孫 明，孫舶竣

(1.雞西電業(yè)局，黑龍江 雞西158100;2.雞西市郊農電局，黑龍江 雞西158100)

0 引言

變電站安裝許多重要電氣設備(如變壓器、斷路器、隔離開關、互感器等)，一旦遭受雷擊，將產生雷擊過電壓(大氣過電壓)，危害電力設備、造成電力系統(tǒng)大面積停電，甚至危機到人的生命安全。因此，為了防止大氣過電壓對變電站的電氣設備和人們生命安全造成威脅，本文對變電站直擊雷保護進行了分析，并根據模擬試驗結果和運行經驗修正，得到了避雷針(線)的保護范圍、與配電裝置應保持的空間距離，使周圍被保護建構筑物、設備避免遭受雷擊災害和帶電設備絕緣被擊穿而損壞設備。

1 直擊雷保護措施和保護作用原理

露天的變電站和電氣設備通常采用避雷針來防止直擊雷，避雷針是一種簡單的防直擊雷裝置，其最大優(yōu)點是結構簡單、安裝方便、成本低廉、便于維護。避雷針實際上是一組引雷導體，由接閃器、接地引下線和接地體組成。當雷云放電接近地面時，在雷電先導階段，避雷針頂部聚集電荷，在發(fā)展先導和避雷針頂端之間的通道建立了很大的電場強度，避雷針迎面先導的產生和發(fā)展大大加強了該通道中的電場，避雷針(線)使地面電場發(fā)生畸變，歪變了雷云與大地間的電場，將雷電引到避雷針(線)上，雷電擊中避雷針并泄流入大地，把雷電的能量消耗到地下［1］?？拷芾揍樀谋槐Ｗo物高度比避雷針低，由于避雷針的迎面先導作用，因此被保護物遭受雷擊的概率很低，從而使周圍被保護建構筑物和設備避免遭受雷擊的災害。

要發(fā)揮避雷針(線)的保護作用，避雷針(線)的高度一定要高于周圍的被保護物體。顯然，避雷針(線)的高度越高，對電場的歪變能力就越強，其引雷空間就越大，使周圍免遭雷擊的范圍就越大。但避雷針(線)的高度越高，其本身遭到雷擊的幾率會增加。

2 避雷針(線)的主要技術要求

1)獨立式避雷針宜裝設獨立的接地裝置。在非高土壤電阻率地區(qū)，要求其工頻接地電阻不大于10 Ω。當有困難時，可將該接地裝置與主接地網連接，但避雷針與主接地網的地下連接點沿接地線的長度要大于 15 m［2］。

2)獨立式避雷針(線)及引下線與配電裝置在空氣中的間距d1≥0.2Ri+0.1h，而且d1≥5m;獨立式避雷針(線)的接地裝置與變配電所主接地網在地中距離d2≥0.3Ri，而且d2≥3m，Ri為沖擊接地電阻。

3)在多避雷針聯(lián)合保護時，兩針之間的距離與避雷針高度之比不宜大于5。

3 避雷針(線)的保護范圍

由于雷電先導在高空時隨機地向任意方向發(fā)展，當先導到達距地面某一高度時，受避雷針(線)對電場的畸變的影響，使先導的頭部與避雷針(線)間的電場強度最大，放電將沿此最大場強方向發(fā)展，而擊于避雷針(線)上，根據模擬試驗結果并經過運行經驗修正，得到避雷針(線)保護范圍如下。

3.1 單一獨立避雷針

單一獨立避雷針的保護范圍如圖1所示，在被保護物高度hx水平面上，其保護半徑rx為

式中:h為避雷針的高度;p為高度修正系數，當h≤30 m時，p=1;當h＞30 m

圖1 獨立避雷針的保護范圍

3.2 兩支等高避雷針

兩支等高避雷針聯(lián)合保護范圍要比兩針各自的保護范圍之和大，因為擊于兩針之間單針保護范圍邊緣外側的雷，可能被相鄰的針吸引而擊于相鄰針上，兩針的聯(lián)合作用使兩針間的保護范圍加大。兩針聯(lián)合的保護范圍在地面上一側的保護最小寬度位于兩針之間的中點，用bx表示，如圖2所示，而兩針外側的保護范圍與單針時相同。為了確定兩針之間的保護范圍，需先求出在兩針連線中間1點的假想針高度h0，此假想針在O―O'截面上的保護寬度為bx。D為兩針之間的距離，ha為避雷針到被保護設備頂面間的高度。

被保護寬度bx=0，

圖2 兩支等高避雷針保護范圍

式中:h為避雷針的高度;D為兩避雷針之間的距離;bx為兩避雷針之間保護范圍的最小寬度;h0為兩避雷針之間保護范圍上部邊緣最低點的假想高度;hx為被保護設備高度;ha為避雷針到被保護設備頂面間的高度;p為高度修正系數。R0為兩避雷針和兩避雷針之間保護范圍上部邊緣最低點，以這3點做出圓弧的半徑;當h≤30 m時，p=1，當h

3.3 兩支不等高避雷針

兩支不等高避雷針保護范圍，可以按下面的方法確定，如圖3所示。首先按兩單針分別作出保護范圍，然由用低針“2”的頂點作水平線，與高針“1”的保護范圍交于“3”點，視點“3”為假想等高針頂點，再作“2”和“3”點的保護范圍，圖3中f=D'/7p。

圖3 兩支避雷針不等高的保護范圍

3.4 單根避雷線

避雷線比同高度避雷針引雷空間要小，因為避雷線受風吹而擺動，使引雷空間減小，因此，其保護寬度就要取的較小，但其保護的長度與避雷線等長，兩端還有其保護的半個圓錐體空間。單根避雷線的保護范圍如圖4所示，其一側保護寬度rx的計算式為

式中:hx為被保護物高度;rx為保護寬度;hx為水平面上的保護半徑;h為避雷線高度;p為高度修正系數;當 h≤ 30 m時，p=1，當 h＞30 m時，

3.5 兩條避雷線

兩條避雷線的聯(lián)合保護范圍如圖5所示，兩線外側的保護范圍按單線時確定，兩線內側的保護范圍的橫截面，由通過兩線及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定，O點高度為

圖4 單根避雷線的保護范圍

式中:h為避雷線的高度;D為兩避雷線之間的距離;h0為兩避雷線之間保護范圍上部邊緣最低點的假想高度;p為高度修正系數。R0為兩避雷線和兩避雷線之間保護范圍上部邊緣最低點，以這3點做出圓弧的半徑;當h≤30 m時，p=1，當h＞30 m

圖5 雙避雷線保護范圍

4 防止對設備發(fā)生“反擊”

避雷針(線)受雷擊后，雷電流通過接閃器、引下線、接地裝置［3］流入大地。此時，在避雷針及引下線上產生高電位，對地電位的高低主要與接地裝置的接地電阻有關。若接地裝置的接地電阻過大，則雷電流通過時避雷針(線)電位將升得很高，使避雷針(線)臨近配電裝置、構架及建筑的絕緣受到被擊穿的威脅;若變電站配電裝置、構架及建筑距離避雷針(線)過近，則避雷針(線)的接地導體由于電位升高反過來向臨近設備放電，發(fā)生“反擊”。

為了防止接地裝置電位升高造成雷電流通過避雷針產生過電壓，對臨近的物體“反擊”，首先要求接地裝置必須接地良好，接地裝置的接地電阻必須合格。變電站獨立避雷針的接地電阻不得大于10 Ω，而220 kV變電站主接地網的接地電阻不能大于0.5 Ω，110 kV及66 kV變電站主接地網的接地電阻要求不能大于4 Ω。另外，要保證避雷針(線)與臨近的電氣設備要有足夠的安全距離，要求獨立避雷針與配電裝置的間距不得小于5 m;避雷針接地裝置與主接地網的地中距離不得小于3 m。另外，避雷針引下線下部的彎曲半徑不宜過小，人工接地網的外緣應閉合，外緣各角應做成圓弧形［4］，是因為雷擊避雷針時，避雷針及引下線上電位升高，一般引下線的彎曲半徑不要小于20 cm。

避雷針(線)接地電阻合格、避雷針與配電裝置應保持一定的空間距離，可有效防止“反擊”造成的帶電設備絕緣擊穿從而損壞設備。

5 結論

1)變電所內的所有設備及建筑物必須在避雷針(線)的保護范圍之內。

2)多避雷針時，兩針之間的距離與避雷針高度之比不宜大于5。

3)避雷針的高度不宜過高，也不宜過低。避雷針(線)過高會增加遭受的雷擊頻率，使其周圍的配電裝置受到“反擊”的幾率增加;過低的避雷針(線)的保護范圍會減小，使其周圍的設備受到直擊雷的威脅。

4)為防止“反擊”事故發(fā)生，一方面必須將接地裝置的接地電阻降低到規(guī)程允許值，接地引下線接地網外緣轉彎和轉角處的轉彎半徑盡量增大，不要有直角彎，另一方面要保證避雷針(線)與臨近的配電裝置及建筑物的安全距離。

［1］孫麗君.建筑物防雷與電氣安全［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

［2］杜澍春，陳維江.DL/T620－1997，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.北京:中國電力出版社，1997:9－13.

［3］中華人民共和國機械工業(yè)部.GB50057－94(2000年版)建筑物防雷設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2000:22.

［4］杜澍春.DL/T621－1997交流電氣裝置的接地［S］.北京:中國電力出版社，1998:15.