防雷保护

1 避雷针的保护范围

变电站防雷保护

雷电过电压的幅值高达数十万伏甚至数百万伏，如果变电站不采取防护措施，电力设备的绝缘将会遭到破坏而发生雷击事故，从而造成大面积的停电，给社会生产和人民生活带来不便所以变电站必须采取可靠的防雷措施，装设避雷针避雷线和避雷带来防护直击雷，装设避雷器来限制侵入波过电压幅值，设置进线保护段以限制雷电流和侵入波陡度另外，各种防雷保护装置还要配备合适的接地装置以有效发挥其保护作用。

避雷针

110kV及以上变电站一般装设独立避雷针和构架避雷针来防护直击雷，有的还在主控楼楼顶装设避雷带或避雷网避雷针是接地的导电物，它的作用就是将雷吸引到自己身上并安全导入地中，基本组成部分是接闪器引下线和接地体避雷针的保护范围是指被保护物体在此空间范围内不致遭受雷击，由于雷电路径受很多偶然因素影响，因此保护范围是按照99.9%的保护概率（即屏蔽失效率或绕击率为0.1%）而定的它根据实验室雷电冲击放电模拟试验结果求出并已经多年实际运行经验校核。变电站防雷保护图指的是直击雷保护范围图，由于避雷带和避雷网直接设在建筑物表面，已经构成了确定的平面保护范围，不需要再计算确定，所以我们

所说的防雷保护范围指的是避雷针的空间保护范围。

避雷针的保护范围

针保护范围确定方法有两种:折线圆锥体法和滚球法对于同一结构的避雷针，滚球法比折线圆锥体法核算的保护范围要小，各设计单位均采用折线圆锥法，故本文也按照折线圆锥法来绘制防雷保护图。

单支避雷针保护范围的确定

单支避雷针折线圆锥体法保护范围如图1 所示，为一个旋转的圆锥体设避雷针高度为h(m)，被保护物体的高度为h (m)，在h 高度上避雷针的保护范围的半径r 由下述公式确定：

两支等高避雷针保护范围的确定

工程上多采用两根或多根避雷针以扩大保护范

围 两支等高避雷针相距不太远时，由于两针的联合屏蔽作用，使两针中间部分的保护范围比单针时要大，避雷针外侧的保护范围与单根避雷针时相同，保护范围如图2 所示 两针间保护范围的上部边缘应按通过两针顶点及中间最低点 的圆弧确定。O 点的高度0h 按0h =h-7D h p 计算，其中D （m ）为两针间的距离，系数P 与式（2-1） 中相同 两针间高度为x h 的水平面上的保护范围的截面最小宽度x b =1.5（0h -x h ）。

两支不等高避雷针保护范围的确定

当两支避雷针不等高时，两根避雷针外侧的保护范围仍按单针方法求出两针之间的保护范围可按如下方法（如图3 所示）确定：首先按单针作出高针2 号的保护范围，然后由低针1号的顶点作水平线与之交与Q，再设Q为一假想避雷针3 号的顶点，其与低针1 号等高，按两根等高避雷针的方法，求出 1 号 3 号之间的联合保护范围其最低点高度为：h =h D /7p，式中：h 较低避雷针的高度；D 较低避雷针与等效避雷针之间的距离。

多支避雷针保护范围的确定

由于发电厂或变电站的面积较大，实际上都采用多支避雷针保护方法。

多支避雷针成直线布置时，应区别等高或不等高两种情况，分别按双支等高或不等高避雷针的方法，两两组合确定其保护范围。

三支避雷针形成三角形布置时，应区别等高或不等高两种情况，其三角形内侧保护范围按相邻两支等高或不等高避雷针的方法确定；如果各相邻两支避雷针的最小保护宽度都满足0，则全部面积均受到保护（见图4）

四支及四支以上避雷针形成四角形或多角形

布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按布置时，可先将其分成两个或几个三角形，然后按三支避雷针成三角形布置的情况，确定其保护范围；如果各边的最小保护宽度都满足0，则全部面积均受到保护（见图4）。

计算程序

为便于绘制防雷保护图，除了由已知的各避雷针和被保护设备的位置坐标和高度来确定各避雷针的保护半径水平面上保护范围的截面最小宽度两两避雷针间的距离和等效距离外，还需要确定水平面上P1 P2 的位置坐标和等效等高避雷针的位置坐标根据上面不同类型避雷针保护范围的公式，用Matlab 自编一个小程序来计算避雷针的保护半径最小宽度P1 P2 的位置坐标和等效等高避雷针的位置坐标Matlab 是一种类似于C 语言的高级计算机编程语言，应用领域广泛，为windows 界面，故使用起来简单方便。

绘制过程

首先查看电站平面总布置图，观察各设备及各电压等级区域等位置有无改变，结合总平面布置图及皮尺测量，确定各避雷针位置及主要设备区域位置选取电站西南角为坐标原点，确定各避雷针和主要设备及区域的位置坐标，如图5 所示。用测高仪测量各避雷针高度各构架高度和主控楼等被保护设备或建筑的高度确定被保护设备的高度及保护它们的避雷针220kV区域的3 个变高间隔和母联间隔构架有4 种高度：21m 18.5m 14.5m和10.5m；其他出线等间隔构架有3 种高度：18.5m 14.5m 和10.5m，其中18.5m的构架处安装构架避雷针，故此高度不用考虑；110kV区域的3 个变高间隔和母联间隔构架有 4 种高度：14.5m 12.5m 10.25m

和7.3m；其他出线等间隔构架有 3 种高度：12.5m 10.25m 和7.3m，其中12.5m高的构架上安装构架避雷针，故此高度也不用考虑；3 个主变构架高14.5m，主控楼楼高15.2m，楼顶未装设避雷带；微波楼即变电大楼楼顶装设有避雷带；10kV高压室楼高7m，室外电容器组高4m 从高往低确定被保护的高度有：21m（220kV区域3 个变高间隔和母联间隔）15.2m（主控楼）14.5m 10.5m若＝14.5m 时220kV区域全部被保护，则此高度不需再考虑）10.25m 和7.3m（若＝10.25m110kV 区域全部被保护，则此高度不需再考虑）7m （10kV高压室）4m （室外电容器组）运行matlab 程序，计算各种被保护高度时各避雷针保护半径P1 P2 的位置坐

标两两避雷针间的距离和等效距离及等效等高避雷针的位置坐标。根据计算结果绘制各种被保护高度时的保护范围图＝14.5m时保护范围图如图 6 所示，图中，7 号和13 号避雷针的<0，而7 号8 号9 号避雷针所组成的三角形中无14.5m高的被保护物体，所以整个保护范围图看起来在8 号9 号针处有个缺口虽然7 号和13 号避雷针的<0，但是110kV母联构架位于3 号13 号8 号避雷所组成的三角形中，所以110kV母联间隔还是处于避雷针保护之下最终220kV阳江站防雷保护图如图7 所示，由于＝14.5m 时220kV区域全部被保护，＝10.25m时110kV区域全部被保护，所以220kV区域的＝10.5m和110kV区域的＝7.3m 时的保护范围图不需要绘制如果避雷针装的裕度都够大，＝