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    雷电是一种壮观的自然现象。但是目前人类尚未掌握它和利用它，处于防范它所造成危害的阶段。变电所（tansformer  substation）担负着从电力系统受电，经过变压，然后配电的任务。发电厂是把其他形式的能量（例如，风能、水能、火力、煤炭等）转换为电能，然后，通过变配电所变压，输送到各用户。

1. 雷电的形成和特点

    雷电是带有电荷的雷云之间或雷云对大地（或物体）之间产生急剧放电的一种自然现象。当雷电发生时，放电电流使空气燃烧出一道强烈的火花，并使空气迅速猛烈膨胀，发出巨大响声。
雷电的特点是：时间短，电流强，频率高，感应或冲击电压大。雷电出现的地方，可能对电气设备、建筑物、构筑物造成破坏，对人畜造成伤害，甚至可能造成爆炸、火灾等事故。

2. 雷电的主要危害
    
    2.1雷电放电时产生高温损坏设备

    带电云对地面物体发生放电时，雷电流可达几十千安，甚至几百千安。这样大的电流，即使持续时间非常短，也能在通道上产生大量的热，温度最高可达几万度。显然，这样强烈的弧光若与易燃易爆物质相接触，必然会引起燃烧、爆炸或造成火灾。如果厂房的屋顶是可燃的，雷击时就可能引起火灾。

    2.2 雷电放电时产生强烈的机械效应造成厂房或设备损坏

    当雷电流通过木材内部的纤维缝隙或砖结构的缝隙时，由于产生很高的温度，将使附近空气激烈膨胀，使水分及其他物质迅速分解为气体，因而呈现极大的机械力。再加上静电排斥力的作用，将对地面结构造成严重的劈裂，甚至使木柱变为碎屑。当雷击在没有避雷针的砖制烟囱上时，破坏力尤为严重。据统计，有些钢筋混凝土结构的烟囱在遭受雷击时也曾被打坏过。

    2.3 雷电放电时静电感应和电磁感应的作用对厂房和设备造成破坏

    在雷云放电的先导阶段，虽然它不一定落在建筑物上，但由于在先导通路径中布满与雷云同性电荷，因此当其距离建筑物比较近时，就会在建筑物的某一部分，如铁屋顶上感应出异性电荷，并使其电位发生变化。这样就造成了向其他金属物放电的可能性。由于静电感应产生的电压可以击穿数十厘米的空气间隙。这对于装有易燃易爆物质的仓库来说，无疑是很危险的。此外，由于静电感应的作用，建筑物的金属物体之间也可能产生火花放电。

    当室外发生直击雷时，在雷击地点附近的送、配电线路，由于雷电放电使其周围区域电场发生急剧变化，对其附近的线路产生静电感应和电磁感应，从而在线路上引起过压。在雷云放电时，也会造成感应过电压。这种感应过电压的幅值可达300KV∽400KV。因此对设备的绝缘，尤其是对低压线路非常危险。在引入室内的电力线或电灯配线上可能因此产生很高的电位，造成绝缘击穿，损坏设备或造成工作人员触电伤亡。

    2.4 雷电放电时会造成人员伤亡

    当雷击大树时，人在树下避雨，有可能遭到雷击。当雷击避雷器时，由于雷电流向四周发散，若有人在附近地面走动，也可能由于跨步电压的作用而造成伤亡。

    3. 雷电的特性
    
    3.1直击雷

    大气中带有电荷的雷云对地电压可高达几十万KV。当雷云同地面凸起物之间的电场强度达到该空间的击穿强度时所产生的放电现象，就是通常所说的雷击。此时，雷电直接对建筑物或其他物体放电，产生具有很大破坏性的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。线路或设备直接受到雷击，对电气设备危害极大。架空线路遭雷击，不仅危害线路本身，而且雷电还会沿导线传播到发、变、配电所，从而危害发、变、配电所的正常运行，严重时还会引起火灾、房屋倒塌或损坏电气设备。

    3.2感应雷

    落雷处邻近物体因静电感应或电磁感应产生高电位所引起的放电称为感应雷。当建筑物、构筑物或架空线路上空有雷云时，在建筑物、构筑物或架空线路上便会感应出与雷云所带电荷性质相反的电荷。雷云向其他地方放电之后，云与大地之间的电场消失了，但聚集在建筑物、构筑物顶部上或线路上的电荷并不能立刻散去，而是向地面流散或向线路两端流动，此时建筑物、构筑物的顶部上或线路对地面便有很高的电位，形成感应过电压。它往往造成屋内电线、金属管道和大型金属设备放电，引起火灾、爆炸，危及人身安全或对供电系统造成危害。

4．变电所的防雷保护措施    

    4.1防雷保护的必要性

    变电所是电力系统的枢纽，担负着电网供电的重要任务。由于变电所和架空线直接相连接，而线路的绝缘水平又比变电所内的电气设备高，因此沿着线路侵入到变电所的雷电波的幅值很高。如果没有相应的保护措施，就有可能使变电所内的主变压器或其它电气设备的绝缘损坏。而变电所一旦发生雷击事故，将使设备损坏，造成大面积停电，给工农业生产和人们的日常生活带来重大损失和严重影响。

    所以，对于变电所而言，必须采取有效的措施，防止雷电的危害。
       
    4.2 防雷保护措施

    4.2.1 装设避雷针保护整个变电所建（构）筑物以免直接雷击
    
    避雷针可以防护直击雷。避雷针可以单独立杆，也可以利用户外配电装置的构架或投光灯的杆塔；但变压器的门型构架不能用来装设避雷针，以防止雷击产生的过电压对变压器发生闪络放电。

    选择独立避雷针的安装地点时，避雷针及其接地装置与配电装置之间应保持以下距离。在地上，由独立避雷针到配电装置的导电部分之间，以及到变电所电气设备与构架接地部分之间的空气隙一般不小于5m。在地下，由独立避雷针本身的接地装置与变电所接地网间最近的地中距离一般不小于3m。

    4.2.2 装设架空避雷线及其他避雷装置作为变电所进出线段的防雷保护

    这主要是用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所损坏了主变电所的这一关键设备。为此要求避雷器应尽量靠近主变压器安装。

    35KV电力线路， 一般不采用全线装设架空避雷线的方法来防直击雷，但为防止变电所附近线路上受到雷击时雷电沿线路侵入变电所破坏设备，需在变电所进出线1km~2km段内装设架空避雷线作为保护，使该段线路免遭直接雷击。
为使上项保护段以外的线路受雷击时侵入变电所内的过电压有所限制，一般可在架空避雷线的两端装设管型避雷器，其接地电阻不得大于10Ω。

    对于电压35KV、容量3200KVA以下的一般负荷变电所，可采用简化的进出线段保护接线方式。

    对于10KV以下的高压配电线路进出线段的防雷保护，可以只装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及隔离开关。

    4.2.3 装设阀型避雷器对沿线路侵入变电所的雷电波进行防护

    变电所的进出线段虽已采取防雷措施，且雷电波在传播过程中也会逐渐衰减，但沿线路传入变电所内的部分，其过电压对内设备仍有一定危害。特别是对价值最高、绝缘相对薄弱的主变压器更是这样。故在变压器母线上，还应装设一组阀型避雷器进行保护。

    6~10KV变电所中，阀型避雷器与被保护的变压器间的电气距离，一般不应大于5m。为使任何运行条件下，变电所内的变压器都能够得到保护，当采用分段母线时，其每段母线上都应装设阀型避雷器。

    4.2.4低压侧装设避雷器

    这主要用在多雷区用来防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器的绝缘。当变压器的低压侧中性点不接地时（如IT系统），其中性点可装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器或保护间隙。
需要注意的是，防雷系统的各种钢材必须采用镀锌防锈钢材，联接方法要用焊接。圆钢搭接长度不小于6倍直径，扁钢搭接长度不小于2倍宽度。
在装设避雷针时，应注意以下两点。
为防止雷击避雷针时雷电波沿导线传入室内，危及人身安全，所以照明线或电话线不要架设在独立的避雷针上。
独立避雷针及其接地装置，不应装设在行人经常通行的地方。避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不应小于3m，否则应采取均压措施，或铺设厚度为50mm~80mm的沥青加碎石层。

5. 变电所的进线保护

    5.1一般变电所的进线保护

    除了直击雷和感应雷外，当线路上受雷击时，雷电进行波就会沿着线路向变电所袭来，由于线路的绝缘水平较高，侵入变电所的雷电进行波的幅值往往很高，就有可能使主变压器和其他电气设备发生绝缘损坏事故。此外，由于变电所和线路直接相连，线路分布广，长度较长，遭受雷击的机会也较多，所以对变电所的进线线段必须有完善的保护措施，这是能否保证设备安全运行的关键。 

    对于未沿全线装设避雷线的35KV到110KV的线路，为了保证变电所的安全，应在变电所的进线段1km~2km长度内应采用避雷线保护。

    当变电所上有了避雷线保护以后，就可以防止在变电所附近的线路导线上落雷。如果雷落在了保护线的首段，雷电波就会沿着线路侵入变电所。如果进线端采用钢筋混凝土杆木横担或磁横担等电路，为了限制从进线端以外沿导线侵入的雷电波的幅值，应在进线端的首端装设一组管型避雷器，保护段内的杆塔工频接地电阻不应大于10Ω。钢塔和钢筋混凝土杆铁横担线路以及全线有避雷线的线路，其进线段的首端可不装设管型避雷器。

    5.2  35KV及以上电缆段的变电所的进线保护

    变电所的进出线以35KV到100KV都有采用电缆的，有三芯电缆，也有单芯电缆，其保护线也应不同。在电缆和架空线的连接处应装设阀型避雷器保护，其接地必须与电缆的金属外皮线连接。

    当电缆长度不超过50m或根据经验算法装设一组避雷器即能满足保护要求时，可只装设一组阀型避雷器；当电缆长度超过50m，而且，断路器在雨季可能经常短路运行，应在电缆末端装设管型避雷器或阀型避雷器。

    此外，靠近电缆段的1km架空线路上还应架设避雷线保护。

    5.3  小容量变电所的简化保护 

    对于35KV负荷不很重要且容量较小的变电所，采取简化的防雷保护方式，对绝缘正常的变压器绝大部分还是可以保证安全运行的，特别是在雷电不太强烈的地区采取简化的防雷保护方式，是可行的。

    5.4  6KV到10KV变电所配电装置的保护

    6KV到10KV变电所的每段母线上和每路架空进出线上都应装设避雷器。

    架空进线采用双回路塔杆，有同时遭到雷击的可能，在确定避雷器与主变压器的最大电气距离时，应按一路考虑，而且，在雷雨季节中应避免将其中的一路断开。

6. 发电厂的防雷措施

    防止直击雷的最有效办法是装设避雷针。避雷针是将雷电吸引到自己身上来，把天空中积云的雷电流安全地导入大地，从而大大的减小雷电向其附近物体放电的可能，以达到保护的作用。

    避雷针是利用尖端放电原理，避免设置处所遭受雷击。同时变压器、其他电气设备或建筑物均在其保护范围内，以防止遭到直击雷的破坏。避雷针适用于保护细高的建筑物或构筑物。可以用圆钢或钢管制成，在顶端砸尖，以利于放电。

    在雷电时期，一般在避雷针接地装置附近约10m的范围内是比较危险的。为了使避雷针接地装置附近地面的电位降落缓和而且均匀一些，以利于工作人员的安全，接地装置的安设可采取下面特殊的方法。埋在地下的接地体（角钢或钢管）用水平敷设与地下的扁钢焊接起来，构成一个接地网，这样就可以使接地装置附近的地面电位均匀分布，使跨步电压降低。

    对于有爆炸危险，且爆炸后可能波及发电厂内主要设备或严重影响发供电的建筑物，如制氢站、露天氢气储罐、氢气罐储存室、易燃油泵房、装卸油台和天然气管道等，应采用独立避雷针保护，并应采取防止感应雷的措施。独立避雷针应设独立的接地装置。

    直击雷保护装置包括兼作接闪器的设备金属外壳、电缆金属外皮、建筑物金属构件等。将这些部分接地就能起到防雷的作用。其接地可以利用发电厂的主接地网，但应在直击雷保护装置附近装设集中接地装置。

    避雷针可以装在发电厂的主厂房或其他建筑物上，其接地装置可以利用发电厂范围内原有的接地网。但需要装设专用的接地引下线。在接地引下线与接地网连接处应在地上另打入几根铁管作为加强的集中接地装置。其接地电阻一般不应大于10Ω。已在相邻建筑物保护范围内的设备或建筑物，不需要再装避雷针。

    发电厂烟囱附近的引风机及其电动机的机壳，应与主接地网连接，并装设集中接地装置。该接地装置宜于烟囱的接地装置分开。如不能分开，引风机的电源线应采用带金属外皮的电缆，电缆的金属外皮与接地装置连接。

    为了防止感应雷的危害，应使一切处于雷电流产生的电磁场内延伸开的金属物件都有良好的闭合回路。建筑物内凡有管道接头、弯头等连接不可靠的地方，都要用金属跨接。对于建筑物内有长的并行敷设的导电物体如金属管道的情况，若其间距较小也应用金属将其连接起来。

    综上所述，只要我们了解了雷电产生的危害，正确合理的选择发电厂、变电所的防雷保护措施和接地保护方式，保证电力系统的长期安全稳定运行，我们就能尽可能预防和减小雷电的危害。

主要参考文献

1.谈文华 、万载扬   主编《实用电气安全技术》机械工业出版社 1998年6月

2.陈祖嘉   《电力安全技术》水利电力出版社  1986年3月

3 唐定曾、唐海  主编《建筑电气技术》机械工业出版社 1998年6月

4 张永飞 主编《电工技能实训教程》西安电子科技大学出版社 2005年1月

5 .刘介才 主编 《供配电技术》机械工业出版社 2000年8月

6. 卫福娟   变电所的防雷保护  《上海电机高专学报》2002年第3期