷方式），因此也有可能为上行雷雷击。分析青东变电所受雷击情况，因其中有一台35kV避雷器发生爆炸，因此次事故有可能雷电波是来自35kV输电线路的雷电波入侵事故。而另一次变电所外墙脱落则有可能是来自于雷电直击。青东变电所建于旷野之中，建矿期间为周围方圆数里内的最高建筑，地理条件上也容易遭受雷电侵袭。
四、变电所的防雷措施
1、变电所的直击雷防护：1）增加避雷针，在变电所四周分别增设4座30m高的传统避雷针，为每根避雷针做一个单独的接地网，与变电所主体接地网距离大于5m，接地电阻小于1欧。2）将房顶上的法国避雷针移至35kV输电线路终端塔顶端。这样，5根避雷针都离开了变电所的主体建筑，它们将雷吸引到自己的身上，并安全的导入地中，从而保证了变电所主体建筑免遭雷击。
2、雷电波入侵的防护：变电所对入侵波防护的主要措施是在其进线装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本原件为火花间隙和非线性电阻。
3、变电所的进线防护：对变电所进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。因为线路的耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在靠近变电所进线上加装避雷线是防雷的主要措施，青东变电所在进线段加装避雷线的基础上，在把从变电所主体建筑上取下的法国避雷针装设至35kV进线的终端杆上，对进线部分实施双重保护。如果没有采取防雷措施，当靠近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可能超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对变电所造成破坏。
4、变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。
5、变电所的防雷接地。变电所的主体建筑与独立避雷针分别设立单独的的接地网络。
五、经验总结
1、在查阅资料，和参照其它变电案例所我认为青东变电所的雷击频发的原因主要有两个：
1.1 青东变电位于旷野之中，并且在变电所主体建筑上设有法国避雷针，法国避雷针采用主动式引雷技术，所以大量吸收周围地区的雷电，从而导致了雷击现象频发，而频繁的的雷电波冲击也导致了变电所外墙的部分的脱落。在变电所周围增设4基独立避雷针，并将法国避雷针移至35kVN电线路终端铁塔后，根据实际使用情况，在也没有发生过雷击事故，分析其原因应该是原先冲击在变电所主体建筑上的雷电被4基独立避雷针，和移至终端铁塔上的法国避雷针所吸收，所以有效的保护了变电所的主体建筑。
1.2 避雷器的损坏。我认为避雷器损坏的主要原因是源自输电线路上的雷电波入侵，解决办法是在35kV进线处加装阀式避雷器，与高压开关柜内的避雷器型成双重屏障，从而有效的保护开关柜内元件。
2、通过这次对青东变电所的修改设计我对变电所的防雷设计我总结出了以下几点经验：
2.1 首应对全所范围内的高压设备和高压线路的进线段进行保护。主要措施为架设独立避雷针、安装架空避雷线、配置高压避雷器，沿变电所主体结构敷设多根引下线并与变电所的主接地网可靠连接。其主要任务为引雷、泄流、限幅、均压，完成基本的防雷功能。
2.2 第二级防护区包括进出变电所的管线、二次电缆、端子箱、所用电系统。其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压的传递。（1）进出所的管线包括水管、煤气管、热力管、电源线、信息传输线等。进所金属管类均宜直埋进所，并与接地网分几处连接，且宜在进所前经绝缘管道隔离后引入。（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，且屏蔽金属保护层宜两段接地。户外端子箱均应避开避雷器和独立避雷针的主要散流线接地。（3）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强大。根据《建筑物防雷设计规范》规定，对微电子设备大的供配电应采区三级过电压保护。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。
六、结束语
综上所述，变电所的防雷是不可忽视的问题，我应该在以后的设计中对它认真考虑，加以重视。充分利用当代的先进技术和设备，将雷害事故和干扰降到最低。
【关键词】雷击；危害；措施
【中图分类号】TM862 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2012）11-0221-01
青东变电所曾与前年短时间内遭受过数次雷击，造成了避雷器损坏，外墙水泥脱落。青东变电所是联系上级变电所与青东矿井的重要供电枢纽，它的主要作用是变换电压，传输和分配电能。频繁发生雷击事故，将有可能造成大面积的停电，严重影响矿井生产，并可能造成人员伤亡。因此，必须对青东变电所遭雷击情况作出分析，并做出防范措施。
一、雷电的形成
积雨云形成过程中，在大气电场以及温差起电效应、破碎起电效应的同时作用下，正负电荷分别在云的不同部位积聚。当电荷积聚到一定程度，就会在云与云之间或云与地之间发生放电，也就是人们平常所说的雷电。雷击是带电荷雷云引起的放电现象，在某种大气和大地条件下，潮湿的热气流进入大气层冷凝而形成雷云，大气层中的雷云底部大多数带负电，它在地面上感应出大量的正电荷，这样，雷云和大地之间就形成了强大的电场，随着雷云的发展和运动，当空间电场强度超过大气游离放电的临界电场强度时，就会发生雷云对地的放电，形成雷电。上行雷是接地物体顶部激发起，并向雷云方向发起的，下行雷是在雷云产生并向大地发展的。
二、雷电的危害
1、直击雷：一次雷击放电一般为几万安培到几十万安培。瞬间高热和电动力，会造成混凝土炸裂，小截面金属融化，引起火灾和大爆炸；金属导体连接部分断裂破损，建筑物倒塌，电气设备损坏。
2、雷电反击：雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流人大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象叫反击。此外，当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。
3、感应雷：感应雷破坏也称为二次破坏。它分为静电感应雷和电磁感应雷两种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电，如附近有可燃物就会引发火灾和爆炸，而感应到正在联机的导线上就会对设备产生强烈的破坏性。静电感应雷：带有大量负电荷的雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云对地放电或云间放电时，云层中的负电荷在一瞬间消失了（严格说是大大减弱），那么在线路上感应出的这些被束缚的正电荷也就在一瞬间失去了束缚，在电势能的作用下，这些正电荷将沿着线路产生大电流冲击。计算机及其场地的防静电问题，应特别重视。电磁感应雷：雷击发生在供电线路附近，或击在避雷针上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于避雷针的存在，建筑物上落雷机会反倒增加，内部设备遭感应雷危害的机会和程度一般来说是增加了，对用电设备造成极大危害。因此，避雷针引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。
4、雷电波引入的破坏：当雷电接近架空管线时，高压冲击波会沿架空管线侵入室内，造成高电流引入，这样可能引起设备损坏或人身伤亡事故。如果附近有可燃物，容易酿成火灾。
三、变电所遭受雷击的来源
雷击的来源。变电所遭受的下行雷雷击主要来自两个方面：一是雷直击在变电所的避雷针上，二是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的波沿线路侵入变电所。而青东变电所房顶装有法国避雷针作为35kV输电线路进线的保护（法国避雷针采用主动式引雷方式），因此也有可能为上行雷雷击。分析青东变电所受雷击情况，因其中有一台35kV避雷器发生爆炸，因此次事故有可能雷电波是来自35kV输电线路的雷电波入侵事故。而另一次变电所外墙脱落则有可能是来自于雷电直击。青东变电所建于旷野之中，建矿期间为周围方圆数里内的最高建筑，地理条件上也容易遭受雷电侵袭。
四、变电所的防雷措施
1、变电所的直击雷防护：1）增加避雷针，在变电所四周分别增设4座30m高的传统避雷针，为每根避雷针做一个单独的接地网，与变电所主体接地网距离大于5m，接地电阻小于1欧。2）将房顶上的法国避雷针移至35kV输电线路终端塔顶端。这样，5根避雷针都离开了变电所的主体建筑，它们将雷吸引到自己的身上，并安全的导入地中，从而保证了变电所主体建筑免遭雷击。
2、雷电波入侵的防护：变电所对入侵波防护的主要措施是在其进线装设阀型避雷器。阀型避雷器的基本原件为火花间隙和非线性电阻。
3、变电所的进线防护：对变电所进线实施防雷保护，其目的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。因为线路的耐压比变电所设备的冲击耐压要高很多。因此，在靠近变电所进线上加装避雷线是防雷的主要措施，青东变电所在进线段加装避雷线的基础上，在把从变电所主体建筑上取下的法国避雷针装设至35kV进线的终端杆上，对进线部分实施双重保护。如果没有采取防雷措施，当靠近变电所的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷电电流幅值可能超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必会对变电所造成破坏。
4、变压器的防护。变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器，这样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。
5、变电所的防雷接地。变电所的主体建筑与独立避雷针分别设立单独的的接地网络。
五、经验总结
1、在查阅资料，和参照其它变电案例所我认为青东变电所的雷击频发的原因主要有两个：
1.1 青东变电位于旷野之中，并且在变电所主体建筑上设有法国避雷针，法国避雷针采用主动式引雷技术，所以大量吸收周围地区的雷电，从而导致了雷击现象频发，而频繁的的雷电波冲击也导致了变电所外墙的部分的脱落。在变电所周围增设4基独立避雷针，并将法国避雷针移至35kVN电线路终端铁塔后，根据实际使用情况，在也没有发生过雷击事故，分析其原因应该是原先冲击在变电所主体建筑上的雷电被4基独立避雷针，和移至终端铁塔上的法国避雷针所吸收，所以有效的保护了变电所的主体建筑。
1.2 避雷器的损坏。我认为避雷器损坏的主要原因是源自输电线路上的雷电波入侵，解决办法是在35kV进线处加装阀式避雷器，与高压开关柜内的避雷器型成双重屏障，从而有效的保护开关柜内元件。
2、通过这次对青东变电所的修改设计我对变电所的防雷设计我总结出了以下几点经验：
2.1 首应对全所范围内的高压设备和高压线路的进线段进行保护。主要措施为架设独立避雷针、安装架空避雷线、配置高压避雷器，沿变电所主体结构敷设多根引下线并与变电所的主接地网可靠连接。其主要任务为引雷、泄流、限幅、均压，完成基本的防雷功能。
2.2 第二级防护区包括进出变电所的管线、二次电缆、端子箱、所用电系统。其主要任务是防感应雷过电压和侵入波过电压的传递。（1）进出所的管线包括水管、煤气管、热力管、电源线、信息传输线等。进所金属管类均宜直埋进所，并与接地网分几处连接，且宜在进所前经绝缘管道隔离后引入。（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，且屏蔽金属保护层宜两段接地。户外端子箱均应避开避雷器和独立避雷针的主要散流线接地。（3）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强大。根据《建筑物防雷设计规范》规定，对微电子设备大的供配电应采区三级过电压保护。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。
六、结束语
综上所述，变电所的防雷是不可忽视的问题，我应该在以后的设计中对它认真考虑，加以重视。充分利用当代的先进技术和设备，将雷害事故和干扰降到最低。