变电所防雷保护设计方案

PHOENIXCONTACT（中国）公司

变电所防雷保护设计方案

前言

雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电站的建筑物

产生严重的危害，因此，在变电所和高/低压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全。

运行经验表明，当前变电所中所采用的防雷措施(外部避雷)是

可靠的，但是,随着现代科学技术的发展，电力网容量的增大，电压等级的提高，综合自动化水平的需求，越来越多的微电子设备在变电站中广泛应用，其所依赖的微电子设备，因受雷电冲击而损坏的事故发生率大幅上升，造成难以估算的经济损失。这是我们从事防雷减灾工作所面临的机遇与挑战。如何对发展中的变电站系统采取有效的防雷保护措施，保障变电站系统正常可靠的运行，这是我们一个新课题。

这也说明，单靠传统的避雷针、避雷带等外部避雷设施已不足

以防护雷电/开关过电压对微电子设备的冲击，进行内部系统的雷击浪涌防护和加装SPD（电涌保护器）是迫切的和必须的。

1 TRABTECH项目部

PHOENIXCONTACT（中国）公司

雷电入侵途径

1电力线是雷电入侵电子设备的重要渠道：

1．1雷电远点袭击电力线：

我国电力线输电方式是由发电厂通过升压变压器升压后，输电至低压变压器，经低压变压器的输出给用户。由于我国的电压基本波形是每秒50Hz的正弦波形曲线，在电力线上形成每秒50次的交变磁场。如遇雷害发生时，在雷电未击穿大气时，将呈现出高压电场形式。根据电学基本原理，磁场与电场之间是相互共存可逆变化的，那么，雷击高压电场通过静电吸收原理，向大地方向运动。假设电力线杆有5米高，那么在相对湿度25％时，要击穿5米空气，需要15×106V雷击高压（3000V/mm）。如果在相对湿度95％时（下雨时），击穿5米空气需要5×106V雷击高压（1000V/mm）。电力线上的交变磁场对雷云的吸引小于大地的静电吸引。如果，雷云击穿5米空气入地，需要很高的电压，雷电首先击在电力线上，并从电力线的负载保护地线入地释放，这样就击穿了设备。在高压线上的表现为击穿变压器的绝缘，在变压器低压端与负载的连线上遭雷击，损失的是用电器。由于变压器低压输出端是三条相线，做一条地线，当作零地合一线，变成三相四线制零地合一方式给用电器供电，雷电击在火线与大地放电，就等于火线与零线放电通过电力线直接击穿用电器的电子元件。一般电子设备线与外壳的耐压为每分钟VAC1500V，火线与零线耐压为工业级Vdc550－650V，这么低的耐压一旦遭受远点雷击，必将击坏用电器。

2 TRABTECH项目部

PHOENIXCONTACT（中国）公司

为此，在选择防雷器时，首先考虑远点雷击。

1．2雷电近点电力线的侵入：

所谓雷电近点袭击电力线，实际上是雷电袭击用电器所在的建筑物避雷针，从而引起的雷电电磁脉冲的保护问题。雷电打在建筑物避雷装置上，按照GB50057－94《建筑物防雷设计规范》规定，定义大楼接闪电能力为波形10?350?S三角波，雷击电流为150KA。避雷针引下线由于线路电感的作用，IEC1312定义最多只能将50％的电流引入大地。100余米高的大楼它的引下线电感为155?H左右（1.55?H/米），IEC1312定义电感大于37.5?H，则发生测闪雷击，也就是说，10?350?S直击雷引下线只能引下50%的电流，余下的电流将通过电力线屏蔽槽、水管、暖气管、金属门窗等与地面有连接的金属物质联合引雷，但也只引下少部分雷电流，余下总电流的25％在大楼流窜至输入输出负载的电源线、局域网线等，击穿用电设备最终由逻辑地线处下泄入地。对设备而言，部分雷电流将由输入电源线对交流地线进行L－PE、N－PE泄放，输出馈线L－PE′（逻辑地〕、N－PE′泄放，局域网线对逻辑地线等进行泄放。最终结果，将击穿进线柜输出对地线和输入对地线端、网口对逻辑地线。为此，必须对进线柜输入输出火线零线对交流地和直流逻辑地进行保护，必须对进线柜、保护柜及其它重要终端进行等电位保护，只有堵死一切雷电导入的端口，才能有效的保护设备免受雷电的侵害。

1．3错相位雷害

3 TRABTECH项目部

PHOENIXCONTACT（中国）公司

美国空军电磁兼容手册中，描述雷电发生时用肉眼可识别闪电为一组雷击，每次不少于26个雷，它有大小和发生先后的区别，如果一个高能量雷打在一条火线上，而另一个低能量雷打在另一条火线上，线线之间就会产生一个电压差，侵入设备。这种侵害设备的现象，称错相位雷击，又称雷电的二次破坏，对三相进线柜而言，它的输入和输出端，应安装线与线之间的保护，才能更全面更立体的保护用电设备。

小结：堵死雷电由电力线入侵电力电子设备，应该从远点雷击、近点雷击和错相位雷击三种雷击现象入手，实施全方位的保护，才能在发生雷击时，有效的保护设备。 2雷电作用下，建筑物内感应雷害

雷电击在建筑物避雷针上，由避雷针通过引下线，将雷电流泄放大地，引下线自上而下产生一个变化旋转快速运动磁场，建筑物内的电源线、网络线等相对切割磁力线，产生感应高压并沿线路传输击毁设备。

3雷电作用下的二次效应----雷电高压反击雷

雷电袭击建筑物避雷针，由引下线将雷电流引入大地，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部的与大地负电荷中和，必然引起局部地电位升高，交流配电地和直流逻辑地将这种高电位引入机房，电源柜输出、输入端被击穿，保护柜及其他网络设备连接断口被击穿。这种反击电压少则数千伏，多则数万伏，直接烧坏用电器的绝缘部分。

4 TRABTECH项目部

PHOENIXCONTACT（中国）公司

4由雷击引起的人身安全问题

雷电泄放大地，由于地电阻较大，不能马上泄放，从而引起地电位升高，由于机房直流逻辑地线和交流配电保护地线不在一点入地，将两个电位值引入电站，这时，一个操作人员的一只手摸在直流输出负载外壳上（如继保柜），而另一只手（或身体）摸在交流配电地线上（如空调），两个电位值将通过操作人员的身体短路，造成操作人员伤亡。美国1996年为此而死亡198人，广东省1997年在报导雷击死亡的170人中，有相当一部分是为此而伤亡的。所以防雷保护设备的确很重要，但是保护人身安全更重要。

设计原则

在通过具体分析了雷害入侵电站系统的各种途径后，我们得出的结论是：防雷保护设计工作不是简单的避雷设施的安装和堆砌，而是一项要求高、难度大的系统工程，涉及多方面的因素。为此我们的设计指导思想的主旨是，本着“经济、实用、高标准严要求、高起点、高可靠性”的原则，在遵照执行国家有关标准，国家有关行业标准的基础上，还参考和引入IEC国际电工委员会的有关防雷技术标准要求，以期达到更好的防护效果。

由于电站雷电防护系统对所保护系统的业务正常运行具有非常重要的作用，因此，防雷保护系统应具备先进性、可靠性、易维护、易升级等方面的突出特性。防雷工程设计及设备的选择应遵从以下的原则：

5 TRABTECH项目部

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0mif.html