工厂变配电系统的防雷与接地探索
2022-06-08
1雷电现象及其危害
雷电是自然界中的一种放电现象。大气中存在大量带有正负电荷的雷云，当带有相异电荷的雷云接近到一定程度，或雷云与大地凸出物接近到一定程度，强大的雷云电场将周围空气电离击穿，就发生激烈的气体放电，形成闪电和雷鸣。雷电通过直击雷、感应雷和雷电侵入波的方式可使人畜伤亡；使电力线路、发电机、电力变压器等受高电压冲击而损坏绝缘，造成短路、爆炸和起火，导致大面积停电；可产生强大的电排斥力、电磁推力，对建筑物或构筑物等被击物会造成机械性破坏、倒塌。
2接地
所谓接地就是把电气设备或电气线路的某一部分通过接地装置与大地（土壤）作良好的电气连接。接地是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。接地装置由接地体和接地线组成。埋入地中直接与大地接触的金属导体称为接地体：连接电气设备与接地体之间的导线（或导体）称为接地线。接地分为检修接地、工作接地和安全接地三大类。检修接地是在检修设备或线路时，除切断电源外，还要临时将检修设备或线路的导电部分与大地连接起来，防止误合闸造成触电事故。工作接地是维持供电系统正常安全运行的接地。安全接地是为了防止触电的保护接地，防止雷击及消除静电的接地，以及防止电磁辐射的屏蔽接地。
3工厂变配电系统建筑物的防雷与接地
工厂变配电系统及其内部电气设备的防雷性能受建筑物本体防雷性能的直接影响，任何建筑内部系统及设备防雷的第一道防线应该是建筑物本体的防雷，因此工厂变配电系统的防雷与接地离不开建筑物的防雷与接地，所以我们在考虑系统防雷时应首先高度重视建筑物本身的防雷。对于建筑物及电气、电子设备防雷的接地装置按照国家最新的GB50054-95标准规定应采用等电位连接，而不再采用传统上独立的接地网。等电位连接就是将建筑物的人工接地体、自然接地体和室内各种电气设备及其他装置的外露金属可导电部分统统用导体作良好电气连接以实现电位相等。因为雷电现象发生时将产生峰值非常大的雷电流，而雷电流流经之处将形成相对大地电位而言很高的过电压，此过电压容易使仍处于大地电位的电气、电子设备和工作人员产生旁侧闪烁，引起设备和人身事故。采用等电位连接就可大大降低此类事故发生的机率，所以等电位连接是防雷的关键措施这一。
现代建筑物的防雷要求在防雷装置的设计和建设时，应根据地质、土气象、环境、被保护物的特点，雷电活动规律等因素综合考采用安全可靠、技术先进、经济合理的设计、施工方案。现在大家公认的建筑物防雷经济可靠的方式是采用建筑物本体的钢筋结构和降雷网相结合的方式，即是在建筑物设计时以建筑物埋入地下的钢筋混凝土基础钢结构为接地体，以房屋顶部的网状接闪器、避雷带、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋为引下线，建筑施工将网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络作良好的电气连接，使之成为较理想的"法拉第笼"式避雷器。同时建筑工程施工时从各层楼板、梁、柱内钢筋一定都要焊接出预留接头，以便使用时能方便与室内外接地线相连，实现各电气设备的接地。
4工厂变配电系统线路及设备的防雷与接地
4.1系统线路的防雷与接地
由避雷针、避雷带、避雷网引下线和接地网络构成的建筑物防雷系统，主要是避免建筑物遭受雷击而引发的安全事故；而感应雷和雷电波侵入方式对系统线路的威胁是外部防雷系统无法免除的。应根据线路的负荷性质、电压等级及系统运行方式，结合历年来当地雷电活动情况、土壤电阻率的高低及地形地貌特点等，通过综合的经济技术论证，采取科学合理的防雷方式实现系统线路的防雷。鉴于中小型工矿企业一般由35kV线路接受电能就能满足用电需要，所以供、配电系统中的高压架空线路通常是在变电所的电源进线端架设1-2km避雷线，同时对于雷电活动强烈地段的架空线路部分要加设避雷线或者安装避雷器。系统中的电缆线路，常常是在电缆终端处安装阀式避雷器。同时要将电缆终端的金属屏蔽、铠装和避雷器的一端与接地装置按要求连接起来，达到良好的电气性能。低压配电线路的防雷主要是在变压器低压侧的出口处安装低压避雷器和跌落式熔断器，同时变压器的低压侧要作良好接地，并在干线和分支线终端处要重复接地，而线路较长时重复接地不得少于3处。防雷接地装置的接地电阻不应大于4Ω，重复接地装置的接地电阻不得大于10Ω。中性点直接接地的低压供配电系统的中性线应在电源处接地。为防止雷电波沿线路侵入用户时，其进户线的绝缘子铁角应接地，此接地装置的接地电阻可为30Ω以下，这一点对于一户一表改造工程中应引起高度重视。
4.2室内设备的防雷
由于感应雷和闪电电流及闪电高频电磁场所形成的过电压和过电流对室内设备的诸如电源线路、天线、电器元件、通信线路（如光缆，电话线等）造成危害。为真正防止雷电波侵入和反击对室内设备的危害，工矿企业室内的所有电气、电子设备应采取逐级防雷保护措施，首先做好大楼和电源进线端的防雷接地，然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器。其接地是将室内各种柜的外皮、金属屏与底座槽钢用螺栓连接或可靠焊接，保证电气连接良好，同时槽钢应与电缆沟内的电缆支架用镀锌扃钢焊接成一个整体，与室外接地网形成完整的接地大网。这样就可以在发生雷击时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电位差，使得它们彼此间等电位，并维持在地电位的水平，这就是均压措施。对于工矿企业的通讯电台由于其必须通过信号电缆与通讯塔的天线相连，因此必须将通讯电缆的外皮做多地重复接地，并要求作等电位连接，即与大楼的接地网连接在一起，同时加装避雷器。比如通讯电台应加串口保护器如SD25-V24/24，其它电子设备的通讯接口加装相应的串口保护器，也就是各种小防雷器。为防止强大的雷电电磁脉冲在信号线或电源线等线路上感应出的暂态过电压波对电子仪器和设备造成损坏，所有的信号线及低压电源线都要采用有金属屏蔽层的电缆，没有屏蔽的导线应穿铁管加以屏蔽。同时将信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。
[参考文献]
[1]陈万祯.浅析等电位连接在建筑物防雷中的作用.《河北北方学院学报》（自然科学版），2010年第4期.
[2]李白红.电力系统中防雷和接地探讨.《价值工程》，2011年5期.
[3]刘介才，主编.《工厂供电》.2002版.
[4]刘文明.建筑电气安装工程质量监控[J].山西建筑，2007，（16）.
雷电是自然界中的一种放电现象。大气中存在大量带有正负电荷的雷云，当带有相异电荷的雷云接近到一定程度，或雷云与大地凸出物接近到一定程度，强大的雷云电场将周围空气电离击穿，就发生激烈的气体放电，形成闪电和雷鸣。雷电通过直击雷、感应雷和雷电侵入波的方式可使人畜伤亡；使电力线路、发电机、电力变压器等受高电压冲击而损坏绝缘，造成短路、爆炸和起火，导致大面积停电；可产生强大的电排斥力、电磁推力，对建筑物或构筑物等被击物会造成机械性破坏、倒塌。
2接地
所谓接地就是把电气设备或电气线路的某一部分通过接地装置与大地（土壤）作良好的电气连接。接地是确保电气设备正常工作和安全防护的重要措施。接地装置由接地体和接地线组成。埋入地中直接与大地接触的金属导体称为接地体：连接电气设备与接地体之间的导线（或导体）称为接地线。接地分为检修接地、工作接地和安全接地三大类。检修接地是在检修设备或线路时，除切断电源外，还要临时将检修设备或线路的导电部分与大地连接起来，防止误合闸造成触电事故。工作接地是维持供电系统正常安全运行的接地。安全接地是为了防止触电的保护接地，防止雷击及消除静电的接地，以及防止电磁辐射的屏蔽接地。
3工厂变配电系统建筑物的防雷与接地
工厂变配电系统及其内部电气设备的防雷性能受建筑物本体防雷性能的直接影响，任何建筑内部系统及设备防雷的第一道防线应该是建筑物本体的防雷，因此工厂变配电系统的防雷与接地离不开建筑物的防雷与接地，所以我们在考虑系统防雷时应首先高度重视建筑物本身的防雷。对于建筑物及电气、电子设备防雷的接地装置按照国家最新的GB50054-95标准规定应采用等电位连接，而不再采用传统上独立的接地网。等电位连接就是将建筑物的人工接地体、自然接地体和室内各种电气设备及其他装置的外露金属可导电部分统统用导体作良好电气连接以实现电位相等。因为雷电现象发生时将产生峰值非常大的雷电流，而雷电流流经之处将形成相对大地电位而言很高的过电压，此过电压容易使仍处于大地电位的电气、电子设备和工作人员产生旁侧闪烁，引起设备和人身事故。采用等电位连接就可大大降低此类事故发生的机率，所以等电位连接是防雷的关键措施这一。
现代建筑物的防雷要求在防雷装置的设计和建设时，应根据地质、土气象、环境、被保护物的特点，雷电活动规律等因素综合考采用安全可靠、技术先进、经济合理的设计、施工方案。现在大家公认的建筑物防雷经济可靠的方式是采用建筑物本体的钢筋结构和降雷网相结合的方式，即是在建筑物设计时以建筑物埋入地下的钢筋混凝土基础钢结构为接地体，以房屋顶部的网状接闪器、避雷带、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋为引下线，建筑施工将网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络作良好的电气连接，使之成为较理想的"法拉第笼"式避雷器。同时建筑工程施工时从各层楼板、梁、柱内钢筋一定都要焊接出预留接头，以便使用时能方便与室内外接地线相连，实现各电气设备的接地。
4工厂变配电系统线路及设备的防雷与接地
4.1系统线路的防雷与接地
由避雷针、避雷带、避雷网引下线和接地网络构成的建筑物防雷系统，主要是避免建筑物遭受雷击而引发的安全事故；而感应雷和雷电波侵入方式对系统线路的威胁是外部防雷系统无法免除的。应根据线路的负荷性质、电压等级及系统运行方式，结合历年来当地雷电活动情况、土壤电阻率的高低及地形地貌特点等，通过综合的经济技术论证，采取科学合理的防雷方式实现系统线路的防雷。鉴于中小型工矿企业一般由35kV线路接受电能就能满足用电需要，所以供、配电系统中的高压架空线路通常是在变电所的电源进线端架设1-2km避雷线，同时对于雷电活动强烈地段的架空线路部分要加设避雷线或者安装避雷器。系统中的电缆线路，常常是在电缆终端处安装阀式避雷器。同时要将电缆终端的金属屏蔽、铠装和避雷器的一端与接地装置按要求连接起来，达到良好的电气性能。低压配电线路的防雷主要是在变压器低压侧的出口处安装低压避雷器和跌落式熔断器，同时变压器的低压侧要作良好接地，并在干线和分支线终端处要重复接地，而线路较长时重复接地不得少于3处。防雷接地装置的接地电阻不应大于4Ω，重复接地装置的接地电阻不得大于10Ω。中性点直接接地的低压供配电系统的中性线应在电源处接地。为防止雷电波沿线路侵入用户时，其进户线的绝缘子铁角应接地，此接地装置的接地电阻可为30Ω以下，这一点对于一户一表改造工程中应引起高度重视。
4.2室内设备的防雷
由于感应雷和闪电电流及闪电高频电磁场所形成的过电压和过电流对室内设备的诸如电源线路、天线、电器元件、通信线路（如光缆，电话线等）造成危害。为真正防止雷电波侵入和反击对室内设备的危害，工矿企业室内的所有电气、电子设备应采取逐级防雷保护措施，首先做好大楼和电源进线端的防雷接地，然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器。其接地是将室内各种柜的外皮、金属屏与底座槽钢用螺栓连接或可靠焊接，保证电气连接良好，同时槽钢应与电缆沟内的电缆支架用镀锌扃钢焊接成一个整体，与室外接地网形成完整的接地大网。这样就可以在发生雷击时避免在不同金属外壳或构件之间出现暂态电位差，使得它们彼此间等电位，并维持在地电位的水平，这就是均压措施。对于工矿企业的通讯电台由于其必须通过信号电缆与通讯塔的天线相连，因此必须将通讯电缆的外皮做多地重复接地，并要求作等电位连接，即与大楼的接地网连接在一起，同时加装避雷器。比如通讯电台应加串口保护器如SD25-V24/24，其它电子设备的通讯接口加装相应的串口保护器，也就是各种小防雷器。为防止强大的雷电电磁脉冲在信号线或电源线等线路上感应出的暂态过电压波对电子仪器和设备造成损坏，所有的信号线及低压电源线都要采用有金属屏蔽层的电缆，没有屏蔽的导线应穿铁管加以屏蔽。同时将信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。
[参考文献]
[1]陈万祯.浅析等电位连接在建筑物防雷中的作用.《河北北方学院学报》（自然科学版），2010年第4期.
[2]李白红.电力系统中防雷和接地探讨.《价值工程》，2011年5期.
[3]刘介才，主编.《工厂供电》.2002版.
[4]刘文明.建筑电气安装工程质量监控[J].山西建筑，2007，（16）.