变电所防雷保护设计方案

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。

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V AC1500V，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。

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⨯350μS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155μH左右（1.55μH/米），IEC1312定义电感大于37.5μH，则发生测闪雷击，也就是说，10⨯350μS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：1．一切为客户着想原则无论是多大或多小的系统防护工程，都应以一切为用户着想的原则做事，以用户需求作为准绳, 本着务实, 不追求豪华的思想, 但又具扩展性, 通过相互间诚恳的交流, 协助用户, 使其需求最终达到尽善尽美。

2．可靠性原则设计系统防雷保护工程应最先考虑的问题就是可靠性。

在工程的设计中不一定要求最先进，但一定要用最成熟可靠的产品和技术，有些新技术确实在某些方面有优势，但还需用更多的时间去考验，在网络系统的防雷保护中尽选择被广泛应用和证实的可靠产品和技术。

提高系统可靠性的方法很多,一般的做法如下:•选用备份回路，出现故障时能够迅速恢复并有适当的应急措施；•采用热插拔功能，故障处理无须停机；•采用声光报警功能；3．先进性原则采用当今国内、国际上最先进和成熟的技术,使新建立的系统能够最大限度地适应今后技术发展变化和业务发展变化的需要,从目前国内发展来看,系统总体设计的先进性原则主要体现在以下几个方面：•采用的系统结构应当是先进的、开放的体系结构；•采用的技术应当是先进的,可扩充的，能满足今后日益扩充的需要；4．实用性原则本着一切从用户实际角度出发，配置防雷保护系统不是给用户花钱，而是在保护用户的投资，保证电站系统的正确运行；实用性就是能够最大限度地满足实际工作要，从实际应用的角度来看,这个性能更加重要。

5．开放性，可扩充、可维护性原则防雷保护技术是不断发展变化的，为了保证用户的投资，所选产品必须符合国际标准及流行的工业标准。

这样才能对电站的未来发展提供保证。

6．经济性原则整个防雷保护的建设要坚持实用为主，根据投资的强度选择有实用价值，在满足系统需求的前提下,应尽可能选用性能价格最好，可靠性高,可维护性好的产品，选用性能价格比高的设备,尽快投入使用,并使整个系统能安全可靠地运行，以便节省投资,以最低成本来完成计算机网络系统防雷保护的建设。

设计说明一、设计依据1、《国际建筑物防雷设计规范》IEC 1024-1 ，19902、《建筑物防雷设计规范》GB 50057-943、《雷电电磁脉冲的防护》IEC 1312-1，2，34、《低压供电系统中的过电压保护器》IEC 6143，19985、《低压配电设计规范》GB50054-956、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997二、设计说明本方案仅针对变电所二次侧220V/380V低压设备的电源部分，变电所的外部防雷、高压架空线避雷器、避雷针的架设，均不在讨论之列。

2.1FLT PLUS CTRL-0.9/I 电源防雷器技术介绍2.1.1应用:FLT PLUS CTRL-0.9/I的设计目的：依据VDE-0675标准对1000V以下的低压负荷设备依据标准实行保护。

它保护电气设备不受因直击线路或雷电行波沿线路侵入所引起的瞬态过压损坏。

根据电源输入的类型，可有多种接线方式。

2.1.2功能作为泻流型的产品（国标称开关型SPD），主要用来泻放可能的直击雷击引起的巨大的能量。

FLT PLUS CTRL-0.9/I内部配备了获得专利技术的角型放电间隙和电子自响应电路。

放电间隙由特种合金制成。

该产品选用特殊的外壳材料和内部结构设计，保证了在直击雷时巨大的机械冲力和热电作用而安然无恙。

2.1.3技术优点I.通流量大，每线达到50KA（10/350us）的放电能力。

II.专利主动能量控制技术，配合C级模块，残压最低，仅0.9KV。

III.无后备熔丝可自主切断50KA的后续电流，可靠保证安全。

IV.与C级防雷器直接并联，无须加装解耦器，不影响电网功率因数，减少接线数目。

V.外壳材料为黑色，为V0级PA-F材料中阻燃能力最强。

VI.放电间隙采用专利技术合金材料，耐冲击1-10万次，超长寿命，一劳永逸。

VII.带有工作状态指示，运行情况，一目了然。

VIII.双接线端子，方便桥接，施工省时省料。

FLT PLUS CTRL-0.9/I外形图2.2 VAL-MS…FM电源防雷器技术介绍2.2.1应用:VAL-MS…FM的设计目的：依据VDE-0675标准对1000V以下的低压负荷设备依据标准实行保护。

它保护电气设备不受因感应雷和开关操作所引起的瞬态过压损坏。

根据电源输入的类型，可有多种接线方式。

2.2.2功能作为限压型的产品，VAL-MS…FM内部配备了高能量的氧化锌压敏电阻，该压敏电阻具有较佳的非线性特性。