雷电防护科学与技术

现代雷电防护科学与技术
摘要：
一、现代防雷体系的组成
现代防雷体系从大地及其外围空间来说可划分为三个防雷区域（更确切地说是三个防雷层次），即高空防雷区、低空防雷区和地下防雷区）。

这三个防雷区域各有一定的独立性，相互又有一定的关系，可以说三个防雷区域是三个子防雷体系，由三个子防雷系统组成一个总防雷区域的雷害情况和防雷。

二、电子信息系统的防雷设计
(1)勘测设计
1.电子信息系统的防雷工程应按雷电防护分区原则和风险评估方法进行参
数计算，确定其防雷等级和防护措施。

2.建筑物按综合防雷措施要求设置防雷系统。

3.据规范要求，将设置有电子信息系统的建筑物需要保护的空间划分为不同
的防雷区，规定各部分空间不同的雷电电磁脉冲的严重程度，确定个防雷
区交界处等电位连接点的位置，以此作为设计依据。

在同一个保护级别里，
还应根据给类电子信息系统的风险等级和重要性，采取相应的防护措施。

(2)勘测、设计资料的依据（新建工程）
勘测、设计资料的主要依据如下：
被保护建筑物所在地区的地形、地质状况、气象条件（如雷电日等）和地址条件（如土壤电阻率等）；需保护的建筑物（或建筑物群体）的长、宽、高及位置分布，相邻建筑物的高度；各建筑物内各楼层及楼顶需保护的电子信息系统设备的分布情况。

配置于各楼层或设备机房的设备名称、功能及性能参数（如工作频率、功率、工作电平、传输速率、特性阻抗、传输介质等）：信息系统的计算机网络拓扑结构；信息系统电子设备之间的电气连接关系；供、配电情况及其系统接地形式。

(3)勘测、设计资料的依据（已建工程扩建、改建）
对已建（扩建、改建）工程，除（2）所述应收集、勘测的资料外，还应收集、勘测下列相关资料：
1.防直击雷接闪装置（避雷针、带、网）的施工状况；
2.防雷引下线的施工状况及其信息设备接地系统的安全距离是否符合规范
要求；
3.高层建筑物防侧击雷措施及施工情况；
4.强电及弱电竖井内线路布置是否合理；
5.信息系统的安装要求和系统设备特性相关资料，以及电源、信息号线路进
入建筑物的方式；
6.总等电位连接和各局部等电位连接施工情况，以及共用接地装置施工情况
等图纸及测试资料；
7.地下管线分布情况。

三、整体防雷系统
按照防护范围，信息系统电子设备的外部防护是指对安装电子设备的建筑物本体的安全防护，可采用装设避雷针、避雷带、屏蔽网以及均衡电位、接地等措施，这种防护措施人们比较重视、比较常见，相对来说比较完善。

内部防护是指在建筑物内部弱电设备对过电压（雷电或电源系统内部过电压）的防护，其措施有等电位连接、屏蔽、保护、隔离、合理布线和设置过电压保护器等。

这种措施相对来说是比较新的办法，其核心主要是对雷电浪涌及地电位差的防护。

四、防雷设计要素
防雷工程是一种系统工程。

防雷设计七要素提出人们要整体的、全面地考虑建筑物及建筑物内电子信息设备的防雷设计。

这七要素是：
1.接闪供能
接闪功能指实现接闪功能所应具备的条件，包括接闪器的形式（避雷针、避雷带和避雷网）、耐流耐压能力、连续接闪效果、造价以及接闪器建筑物的美学统一性等。

2.分流影响
分流影响指引下线对分流效果的影响。

3.均衡电位
均衡电位指使建筑物内的各个部位都形成一个相等的电位，即等电位。

4.屏蔽作用
屏蔽作用的主要目的是使建筑物内的通信设备、电子计算机、精密仪器以及自动控制系统免遭雷电电磁脉冲的危害。

5.接地效果
6.合理布线
7.浪涌抑制
为电子设备供电的电路在雷击或接通、断开电感负载时常常会产生很高的瞬时过电压（或过电流），这种瞬时过电压（或过电流）称为浪涌电压（或浪涌电流），是一种瞬变干扰。

五、高压送电线路防雷措施
清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因，我们就可以有针对性的对送电线路所经过的不同地段，不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施。

目前线路防雷主要有以下几种措施：
1．加强高压送电线路的绝缘水平。

高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比，加强零值绝缘子的检测，保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。

2．降低杆塔的接地电阻。

高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。

3．根据规程规定：在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段，可以增设耦合地线。

由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大，并使流经杆塔的雷电流向两侧分流，从而提高高压送电线路的耐雷水平。

4．适当运用高压送电线路避雷器。

由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。

根据实际运行经验，在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。

目前在全国范围已使用一定数量的高压送电线路避雷器，运行反映较好，但由于装设避雷器投资较大，设计中我们只能根据特殊情况少量使用。

本文主要对安装线路避雷器、降低杆塔的接地电阻两方面进行分析：1．安装线路避雷器。

运用高压送电线路避雷器。

由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。

我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。

线路避雷器一般有两种：一种是无间隙型；避雷器与导线直接连接，它是电站型避雷器的延续，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作，避雷器本体完全处于不带电状态，排除电气老化问题；串联间隙的下电极与上电极（线路导线）呈垂直布置，放电特性稳定且分散性小等优点；另一种是带串联间隙型，避雷器与导线通过空气间隙来连接，只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用，具有可靠性高、运行寿命长等优点。

一般常用的是带串联间隙型，由于其间隙的隔离作用，避雷器本体部分(装有电阻片的部分)基本上不承担系统运行电压，不必考虑长期运行电压下的老化问题，且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。

线路避雷器防雷的基本原理：雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。

当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。

即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则
为Ut-U1+Um＞U50。

因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。

一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。

2．降低杆塔的接地电阻。

杆塔接地电阻增加主要有以下原因：
（1）接地体的腐蚀，特别是在山区酸性土壤中，或风化后土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处，由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。

有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。

还有就是接地体的埋深不够，或用碎石、砂子回填，土壤中含氧量高，使接地体容易发生吸氧腐蚀，由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大，甚至使接地体在焊接头处断裂，导致杆塔接地电阻变大，或失去接地。

（2）在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。

（3）在施工时使用化学降阻剂，或性能不稳定的降阻剂，随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。

（4）外力破坏，杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。

针对河池供电局部分线路接地电阻值长期以来偏大，降低了线路的耐雷水平。

为确保线路安全运行，对不同的杆塔型式我们采用φ8的园钢进行了接地网统一设计、统一加工，避免了高山大岭上进行施工焊接造成工艺质量不合格等的可能，同时也减少了野外工作量，大大降低劳动强度，加快改造速度。

通地改造使杆塔地网的接地电阻值大幅度降低，从而使线路的耐雷水平从理论上得到大大提高。

1．设计接地网改造型式。

方案：利用绝缘摇表采用四极法进行土壤电阻率的测试，以及采用智能接地电阻测试仪,直测土壤电阻率。

根据测试的土壤电阻率的结果进行比较再根据设计时所给予的接地装置的型式，确定最终的接地体的敷设方案。

有架空地线路的线路杆塔的接地电阻
总结：对于电子信息系统特别是计算机机房的保护，除了做好常规的防雷设施和处理好接地问题外，还应在计算机机房内和不间断电源（Uninterruptible Power Supply ，UPS）房内加装相应的过电压保护装置，以消除电网浪涌、雷电感应电压以及设备切换等意外因素对设备造成的冲击和毁坏。

要求进入UPS房和计算机机房内的电源线、信号线应通过防雷、防过压处理，设备外壳、金属门、窗、管道以及静电地板等应进行等电位处理。