现代防雷技术PPT课件第二部分：第612章

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1、现代防雷技术现代防雷技术第六章第六章 配电网防雷保护配电网防雷保护n635kV网络是我国主要的配电网络，该网络主要承担面向广大用户直接提供电能的任务。但是由于该网络经过的地形、地貌多样，有如蛛网般的网络结构非常复杂，线路的绝缘水平低，线路的运行维护都与110kV及以上的输电线路有差距。因此，配电网很容易遭受雷害事故，引起停电事故，给国民经济和人们生活带来严重的损失，根据对该方面资料的统计，配电线路中因雷害事故造成的停电事故占配电线路事故的21.91%，为了确保电力系统的安全稳定运行，采取有效的防雷保护措施，作好配电线路的防雷保护措施是相当有必要的。n在防雷措施方面，635kV配电线路与110k

2、V及以上的输电线路相比较，配电线路没有避雷线、耦合地线、线路避雷器等相关的保护措施，仅仅在部分线路的进线段与重要的配电设备处有保护措施。根据对湖南某地区的10kV配电网进行调研后发现，该地区10kV配电网络绝大部分的线路的进线段没有采取任何防护措施，在配电变压器与柱上开关等重要配电设备的防雷保护措施也存在不足之处。n配电线路受雷电过电压的影响主要分为直击雷与感应雷。由于配电网的绝缘水平低，网架结构复杂，且配电线路没有避雷线、耦合地线、线路避雷器等保护措施，因此，配电线路遭受直击雷时根本无法防护，因为直击雷过电压，即雷电直接击中电气设备，或线路，这种过电压的幅值一般较高，高达数百千伏，雷电流高达

3、数十千安，这种过电压的破坏性极大，造成的损坏也较大，直击雷过电压的雷击跳闸率为100%。n但是在配电线路中发生直击雷事故所占比例并不高，根据资料显示，635kv架空配电线路由雷击引起的线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应过电压，感应过电压导致的故障比例超过90%。因此，配电线路的防雷保护的侧重点应放在感应雷过电压的防护上。n感应雷是指在雷云形成过程中，雷云与大地之间的感应电场、雷云对地放电和雷云与雷云之间放电时，雷闪电流产生的强大电磁场作用于各种传输线路上感应出过电压、过电流并经线路进入电气设备而形成的雷电过电压称为感应雷过电压。感应雷过电压可由“静电感应”的效应产生，也可由“电磁

4、感应”的效应产生，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。n感应雷电过电压幅值与雷云对地放电时的电流大小、雷击点与线路间相对位置、雷击点周围环境（如土壤电阻率）、遭受感应雷击的线路的长度、线路位置、设备接地装置的电阻等诸多因素有关系。直击雷具有高电压、大电流、破环力巨大的特点，但其几率却大大小于感应雷，这是因为直击雷只发生在雷云对地闪击时才会对地面造成灾害，而感应雷则不论是雷云对地闪击，或者雷云对雷云之间闪击，都有可能发生并造成灾害。n此外直击雷由于其放电的机理所致，一次只能袭击一至两处小范围的目标，而一次雷闪击却可以在比较大的范围内的多个局部同时激发感应雷过电压现象，并且这种感应高电压可

5、以通过电力线路等金属导线传输到很远致使雷害范围扩大。nn第一节配电所防雷保护n6.1.1 配电所进线段防雷保护配电所进线段防雷保护n配电所的全部保护措施，可根据配电线路、被保护的高压设备及结构方式等具体条件确定。n对35kV无避雷线的线路，为了保护配电所的安全，应在配电所的进线段12km长度内加装避雷线，其保护角一般小于20o，这样在这一段雷绕击或反击于导线的机会就会大大减少。图61是进线段的保护方式。在进线以外落雷时，由于进线段导线的阻抗，使避雷器电流IBL受到限制，而且沿导线的来波陡度也将由于冲击电晕作用而大为降低。此外，导线及大地的电阻抗对波的衰减变形也会有一定的影响。n有些配电所的进线

6、保护段是较老的线路，从杆塔条件来看架设避雷线有困难，或由于线路经过地区的土壤电阻率较高（），降低接地电阻很不容易，进线保护段所需耐雷水平很难到达要求时，可以考虑在进线保护段的终端杆上安装一组电抗线圈来代替进线保护段，如图62所示。图6135kV无全线架设避雷线线路的进线保护图62用电抗线圈代替变电站进线段的接线nn长期的运行经验证明，电抗线圈对电力设备的防雷保护作用是很显著的，不论是保护发电机还是变压器都十分有效，所以有些地区把电抗线圈称作“防雷线圈”。n如果配电所的进出线采用电缆，在电缆和架空线路的连接处应装设避雷器保护，其接地必须与电缆的金属外皮相联接。三芯与单芯电缆保护接线不同，图63（

7、a）为三芯电缆保护接线，图63（b）为单芯电缆保护接线。但线路传来雷电波、产生操作过电压或发生短路故障时，电缆金属外皮上感应的高电压可以由电缆一端的接地和另一端接地体或间隙来保护。当电缆长度超过50m或经过验算装设一组避雷器即能满足保护要求时，可只装一组。图6-3具有35kV及以上电缆段的变电站进线保护接线（a）三芯电缆保护接线；（b）单芯电缆保护接线若电缆长度超过50m，且断路器在雷季有时开路运行时，应在电缆末端加装避雷器保护。此外，靠近电缆段的500-1000m线路杆塔上还应装设避雷线保护。为使保护电缆头上的避雷器易于放电，条件许可时可在电缆与架空线连接处加装一组电抗线圈，避雷器应装在电抗

8、线圈的外侧。n6.1.2 配电所的内部防雷保护配电所的内部防雷保护n（1）开闭所的防雷保护n城市高层建筑和大型公共建筑的不断涌现使城市功能越来越趋向完善和复杂化，电力用户对中压配电网的供电可靠性提出了更高的要求。为解决高压变电所中压配电出线开关柜数量不足、出线走廊受限，减少相同路径的电缆条数，建设开闭所是很有必要的。开闭所宜建于城市主要道路的路口附近、负荷中心区和两座高压变电所之间，以便加强电网联络，提高供电可靠性。开闭所可以结合配电站建设，亦可单独建设。开闭所的接线力求简化，一般采用单母线分段，两路进线，610路出线。而且城市配电网处于发展变化中，配电网实际线路与开闭所、电缆分接箱的配置较复

9、杂，配电网建设的随机性较大，混合形式多，配电网接线与开闭所的配置没有严格的界线。中压配电网中，双电源、多电源等供电方式越来越多，接线方式从单电源树干放射式接线逐步向单环网、双环网及其多分段多联络网格式接线发展。n随着配电网的发展越来越复杂化，线路的随机性增大，开闭所作为加强电网联络，提高供电可靠性的重要手段，它的防雷的要求也越来越高。根据开闭所结构特征，开闭所防雷应在母线侧安装母线避雷器，并在开闭所进线与出线侧安装避雷器对雷电过电压进行保护。（2）配电所直击雷保护配电所的屋外配电装置，较高建（构）筑物以及易燃易爆对象，都应加直击雷保护。独立避雷针（线）与被保护物之间应有一定距离，以免雷击避雷针

10、（线）时造成反击。如图6-46-4。 图64 独立避雷针n在雷击避雷针时，避雷针上离被保护物最近的A点的电位为n （61）n式中，L为从A到地面这段避雷针的电感；取雷电流i的幅值为150kA，波头为斜角坡，波头长2.6s。即=。避雷针的电感取为1.3h（H）（h是A点高度，m），于是n （62）n上式右侧前一项存在时间较长（波尾），后一项存在时间较短（波头）。对前项，空气的耐压约为500kV/m；对后者空气的耐压约为750kV/m。于是可求出不发生反击的空气距离Sk为n （63）n独立避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间在土中也应保持一定距离Sd（如图634所示），以免击穿，Sd应为n （

11、64）n在一般情况下，Sk不应小于5m，Sd不应小于3m。有时由于布置上的困难，Sd无法保证，此时可将两个接地装置相连。但为避免设备反击，该连接点到35kV及以下设备的接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m。因冲击波沿地中埋线流动15m后，在时，幅值可衰减到原来的20%左右，一般不会引起事故。n对于60kV级以上的配电装置，由于绝缘较强，不易反击，一般可将避雷针（线）装设在架构上。装于架构上的避雷针利用配电所的主接地网接地，但应根据土质，在附近加设35根垂直接地体或水平接地带。由于主变压器的绝缘较弱而且设备重要，所以在变压器的门形架上不应安装避雷针。其它构架避雷针的接地引下线入地点到变压

12、器接地线入地点，沿接地体的地中距离应大于15m。n在安装避雷针时还应注意：n（1）独立避雷针应距道路3m以上，否则应铺碎石或沥青路面（厚58cm），以保人身不受跨步电压的危害。n（2）严禁将架空照明线、电话线、广播线、天线等装在避雷针上或其下的架构上。n（3）如在独立针上或在装有针的架构上装有照明灯，这些灯的电源必须用铅皮电缆，或将全部导线装在金属管内，并应将电缆或金属管直接埋入地中长度10m以上，才允许与35kV及以下配电装置的接地网相连，或者与屋内低压配电装置相连。机力通风冷却塔上电动机的电源线也照此办理，烟囱下引风机的电源线也应如此办理。n（4）发电厂主厂房上一般不装设避雷针，以免发生感

13、应或反击使继电保护误动作或造成绝缘损坏。n6.1.3 配电所的接地配电所的接地n配电所接地的好坏直接关系到设备与人身安全，在防雷措施中属于非常重要的一环，应当给予充分的重视。因为接地网的缺陷，在电力系统中多次发生过严重的事故，事故原因既有地网接地电阻方面的原因，也有地网均压方面的问题，随着电网的发展，配电所内的微机保护、综合自动化设备的大量应用，这些弱电元件对接地网要求更高，为了保证配电所的可靠必须解决以下问题：n（1）地网的接地电阻问题，因为它直接关系到工频接地短路电流和雷电流的入地时的地电位的升高。n（2）地网的均压问题，特别是雷电流入地时造成的地电位升高造成弱电设备干扰与对二次电缆反击造

14、成的保护设备的损坏而发生的事故。n（3）设备接地问题，特别是有的防雷设备，如避雷线、避雷器的接地做不好的话会引起很高的反击过电压。n（4）接地网的腐蚀问题，由于接地装置在地下运行，运行条件恶劣，特别是在一些土壤腐蚀性比较严重的地方极易造成腐蚀，发生腐蚀后的接地网的电气参数会发生变化，甚至会造成电气设备的接地与地网之间，地网各部分之间形成电气上的开路，因此也应该特别的注意。n根据DL/T6211997交流电气装置的接地规程中的规定，35kV配电所接地电阻目标值应不高于4，且应满足配电所内跨步电压与设备接触电压公式如下：nn（65）n(66)n变电所土壤电阻率，。n在配电所接地装置防腐方面，计及腐

15、蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程设计使用年限相当；接地装置的防腐设计，应按照当地的腐蚀数据进行；在腐蚀严重的地区敷设在电缆沟中的接地线和敷设在屋内或者地面上的接地线，应采用热镀锌，对埋入地下的接地体宜采用适当的防腐措施，如在接地体四周施加降阻防腐剂，接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂上防腐材料。n在配电所接地网形式方面，人工接地网的外缘应闭合，外缘各角作成圆弧形，圆弧的半径不能小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带，接地网埋深不能小于0.6m，有条件的埋深应达1m。在配电所敌网边缘有行人通行的走道外应敷设砾石、沥青路面或者在地下装设两条与地网想连的均压带。n在配电所

16、接地装置防腐方面，计及腐蚀影响后，接地装置的设计使用年限，应与地面工程设计使用年限相当；接地装置的防腐设计，应按照当地的腐蚀数据进行；在腐蚀严重的地区敷设在电缆沟中的接地线和敷设在屋内或者地面上的接地线，应采用热镀锌，对埋入地下的接地体宜采用适当的防腐措施，如在接地体四周施加降阻防腐剂，接地线与接地极或接地极之间的焊接点，应涂上防腐材料。n在配电所接地网形式方面，人工接地网的外缘应闭合，外缘各角作成圆弧形，圆弧的半径不能小于均压带间距的一半，接地网内应敷设水平均压带，接地网埋深不能小于0.6m，有条件的埋深应达1m。在配电所敌网边缘有行人通行的走道外应敷设砾石、沥青路面或者在地下装设两条与地网

17、想连的均压带。第二节配电设备防雷保护n6.2.1 配电变压器的防雷保护配电变压器的防雷保护n635kV配电网络，是我们国家的主要配电网络，该网络由于网状的网络结构且电网的绝缘水平较低，最容易发生雷害事故。配电网最为频繁的雷害事故是雷击跳闸和配电设备被雷电击坏。n配电变压器是向广大用户分配电能、变换电压的主要设备。在配电网中，经常发生的雷害事故就是雷电击坏配电变压器事故，每年都要损坏几百台，其影响范围是很广的，经济损失也很大。n一般配电变压器高压侧装设氧化锌避雷器保护，避雷器应靠近变压器装设，其接地线应与变压器的金属外壳以及低压侧中性点（变压器中性点绝缘时则为中性点的击穿保险器的接地端）连在一起

18、共同接地。之所以要三点连在一起共同接地，是考虑到在雷电波侵袭时，避雷器动作，若避雷器独立接地，则雷电流通过接地电阻的压降可能比避雷器上的残压还大，变压器将承受这两者叠加的过电压作用，危害性大大增加。现将避雷器接地线连至变压器外壳上，则变压器绝缘只承受避雷器的残压，只是外壳电位大大增加，其值等于通过避雷器雷电流在接地装置上的压降，可能会反击低压绕组，为此，需将低压侧中性点与外壳连接，免除逆闪络。这种共同接地的缺点是避雷器动作时引起的地电位升高，可能危害低压用户的安全，应加强低压用户的接地保护措施。n在运行中，按上述接法装设避雷器，变压器绝缘和避雷器特性都合格，仍有不少变压器遭受雷击损坏，经分析其

19、原因如下：n（1）雷电直击低压线路或低压线有感应雷过电压，低压侧绝缘被损坏；n（2）低压侧线路落雷时，由于没有避雷器的保护，雷电波沿线直接侵入低压绕组，经其中性点接地体入地，雷电流在接地电阻上产生压降，使低压侧中性点电位偏移。n此压降一方面叠加在低压绕组相电压上，另一方面通过铁芯按电磁感应定律以变比的倍数升高到高压侧，与高压绕组相电压叠加，使高压绕组出现危险过电压，这种引起高压侧中性点过电压的现象叫“正变换”过电压。此电压的大小与进波电压的幅值、变比成正比，与接地电阻的大小成反比。根据雷电侵入波幅值的大小，高压绕组中性点附近电位约高于额定值的十几倍，导致变压器高压绕组绝缘击穿。n图65配电变压

20、器的保护接线n（a）逆变换过电压n即当310kV侧侵入雷电波,引起避雷器动作时,在接地电阻上流过大量的冲击电流,产生压降,这个压降作用在低压绕组的中性点上,使中性点电位升高,当低压线路比较长时,低压线路相当于波阻抗接地。因此,在中性点电位作用下,低压绕组流过较大的冲击电流,三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等,它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势。三相脉冲电势方向相同、大小相等。由于高压绕组接成星形,且中性点不接地,因此在高压绕组中,虽有脉冲电势,但无冲击电流。n冲击电流只在低压组中流通,高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡。因此,低压绕组中的冲击电流全部成为激

21、磁电流,产生很大的零序磁通,使高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定,这个感应电势就沿着绕组分布,在中性点幅值最大。因此,中性点绝缘容易击穿。同时,层间和匝间的电位梯度也相应增大,可能在其他部位发生层间和匝间绝缘击穿。这种过电压首先是由高压进波引起的,再由低压电磁感应至高压绕组,通常称之为逆变换。此逆变换过电压幅值取决于进波电流幅值、波长、接地电阻及变压器变比等因素。此电压可达到额定值十几倍，大大超过了变压器绝缘的耐压值，导致变压器中性点附近的绝缘击穿。n（b）正变换过电压n所谓正变换过电压,即当雷电波由低压线路侵入时,配电变压器低压绕组就有冲击电流通过,这个冲击电流同样

22、按匝数比在高压绕组上产生感应电动势,使高压侧中性点电位大大提高,它们层间和匝间的梯度电压也相应增加。这种由于低压进波在高压侧产生感应过电压的过程,称为正变换。试验表明,当低压进波为10kV,接地电阻为5时,高压绕组上的层间梯度电压有的超过配电变压器的层间绝缘全波冲击强度一倍以上,这种情况,变压器层间绝缘肯定要击穿。n在配电变压器低压侧加装金属氧化物避雷器。这种保护方式的接线为:变压器高、低避雷器的接地线、低压侧中性点及变压器金属外壳四点连接在一起接地(或称四点共一体)。运行经验和试验研究表明,对绝缘良好的配电变压器,仅在高压侧装设避雷器时,仍有发生由于正、逆变换过电压造成的雷害事故。这是因为高

23、压侧装设的避雷器对于正变换或逆变换过电压都是无能为力的。正、逆变换过电压作用下的层间梯度,与变压器的匝数成正比,与绕组的分布有关,绕组的首端、中部和末端均有可能破坏,但以末端较危险。低压侧加装避雷器可以将正、逆变换过电压限制在一定范围之内。而且，无论发生正变换或逆变换过程，都能保护高压绕组，显然，在低压侧装设氧化锌避雷器是十分必要的。n由上可知，限制低压绕组两端的过电压值，不仅能保护低压绕组，而且无论发生正变换或反变换过程，都能保护高压绕组。显然，在低压侧装设氧化锌避雷器是十分必要的。尤其是在多雷区，更应如此。低压侧避雷器的连接方式与高压侧类似。n6.3.2 柱上开关的防雷保护柱上开关的防雷保

24、护n随着配电网的发展，为了电网运行方面的需要，线路分段开关和联络开关大量投运，这对保证电网运行方式的灵活性，提高供电的可靠性起了很大的作用，但是大部分配电网线路仅在开关的一侧装设了避雷器。从运行记录中可以看出，当发生雷击故障时，经常有柱上开关、刀闸、避雷器等设备在雷电活动时损坏。n随着线路分段开关和联络开关大量投运，特别是联络开关一般处于断开状态，当断路器一侧线路遭受雷击，雷电波沿线路传播，到开关或刀闸开断处，将发生雷电波的全反射，如图6-6所示。雷电波在开断的断路器处由于全反射作用幅值形成2倍的过电压，该电压会危及开关或刀闸的绝缘，会使开关内部或外部绝缘发生击穿或闪络。可能造成开关损坏，因此

25、，开关两侧都必须安装避雷器。n线路开路末端处电压加倍、电流变零的现象也可以从能量关系来n理解：因为，全部能量反射回去，反n射波返回后单位能量与磁场能量相等，因此反射波返回单位长度线路储存的总能量为n （6-7）n图66开关开断处波的反射n因为反射波达到后线路电流为零，故磁场能量为零，全部磁场能量转化为电场能量，因此，电场能量增加到原来的4倍，即电压增大到原来的2倍。过电压波在开路末端的加倍升高对绝缘是很危险的，在考虑过电压防护措施时对此应给予充分的注意。n6.3.3 其他配电设备防雷保护其他配电设备防雷保护n电缆分支箱是配电线路中，电缆与电缆，电缆与其它电器设备连接的中间部件，其连接组合方式简

26、单方便，灵活，具有全绝缘、全封闭、防腐蚀、免维护、安全可靠等性能，广泛用于商业中心、工业园区、城市住宅小区及大量的城市电网改造工程。n环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。n环网柜适用于工厂、车间、小区住宅。高层建筑等场所的配电系统、环网供电或双电源辐射供电系统，起接受、分配和保护作用，也适用于箱式变电站中。为提高供电可靠性，使用户可以从两个方向获得电源，

27、通常将供电网连接成环形。这种供电方式简称为环网供电。在工矿企业、住宅小区、港口和高层建筑等交流10KV配电系统中，因负载容量不大，其高压回路通常采用负荷开关或真空接触器控制，并配有高压熔断器保护。该系统通常采用环形网供电，所使用高压开关柜一般习惯上称为环网柜目前环形柜产品种类很多。n由于电力系统的发展，上述设备在配电线路中的使用越来越广泛，它的防雷问题也成一个突出的问题。在10kV电缆化的环网供电系统中，需采取措施抑感应雷过电压，通常的措施是采用避雷器，其保护点位置的选择有两种做法，一是在整个环网回路中的每个单元均安装避雷器，该方法由于环网回路中安装的避雷器数量较多，降低了系统运行的可靠性且增

28、加成本。方法二则有选择地在环网单元安装避雷器保护。上述两种避雷器安装措施应根据电网的实际情况进行选择，但是如果在环网回路中有一段架空线路的话，则应在架空线路的两端的环网单元安装避雷器进行保护。在避雷器选择方面，具备防爆脱离功能和免维护的无间隙金属氧化锌避雷器更是首选。通常在10kV配电设备中选用HYSW一17/50型避雷器，该型号的避雷器具有防水、耐污、防爆和密封性能好等特点，且体积小，重量轻，易安装，目前已得到广泛采用。第三节、配电网防雷存在问题分析n6.3.1 绝缘水平对配电网防雷的影响绝缘水平对配电网防雷的影响n配电网主要采用P10、P15、P20和X45四种型号的绝缘子，其中P10、P

29、15、P20为针式绝缘子，而X45为悬式绝缘子。上述四种型号绝缘子在绝缘性能上存在着差异，从研究试验结果中可以看出，根据试验可以得出P10绝缘子的冲击放电电压为132.74kV，P15绝缘子的冲击放电电压为157.79kV，P20绝缘子的冲击放电电压为192.36kV，X45绝缘子的冲击放电电压为220.34kV。而配电线路中绝缘子是决定配电线路绝缘水平的主要设备，在湖南地区配电线路的事故中，因绝缘子闪络或者爆炸造成的事故占了很大一部分，某地区在2007年一年中，因绝缘子造成的线路故障发生了25次，其中绝缘子闪络14次，绝缘子闪络与绝缘子冲击放电电压水平是密切相关的，因此，增加线路的绝缘水平对

30、减少绝缘子闪络事故是很有作用的。配电网架空线路主要采用P10、P15、P20和X45四种型号的绝缘子，其中P10、P15、P20为针式绝缘子，而X45为悬式绝缘子。上述四种型号绝缘子在绝缘性能上存在着差异，为了了解这四种绝缘子的雷电冲击放电电压我们在高压试验室取现场运行中的四种绝缘子做了雷电冲击试验。其试验结果如下：表61P10绝缘子U50%冲击放电电压冲击电压发生器每级电压峰值绝缘是否击穿20kV/级117.54kV击穿15kV/级115.88kV未击穿17kV/级126.85kV未击穿18kV/级132.74kV击穿19kV/级150.29kV击穿表62P15绝缘子U50%冲击放电电压冲击

31、电压发生器每级电压峰值绝缘是否击穿26kV/级158.68kV击穿24kV/级165.22kV击穿23kV/级169.62kV击穿22kV/级166.03kV击穿21kV/级157.79kV击穿20.5kV/级154.93kV未击穿冲击电压发生器每级电压峰值绝缘是否击穿30kV/级187.78kV击穿25kV/级180.39kV未击穿28kV/级194.91kV击穿27kV/级192.36kV击穿26kV/级188.12kV未击穿表63P20绝缘子U50%冲击放电电压表64X45绝缘子U50%冲击放电电压冲击电压发生器每级电压峰值绝缘是否击穿35kV/级224.86kV击穿30kV/级220.

32、34kV击穿28kV/级204.96kV未击穿28kV/级201.16kV未击穿29kV/级209.26kV未击穿n试验结果分析n（1）根据试验可以得出P10绝缘子的冲击放电电压为132.74kV，P15绝缘子的冲击放电电压为157.79kV，P20绝缘子的冲击放电电压为192.36kV，X45绝缘子的冲击放电电压为220.34kV。n（3）P15绝缘子的冲击放电电压比P10绝缘子的冲击放电电压高18.8%，P20绝缘子的冲击放电电压比P15绝缘子的冲击放电电压高21.9%，X45绝缘子的冲击放电电压比P20绝缘子的冲击放电电高14.5%，由此可见，使用冲击放电电压高的绝缘子有利于提高线路的绝

33、缘水平，增强配电线路的耐雷水平。n（3）当绝缘子上敷上水膜后，绝缘子的冲击放电电压有所降低，P10绝缘子的冲击放电电压为121.38kV，P15绝缘子的冲击放电电压为146.82kV，P20绝缘子的冲击放电电压为178.24kV，X45绝缘子的冲击放电电压为206.98kV。n（4）在绝缘子上敷上水膜后，P10绝缘子的冲击放电电压降低了9.3%，P15绝缘子的冲击放电电压降低了7.1%，P20绝缘子的冲击放电电压降低了7.9%，X45绝缘子的冲击放电电压降低了6.5%。有上述数据可见，绝缘子上的积污在雷雨情况下，将会造成线路的绝缘水平的下降，因此，做好日常的绝缘子清污与维护工作是非常重要的。n

34、绝缘子闪络或者爆炸事故除与绝缘子冲击放电电压水平相关外，还与绝缘子的日常运行维护有重要的关系。配电网络中普遍采用P10、P15与X45绝缘子，以湖南某地区两条线路为例，线路中主要采用P15与X45两种型号，n但是由于配电线路对于运行状态的绝缘子没有采用任何监测措施；也没有制订相应的轮修、轮检和轮换制度，且线路投运时间长，线路老化严重，线路中还有大量老式绝缘子仍然在运行中，老式绝缘子不论在绝缘性能还是机械性能方面都比P15等绝缘子要低很多；线路投运时间过长暴漏出来的另一个问题就是线路缺少维护，线路中将会出现大量劣质绝缘子，劣化绝缘子是由于电热老化机理引起的，同瓷绝缘子挂网时间长短有关，在平时正常

35、天气状况下能保持正常运行，但是在出现过电压情况下，就会造成绝缘子内部击穿，从而产生低值或者是零值绝缘子，雷击产生的瞬时短路电流严重时可能会引起低值绝缘子的过热爆炸，劣质绝缘子的存在对将会造成配电线路绝缘水平的降低，当线路遭受雷电过电压的时候易发生雷击跳闸事故。n运行环境的影响,配电线路一般都位于道路傍边,运行环境恶劣,由于配电线路位于路边且杆塔都比较低(相对于输电线路)车辆荡起的尘埃很容易被吸附到绝缘子上,对绝缘子造成严重的污染.对配电网来说由于污染不会向输电网哪样引起大面积的停电、因而没有得到应有的重视，但配电网绝缘子污染后，会使泄漏电流加大，电网损耗加大，当绝缘子的泄漏电流达到一定程度后，

36、会使绝缘子迅速劣化或炸裂，发生接地短路，形成单相接地或相间短路故障，配电网经常发生的，绝缘子炸裂故障大都是这种原因造成的。n配电设备外绝缘不可避免的会落上大气中烟尘、扬灰等各种污秽物，大气污染越严重的地区，绝缘子的积污也越严重。一般来说，绝缘子积污是一个缓慢变化的过程。尽管到目前为止，有关沿绝缘污染表面的放电机理还没有统一的看法，但大都认为，沿绝缘子湿润污秽表面的闪络现象己不是一种单纯的空气间隙击穿，而是一种与电、热、化学因素有关的污秽表面气体电离以及局部电弧发生、发展的热动平衡过程.绝缘子的湿润加大了，表面污层的导电性能，使得通过绝缘子表面的泄漏电流增大，污层发热。发热将从正、反两个方面来改

37、变表面污层的导电性能，一方面由于表面污层的烘干将使电导率减小；n而另一方面却因污层中正温度系数电解质的影响，随着温度的升高而使电导率增加。因为污秽沿绝缘子表面的分布通常是不均匀的，即使污秽均匀分布，常用绝缘子沿泄漏路径的等效直径也有所变化，因此绝缘子各个区段的泄漏电流密度是不相同的，这就使得表面污层的自身加热也是不均匀的。n在某些污层薄的地方或潮湿程度轻的地方，特别是在绝缘子表面泄漏电流密度最大的区段(例如盘形悬式绝缘子的干燥区，如图6-7所示)，它将承受绝大部分外加电压，从而改变了绝缘子的电压分布。当绝缘子表面污层形成烘干区后，取决于作用电压大小的不同，表面物理过程的继续发展是不相同的。当线

38、路遭受雷害时，加在绝缘子上的电压将达到上百千伏，在这种情况下极易造成绝缘子的闪络。图67绝缘子钢帽附近的电流分布n在城乡结合部，工业大部分位于城乡结合部，常有大量化工废气排放，空气质量相对比较差，污秽严重，并且由于没有制订相应的绝缘子除污清扫措施，绝缘子上的积污非常严重，绝缘水平下降，在发生雷雨天气情况下，由于积污，降水等综合原因的影响，当遭受雷电过电压时，将会造成绝缘子闪络。n在运行过程中，其内部瓷件出现裂缝或通透性损伤，损伤部位进潮，绝缘子内部击穿电压远小于沿面放电电压，在雷闪、情况下，内部产生碰撞游离和热游离形成导电通道，闪络放电的大电流就通过绝缘内部，大量的热量产生高温引起爆炸，使瓷件

39、破碎。n树木的影响,由于配电线路大都位于街道两边,或路边、而这里正是街道或道路绿化的地方，于是线树矛盾就十分突出，特别是一些速生树木在春夏季节，树木的新生枝条在风的作用下经常扫向线路，造成线路单相接地或相间短路故障，更有甚者在风雨天气下有些树木倒向线路，使线路倒杆断线的现象也时有发生，因此可以说由线路下的树木使配电网发生故障，占配电网故障的比例相当大。n6.4.2 架空绝缘导线雷击断线分析架空绝缘导线雷击断线分析n架空绝缘导线是介于裸导线与电缆线路之间的配电型导线，与裸导线相比，它能有效地降低“线树矛盾”引起的停电事故；与电缆相比，它可避免道路开挖，投资少，且架空绝缘导线的绝缘水平较架空裸导线

40、高，在雷电过电压情况下能减小发生闪络的机率。n基于上述优点，在配网中开始大量应用架空绝缘导线，但是，随着配电网络绝缘化工作的深入开展，雷击断线问题日益突出。长沙地区配电网中大量使用了架空绝缘导线，衡阳地区的架空绝缘导线占配电线路中比例虽然并不高，但是大量使用架空绝缘导线的将是一种必然的趋势。n随着架空绝缘导线在配电线路中越来越广泛的应用，由于雷电过电压造成的绝缘导线断线的事故也越来越多。其中，衡阳地区2007年中发生了4次上述事故，长沙地区的大托线于2007年3月23日发生一起典型的雷电过电压造成的架空绝缘导线断线事故。nn雷电过电压闪络时，瞬时的雷电流很大，但时间很短，仅在架空绝缘导线上形成

41、击穿孔，不会烧断导线。当发生雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定在同一电杆上）之间发生闪络过后，沿着雷电击穿而形成的短路通道在电网工频电压作用下流过工频续流，电弧能量将剧增，此时，由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点灼烧，产生局部过热，烧熔，最后导至断线。而对于裸导线，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面不断滑移，不会集中在某一点烧灼，因此不会严重烧伤导线。这样，裸导线通常在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会引起断路器动作，切断电弧。这也是裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘电缆的原因。n工频短路电流产生的弧根温度为10005000，铝的熔点为6

42、60，铝具有高温强度低，塑性差，在脆性温区易产生裂纹的物理特性。由感应雷过电压引起的绝缘子闪络极易在电弧通道位置形成绝缘皮针孔，并同时在导体表面形成裂纹痕。持续的工频短路电流产生高温的弧根在穿孔处因绝缘皮的阻隔持续一点不停的灼烤熔点为660的铝导线，使其脆化，扩大热裂纹的深度，从而降低导线拉断强度。n弧根温度很高，相间短路开关跳闸时间t(一般为1s)很短，弧根所产生的热量()不足以熔化铝导线，雷击绝缘导线出现整齐断裂现象说明了这一点；弧根既是热源，也是力源，高、低压电极形成的电弧通道所产生的电磁推力方向总是由小截面(高阻抗)处指向大截面(低阻抗)处，电磁推力大小随工频50HZ的正负半波而交变，

43、与工频短路电流的平方成正比；根据作用力与反作用力相等的原理，与电弧电磁推力反向的垂直分量F1(即冲击载荷)在1s内交变100次，反复作用在电弧固定处的导线截面上。另外，截面处受到因自重而产生的轴向张力T1、T2(对于240导线，当安全系数取3时，张力约8kN)，大小相等，方向相反。当材料处于单向拉伸应力下，呈现塑性，当材料处于3向拉伸应力下，则易呈现脆性，尤其处于交变应力，工频电磁推力属于交变应力。这样，以上以上4种原因促成了绝缘导线整齐断裂种原因促成了绝缘导线整齐断裂(见图见图6-8)。金属脆性断裂的特征是，断裂时没有明显的塑性变形，两个断口能够吻合得很好，并且断口颜色光亮，呈结晶状；金属韧

44、性断裂的特征是，断裂时有明显的塑性变形，吸收的能量大，断口形貌是灰暗色，纤维状。根据多次绝缘导线雷击断线情况，由多股绞合而成的导线断口特征介于脆性断裂和韧性断裂之间，说明断裂是综合原因促成的。单纯的固定弧根高温熔断或烧断，断裂面应呈不规则状，不会出现整齐断裂现象。在发生架空绝缘导线断线后，在导线张力作用下绝缘层因来不及熔化、炭化，铝绞线因为张力原因缩进绝缘层内，电源侧绝缘导线断头后不一定接地，因此线路不发生相间短路或者单相接地信号，此类情况很可能会引起人身触电伤亡事故。图6-8架空绝缘导线断线分析示意图n6.5.3 雷击配电线路建弧率问题雷击配电线路建弧率问题n由于架空线路的绝缘子大都属于自恢

45、复绝缘，雷电放电的时间一般只有几十微秒，雷击过后能否建立稳定的接地短路电弧则取决于电网的工频续流，即雷电过电压以后沿雷电过电压造成的绝缘子闪络通道流过的电网工频电流，即工频续流,这个电流的大小等于电网单相接地电容电流IC，IC如大于熄孤临界值（10kv电网的熄孤临界值为11.4A），则不能可靠媳弧，n此时会产生三种结果，n一、如果IC在11.4A300A的范围之内,都能产生弧光接地过电压，这是因为接地电流每一次流过零点时，电弧都要有一个暂时性的熄灭，当恢复电压超过其恢复强度时将再次发生对地击穿，由于电网是由电感和电容元件组成的网络,电弧的间歇性熄灭与重燃会引起网络电磁能的强烈振荡,产生较高的过

46、渡过程过电压，即弧光接地过电压,该过电压可达3.5U(U:最高相电压),且持续时间长,遍及全网,会引起避雷器爆炸；n二、当IC比较大时，这一暂时性熄灭的时间微不足道，可以认为电弧是稳定的燃烧，如果不能可靠熄弧，电弧燃烧时间过长的话将会引起相间短路，而且在同塔多回路线路形式中，因一回线路遭受雷害后线路绝缘子对地击穿，如果击穿后工频续流比较大，n持续的接地电弧将使空气发生热游离和光游离，由于同杆架设的各回路之间的距离较小，那么电弧的游离会波及到其他的回路，引起同杆架设的其他回路发生短路事故，严重时将会造成多回线路同时跳闸，极大的影响了配电线路的供电可靠性；n三、当IC11.4A时，由于绝缘强度恢复

47、很快，难以再次击穿，在雷击过后线路立即恢复正常运行，雷电不影响配电网的正常运行。n6.5.4配电设备防雷保护存在的缺限n1、配电变压器的防雷保护措施上存在的问题n根据我们对湖南某地区配电变压器的调研情况来看，配电变压器的防雷保护主要集中在配电变压器的高压侧安装避雷器，从现场情况来看，仍存在一部分配电变压器高压侧采用老式阀型避雷器进行保护，而且高压侧避雷器也缺少相应的运行维护措施，有一部分避雷器出现了老化的情况，根本无法对配电变压器进行有效的保护。n低压电网主要指0.4kV电网，根据对湖南某地区的调研情况显示，这部分电网没有任何的防雷保护措施，而在城乡结合部分低压电网大部分采用架空线路形式，分布

48、范围广，极易受到感应雷过电压的影响，而且配电变压器的低压侧绝大部分都没有安装低压避雷器进行保护。n在配电变压器低压侧加装金属氧化物避雷器。这种保护方式的接线为:变压器高、低避雷器的接地线、低压侧中性点及变压器金属外壳四点连接在一起接地(或称四点共一体)。运行经验和试验研究表明,对绝缘良好的配电变压器,仅在高压侧装设避雷器时,仍有发生由于正、逆变换过电压造成的雷害事故。n这是因为高压侧装设的避雷器对于正变换或逆变换过电压都是无能为力的。正、逆变换过电压作用下的层间梯度,与变压器的匝数成正比,与绕组的分布有关,绕组的首端、中部和末端均有可能破坏,但以末端较危险。低压侧加装避雷器可以将正、逆变换过电

49、压限制在一定范围之内。而且，无论发生正变换或逆变换过程，都能保护高压绕组。由上可知，限制低压绕组两端的过电压值，不仅能保护低压绕组，而且无论发生正变换或反变换过程，都能保护高压绕组。n而且绝大部分配电变压器低压侧没有任何防雷保护措施，在雷电活动频繁的时间段，很有可能引起雷电过电压造成的配电变压器损坏事故。因此，对配电变压器的高低压侧采取完备的防雷保护措施是非常有必要的。nDL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合推荐“配电变压器的高压侧一般应采用避雷器保护，避雷器的接地线和变压器低压侧的中性点以及变压器的金属外壳三点应连接在一起接地。”简称“三点共地”。n但是在实际的运行中，对“

50、三点共地”的操作出现了一些误区，在很多地区发现将“三点共地”理解为避雷器、变压器低压侧中性点与变压器外壳接地分别入地后再共点接地，如图6-9所示。图6-9不正确的变压器接地方式n上述接地方法对规程中规定的理解存在误区，实际上，应该按照图6-10方法才识正确的接法，如果按照图6-9中的接线方法，当雷击变压器高压侧时，变压器高压侧进线端电压为避雷器动作后的残压、接地引下线上的电压与电流流过接地电阻形成的电压，即：n （68）n配电变压器低压侧中性点电压为n （69）n两者之间的电位差为n （610）n极易造成中性点绝缘击穿。n极易造成中性点绝缘击穿。n采用图6-10的接法时，压器高压侧进线端电压为

51、避雷器动作后的残压、接地引下线上的电压与电流流过接地电阻形成的电压，即：nn （611）n则变压器中性点与变压器外壳上的电压相等，为接地引下线上的电压与电流流过接地电阻形成的电压，即，n （612）n则变压器高压侧进线端电压与变压器外壳和变压器中性点的电位差为n （613）n避雷器动作后的残压是一个很低的电压，不会对配电变压器的绝缘造成伤害。图6.-10配电变压器“三点共地”示意图n2、柱上开关的防雷保护n随着配电网的发展，为了电网运行方面的需要，线路分段开关和联络开关大量投运，这对保证电网运行方式的灵活性，提高供电的可靠性起了很大的作用，但是由于对柱上开关等设备的防雷保护措施不足，从运行记录

52、中可以看出，当发生雷击故障时，经常有柱上开关、刀闸、避雷器等设备在雷电活动时损坏。n随着线路分段开关和联络开关大量投运，特别是联络开关一般处于断开状态，当断路器一侧线路遭受雷击，雷电波沿线路传播，到开关或刀闸开断处，将发生雷电波的全反射。雷电波在开断的断路器处由于全反射作用幅值形成2倍的过电压，该电压会危及开关或刀闸的绝缘，会使开关内部或外部绝缘发生击穿或闪络。可能造成开关损坏，因此，开关两侧都必须安装避雷器。n3、环网柜、电缆分支箱的防雷保护问题n电缆分支箱是配电线路中，电缆与电缆，电缆与其它电器设备连接的中间部件，其连接组合方式简单方便，灵活，具有全绝缘、全封闭、防腐蚀、免维护、安全可靠等

53、性能，广泛用于商业中心、工业园区、城市住宅小区及大量的城市电网改造工程。正是由于它具有上述优点，电缆分支箱在配电线路中的使用也越来越广泛，长沙地区电缆分支箱为123台，衡阳地区为205台。n环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。在长沙地区环网柜为2373台。n虽然环网柜、电缆分支箱得到了大范围的应用，但是却没有采用任何防雷措施对其进行保护。见图见图6-11

54、图6-11石鼓石鼓书院院#1环网柜网柜n通过上图可以看出，环网柜与电缆分支箱没有进行防雷设施的配置。当雷电过电压作用于架空线路，雷电波随架空线路侵入电缆线路，而环网柜与电缆分支箱中的电缆头则是电缆线路中的绝缘薄弱点，极易造成击穿，由于电缆头的绝缘击穿为永久性故障，绝缘不能自恢复，因此，环网柜与电缆分支箱的防雷保护对提高配电线路的供电可靠性是很有意义的。n6.3.5、某电场雷击事故分析n在风力发电场场区，由于气象和地势的原因，无论是平原地区的简单地形还是山区的复杂地形，大多都是雷暴日较高的地区，再加上风电机组高大的塔架，风电机组及其电气设备很容易造到雷击，因此风电场的防雷问题是一个特别值得关注的

55、问题。2007年4月14日至4月20日凌晨，某风电场先后发生三次雷击损坏“箱变设备”的事故，造成了巨大损失。我国风能资源储量十分丰富，近十年来风力发电事业发展非常迅猛；风力发电场由于所处位置、自身设备的特点等原因，雷害事故日益严重，对其防雷接地问题的研究将具有重要意义。n1、某电场雷害事故概况n某风电场于2007年4月14日12时发生了第一次雷害事故。10kv3#汇流线断路器跳闸，经检查，其中的7#，8#，9#，11#等4组“箱变”被雷击损坏（见图612）（该四台箱变高压侧连在同一条汇流线上）。但是，因有关风电机组的保护正常动作，风电机组没有损坏。3#线上10#箱变也完好。n当日晚上有发生了第

56、二次雷害事故。风电场10kV2#汇流线断路器因雷击跳闸。5#箱变被雷击损坏，其它设备无异常现象。n2007年4月20日02时，该风电场又发生了第三次雷害事故。风电场10kv6#汇流线断路器因雷击跳闸（6#线，共连接6台风电机和箱变），经检查，其中的18#箱变被雷击损坏，其它设备无异常现象。图612风电场被雷打坏的8号箱变（用彩色）（用彩色）n2、某风电场4.14雷害事故原因分析n防雷措施方面的缺陷n由于风电场风机一般都很高，本站达55米，因而极易遭受雷击。风机发电机组与箱变是通过埋入地下的电缆相连，距离只有15米。当风电机组遭受雷击时，入地的雷电流将耦合至地下电缆，在电缆中产生雷电过电压，传至

57、箱变低压侧。但由于此段电缆线路均没有避雷器保护，过电压不能被抑制。一旦遭受雷击，箱变低压侧设备极易被打坏。n接地电阻过高n机组厂家（西班牙GEMISA）要求R10；按我国的防雷接地规范要求，10kV变电所其工频接地电阻值R4（要考虑最干燥条件下接地电阻达标）。事故后，先后三次（分别是三个单位）对风电机组的接地网接地电阻值进行了实际测量，发现接地电阻普遍偏高，9#、10#风机约9左右，而8#风机高达91。n风电机组设备接地电阻偏高，尤其是冲击接地电阻偏高，当雷电流入地时，会使地电位异常升高，使过电压耦合至地下电缆，在线路中形成雷电过电压。8#风机接地装置接地电阻高达91，而8#箱变因雷击造成的损

58、坏也最严重，箱体三面油漆烧焦，油箱严重变形，高、低压侧均被损坏；11#箱变损坏最轻，10#箱变则完好。这些都说明风机接地装置的接地电阻对于风电场防雷方面有重要意义。n3内外过电压的作用n、雷电过电压通过“正变换”进入箱变高压侧n当雷击某一台风机时，而风机接地装置的接地电阻超标，雷电流入地将导致地电位异常升高。通过各种方式，过电压将耦合至地下电缆，进入箱变低压侧。由于箱变低压侧都没有装线路避雷器，雷电流无法泄流，可能直接损坏低压侧设备。n箱变电气接线如图6-13所示，雷电过电压回通过电磁感应、电容耦合的方式使过电压进而使过电压进入箱变高压侧，损坏高压侧设备。图6-13箱变电气结构图n变压器低压侧

59、绕组电压将会通过变压器的电磁耦合感应到10kV高压侧，则高压侧的最大电磁感应过电压为n （614）n式中，n为感应到变压器高压侧的雷电过电压，kV；n变压器的变压比；nZ1变压器低压侧线路的波阻，；nZ2变压器高压侧线路的波阻，。n由于箱变的进线和出线都是电缆，取Z1=50，Z2=50，k=10kV/690V，由式（1）可求得Ud=7.2Ut。n耦合至箱变低压侧的雷电流按1kA计算，电缆线路波阻抗取50，则低压侧绕组电压将达到50kV。则雷电过电压经过箱变“正变换”过程，可增至原来的7倍多，可直接打坏高压侧设备。高压侧避雷器绝缘水平为3440kV，也会被直接打坏，并产生接地电弧。n、产生持续的

60、接地电弧n10kV电缆线路电容电流估算可按n （A/km）（6-15）n（S为电缆截面积，mm2；Ue为额定线电压，kV）n取S=270mm2，Ue=10kV。则IC=1.85A/km。从该风电站的电气连接结构可知，每几台风机经箱变高压侧连于一条汇流线，各条汇流线又连于同一条母线，都是采用电缆线路，电缆线路长度按20km计，则电容电流大小为37A。由此可见，高压侧的弧光接地电弧将不会自熄，产生持续的接地电弧。这样，在非故障相将产生最高约3.5倍Uxg（Uxg为高压侧电源电势有效值）左右的过电压，即最大过电压可达24.7kV。n由于该电场是几台风机高压侧的连于一条汇流线，当某一台风机遭受雷击时，

61、过电压可进入其他几台机组箱变的高压侧。虽然箱变的高压侧有避雷器保护，但由于电容电流较大，产生的弧光接地过电压将持续存在，会造成避雷器的损坏，继而损坏高压侧设备。同时过电压还可逆变至箱变的低压侧，损坏低压侧设备。第一次雷害事故中3#汇流线上7#，8#，9#，11#箱变同被打坏就可说明这一点。由此可见，高压侧的持续弧光接地过电压是导致多台风机同时被打坏主要原因。n某电场雷害事故的解决措施n（1）、降低接地电阻n根据测量的数据，风机接地装置接地电阻普遍偏高，极易对设备造成反击，或使雷电流通过地下电缆耦合至箱变低压侧，因而需要改善接地，降低风机接地装置接地电阻。由于风机所处地理位置一般为高土壤电阻率的

62、山岩地区，把接地电阻降至目标值以下将很困难，投入也将很大。n这种情况下，可以考虑通过科学的方式，采取一些有效的散流、均压等措施，降低风机接地装置的冲击接地电阻，研究各台风机接地装置之间的连接方式，考虑改善整个风电场的接地来有效防雷及工频短路。n（2）、完善防雷保护措施n由于箱变的低压侧都没有加装线路避雷器，雷电过电压在低压侧得不到抑制，往往会变换至高压侧，造成更大的危害。因而，在箱变的低压侧加装线路避雷器对于防雷保护具有特殊必要的意义。目前由于没有与690V线路相匹配的避雷器，应尽快开发出与之相匹配的产品。n（3）、测量电容电流n在线路高压侧一旦发生持续的接地电弧，线路电压将会激增，非故障相电

63、压将会最大激增至原来的3.5倍，对其产生严重危害，因而需要采取措施来抑制弧光接地过电压的产生。可以通过实际测量其电容电流值，当电容电流大于30A时，考虑加装合适的消弧线圈。第四节配电网防雷保护措施n6.6.1、提高线路绝缘水平降低雷击闪络概率、提高线路绝缘水平降低雷击闪络概率n提高配电线路绝缘水平，因为对配电网来讲，直击雷过电压是没法防的，一旦发生直击雷，绝缘子必定击穿并引起跳闸事故，但直击雷发生的概率并不高，而最为频繁的是感应雷过电压，而感应雷过电压的幅值一般并不太高，但由于配电线路的绝缘水平低，其雷电冲击闪络电压也低。而配电线路绝缘往往在感应雷过电压下闪络。故提高配电线路的绝缘水平能有效的

64、提高配电线路的耐雷水平，降低配电网的雷害事故。n从前述的试验结果中可以看出，P15绝缘子的放电电压比P10绝缘子的放电电压高18.8%，P20绝缘子的放电电压比P15绝缘子的放电电压高21.9%，X45绝缘子的放电电压比P20绝缘子的放电电高14.5%。n而配电线路中绝缘子是决定配电线路绝缘水平的主要设备，在湖南地区配电线路的事故中，因绝缘子闪络或者爆炸造成的事故占了很大一部分，在湖南某地区在2007年一年中，因绝缘子造成的线路故障发生了25次，其中绝缘子闪络14次，绝缘子闪络与绝缘子放电电压水平是密切相关的，因此，增加线路的绝缘水平对减少绝缘子闪络事故是很有作用的。n从绝缘子的雷电冲击试验结

65、果我们知道，就10kv配电网而言，把线路绝缘子从p10换成p20可以较大幅度提高线路的雷电冲击闪络电压，这对提高10kv配电网络的耐雷水平是非常有效的。把10kv电网的绝缘从10kv提高到20kv后可以避免大部分雷电冲击时线路的对地闪络。n由于线路绝缘水平低，当线路中因雷电活动而产生感应雷过电压时，极易造成线路绝缘子闪络等事故，且在配电线路中为了节约线路走廊而采用同塔多回路技术，某些杆塔架设回路甚至达到了6回，虽然在这种情况下节约了线路走廊，减小了线路投资，但是由于同塔多回路中线路与线路间的电气距离不够.n因此，一回线路遭受雷害后线路绝缘子对地击穿，如果击穿后工频续流比较大，持续的接地电弧将使

66、空气发生热游离和光游离，由于同杆架设的各回路之间的距离较小，那么电弧的游离会波及到其他的回路，引起同杆架设的各回路发生接地事故，严重时将会造成多回线路同时跳闸，极大的影响了配电线路的供电可靠性。n针对上述情况可采用增强线路绝缘的方法。可采取将裸导线更换成为绝缘导线、增加绝缘子片数、在导线与绝缘子之间增加绝缘皮、更换绝缘子型号等方法提高线路绝缘水平。以湖南地区为例，湖南大部分地区配电线路绝缘子选用型号为P15，出于防雷方面的考虑，可有选择性的将P15型绝缘子更换为P20绝缘子，线路绝缘水平的提高也将明显的降低感应雷过电压造成线路闪络的概率，提高供电可靠率。n6.6.2、采用合适的中性点接地方式降

67、低雷击建弧率n1、消弧线圈降低配电网雷击建弧率的原理n在配电线路中选用中性点经消弧线圈接地的中性点运行方式，能自动补偿配电网单相接地电流促使接地电弧熄灭，自动跟踪补偿消弧装置能实时在线对配电网电容电流进行测量，自动补偿电容电流，能使补偿后的残流控制在一定范围之内，使之小于熄弧零临界值，（10kv配电网的熄弧零临界值为11.4A）便于接地电弧的熄灭，有效的降低了电弧故障建弧率，使配电线路的供电可靠性大幅度的提高。n因为自动跟踪补偿消弧装置在配电线路中实时在线运行，这就要求自动跟踪补偿消弧装置本事具有比较高的安全可靠性，能根据配电网的运行情况进行自动调整，自动处理单相接地故障。由于配电网的运行方式

68、需要经常根据现场情况发生变化，比如说一些线路需要从一分段切换到另一段进行运行，有时候需要把某些线路从某座变电站转移到另一座变电站运行，这就要求自动跟踪补偿消弧装置的补偿电流有较宽的可调范围，以满足n （6-16）n式中Id配电网经消弧线圈补偿后的残流，A；熄弧临界值，10kv配电网为11.4A。n这要求在选用自动跟踪补偿消弧装置之前要对变电站分段运行方式及运行方式进行很好的分析和计算，特别是要确定自动消弧装置安装点的电网电容电流最大值和最小值，使之都在自动跟踪补偿消弧装置的可调补偿范围之内.n若没有处理好上述问题，使自动跟踪补偿消弧装置的起调点高于或者低于配电线路的电容电流，满足不了运行时合理

69、控制残流的需要而使消弧线圈不能投运，因此，在选择自动跟踪消弧装置时，应选择补偿电流可调范围大，调整平滑或者调整阶梯小的消弧装置。n2、自动跟踩消弧装置响应速度n目前，接地故障的处理方法，基本可以将消弧线圈分为两种形式，一种是随调式消弧装置，它是靠电网中形点位移电压来启动消弧装置，一般是在电网出现单相接地故障时才启动消弧装置的测量程序，对配电网电容电流进行测量并调整补偿电流，使其达到预定的补偿状态，而这个过程需要零点几秒到几秒，这个时间段内，如雷击后工频续流有可能发展成为相间短路或者产生弧光接地过电压而造成事故。一般直流偏磁式和变压器式消弧装置都是属于这种型式，对防雷来讲主要表现在消弧装置的响应

70、速度跟不上；n另一种是预调式，即在消弧装置投运后，或在配电网运行方式变化后立即完成对电网电容电流的测量和补偿电流输出调整，然后在预定的状态下，一旦单相接地故障发生，补偿电流立即输出，响应时间为“零”，因为雷击线路闪络时，雷电流的持续时间很短，仅有数十微秒，造成雷击破坏的一般多为工频续流，即配电网的电容电流，而预调式由于响应速度快，对接地故障处理及时，因此具有很好的防雷功能。n。n因此，选择安装消弧线圈，利用消弧线圈发出的感性电流与线路中的容性电流抵消，有效降低线路中的建弧率，使之不能建立起有效的工频电弧，能有效的降低雷电过电压对配电线路造成的事故。但是必须对线路中的电容电流进行准确的测量测量之

71、后，才能确定消弧线圈的型号、安装和保护配置，保证弧线圈投运后能有效熄弧。广东某供电局向某厂供电频发的雷害事故，在2000年安装了ZXB系列自动跟踪补偿消弧装置之后，不但防止了雷害事故，还有效地防止了弧光接地过电压和铁磁谐振过电压、多年来电网一直运行稳定，没发生一次电网故障n3、消弧线圈对雷电过电压引起内过电压的治理n对由雷电过电压引起的配电网的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压进行治理，经大量的研究和实际运行经验证明，对电容电电流超过10A的电网安装自动跟踪补偿消弧装置，由于自动跟踪补偿消弧装置始终把残流控制在10A以下，有利于接地电弧的可靠熄灭，因而配电网安装自动跟踪补偿消弧装置后基本上控制了弧

72、光接地过电压的发生。n另外，由于自动跟踪补偿消弧装置能降低配电网的故障建弧率，因而也具有很好的防雷功能，例如配电线路绝缘子在雷击时闪络，由于雷电流时间短只是微秒级，绝缘子在雷电流过后恢复绝缘并不影响电网的运行，造成线路持续接地短路的是雷电流过后的工频续流，而工频续流也就是电网的电容电流，如自动跟踪消弧装置把残流控制在10A以下，在雷电流过后的第一个周波就能可靠熄弧，也就是说闪终点建立不起来持续的接地电弧，线路能马上恢复正常运行。消弧线圈的另一主要功能是能消除铁磁谐振过电压。n因为在零序回路中消弧线圈的感抗和电压互感器的励磁阻抗是并联的关系，而消弧线圈的感抗要比电磁或电压互感器的励磁电抗小得多（

73、相差几个数量级），这样电磁式电压互感器的励磁电抗就被消弧线圈的感抗所制约，电网中因电磁式电压互感器的磁饱和引起的三相不平衡也就产生不了铁磁谐振过电压，其消谐效果优于任何形式的消谐器。n根据我们的研究和配电网的运行经验，在配电网电容电流小于10A时，因为接地电流小于熄弧临界值，电弧能可靠熄灭，这时主要任务应是消除铁磁谐振过电压，关于消除铁磁谐振过电压的措施也可采用复合消谐装置，微电脑消谐器等。n4、不同的网络结构采用不同的中性点接地方式n消弧线圈在配电线路中投运时处理单相接地故障时主要针对自恢复性的故障，规程规定配电网可以带单相接地故障运行2小时，这是基于自恢复绝缘的一些接地故障可以自行恢复，可

74、以提高配电网的供电可靠性。当线路中出现的故障不是自恢复性故障时，n例如在电缆线路中出现故障时候则不宜投运消弧线圈，当消弧线圈投于故障时将会造成电网长时间带故障运行，会使故障因时间延长而发展扩大，将有可能引起相间短路。而在架空绝缘导线出现单相接地故障时候，虽然绝缘导线的绝缘被击穿，但是绝缘子的绝缘能自恢复。因此，在配电线路中应在不同的线路形式下有选择的投运消弧线圈。n（1）架空配电线路中应采用消弧线圈。n（2）架空裸线与电缆混合线路中当电缆长度达到整条线路长度的80%时应慎投消弧线圈，而建议采用经小电阻接地并配合零序保护方式运行。n（3）架空绝缘线路与电缆混合线路中当电缆长度达到整条线路长度的8

75、0%时，应慎投消弧线圈。n6.6.3、有选择性地投运自动重合闸、有选择性地投运自动重合闸n在配电线路中投运自动重合闸装置，能有效减小配电线路中因雷击造成的破坏范围，并且能够迅速排除因雷害造成的绝缘子闪络等瞬时性故障，对于提高配电线路的供电可靠性的作用是非常明显的。n但是自动重合闸在实际电力生产中也有其固有的缺陷，在架空线路中可以投运自动重合闸，因为在架空线路中因为雷害事故造成的跳闸，绝大部分是由于瞬时性故障引起，待故障消失后，自动重合闸合闸，则线路重新恢复运行。在配电线路中，线路形式多样，存在架空线路、架空绝缘线路、电缆线路等，电缆线路中一旦发生故障则为永久性故障，而自动重合闸如果是合到永久性

76、故障点，会造成事故扩大，发生使电缆或设备损坏事故，或者发生“火烧连营事故”。不管配电网的网络结构和线路组成，不适当的强调自动重合闸的投运率，在某种程度上说是增大了配电网发生事故的风险。n以湖南某地区的配电线路自动重合闸动作成功率为例，该地区主要是以架空线为主的配电网络，自动重合闸投运成功率为69.15%，且在每年雷电活动频繁的月份，成功率更是高达76.84%，由此可见架空线路绝大部分的故障为瞬时性故障，投自动重合闸是能起到有效的防雷作用的。n但如电缆为主的网络由于线路击穿故障大都是永久性故障，投自动重合闸如投到永久性故障点上会使事故扩大，投运自动重合闸反造成事故，河南某110kv变电站一次就是

77、10kv室内出线电缆头在雷击时击穿，线路跳闸，重合闸合在永久性故障点上，引起相间短路，造成了“火烧连营”事故，烧坏了多面10kv开关柜，因此，对配电网是否投运自动重合闸要对电网结构进行认真分析，有选择性的提高自动重合闸的投运率，对于提高配电线路的供电可靠性是有积极作用的。n从上述分析中可以看出，自动重合闸应在不同的线路形式情况下有选择的投运。n（1）由于纯电缆线路一旦发生故障则将发展成为永久性故障，因此，在纯电缆线路中不适合采用投运自动重合闸的运行方式。n（2）在纯架空线路条件下，故障多为瞬时性故障，自动重合闸能有效处理该线路形式中出现的故障，因此，在纯架空线路条件下建议采用投运自动重合闸的方

78、式提高线路的供电可靠率。n（3）架空线路与电缆混合网属于在实际应用中比较多的线路形式，在这种线路形式下，是否投运自动重合闸则应该按照各种线路形式所占比例决定是否投运。n在架空裸线与电缆混合线路中，当电缆长度占到线路长度的40%以上时，应慎投自动重合闸，当电缆线路长度占到线路长度的50%以上时，则不采取投运自动重合闸的运行方式。n在架空绝缘导线与电缆混合线路中，当电缆线路长度占到整条线路长度的30%以上时，应慎投自动重合闸，而当电缆长度占整条线路长度的40%以上时，则不采取投运自动重合闸的运行方式。当架空绝缘导线线路部分采用保护间隙保护时，可按对待。n6.6.4、安装避雷器进行保护、安装避雷器进

79、行保护n配电线路具有网络结构复杂，绝缘水平低的特点，且没有避雷线和耦合地线对线路进行保护，虽然在配电变压器与柱上开关等配电设备上装设有避雷器进行保护，但是在线路上出现的雷电过电压仍然会造成线路上的绝缘子闪络等故障，因此，可以借鉴输电线路的模式，在配电线路的雷害多发段杆塔安装线路免维护避雷器。n对雷害多发段杆塔，配电线路分支处，T接点处装设避雷器进行保护，能有效的减少配电线路的雷害过电压造成的线路故障。在避雷器选择方面，具备防爆脱离功能和免维护的无间隙金属氧化锌避雷器更是首选。通常在10kV配电设备中选用HYSW一17/50型避雷器，该型号的避雷器具有防水、耐污、防爆和密封性能好等特点，且体积小

80、，重量轻，易安装，目前已得到广泛采用。n在安装避雷器对线路进行保护的同时，应该注意的是避雷器的接地问题，一方面是要防止避雷器的接地电阻超标问题，根据在湖南省某地区的接地状况进行调研后发现，该地区的接地设计方面存在问题，计算后发现设计值根本无法达到目标值的要求，按设计图纸施工后，该地区有80%的接地电阻超标。n另一方面是接地引下线的问题，很多地区不采用统一规格的材料作为接地引下线，造成接地引下线腐蚀严重，甚至有断裂的情况出现，如果接地不两，则避雷器等防雷设备根本无法发挥其效果，上述问题是应该特别注意的一个方面。n为了电网运行方面的需要，在610kV电网中安装了一定的柱上开关与刀闸，这对保证配电网

81、的运行方式的灵活性，提高供电可靠性起了很大的作用，但是往往缺忽略了这些开关设备的防雷保护措施，在柱上开关和刀闸处有些没有安装避雷器保护，或者仅仅在开关的一侧装设避雷器保护，当开关断开时，将会造成雷电波的全反射，在雷害事故发生时造成开关设备自身的损坏。n因此，开关设备自身的防雷保护是配电线路中防雷保护非常重要一部分，应该在开关或刀闸两侧安装避雷器对进行保护，避免在防雷保护上存在的缺陷。n6.6.5、采用保护间隙联合保护、采用保护间隙联合保护n配电线路距离长，经过地形复杂，易于遭受雷击。因雷击引起的感应雷过电压，常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电、架空绝缘导线断线等事故，因此目前大气过电压引起

82、的绝缘闪络已经成为线路故障的主要原因。且配电线路在防雷措施方面较输电线路而言要简单，不采用架设避雷线、耦合地线等方法，仅采用加强绝缘、安装线路避雷器等方法，但是它们都有一定的局限性。n且由于配电线路绝缘水平低，加强绝缘可提高耐雷水平，但受杆塔尺寸的限制；安装线路避雷器效果好，但投资大，只能用于线路雷电易击段、易击点、易击相。针对这种情况，为10kV配电线路设计了种结构简单，维护方便的保护间隙，它可以安装在绝缘子串两端，当雷击线路时它在系统中与自动重合闸配合使用，即可将雷电流及时接地，又可对用户不间断供电，从而起到防止绝缘子闪络烧毁，维持线路正常运行的作用。n用于10kV配电线路的防雷保护间隙的

83、设计应该考虑以下几个方面的要求：首先，雷击线路时，保护间隙应当能够先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是保护间隙的首要作用。其次，保护间隙与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。n根据前述的保护间隙的功用，保护间隙和线路绝缘子的绝缘配合应该满足以下两个方面的设计要求：首先，保护间隙距离的设计应当在雷击线路闪络时可以捕捉电弧的根部，并引导故障电流入地，以便保护绝缘子、线路零部件和导线。n雷击闪络时，放电应当起始于间隙的一个电极，终止于另一个电极，电弧应尽量不接触绝缘子表面。试验发现，装有间隙的绝缘子串放电有通络和

84、沿络两种情况，电弧通道贯穿于间隙的上下电极间，不接触绝缘子串，这称之为通络。n电弧起始并终止于间隙的电极上，但中间部分飞到绝缘子串上，或电弧起始于间隙的某电极，但并不终止于另一电极，即有一段弧根在绝缘子串上，或电弧通道贯穿于绝缘子引弧间隙失去作用，这三种情况称为沿络。n试验表明，无法不让沿络发生，这是因为绝缘子串和保护间隙的伏秒特性不配合所造成的。因此我们希望装上间隙以后，虽然沿络不可避免，但只要电弧两端的弧根不在绝缘子上，安装间隙的目地就达到了。其次，我们所设计的间隙对于正常的系统预测的操作过电压则不应击穿，这是因为整个配电线路是按照耐受系统预测的操作过电压设计的，如果间隙不能耐受操作过电压

85、，就等于降低了整个配电线路的绝缘水平，这是不允许的。n配电网安装保护间隙还有如下几个优点，n一、是通过间隙的引弧作用把本来沿绝缘子表面燃烧的电弧引到绝缘子傍边的空气燃烧，这样可以避免绝缘子长时间爬弧使绝缘子烧伤；n二、是空气间隙的去游离能力强有利于电弧的熄灭，这样可以避免一些瞬时性故障因电弧把绝缘子烧伤而转变为永久性故障，同时有利于架空绝缘导线线路投运重合闸，并可提高重合闸的重合成功率；n三、是在采用绝缘架空导线的线路上采用并联保护间隙后，可把雷电过电压造成的击穿放电转向保护间隙，这样可以避免雷电过电压在绝缘导线的绝缘层击穿，并通过较大的工频续流而造成绝缘导线断线，这样可彻底解决绝缘导线的雷击

86、损伤和雷击断线问题。n四、保护间隙运行维护简单，可直接对保护间隙进行肉眼检查。n保护间隙一端安装在绝缘子接地端上，另一端从绝缘子顶部中心往负荷侧40cm50cm处安装，采用专门设计的穿刺型燃弧金具。从试验分析中可以看出，保护间隙的距离与导线种类和型号无关，仅与绝缘子型号有关，P10、P15、P20、X45四种绝缘子，针对上述绝缘子保护间隙的距离与冲击放电电压见下表：n表6-5绝缘子型号与保护间隙距离表表6-5绝缘子型号与保护间隙距离表绝缘子型号间隙距离（cm）冲击放电电压（kV）P1018cm19cm112.82kV119.46kVP1522cm23cm134.12kV142.91kVP202

87、7cm28cm163.51kV173.12kVX4531cm32cm187.29kV198.31kV保护间隙安装见下图：图6-14保护间隙安装示意图n6.6.6、采取措施解决绝缘导线断线问题、采取措施解决绝缘导线断线问题n根据对雷击架空绝缘线路断线机理的分析并结合实验室试验的结果分析，针对雷击架空绝缘线路的断线事故提出两点措施进行预防：n（1）采取局部加强绝缘的措施提高绝缘导线绝缘击穿电压n提高绝缘子的50%放电电压，全线提高线路绝缘水平，可使雷电引发的工频续流因爬距大而无法建弧，因而能大大降低雷击跳闸率，但这需要对全线进行改造。为了降低线路造价，可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式，即在绝缘

88、导线固定处加厚绝缘，如图615所示，使放电只能从加强绝缘边沿处击穿导线，产生沿面闪络，利用沿面闪络可提高线路的冲击放电电压，这也是一种尝试的办法。图6-15加强局部绝缘示意图n（2）在绝缘子两端并联放电间隙防止绝缘导线的绝缘层击穿n我们在试验室采用如图接线对架空绝缘导线的绝缘子两端并联保护间隙，做雷电冲击试验，n结果表明：只要把间隙的放电电压调整到等于或略大于绝缘子的冲击放电电压，线路的雷电放电就会在系护间隙之间发生，从而可以有效防止绝家导线的击穿，当然也就彻底解决了绝缘导线的雷击断线问题。图616绝缘导线加装保护间隙示意图n6.6.7、加强配电网的运行维护消除绝缘弱点，、加强配电网的运行维护

89、消除绝缘弱点，n对配电网要定期检测零值劣质绝缘子，检测可用目测法和红外测温法，检测出劣质绝缘子并及时更换，也可参照输电线路定期大、小修的办法对配电线路实行轮修、轮换，对配电网加强运行管理，及时消除绝缘弱点，提高配电线路的绝缘水平。n实践证明，这对提高配电网的耐雷水平作用非常明显。清理线路下的树木和违章建筑，防止在雷雨天气线路下的树木在风的作用下造成线路的接地短路。要有防止车辆撞线路杆塔的措施，防止外力破坏，特别是要对多用同杆架设的杆塔要重点保护。要加强对配电设备的运行管理，严把配电设备质量关，防止劣质设备进入电网。加强配电设备的试验和检修，提高设备的健康水平，加强分路开关的保护整定，防止因配电

90、设备故障扩大停电面积，提高配电网的供电可靠性。n配电网的运行维护配电网的运行维护主要包括以下几个方面：n（1）加强配电线路绝缘子检测和更换、绝缘子是配电线路中重要的设备之一，绝缘子的正常运行对保持配电线路的绝缘水平和耐雷水平有着重要的作用，但是在实际的运行中，大部分的电力部门没有制定绝缘子的运行维护规程，以湖南某地区的调研情况来看，对绝缘子的维护仅限于线路发生绝缘子爆炸事故后进行更换，而在正常状态下根本不会进行轮修、轮检、轮换。而绝缘子的长期运行将会出现大量的低值或者零值绝缘子，使配电线路的耐雷水平急剧下降。n当绝缘子串中存在劣值绝缘子时,通过此绝缘子串的泄漏电流明显增大。正常绝缘子的的泄漏电

91、流通常在几微安到几十微安,在空气潮湿的环境中能达到几百微安,而严重污秽的绝缘子或劣质绝缘子的泄漏电流为几十毫安,甚至几百毫安。根据实验和长期的经验我们把泄漏电流超过40mA的绝缘子初步判为劣质绝缘子。n瓷绝缘子运行统计数据表明，5种不同类型的瓷绝缘子运行一定时间后电气机械强度均有降低。运行6年后平均降低20%。若瓷绝缘制造质量低劣则老化会加速，投运23年后性能即大为下降。良好的绝缘子击穿电压较其表面闪络电压高30%50%。n绝缘子两端出现过电压时通常仅引起表面闪络而不影响其内部的绝缘强度，瞬时过电压下表面闪络后开关重合即可恢复送电。若老化使绝缘子的击穿电压降至小于表面闪络(干闪)电压时(即低值

92、或零值绝缘子)，绝缘子发生闪络的工频续流将流过绝缘子内部，其电弧放电将造成绝缘子铁帽炸裂。上述事故中炸裂绝缘子的铁帽和球头铁棍上都检测到明显的闪络烧伤痕迹，此类雷击事故在配电线路中发生的几率比较高。n在发现瓷绝缘子上有龟裂的情况，无论从电气性能还是机械性能方面说，都是有危险的，必须尽快更换。局部的裙边缺损或凸缘缺损，虽然不一定会引起事故，但由于会扩展成龟裂，所以应及时早日更换，以防止发生绝缘子爆炸等事故。n清洁干燥的良好绝缘子，其绝缘电阻是很高的，电瓷有裂纹时，绝缘电阻一般没有明显的降低。当电瓷龟裂处有湿气及灰尘、脏污入侵后，绝缘电阻将显著下降，仅为数百甚至数十兆欧，用兆欧表可以明显地检出。n

93、测量多元件支柱绝缘子每一元件的绝缘电阻时，应在分层胶合处绕铜线，然后接到兆欧表上，以免在不同位置测得的绝缘电阻数值相差太大，造成误判断。用2500V兆欧表测量绝缘电阻时，针式绝缘子和每片悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300M。n（2）加强配电网避雷器运行维护、避雷器是配电设备中重要的防雷设备，在配电线路中主要应用的是金属氧化物避雷器，金属氧化物避雷器(MOA)又称氧化锌避雷器，是一种与传统避雷器概念有很大不同的新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成，每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大

94、于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻的被击穿状态是可以恢复的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，在电力线上如安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，使电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电器设备的安全。n但是避雷器在制造过程中可能存在缺陷而未被检查出来，如在空气潮湿的时候或季节装配出厂，预先带进潮气；在运输过程中受损，内部瓷碗破裂，并联电阻震断，外部瓷套碰伤或者在运输中受潮，瓷套端部不平，滚压不严，密封橡胶垫圈老化变硬，瓷套裂纹以及并联电阻和阀片在运行中老化等，尤其是随着运行时间的增加，MOA

95、阀片在长期运行电压下的老化问题也变得突出，所以加强投运前的交接验收试验和运行中的监测，及时总结运行经验是一项重要的工作这些劣化都可以通过预防性试验来发现，从而防止避雷器在运行中的误动作和爆炸等事故。n目前国内预试规程对MOA的试验有三项规定：n绝缘电阻试验；n直流1mA下电压及75该电压下泄漏电流的测量；n运行电压下交流泄漏电流及阻性分量的测量(有功分量和无功分量)。n根据现场条件及厂家规定，可选择性地进行以下3个试验：na、绝缘电阻试验n测量前应检查瓷套有无外伤，测量时用兆欧表，把试验连线与避雷器可靠连接，摇表放水平位置，摇的速度不要太快或太慢，一般120r/s。n当天气潮湿时，瓷套表面对泄

96、漏电流的影响较大，应用干净的布把瓷套表面擦净。并用金属丝在下端瓷套的第一裙下部绕一圈再接到摇表的屏蔽接线柱，以消除其表面泄漏影响。n电压等级在35kV及以下用2500V兆欧表。n由于氧化锌阀片在小电流区域具有很高的阻值，故绝缘电阻主要取决于阀片内部绝缘部件和瓷套。nb、lmA直流下的电压及75该电压下泄漏电流测量n该项试验有利于检查MOA直流参考电压及MOA在正常运行中的荷电率，对确定阀片片数，判断额定电压选择是否合理及老化状态都有十分重要的作用。nc、MOA在持续运行电压下的交流泄漏总电流、阻性电流及损耗功率测量n金属氧化物避雷器（MOA）在保护电力系统安全运行上有十分重要的作用，但由于MO

97、A没有放电间隙，ZnO电阻片长期承受工频电压，冲击电压和内部受潮等影响，引起内部ZnO阀片（MOA）老化，阻性电流增加，功耗增大，导致MOA内部阀片温度升高，直至发生热崩溃。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至MOA被击穿而损坏。为了及时发现MOA的隐患，需要经常监测其运行状态，MOA老化后，内部电阻减小，泄漏电流阻性分量按指数规律极大地增加。因此，准确监测阻性分量电流的变化对于MOA的健康诊断非常重要。n（3）、并联间隙的维护、带并联间隙的绝缘子，该并联间隙主要是用羊角间隙并联在绝缘子两端，间隙的放电电压略低于绝缘子的表面闪络电压，在雷电过电压作用下

98、，间隙首先击穿放电，通过着弧角的作用把电弧引离绝缘子使电弧拉长，一来可保护绝缘子不被电弧烧伤，二来纯空气间隙有利于熄弧，在空气间隙去游离和风的作用下促使电弧的迅速熄灭。从而不但保护了绝缘子不被烧伤，限制了雷电过电压，但是要特别注意检查间隙的大小，如果过大间隙起不到保护作用，如果过小使放电电压降低太多则使线路的耐雷水平降低影响供电可靠性。另外还要检查间隙有无放电烧熔而形成的尖端毛刺，这也会影响间隙的放电电压，如有，要及时清理，以保证放电间隙的正常动作。n（4）、要加强对配电网的全过程质量管理，要从设计、安装着手，实行规范化的管理定期对配电网进行检修，淘汰劣质绝缘子，对环境污染严重的地段，线树矛盾

99、突出的地段多回同杆架设的地段最好采用绝缘架空导线，或采用电缆入地。加强对配电设备的运行管理，严把配电设备质量关，防止劣质设备进入电网。加强配电设备的试验使水修，提高设备的健康水平，加强分路开关的保护整定，防止因配电设备故障扩大停电面积，提高配电网的供电可靠性加强对配电设备的运行管理，严把配电设备质量关，防止劣质设备进入电网。n加强配电设备的试验和检修，提高设备的健康水平，加强分路开关的保护整定，防止因配电设备故障扩大停电面积，提高配电网的供电可靠性。n配电网是直接向广大用户供电的网络，它的安全与否直接影响到人民群众的生产，生活用电，因而我们应充分重视配电网，研究配电网的问题，对配电网进行全面的

100、治理，控制配电网故障，提高配电网的供电可靠性，和配电网的安全运行水平。第七章、弱电系统防雷保护第七章、弱电系统防雷保护n第一节弱电系统防雷的特点n我国是雷电活动十分频繁的国家，全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达30004000人，损失财产50100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大2。如1990年7月30日郑（州）、三（门峡）微波干线大沟口微波站因雷击而损坏38块盘，损失十分严重3。据广东省统计，在19961999年的四年间，全省发

101、生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元。在1998和1999年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。n雷电也是一直危害电力系统安全可靠运行的重要因素之一。随着科学技术的发展，避雷器制造水平的提高以及金属氧化物避雷器的推广使用，使变电站一次高压部分的雷电过电压的保护得到了保证。但另一方面，随着电力系统自动化程度的提高，以微电子为主要元件的控制、保护、信号、通信、监控等设备得到普遍应用6，在一些大型发变电站中，即使在采样和计量系统中也普遍采用。由于常规电磁保护n的装置单元多为单元件的电阻、电感和电容等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承

102、受高能的雷电暂态冲击，而对于运行电压只有几伏，信号电流只有微安级的这些电子设备来说，就不一定经受的住。电气和电子技术是现代物质文明的基础，虽然其迅猛发展促进了生产力的发展，加速了社会繁荣与进步的进程，但同时也带来了麻烦问题：一方面，电气和电子设备的广泛应用造成了严重的环境电磁噪声干扰；另一方面，电子技术正向高频率、高速度、微型化、网络化和智能化方向发展，电磁干扰、特别是雷电干扰对这些设备和系统的影响越来越突出，对这些设备造成的损坏事故的发生率逐年增高。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失往往很难估量，这是90年代以来雷电灾害最显著的特征7。n当人类进入电子信息时代后，雷电灾害的特点与以往

103、有极大的不同，可以概括为：n（1）受灾面积大大扩大，从电力、建筑这两个传统领域扩展到几乎所有行业，特别是与高新技术关系最密切的领域，如航天航空、国防、邮电电信、计算机、电子工业、石油化工、金融证券等。n（2）从二维空间侵入变为三维空间侵入。从闪电直击和过电压波沿线传输变为空间闪电的脉冲电磁场从三维空间入侵到任何角落，无孔不入地造成灾害，因而防雷工程已从防直击雷、感应雷转变为防雷电电磁脉冲（LEMP）。n（3）雷灾的经济损失和危害程度大大增加了。雷电袭击的对象本身的直接经济损失有时并不太大，但由此产生的间接经济损失和影响却是难以估计的。n（4）雷电灾害的主要对象已集中在微电子器件设备上。雷电本身

104、并没有变，而是科学技术的发展，使得人类社会的生产生活状况变了。微电子技术应用渗透到各种生产和生活领域，微电子器件极端灵敏这一特点很容易受到无孔不入的雷电干扰的作用，造成微电子设备的失控或者损害。n我国实测到的雷电流最大可达200kA以上,一般低于100kA。这样大的电流无论是沿建筑物钢筋结构、避雷线(针)流入大地或是大地中的电流都可能在附近导线上感应出能量很强的浪涌,对弱电设备造成干扰。因此，变电站弱电系统的雷电防护是一件关系到我国电网安全稳定运行的关键，有必要对其进行深入研究。n我国是雷电活动十分频繁的国家，全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因

105、雷击造成人员伤亡达30004000人，损失财产50100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大2。如1990年7月30日郑（州）、三（门峡）微波干线大沟口微波站因雷击而损坏38块盘，损失十分严重3。据广东省统计，在19961999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元。在1998和1999年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。n在电力系统中，对于强电设备的防雷措施已比较完善，经验已比较丰富，但是对于弱电设备（如通讯设备，自动化设备，计算机

106、及网络设备，弱电电源设备等）的防雷却显得很薄弱。每年各种弱电因雷击而遭受破坏的事列屡见不鲜。随着电力系统现代化、信息化的发展，弱电系统在电力系统的发展占据举足轻重的地位。因此如何保护弱电系统免受灾害已越来越引起各方面的高度重视。随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用及联网，使安装在弱电系统中的设备，经受着电源质量不良（如电源谐波放大、开关电磁脉冲）、n直击雷、感应雷、工业操作瞬间过电压、零电位飘移等浪涌和过电压的侵袭，经常会受到各种过电压、过电流的危害。由于一些电子设备工作电压仅几伏，传递信息电流也很小，对外界的干扰极其敏感，而雷电的电压可高达数106V，瞬间电流可高达数104A，

107、因此，具有极大的破坏性。避雷针能防止直接雷击，但不能阻止感应雷击过电压、操作过电压、零电位飘移过电压以及因这些过电压在泄放电流时在其周围所产生的很强的感应电压，而这些过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。雷电造成的危害是无孔不入的。尤其对计算机网络系统的危害更大。据研究当磁场强度Bm0.07104T时，无屏蔽的计算机会发生暂时性失效或误动作；当Bm2.4104T时，计算机元件会发生永久性损坏。而雷电电流周围出现的瞬变电磁场强度往往超过2.4104T。因此，有效地防止雷电对弱电系统设备所产生的危害，是保证弱电系统设备安全、稳定运行的重要前提。n对变电站二次弱电设备的防雷保护的研究最早是从电磁兼容

108、角度出发的，上世纪60年代美国电力工程技术人员对变电站的电磁干扰问题主要从电子电路到电缆的电磁干扰耦合过程进行研究，其成果后来形成了美国国家标准协会（ANSIAmericanNationalStandardsInstitute）的ANSIC37.90标准的一部分8。1978年美国电力科学研究启动了编号为RP1359的研究项目，建立了一套新的变电站开关柜的电磁干扰进行了研究。全部工作历时十余年，分为两个阶段完成。n第一阶段的研究工作于1983年结束，并提出了研究报告9。该报告介绍了测量系统的研制、变电站电磁环境的测量和数据分析方法以及初步结果，其中的测量数据包括一个345kV变电站、一个500k

109、V变电站的实测结果和一个高压实验室的模拟测量结果。基于此项工作，发表了一系列的论文912。文献9介绍了瞬态测量系统的组成及其技术指标，描述了在一个115kV变电站进行的实际测量工作，给出了典型的电雷电干扰波形。文献10论述了通过模拟变电站的雷电瞬态干扰对二次设备进行抗扰度测试的问题，比较了时域和频域测试的特点，给出了在变电站实测的典型雷电干扰波形，总结了高压实验室模拟测试的优缺点。文献1112提出了一种分析变电站雷电瞬态电磁干扰问题的时域模型，利用斜坡函数对时域雷电干扰波形进行分解，并计算空间的时域电场和磁场，将预测分析的结果与实测数据做了对比。n第二阶段的研究土作从1986年至1993年。测

110、量工作涉及7个空气绝缘变电站和2个气体绝缘变电站，共组织了13次集中现场测试，测得近800多次事件的3000多个雷电电磁干扰波形，数据量约500MB。基于此项工作，提出了完整的研究报告13，发表了一系列的论文1417。文献14介绍了变电站的瞬态电磁场的测量工作，总结了微脉冲的特点，给出了部分测量结果，并对不同频率和不同场强产生的原因进行了定性分析。文献15给出了变电站雷电产生的瞬态电磁干n扰对几种变电站电缆和内部电缆线影响的测量结果，介绍了通过CT的场耦合和直接耦合的模型。将预测分析的结果与实测数据进行了对比。文献1617总结了变电站瞬态电磁干扰的建模方法和测量技术，并将预测分析的结果与实测数

111、据进行了对比。分析比较了开关操作、雷击和故障三种瞬态电磁干扰波形的特点，少与现有抗扰度试验标准中的限值进行了对比。但是上述工作并未对二次设备所处的电磁环境进行研究。n我国的广播、邮电、交通、船舶、航大和军工等行业在电磁兼容研究方而起步较早，结合各自的行业特点开展了许多很有成效的研究工作2526。20世纪80年代，随着基于微电子技术的继电保护装置的应用与推广，变电站的电磁兼容问题在电力部门开始得到关注27。由于欧共体从1996年1月1日起执行“89/336/EEC!电磁兼容性指令”，使得我国各行业加大了对电磁兼容问题的研究力度。改革开放以来我国电力工业迅猛发展的趋势也迫切要求尽快解决电力系统的电

112、磁兼容问题。在此背景下，国家电力公司所属的中国电力科学研究院、南京自动化研究院、武汉高压研究所和华北电力大学等单位，以及四方公司、清华大学和武汉大学等单位相继开展了有关的研究工作。其中，中国电力科学研究院对高压线路的电磁环境进行了深入研究巨2829，还组织出版了发电厂和变电站电磁兼容导则。清华大学则针对电力线路干扰临近通信线路或金属管线的问题在数学建模和计算方法方而开展了深入研究3031。南京自动化研究院和四方公司的研究工作则主要侧重在二次弱电设备的抗干扰问题研究方面32。n由于我国在建的变电站在电压等级和主接线结构等方面的技术特点与国外不同，因此，国外的测量与分析结果仅能作为参考。要想搞清我

113、国变电站雷电瞬态电磁环境的实际情况，必须进行独立的测量和分析工作。n就目前的文献来看，对于电力系统二次弱电设备的研究主要集中于以下几个方面:1)输电线路过电压引起的二次部分电磁兼容问题3335；2)操作过电压引起的电磁兼容问题；3)有限长线路耦合电磁场算法问题研究3637；4)建筑物内雷电感应过电压研究等38。国外文献大部集中在变电站电磁环境及其算法的研究。鲜有文献提出整个发变电站在遭受雷击后二次系统各种控制、信号、通讯等弱电设备如何采取具体措施降低其过电压，以达到保护设备，减少损失之目的。第二节雷电侵入弱电系统的途径n7.2.1雷电侵入弱电系统的途径n雷击浪涌入侵微机保护及监控系统的3种途径

114、如图71。n图71雷击浪涌入侵方式示意图n以容量为500kVA，变比为10/0.4kV的变压器为例分析雷击浪涌的传播途径，相应的参数为：绕组间的互电容C12为944pF，低压侧对地电容C0为1239pF。n（一）线路来波n1、雷电过电压较高，避雷器动作n如10kV线路遭受雷击，雷电波沿线路向变电站传播，如果雷电过电压达到一定的幅值，安装在变电站出线上的避雷器动作，避雷器与所用变压器之间的电气距离为，则施加在变压器高压侧的电压约为：n式中，施加在所用变压器高压侧绕组的电压，kV；n避雷器动作后的残压，kV；n雷电波的陡度，kV/；n避雷器与变压器之间沿连接线分开的距离即电气距离，m；n雷电波的波

115、速，m/；n避雷器接地引下线的电感，；n通过避雷器的雷电流，kA。n10kA， 8/20s的雷电波下，10kV避雷器的残压最大不超过45kV，取L=1H，di/dt=1.25kA，则引下线上的压降为1.25kV。取避雷器与变压器之间的距离 ， 则由式（3.1）可得变压器高压侧的电压最大值约为nUt=45+21.2550/300+1.25=46.6kVn（1）电磁感应n所用变压器高压侧绕组电压将会通过所用变压器的电磁耦合感应到400V低压侧，则低压侧的最大电磁感应过电压为n式中，为感应到所用变压器低压侧的雷电过电压，kV；n所用变压器的变压比；nZ1变压器高压侧线路的波阻，；nZ2变压器低压侧线

116、路的波阻，。n取Z1=500，Z2=50，由式（72）可求得Ud=3.67kVn（2）电容耦合n高压侧的电压还会通过变压器高低压绕组间的互电容耦合至低压侧。在电力系统中，绕组间电容传递过电压是常见的38。如负载变压器低压侧开路，高压侧遭受雷击，出现雷电过电压时，它将通过绕组间相互部分电容C12与低压侧三相对地部分电容所组成的电容耦合回路传递至低压侧，使低压侧出现传递过电压U2，由图3.2可知，则有39：n （73）n图72绕组间电容传递过电压等效电路n（二）变电站附近落雷n1、电磁感应n雷电在低压线路附近活动时，雷电形成的场将会在线路上产生很高的感应过电压，并沿着线路传至接在低压电网上的微机保

117、护、综合自动化系统、调度系统或通信系统的低压电源系统，由于这一干扰电压远远大于微机保护装置的工作电源电压（在几伏至几十伏之间），从而导致电源系统的损坏。此时，低压系统产生雷电过电压的概率与低压网络的大小，以及低压电网有无架空线路部分有关。过电压的幅值主要与低压网络雷电活动的强度有关。n2、电容耦合n雷电直击于变电站，雷电流经避雷针引入地网，当雷电流通过地网散流时就会在地网的节点上产生很高的电位差。由于地网与二次电缆屏蔽层直接或者间接相连，这个电位差会施加在电缆的屏蔽皮上并通过电容耦合作用使电缆芯线上产生电压和电流，若该干扰电压幅值超过微机保护装置电源电压可以承受的干扰最大值，就会使电源损坏。n

118、雷击浪涌入侵微机保护及监控系统的3种途径如图73。n图73雷击浪涌入侵方式示意图n以容量为500kVA，变比为10/0.4kV的变压器为例分析雷击浪涌的传播途径，相应的参数为：绕组间的互电容C12为944pF，低压侧对地电容C0为1239pF。n（三）地电位反击引入n当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入发电厂、变电所的接地网，再经接地网流入大地时，由于地电位分布不均会造成接地网的局部电位升高，而地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等弱电设备的低压电缆，这个电位差在电缆屏蔽层产生表皮电流，然后通过芯线屏蔽层之间的耦合对电缆芯线产生干扰电压，造成二次弱电设备的干扰。n

119、根据干扰方式的不同可分为共模干扰和差模干扰两类，具体形式如下图所示。n(1)共模干扰n共模干扰出现于电缆导线（如信号线、电源线）与地线之间的干扰，它的出现往往是由于地网的地电位升高引起的，如图2.7所示，Un是正常信号源，M是测量仪器，Zm是仪器的输入阻抗。若由于某种原因，A点地电位突变，这相当于在该点与地之间接入一个电压源UG，它作用于回路中所有端子与地之间，称之为共模电压。在绝对平衡的电路内，如果AD、BC两根连线完全一样，C端、D端对地的杂散电容n完全一样，则在C、D两端不会出现干扰信号，只是对地电位都有变化。如若线路阻抗和杂散电容不同，由共模电压UG引起的电流I1、I2就不同，在C、D

120、两端作用的共模电压也就不同，于是在C、D两端就会出现干扰信号，称之为共模干扰电压。n图74共模干扰n(2)差模干扰n差模干扰出现于信号回路的与正常信号电压相串联的一种耦合。最常见于不平衡线路(如同轴电缆)的磁耦合。当有电磁波作用于两条信号线时，在信号回路内出现感应电压UG，它与正常信号Un相串联，共同作用于M的输入端。如图2.8所示。n图75差模干扰关于地电位干扰将在第八章详细讨述这里不在多讲。第三节雷电对弱电系统的危害n7.3.1弱电系统的雷害事故n近年来随着电力系统的发展,微机保护和综合自动化系统在电力系统中得到大量的应用,这对提高电力系统的自动化水平,提高电力系统的运行灵活性起了很大的作

121、用。这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的革命。但是计算机综合自动化系统现在面临的一个问题，就是各种干扰的问题。因为微机保护、综合自动化系统运行在高电压、强电场的电磁环境中，既有大电流造成的磁场干扰;又有高电压造成的电场干扰;有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰，特别是在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰，雷电过电流干扰、静电干扰。而计算机等电子器件又是对干扰非常敏感的元件,特别是雷电干扰对其危害最为严重,近年来在电力系统中多次发生因雷电造成微机保护和综合自动化系统模块损环,使微机保护误动、拒动或因微机保护“死机”使事故扩大,主设备烧坏,或者发生“火烧连营”事故。近年

122、来发电厂变电所一次设备的防雷技术已日趋完善，但在弱电系统防雷领域还存在有许多漏洞，也发生了许多雷害事故。n1981年8月27日，江苏省常州市某微波站遭到雷击，电力载波204、102电路终端机报警整流器的3只整流二极管被击穿；铅皮电缆外皮与地网接触处烧出凹坑；微波设备回路机的4线收发信号衰耗器烧坏，致使南京方向的7、8、11路电话中断，上海方向的第7路不通。n1983年9月西南某工程遭受一次雷击，使配套的一批电子设备损坏，系统工作无法进行，损坏的电子设备和元件有：n数字传输机损坏集成电路芯片20多块；n通信系统8台机中有6台受到不同程度的损坏；时控单元脉冲处理回路和脉冲变换电路4块芯片损坏；n遥

123、测系统由于连接电缆较长，损坏电路板3块。n华中大电网有微波站近百个，其中进口设备站65个。事故统计表明，造成设备损坏、导致长时间通信中断的主要原因就是雷害。武衡线段的15个微波站有12个曾遭受雷击影响正常通信，甚至损坏多台设备。n1987年8月1日三门峡站受雷击损坏16台装置柜。n1989年8月30日有5个站遭雷击损坏11块电路盘，通信中断17小时。n1992年6月22日傍晚，北京城区下了一阵中雨。8时左右，雷电击中国国家气象中心大楼楼顶，楼内的大型计算机与小型计算机网络瘫痪，6条同步线路和1条国际同步线路被中断。整个计算机系统停止工作46小时，气象业务受到严重影响，损失数十万元，次日中央电视

124、台气象预报空白。因为大楼装有避雷针，使闪电由避雷针引入大地，所以大楼、人员及普通设备安然无恙，但是雷电流在四周产生的巨大脉冲电磁场，却损坏了具有极为敏感的微电子器件及计算机系统。n1993年5月17日和6月3日，雷击广西人民银行证券中心，击坏计算机16台，损失11万元。广西南宁市两个专业银行的计算机网络及电信局程控机也同时损坏。n1994年7月5日和17日两天，四川省气象局业务系统连遭雷击，计算机网络、气象雷达、卫星接收系统等电子设备被损坏。n1995年9月3日19时55分到4日21时26分，河南省三门峡市出现强雷雨天气，致使中国工行三门峡市湖滨支行遭受严重雷击，当即击毁计算机16部、内部电话

125、总机1台，直接经济损失15万元。n1996年8月31日，华夏证券公司广州分公司遭雷击，损坏彩色及单色LBE大屏幕设备、交换式集成器、四块电话语音卡、微机设备等，经济损失约28多万元。1996年6月22日晚9时前后，天空乌云密布，雷声隆隆，忽远忽近。一声巨响之后，北京东直门附近一座居民楼2至6层的20户居民中，15台电视机被强大的雷电击毁；一层办公室中的视盘机、一台触摸式台灯和小型程控电话交换机也被雷击损坏；邻近的一栋楼上，也有数台电话机遭到破坏。据报道，同日西城区展览路也有居民的电视机和单位的电话机遭到雷击。n1997年10月13日吉山珠村化工仓库遭雷击造成严重的火灾爆炸事故，烧毁两座共贮存2

126、40吨纯苯的简易仓库，直接经济损失70万元。幸好消防部门扑救及时，不致使爆炸蔓延酿成更大灾害。n1998年7月29日上海市某电子工程有限公司智能大楼遭雷电袭击，楼内安防管理监控报警、对讲系统、6只摄像机、13部电梯的电脑控制程序遭损坏，损失严重。n1999年8月9日，吉林省蛟河发生雷害，天岗地区某单位的通讯设备被雷击毁，当地1000余台电视机和300余部电话出现故障。雷害发生后的36小时内，远离百里的蛟河市区，市话、手机全停，银行专线无法正常运行，损失严重。相当多的公安机关的专线和军事机关的雷达也受到雷击。n2001年2月21日凌晨，由于大雾闪络造成外部电网对邯郸钢铁股份有限公司电力供应中断，

127、使炼铁、炼钢、轧钢三大系统全面停产，这是公司历史上从未有过的特大事故。由于停电影响，炼铁厂全部高炉断水、断电、断气，不同程度发生灌渣、烧坏冷却设备等事故；炼钢系统导致铁水、钢水落地，部分铁包、钢包损坏；轧钢系统造成部分设备损坏。本次停电事故，给公司生产带来严重影响，初步估计直接经济损失达数千万元。n从以上的雷电事故来看，自二十世纪八十年代以来，我国几乎每年都有由于雷电引起的弱电系统重大事故发生，这也说明对于弱电系统的防雷保护措施还有待加强。因此，对于弱电系统的防雷保护的各项措施还应不断完善。n7.3.2500kv曲江变二次雷害分析n500kV曲江变电站地处广东省韶关市，是粤北地区第一个500k

128、V变电站，是粤北电网的重要枢纽，担负着粤北电网与省网的连接和功率交换，对粤北乃至整个广东省电网的安全、稳定运行起着十分重要的作用。站内包括500kV，220kV和35kV3个电压等级，是目前国内综合自动化水平最高的500kV变电站之一。n曲江变电站系统采用分层分布式结构，综合了常规控制仪表屏、继电保护装置屏、模拟屏、变送器屏、远动装置屏、中央信号系统及保护、控制全微机化等特点，实现了测量、控制、自检、保护信息自传、电度量采集、电气五防闭锁、远传等自动化功能。500kV曲江变电站和所有500kV变电站一样，有如下特点：线路和设备的电压等级高，工作电流大，设备本身外形尺寸均很大，例如：500kV变

129、压器和并联电抗起套管的对地距离近9m，断路器和隔离开关的本体高度近7m，避雷器高度近6.5m。n500kV曲江变电站与330kV及以下变电站相比，具有很多特点，就二次系统而言，有35：n对控制系统的可靠性要求高。500kV变电站的容量大、电压高、出线回路数多，在电力系统中一般都是电力输送的枢纽性变电站，所以，500kV变电站在电力系统中的地位是极为重要的。由于控制、保护等方面的任何失误，造成变电站的故障或事故，不仅影响变电站自身的安全运行，而且对电力系统的影响也很大，往往会造成极为严重的后果。因此，要求500kV变电站的控制系统应具有高度的可靠性。n被控制的对象多。除了高压配电装置中大量的断路

130、器和隔离开关需要控制外，还有变压器的有载调压开关、无功功率补偿装置，变电站需要控制的对象数量远远大于330kV及220kV变电站。n控制对象的距离远。由于控制对象远，控制电缆长，加大了控制电缆中的电压降。另外，由于电流、电压互感器二次回路电缆长，引起二次负担加大，影响测量表计和继电保护装置测量环节测的准确度，甚至有可能造成这些装置的不正常工作。n控制电缆用量大。由于在500kV变电站中，被控制的对象多，控制距离远，控制、信号、继电保护的接线也比较复杂，引起电缆用量的大幅度增加。n自动化水平要求高。随着电力系统的不断发展，为保障安全可靠地供电，对电力系统自动化水平要求也越来越高。n抗干扰问题突出

131、。n因此，500kV变电站的正确设计和安全运行十分重要。由于近年来计算机技术的飞速发展，在二次系统方面，近年来大力发展变电站自动化系统，其中以变电站的综合自动化系统和电力系统的能量管理系统应用最为有成效。n与此同时，曲江变电站建于众山环绕之间，处于雷击频繁的环境，几乎每年均要遭受雷电的危害，特别是在韶关5，6月份的雷雨季节，该站的计算机综合自动化系统雷害事故频发。特别值得一提的是，2005年5月12日和2006年09月09日该变电站分别发生了两起比较严重的雷电侵害事故，直接影响了该变电站的安全、稳定运行。n7.3.2.12005年雷害事故故障分析n2005年5月12日05时55分，曲江站运行人

132、员在检查设备过程中，发现曲北甲线5012、5013开关跳闸，中调、地调自动化系统及曲江站监控系统后台无报警记录。对500kV继保室检查：操作箱跳闸指示灯亮，但保护没有动作。对现场检查：500kV曲北甲线5012、5013开关三相在分闸位置，设备外表正常，开关空气压力及SF6气体压力正常。此时后台机及模拟屏上显示500kV曲北甲线5012、5013开关在合闸位置，无任何相关信息、报文，预告信号显示正常，后台监控系统500kV电气设备遥测值不刷新。n据雷电定位系统显示，当5012、5013开关跳闸期间曲江站附近雷电频繁，开关跳闸时曲北甲线线行离曲江站约1km处有雷击，雷电流幅值约62千安。n事故发

133、生后，根据现场有关故障信息初步判断500kV曲江站监控系统500kV间隔层通信完全中断，为尽快排除故障，恢复系统并查明故障原因，通过对保护装置、故障录波系统、自动化系统、雷电定位系统等站内设备在故障发生时所记录的信息，现场初步分析如下：n根据雷电定位系统显示，当5012、5013开关跳闸期间曲江站附近雷电频繁，开关跳闸时在曲北甲线线行离曲江站1km处有雷击，其中有一雷击产生时间与曲北甲线的跳闸时间相符，距离曲北甲线N3塔约为292米，离控制室约为900米，雷电流为62kA。从录波图反映曲北甲线n电流、电压均正常，证明当时雷电可能落在曲北甲线避雷线上，并经曲北甲线构架设置的接地线引入曲江站地网。

134、n根据监控系统异常信息，初步判断曲江站500kV监控系统在故障时出现异常，并有受到雷电侵入的迹象。n综合以上分析可做如下结论：5月12日曲江站曲北甲线避雷线遭受雷击时，雷电波沿线路侵入变电站后台，由曲北甲线的信号（遥信、闭锁、同期）回路（DC+55V，在测控屏与工作电源并接）串入，使电源模块的各组输出（VCC、VDD、+12V）产生了不同程度的干扰，造成曲江站总控A，总控C10、C13稳压管被击穿，总控CAN网，曲北甲线高抗测控装置CAN网接口故障的现象。在遥控执行回路，造成全部光耦开放，造成正常遥控逻辑（开始选择返较执行）混乱，遥控模块的出口继电器向操作箱手跳回路发出11ms12ms的脉冲操

135、作电压。当5011、5012、5013开关操作箱收到这一跳闸脉冲后，由于手跳继电器动作特性存在一定的差异，导致5012开关三相跳闸、5013开关BC相跳闸，再经开关三相不一致保护跳开A相、5011开关没有跳闸。n经过测试，曲江变电站接地网和各接地线的接地电阻值均符合规程要求。但对于设备保护而言，小于4的接地电阻，即满足要求，因为建筑物之220V/380V用电设备的绝缘耐冲击电压按国际电工委员会的n规定最大为6kV。但雷电流的幅值如取其雷电发生概率40%时的量值约为40kA，当雷电流侵入设备，即使设备保护接地电阻为1，但设备电源或信号输入端的雷电电压已达40kV，是上述耐冲击电压6kV的6.7倍

136、，可见在防止用电设备绝缘被击穿，仅靠降低地阻是不行的，需在设备的电源，信号传输线输入端子接地系统之间装设电子避雷器，在雷电流侵入的瞬间起动，泄放雷电能量互接地系统，形成瞬间暂态等电位，从而保护设备。n针对以上情况，我们对曲江变电站的系统防雷进行了调查了解，这个过程中发现变电站的一次防雷系统基本上比较完善，主要的薄弱部分是在二次弱电设备的防护上。分析这些原因，主要是由于变电站的微电子设备在更新换代和升级过程中，设备的功能和性能在使用了大规模的微机设备后有了大幅度提高，但这些设备的防过电压能力相对于电磁型装置却相当低，在变电站微电子设备更新换代的过程中，对其防过电压的措施未能完善，这样一旦变电站一

137、次防雷设备有雷电流流过或其它干扰出现时，就极有可能对变电站的二次造成损坏或使其不正确动作。n可见，该次事故是由于雷击线路，雷电波经配电变压器传递至变电站的低压输电电缆，而曲江变电站的低压电源系统和通信系统无任何的过电压保护措施，雷电过电压得不到有效限制，在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成干扰、击穿而引发的。7.3.2.22006年事故分析n500kV曲江变电站经过2005年事故后的二次系统防雷改造，已拥有了比较完善的低压防雷保护措施，并且取得了一定成效。但是在采取了这些措施后，2006年09月09日，曲江变电站附近有强烈的雷电现象。据雷电定位系统显示如图2.4，00：45分500kV曲花甲线距离

138、曲江站约1km处有雷击，雷电流幅值约9.5千安。5012开关单相开关保护动作且重合成功，同时后台监控机出现大量500kV部分遥信数据刷新，随后很快发现500kV部分遥测数据停止刷新，现场检查为通信CAN网中断。根据现场勘查情况来看，曲江变电站虽有比较完善的二次系统防雷保护措施，但接地系统却还存在严重问题。n1）现场实验n1、对测控屏外壳接地电阻与测量测控屏至保护操作箱之间的二次控制电缆绝缘进行检测；对各电缆芯对地、各电缆芯之间的绝缘检测，电缆屏蔽层接地检测，其结果均正常。n2、对现场的各条控制、信号、电源电缆敷设及接地，站内地网参数等进行了认真的检查，检查结果证实，有关线缆敷设及其接地情况良好

139、，站内地网接地电阻为0.13欧。n表71各测控装置屏的接地状况n3、对曲江变电站二次系统等电位接地铜网进行检查。该变电站各保护屏柜均架在槽钢上与主地网相联接，对微机进行保护的低压避雷器接地引下线接至屏柜下方的等电位接地铜排上，铜排与屏柜之间是用绝缘子支起来（图2.5圈处所示）。同时，各屏内的接地排用铜缆一一连接起来，并且在电缆间内铜缆也用绝缘子支持钉在支架上（如图2.6圈处所示），最后在控制室内一点接地（如图2.7所示）。实际上，这种做法存在很大问题。n图76曲江变电站微机屏柜内接地实物图n图77曲江变电站电缆间内接地铜缆架设点实物图n图78等电位连接铜缆在电缆间一点接地实物图n2）事故原因分

140、析n当变电站遭受雷击时，雷电流经避雷器或避雷针接地引下线流入接地网，由于地网的接地阻抗，特别是感抗的作用，使得在雷电流下的地网电位极不均匀，不同两点间的电位差也会很大。国家电网公司十八项电网重大反事故措施（下文简称反措）继电保护专业重点实施要求，根据开关场和一次设备安装的实际情况，敷设与厂、站主接地网紧密连接的等电位接地网，为二次设备和二次电缆敷设专用接地铜排，构造等电位面，消除地电位差干扰。现代防雷理论里最主要的是均压等电位连接，可以把具体实施雷电防护的措施及各种方法看成是均压等电位连接网络的形成。根据设备所处位置，不仅要对内部的金属部件及信息系统做等电位连接，而且需要对穿越各界面的金属部件

141、及信息系统在各界面处做等电位连接。n曲江变电站在执行反措继电保护专业重点实施要求时，按照该要求规定敷设了专用等电位连接铜网，并将各控制屏柜铜排用铜缆连接起来一点接地，实际上这种做法是存在很大问题的。n图79曲江变电站微机系统接地简图n图2.8为曲江变电站微机系统接地简图，在这种情况下，根据保护室的大小不同，用于连接接地铜排的铜缆前后绕行最少200米，不能忽视铜缆在雷电流作用下的电感值。所以当雷击变电站等有高频干扰的情况下，由于接地点相距较远造成的地电位差，屏柜与其内部芯片将处于不同的电位，其电位差为低压避雷器动作的残压和铜缆的等效电感上的电压之和，即：其中，Ud为在微机内部产生的电位差，Ur为

142、避雷器残压，i为流过铜缆的电流值，L为电缆在雷电流作用下的电感值。n可以看出，曲江变电站的这种一点接地的等电位连接方法，用于等电位连接的铜缆长度太长，由于地电位差异，在微机系统内产生的电位差将随着铜缆电感值和雷电流陡度的增加而增加。对于一些尖峰脉冲，其di/dt值很大，这样Ud就会远远高出微机的耐压水平，而导致其失灵和损坏。这种接法实际上反而引入了高电位，当有雷电侵入时，避雷器不动作时，说明冲击电压尚在微机的承受范围内。一旦避雷器动作，由于上述两部分电压的影响，很容易引发二次设备误动作甚至击穿。n例如，根据雷电流在连接线上产生电压的式子U=Ldi/dt，假如连接铜缆长达到5m，20kA(8/2

143、0s)雷电流通过防雷器时，防雷器两端电压被限制在1kV，而连接线上由感抗引起的电压却达到了3.8kV，使得总的残压达到了4.8kV。这时，防雷器是工作了，但加在设备上的仍是危险电压。n综合以上的现场检测、实验和理论分析，可以看出，2006年这次事故是由于变电站附近落雷，雷电强度大，雷电形成的很强的电场在通信和控制线路上产生了很高的感应过电压，并沿着线路传递至接在低压电网上的通信系统，通信接口处的浪涌保护器动作，将雷电感应过电压泄放入专用等电位连接铜网。由于该变电站二次系统等电位连接的铜缆采用的是存在严重问题的一点接地方式，约有200米铜缆在雷电过电压冲击下的等效电感上产生的反击过电压，加之浪涌

144、保护器的残压，对通信系统进行反击，打坏通信CAN网，造成了该次事故。第四节弱电系统的防雷器件及装置n7.3.1气体放电管n1气体放电管结构n气体放电管采用陶瓷密闭封装，内部由两个或数个带间隙的金属电极，充以惰性气体（氩气或氖气）构成。当加到两电极的电压达到使气体放电管内的气体击穿时，气体放电管便开始放电，并由高阻变成低阻，使电极端的电压不超过击穿电压。n火花间隙为两个形状像牛角的电极，彼此间有很短的距离。当两个电极间的电位差达到一定程度时，间隙被击穿打火放电，由此将过电流释放入地。气体放电管可以用于数据线、有线电视、交流电源、电话系统等方面进行浪涌保护，一般期间电压范围从7510000V，耐冲

145、击峰值电流为20000A，可承受高达几千焦耳的放电。n优点：放电能力强，通流容量大（可做到100kA以上），绝缘电阻高，漏电流小；n缺点：残压高（24kV），反应时间慢（100ns），动作电压精度较低有跟随电流（续流）。n2气体放电管的特性n气体放电管也称避雷管。气体放电管具有很强的浪涌吸收能力、很高的绝缘电阻和很小的寄生电容，对正常工作的设备不会带来任何有害影响。但它对浪涌的起弧响应，与对直流电压起弧响应之间存在很大差异。如90V气体放电管对直流的起弧电压就是90V，而对50kV/s的浪涌起弧最大值可达到1000V。这表明气体放电管对浪涌电压的响应速度较低，故它比较适合作为线路和设备的一次保

146、护。n气体放电管是把一对放电间隙封装在充以放电介质（如惰性气体）的玻璃或陶瓷中，即构成气体放电管。常用的放电管冲击击穿电压在一百多伏到几千伏，一旦冲击过电压达到放电管冲击击穿电压时，管内气体电离，放电管由原来的开路状态变为近似短路。n气体放电管在电路中和被保护的设备并联。没有浪涌电压时，放电管的阻抗非常大，不会导通。当浪涌电压入侵时，放电管里的气体分子发生电离，产生出自由电子和正离子，这时气体就变得能导电了。此时，管压降下降，使设备两端电压降低，这样给浪涌电压提供了泻放通路，保护设备或系统免收雷电过电压的损坏。n放电管允许的放电电流和放电时间有关。电流愈大，不损坏放电管所允许的时间就愈短。放电

147、后，放电管要经过一段所谓恢复时间才能恢复原来的特性，放电电流愈小，放电时间愈短，则恢复时间也愈短。气体放电管由于气体放电的特性，所以，它的浪涌吸收能力较大，可大于10kA（几十微秒），但它对浪涌电压响应速度较低。n虽然放电管具有可承受很大电流冲击的能力，且体积小、价格低，但它响应速度慢，在导通期间近似变为短路，有可能造成上一级空气开关跳闸。在一些不允许短暂中断电源的场合不应采用放电管来保护。但由于其价格便宜，在一般要求不高的场合，可用它作为第一级或第二级保护元件。n3气体放电管的主要参数n（1）反应时间：反应时间是指从外加电压超过击穿电压到产生击穿现象的时间，气体放电管反应时间一般在s数量级。

148、n（2）功率容量：功率容量是指气体放电管所能承受及散发的最大能量，其定义为在固定的8/20s电流波形下，所能承受及散发的电流。n（3）电容量：电容量是指在特定1MHz频率下测得的气体放电管两极间电容量。气体放电管电容量很小，一般为小于等于1pF。n（4）直流击穿电压：当外施电压以500V/s的速度上升，放电管产生火花时的电压为击穿电压。气体放电管具有多种不同规格的直流击穿电压，其值取决于气体的种类和电极间的距离等因素。n（5）温度范围：气体放电管的工作温度范围一般在55+125之间。n（6）绝缘电阻：绝缘电阻是指在外施50V或100V直流电压时测量的气体放电管电阻，一般大于1010。7.3.2

149、氧化锌压敏电阻n1氧化锌压敏电阻器微观结构及特性n氧化锌压敏电阻器是一种以氧化锌为主体、添加多种金属氧化物、经典型的电子陶瓷工艺制成的多晶半导体陶瓷元件。它的微观结构如图77所示。氧化锌陶瓷是由氧化锌晶粒及晶界物质组成的，其中氧化锌晶粒中掺有施主杂质而呈N型半导体，晶界物质中含有大量金属氧化物形成大量界面态，这样每一微观单元是一个背靠背肖特基势垒，整个陶瓷就是由许多背靠背肖特基垫垒串并联的组合体。图77是压敏电阻器的等效电路。n图77微观结构n氧化锌压敏电阻器的典型VI特性曲线如图78所示：n图78压敏电阻器伏安特性曲线n预击穿区：在此区域内，施加于压敏电阻器两端的电压小于其压敏电压，其导电属

150、于热激发电子电导机理。因此，压敏电阻器相当于一个10M以上的绝缘电阻(Rb远大于Rg)，这时通过压敏电阻器的阻性电流仅为微安级，可看作为开路。该区域是电路正常运行时压敏电阻器所处的状态。n击穿区：压敏电阻器两端施加一大于压敏电压的过电压时，其导电属于隧道击穿电子电导机理(Rb与Rg相当)，其伏安特性呈优异的非线性电导特性，即：nI=CV（78）n其中I通过压敏电阻器的电流；nC与配方和工艺有关的常数；nV压敏电阻器两端的电压；n为非线性系数，一般大于30。n由上式可见，在击穿区，压敏电阻器端电压的微小变化就可引起电流的急剧变化，压敏电阻器正是用这一特性来抑制过电压幅值和吸收或对地释放过电压引起

151、的浪涌能量。n上升区：当过电压很大，使得通过压敏电阻器的电流大于约100A/cm2时，压敏电阻器的伏安特性主要由晶粒电阻的伏安特性来决定。此时压敏电阻器的伏安特性呈线性电导特性，即：nI=V/Rg（79）n上升区电流与电压几乎呈线性关系，压敏电阻器在该区域已经劣化，失去了其抑制过电压、吸收或释放浪涌的能量等特性。n根据压敏电阻器的导电机理，其对过电压的响应速度很快，如带引线式和专用电极产品，一般响应时间小于25纳秒。因此只要选择和使用得当，压敏电阻器对线路中出现的瞬态过电压有优良的抑制作用，从而达到保护电路中其它元件免遭过电压破坏的目的。n2特点n(1)通流容量大n(2)限制电压低n(3)响应

152、速度快n(4)无续流n(5)对称的伏安特性(即产品无极性)n(6)电压温度系数低n3氧化锌压敏电阻器应用及注意事项n（1）氧化锌压敏电阻器应用原理n压敏电阻器与被保护的电器设备或元器件并联使用。当电路中出现雷电过电压或瞬态操作过电压Vs时，压敏电阻器和被保护的设备及元器件同时承受Vs，由于压敏电阻器响应速度很快，它以纳秒级时间迅速呈现优良非线性导电特性(见图103中击穿区)，此时压敏电阻器两端电压迅速下降，远远小于Vs，这样被保护的设备及元器件上实际承受的电压就远低于过电压Vs，从而使设备及元器件免遭过电压的冲击。n（2）氧化锌压敏电阻器的参数选择n根据被保护电源电压选择压敏电阻器的规定电流下

153、的电压V1mA。一般选择原则为：n对于直流回路：V1mA2.0VDCn对于交流回路：V1mA2.2V有效值n如果电器设备耐压水平Vo较低，而浪涌能量又比较大，则可选择压敏电压V1mA较低、片径较大的压敏电阻器；如果Vo较高，则可选择压敏电压V1mA较高的压敏电阻器，这样既可以保护电器设备，又能延长压敏电阻使用寿命。n（3）氧化锌压敏电阻器的使用方法n压敏电阻器是一种无极性过电压保护元件，无论是交流还是直流电路，只需将压敏电阻器与被保护电器设备或元器件并联即可达到保护设备的目的(如图79所示)n图79压敏电阻器接线图n当过电压幅值高于规定电流下的电压，过电流幅值小于压敏电阻器的最大峰值电流时(若

154、无压敏电阻器足以使设备元器件破坏)，压敏电阻器处于击穿区，可将过电压瞬时限制在很低的幅值上，此时通过压敏电阻器的浪涌电流幅值不大(100A/cm2),不足以对压敏电阻器产生劣化；当过电压幅值很高时，压敏电阻器将过电压限制在较低的水平上(小于设备的耐压水平)，同时通过压敏电阻器的冲击电流很大，使压敏电阻器性能劣化即将失效，这时通过熔断器的电流很大，熔断器断开，这样既可使电器设备、元器件免受过电压冲击，也可避免由于压敏电阻器的劣化击穿造成线路LN、LPE之间短路(推荐的熔断器规格见表71)。n表71推荐熔断器规格n压敏电阻器在电路的过电压防护中，如果正常工作在预击穿区和击穿区，理论上是不会损坏的。

155、但由于压敏电阻器要长期承受电源电压，电路中暂态过电压、超能量过电压随机的不断冲击及吸收电路储能元件释放能量，因此，压敏电阻器也是会损坏的，它的寿命根据所在电路经受的过电压幅值和能量的不同而不同。n7.3.3齐纳TVS（TransientVoltageSuppressor）二极管nTVS的工作有点像普通的稳压管，是钳位型的干扰吸收器；其应用是与被保护设备并联使用。TVS具有极快的响应时间（亚纳秒级）和相当高的浪涌吸收能力，可用于保护设备或电路免受静电、电感性负载切换时产生的瞬变电压，以及感应雷所产生的过电压。n1TVS的特性nTVS的电路符号和普通的稳压管相通。其正向特性与普通二极管相同，反向特

156、性为典型的PN结雪崩器件。在浪涌电压作用下，TVS两极间的电压由额定反向关断电压VWM上升到击穿电压VBR，而被击穿。随着击穿电流的出现，流过TVS的电流将达到峰值脉冲电流IPP，同时在其两端的电压被钳位到预定的最大钳位电压VC以下。其后，随着脉冲电流按指数衰减，TVS两极间的电压也不断下降，最后恢复到初态，这就是nTVS抑制可能出现的浪涌脉冲功率，保护电子元器件的过程。当TVS两极受到反向高能量冲击时，它能以99数量级的速度，将其两极间的阻抗由高变低，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电位钳位于预定值，有效保护电子设备的元器件免受浪涌脉冲的损害。TVS具有相应时间快、瞬态功率大、漏电流低、

157、击穿电压偏差小、钳位电压容易控制、体积小等优点，目前已被广泛应用于家用电器、电子仪表、通信设备、电源、计算机系统等各个领域。n2TVS的主要参数n（1）最大反向漏电流ID：当最大反向工作电压施加到TVS上时产生的一个恒定电流称为最大漏电流。当TVS用于高阻抗电路时，这个漏电流是一个重要的参数。n（2）击穿电压VBR：VBR是TVS最小击穿电压，指器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电流条件下所测得的器件两端的电压值。在25时，低于这个电压TVS是不会发生雪崩的。当TVS流过规定的1mA电流（IR）时，加于TVS两极的电压为其最小击穿电压VBR。按TVS的VBR与标准值的离散程度，可把VBR分为

158、5%和10%两种。对于5%的VBR来说，VWM=0.85VBR；对于10%来说，VWM=0.81VBR。n（3）击穿电流IR：指器件在发生击穿的区域内，在规定的试验电压条件下所测得的流过器件的电流值。n（4）最大反向工作电压VWM：该电压是指器件反向工作时，在规定的漏电流下，器件两端的电压值，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流ID。通常取：nVWM=（0.80.9）VBRn在这个电压下，器件的功率消耗很小。n（5）最大反向峰值脉冲电流IPP：该参数是指在反向工作条件下，在规定的脉冲时间内器件所允许通过的最大峰值脉冲电流。n（6）最大钳位电压VC：当持续时间为20s的脉冲峰值电流IPP流过

159、TVS时，在其两端出现的最大峰值电压称为最大钳位电压。最大钳位电压与击穿电压之比称为钳位系数。一般钳位系数取之为1.33（在总的额定功率下）或1.20（在50%的额定功率下）。最大钳位电压VC和最大峰值脉冲电流IPP，反映了TVS的浪涌抑制能力。n（7）电容量C：电容量C是由TVS雪崩结截面积决定的，是在特定的1MHz频率下测得的。C的大小与TVS的电流承受能力成正比，C太大将使信号衰减。因此，C是数据接口电路选用TVS的重要参数。n（8）最大峰值脉冲功耗PM：PM是TVS能承受的最大峰值脉冲功率耗散值。在给定的最大钳位电压下，功耗PM越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功耗PM，钳位电压

160、VC越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且，TVS所能承受的瞬态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比）为0.01%。如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的累积，有可能损坏TVS。n7.3.4SPD浪涌防护器n1SPD浪涌保护器的性能特点n在正常情况下，SPD呈现高阻状态；当电路遭遇雷击或出现过电压时，SPD呈现低阻状态，在纳秒级时间内实现低阻导通，瞬间将能量泄入大地，将过电压控制到一定水平；当瞬态过电压消失后，SPD立即恢复到高阻状态，熄灭在过电压通过后产生的工频续流。n（1）最大持续运行电压Ucn在22038

161、0三相系统中选择SPD时，其最大持续运行电压Uc应根据不同的接地系统形式来选择，如表102所示。n表72最大持续运行电压UCn注：UC最大持续运行电压；Uo相线中性线间的标称电压，在220/380V三相系统中UC=220V；共模保护（MC）指的是相线对地和中性线对地的保护；差模保护（MD）指的是相线对中性线间的保护，对TT系统和TNS系统时必需的。n当电源采用TN系统时，从建筑物内总配电盘（箱）开始引出的配电线路和分支线路必须采用TNS系统；n在下列场所应视具体情况对氧化锌压敏电阻SPD提高上述规定的Uc值：na供电电压偏差超过所规定的10的场所；nb谐波使电压幅值加大的场所。n(2)冲击电流

162、Iimpn规定包括幅值电流Ipeak和电荷。n(3)标称放电电流Inn流过SPD、820电流波的峰值电流，用于对SPD做级分类试验，也用于对SPD做级和级分类试验的预处理。对I级分类试验In不宜小于15kA，对级分类试验In不宜小于5kA。n(4)电压保护水平Upn即在标称放电电流In下的残压，或浪涌保护器的最大钳压。n为使被保护设备免受过电压的侵害，SPD的电压保护水平Up应始终小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoc，并应大于根据接地类型得出的电网最高运行电压Usmax（详见表10），即要求UsmaxUpUchoc。nn(5)级分类试验的最大放电电流Imaxn流过SPD、820电流波的峰值电

163、流。用于级分类试验，ImaxIn。n2浪涌保护器的分类n（1）电压开关型SPDn无电涌时呈高阻抗，在电涌瞬态过电压下突变为低阻抗，如放电间隙、充气放电管等，一般用于LPZ0区、LPZ1区。n（2）限压型SPDn无电涌时呈高阻态，随着电涌增大，阻抗连续变小，如压敏电阻、抑制二级管等，一般用于LPZ1区、LPZ2区等。n（3）组合型SPDn由电压开关型和限压型组件组合而成。n3浪涌保护器选择的几个原则n（）SPD的电压保护水平Up应始终小于被保护设备的冲击耐受电压Uchoc，并且大于根据接地类型得出的电网最高运行电压Usmax，即UsmaxUpUchoc，若线路无屏蔽，尚应计入线路感应电压，Uch

164、oc宜按其值的80考虑；n（）SPD与被保护设备两端引线应尽可能短，控制在0.5以内；n（）如果进线端SPD的Up加上其两端引线的感应电压以及反射波效应与距其较远处的被保护设备的冲击耐受电压相比过高，则需在此设备处加装第二级SPD，其标称放电电流In不宜小于8203kA；当进线端SPD距被保护设备不大于10时，若该SPD的Up加上其两端引线的感应电压小于设备的Uchoc的80，一般情况在该设备处可不装SPD；n（）当按上述第3点要求装的SPD之间设有配电盘时，若第一级SPD的Up加上其两端引线的感应电压保护不了该配电盘内的设备，应在该配电盘内安装第二级SPD，其标称放电电流In不宜小于8205

165、kA；n（）当在线路上多处安装SPD时，电压开关型SPD与限压型SPD之间的线路长度不宜小于10，限压型SPD之间的线路长度不宜小于。例如：被保护设备与配电中心距离较近，在线路敷设上可特意多绕一些导线；n（）当进线端的SPD与被保护设备之间的距离大于30时，应在离被保护设备尽可能近的地方安装另一个SPD，通流容量可为8kA；n（）选择SPD时应注意保证不会因工频过压而烧毁SPD，因SPD是防瞬态过电压（级），工频过电压是暂态过电压（ms级），工频过电压的能量是瞬态过电压能量的几百倍，因此，应注意选择较高工频工作电压的SPD；n（）SPD的保护：每级SPD都应设保护，可采用断路器或熔断器进行保护

166、，保护器的断流容量均大于该处最大短路电流；n（）此外，选用SPD时还应注意：响应时间尽可能快；使用寿命的长短、价格因素、可维护性要好、通流容量的大小、耐湿性能等方面。n第四节弱电系统的防雷措施n弱电系统的防雷及过电压保护是一种系统工程，必须综合运用分流（泄流）、均压（等电位）、屏蔽、接地和保护（箝位）等各项技术，构成一个完整的防护体系，才能取行明显的效果。分流（泄流）：是对于可能出现的直击雷。靠接闪器引下线和接地装置，或通过导电连接和接地良好的金属构架，将雷电流分流流散入地，而不流过被保护设备和部件。n均压（等电压）：是对同一楼层同一部位的不同电缆外皮、设备外壳、金属构架、管道做电气搭接，以均

167、衡电位。n屏蔽：是采用屏蔽电缆，利用人工屏蔽箱、自然屏蔽体来阻挡、衰减过电压能量。n接地：是将所有金属构架、管道、电缆屏蔽层等与总接地网连接。n（箝位）保护：是在电源线、信号线、接地线等过电压可能侵入的所有端口，装设必要的浪涌过电压保护装置；络信号线上装设多级保护；将侵入的冲击过电压箝制埋耐压允许的水平。n变电站外部防雷设施(避雷针、线、网、带)在接闪过程中，可泻放50的雷电能量，其余的50要通过建筑物本身的金属结构件、电源进线、通讯信号线、天馈线、网络线进入建筑物内部。为了使建筑物内的人身、设备不受雷击，使浪涌过电压的伤害、损坏，必须做防雷保护。防雷设计就是为被保护设备构建一个均压等电位系统

168、，通过所安装的电涌保护器逐级把雷电电流泻放入地，达到真正保护设备的目的。n无论雷电过电波从任何途径入侵，都必须在最短的时间(纳秒级)内，就近、就地的将被保护线路及设备接入等电位系统中，使线路和设备各个端口等电位。同时释放电路上因雷击而产生大量脉冲能量，以最短的路径泄放到大地，最大限度的降低设备各端口的电位差，从而达到保护线路及设备的目的。通过各项防雷措施，为变电站站内设备提供一个良好的环境，具体有下列几个方面：n1）、通过安装在低压配电线路和信号线路上的电涌保护器把能量巨大、来势汹涌的雷电流在纳秒级的时间内泄放入地，保护自动化系统通信和配电设备；n2）、吸收线路上的感性负载和容性负载的“通”“

169、断”引起的浪涌电压及对相电压可能的误输入电压的保护；n3）、保证变电站用电设备的安全运行和工作人员的安全。n为了防止因雷击电磁脉冲、开关电磁脉冲和静电放电等原因对电子设备造成的损坏。国际和国内的标准化组织发布了一系列的标准和规范。IEC61312及GB5005794(2000)分别提出和规定了系统防护的概念和方法。在建筑内外建立均压等电位系统，并在实际的应用中得到了良好的效果。现代意义的防雷，其工作重点已经从以建筑物为重点保护对象，发展到以电子信息系统为核心的保护，强调综合治理、整体防御、分级泄流、层层设防的思路，把防雷看成一个系统工程。n图710二次设备防雷措施n一个欲保护的区域，从电磁兼容

170、(EMC)的观点来看，由外到内可分为几级保护区，最外层是0级，是直击雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。从0级保护区到最内层保护区，必须实行分级保护。对于电源系统，分为、级，如表5.1所示，从而将过电压降到设备能承受的水平；对于信息系统，则分为粗保护和精细保护：粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度来进行选择，通常在无法计算的情况下，雷电流约有50%是直接流入大地，还有50%将平均流入各电气通道(如电源线、信号线和金属管道等)。n表73220/380V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值n机房所在建筑物的外部防直击雷设施承担了50%的雷电电磁脉冲能量，剩下5

171、0%的雷电电磁脉冲能量将通过进出建筑物的各种管线(包括微波、卫星接收装置)以感应雷的方式对计算机设备和网络设备造成损坏。因此，建筑物内部防雷是防雷系统中更加重要的一环。n（一）电源部分n变电站低压（400V）侧需装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压。为了保证电气设备的安全运行，在加装避雷器时，一定要限制避雷器的残压，同时把侵入波的陡度限制在一定值以内。此外所有设备到避雷器的电气距离都在保护范围内，相对于主变压器而言，变压器与避雷器之间允许的最大距离为：n其中：Up变压器冲击电压最大值，kV；nUr避雷器残压，kV；n雷电波陡度，kV/；nv雷电波速度，m/；nCr变压器入口电容，F；n C0避

172、雷器到变压器连线单位长度的电容，F。n上述公式只适用于一路进线的变电站，对两路以及以上变电站，一路波可以从另外几路分流出一部分，此时为：n式中：k11，并且k1随着回路数的增加而增大。n不过，对于同杆架设的双回线有同时受雷击的可能，所以在决定l值时该回线只按一路考虑。如果避雷器至主变压器的电气距离超过允许值时，应在变压器附近再增装一组避雷器才能保护主设备的安全。n由于雷电波具有峰值高、能量大等特点，应在电源进线处装浪涌保护器保护整个装置。雷电波经浪涌保护器后，信号中仍含有部分高频分量和较高能量对电源系统构成危害55，因此可以采用LC低通滤波器进行滤波和加装压敏电阻(MOV)对雷电能量进行吸收。

173、MOV有较好的非线性56，可以将电压钳位到安全范围内。其防雷保护装置（SPD）原理如图3.1中虚线部分所示。n图711低压电源保护示意图n变电站内雷电干扰的频率主要分布在1MHz左右，大致分布在100KHz10MHz频率范围内。为了保证电子设备正常工作，必须将这范围内高频分量有效滤除。因此根据，合理选择电感L和电容C参数。L、C参数应按“技术经济比”原则进行选择，不仅要满足技术要求，又要经济实惠。由于电感的体积较大，制造电感线圈比较麻烦，不利于大规模生产和不便于集成化和小型化，所以造价较高，一般为了缩小体积，降低造价，会使用较小的电感。n为了尽量降低进入电源线路的过电压，按照国际电工标准IEC

174、13121技术要求和防雷设计原理，通过多级防雷措施后可以将侵入设备的过电压限制在一个合理的水平。一般电源部分的防雷采用三级防雷保护，这样可以把能量逐级泄放掉，也可以减小LEMP雷击电磁脉冲辐射。n1）、设备所在建筑楼层总配电箱电源引入端配置箱式电源避雷器，作为第一级防雷保护。配置三相四线制防雷器，标称放电电流选用40kA，以实现电源一级防雷粗保护对直击雷进行防护，吸收约90%的雷电能量。预防感应雷击或操作过电压。防雷器分别接在总电源交流配电屏输入端的三根相线及零线与地线之间，三根相线前端串接小型断路器。n2）、设备机房配电箱和直流电源输出入端配置电源防雷器，作为第二级防雷保护。配置单相箱式防雷

175、器，标称放电电流选用20kA，对雷电流或过电作进一步吸一收，保证直流电源和机房设备的安全。防雷器分别接在机房配电箱输入端的三根相线及零线与地线之间，三根相线前端串接小型断路器。n3）、在机房的重要网络机柜或设备如服务器、小型机、路由器、交换机等输入端采用模块式电源避雷器，作为第三级防雷保护。标称放电电流选用5kA，预防感应雷击或操作过电压。n若从室外架空明线引入的电源线路上安装的SPD应选用10/350s波形试验的SPD。埋地引入线路，应选择8/20s波形试验的SPD。电源系统入户为低压架空线路，电缆宜选择安装三相电压开关型SPD作为第一级保护；分配电柜线路输出端选择安装限压型SPD作为第二级

176、保护；在电子信息设备电源进线端选择安装限压型的SPD作为第三级保护。当上一级电涌保护器为开关型SPD，次级SPD采用限压型SPD时，两者之间电缆线隔距应大于10米。当上一级SPD与次级SPD均采用限压型SPD时，两者之间电缆线隔距应大于5米。当不满足要求时，应加装退耦装置。如果配电箱与被保护设备之间的距离大于15米，应在设备前端安装防雷器。n电源多级防护的级间配合n对于一些耐压水平较低，对电源质量要求比较严格的被保护设备，采用单个元件的保护装置的残压显得太高，为了实现较低的残压水平，可以采用两级或多级保护的概念来设计保护装置，各级相互配合，充分发挥各级器件的优点，以实现整体性能优越的目的。n根

177、据IEC613123雷电电磁脉冲的防护第三部分：浪涌保护器的要求中的有关规定，配合的总的目的就是利用SPD将总的威胁值减到被保护设备耐受能力范围以内。各个SPD的浪涌电流额定容量不得超过。n为了确保二个充分配合好，必须满足以下要求：n如果对0Imax之间的每一个浪涌电流值，由SPD2耗散的能量低于或等于SPD2的最大耐受能量，则实现了能量的配合。n基本的配合原则有两个：一是根据静态伏安特性进行配合（除导线外无附加任何去耦元件），适用于限压型SPD，这种配合对级间距离有要求：当SPD间有足够的线路距离时，利用线路自然电感的阻滞作用，可使后级SPD较前级SPD的电流小，实现级间通流配合。二是当SP

178、D没有足够的距离时，使用去耦元件进行配合。使用电感作去耦元件需要考虑雷电流波形，还可以使用电阻作去耦元件。n级间配合主要是能量的配合，对此也可以从电流方面检查。在同样波形下，电流峰值高，能量就大。关于级间距离，GB503432004建筑物电子信息系统防雷技术规范提出“当电压开关型浪涌保护器至限压型浪涌保护器之间的线路长度小于10m，限压型浪涌保护器之间的线路长度小于5m，在两级浪涌保护器之间应加装去耦装置。当浪涌保护器具有能量自动配合功能时，浪涌保护器之间的线路长度不受限制。”CECS1742004建筑物低压电源电涌保护器选用、安装、验收和运行规程提出“当制造商未提供SPD级间配合措施也未提出

179、级间距离要求，金属氧化物电阻SPD与金属氧化物电阻SPD之间电气距离不宜小于10m，非触发式间隙SPD与金属氧化物电阻SPD之间电气距离不宜小于15m，触发式间隙SPD与下一级金属氧化物SPD之间电气距离不宜小于5m。”由于不同制造商生产的产品电压保护水平不同，级间配合的情况也不同，级间距离应以满足级间配合为准而不可能有固定的值。n浪涌保护器的安装n1）安装要求n1、TN系统中SPD宜接在主电路空气开关和熔断器的负荷侧，TT系统中SPD可接在RCD的电源侧或负荷侧。当SPD接在主电路RCD的负荷侧时，所有金属氧化物SPD在电网标称电压下的泄漏电流之和应小n于RCD动作电流的1/10。接在SPD

180、电源侧的RCD可带或不带延时，但应具有不小于峰值3kA，8/20的雷电抗干扰能力。n2、应在SPD支路上串入后备过电流保护器，如断路器、熔断器。该过电流保护器不应在SPD允许通过的最大雷电流下开断，但应能开断该点工频短路电流，并与主电路的过电流保护器满足级间配合要求。空气断路器应选延迟型，C脱扣曲线；与主电路断路器配合。SPD制造厂应提出此后备保护的要求。n3、SPD接入主电路的引线，应短而直，采取各种减少电感的措施，不应形成回环，不宜形成尖锐的转角。上引线(引至相线或中线)和下引线(引至接地)之和应小于0.5m。当引线长度大于0.5m，应采取减少电感的措施:采用凯尔文接线(V形接线)(图3.

181、14(a)；或采用多根接地线并在多处接地(图3.14(b)等。不应将SPD电源侧引线与被保护侧引线合并绑扎或互绞。n图712减小SPD引线电感方法n4、减少设备级SPD与被保护设备间的线路距离，应减少两连线间的环路面积(图3.14(a)，或使用电缆连接(图3.14(b)。n图7-13设备级SPD与设备间的连接方法n5、SPD应在最近的接地等电位连接点，或宜在预埋的接地板上进行接地。当在局部范围内信号接地点与电源接地点是分开的，则电源SPD的接地点应在电源地上。n6、SPD上引线的导线截面积入口级不应小于10mm2(多股绝缘铜线)，接地引线不应小于16mm2(多股绝缘铜线)；中间级、设备级上引线

182、导线截面积不应小于4mm2(多股绝缘铜线)，接地引线不应小于10mm2(多股绝缘铜线)。SPD接地线的截面积应大于上引线的截面积。对接线形式2接法的中线与地间SPD的上、下引线，入口级应大于16mm2(多股绝缘铜线)，其后各级应大于10mm2(多股绝缘铜线)。当采用扁平导体，材料为铜时，其截面积不应小于多股铜线的要求。扁平导体可为裸导体，其厚度不小于2mm，并应保证线间和对地(对机壳)的空气绝缘距离和机械固定。n2）安装位置n（1）在LPZ0A区和LPZ0B区与LPZ1区交界面处连续穿越的电源线路上应安装符合I级分类试验的SPD，如总电源进线配电柜内、配电变压器的低压侧主配电柜内、引出至本建筑

183、物防直击雷装置保护范围以外的电源线路的配电箱内。n（2）在LPZ0B区与LPZ1区交界面处穿越的电源线路上应安装符合级分类试验的SPD，如引出至本建筑物防直击雷装置的保护范围之内的屋顶风机、屋顶广告照明的电源配电箱内。n（3）当电源进线处安装的电涌保护器的电压保护水平加上其两端引线的感应电压保护不了该配电箱供电的设备时，应在该级配电箱安装符合级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ1区和LPZ2区交界面处。如：楼层配电箱、计算机中心、电信机房、电梯控制室、有线电视机房、楼宇自控室、保安监控中心、消防中心、工业自控室、变频设备控制室、医院手术室、监护室及装有电子医疗设备的场所的配电箱内。n（4）

184、对于需要将瞬态过电压限制到特定水平的设备（尤其是信息系统设备），应考虑在该设备前安装符合级分类试验的SPD，其位置一般设在LPZ2区和其后续防雷区交界面处。如：计算机设备、信息设备、电子设备及控制设备前或最近的插座箱内。n（二）信号部分n通信接口的过电压保护设计则较为复杂，下面讨论几种常用通信接口的过电压保护设计。n1、RS232接口过电压保护设计。RS232串行通信具有同步和异步两种方式，虽然它们的工作机理不同，但从防雷的角度看两者之间没有本质的差异，只是通信线数量的多少而已。异步通信方式下只要3条通信线便可工作，而进行同步通信时一般需要l1条通信线，接口电路一般采用双极型IC芯片，信号电平

185、的范围是25V，通信速率一般为480028800b/ps。过电压保护器一般安装在通信线路两端RS232接口上。保护器中设定的保护线数量应根据实际需要来确定，起动电压应根据接口工作电平来选择，保护器的频率特性应满足通信速率的要求。RS232通信接口电路与外部的通信线路之间没有电气隔离，接口电路耐雷电脉冲的能力较差，在选择过电压保护器时，应选用对雷电脉冲响应迅速且残留电压低的保护器件。n2、局域网中通信接口过电压保护设计。局域网的类型较多，常用的网络结构有“以太网”和“令牌环网”等，通信中的总线形式有粗缆，细缆和双绞线，粗缆和细缆的特性阻抗一般是50，信号的传输速率一般是l0、16、100MHz。

186、网络通信线的过电压保护器一般安装在户外网络的进线端和可能产生感应雷电脉冲的通信线路两端或安装在计算机通信接口的前端。过电压保护器的参数和型号选择：当采用双绞线通信时，应根据信号的传输速率和工作电平来选择；当采用同轴电缆通信时，还要考虑通信线路的特性阻抗，使保护器的特性阻抗与之匹配。n3、电话线接口过电压保护设计。利用电话线通信的设备有MODEM或DDU(DigitalDateUnit)等。MODEM通信的传输速率为480028800b/ps，尽管通信速率是可变的，但MODEM在电话线上传输信号的带宽是不变的(一般为3000Hz)。当采用DDU通信时，其通信模式与MODEM不同，一是信号的传输方

187、式采用平衡式传输(要求两条信号线与地线相互绝缘)，二是信号传输带宽增大(一般为64kHz)。因此DDU的电话线接口对过电压保护器的要求要比MODEM高，保护器应满足信号频率带宽和工作电平的要求。另外，设计电话拨号线接口的过电压保护时，应按电话振铃电压值来选择保护器的起动电压参数。n（三）综合雷电防护措施：n（1）二次电源系统防雷击电涌过电压采用了三级防护措施，即：设备所在建筑楼层总配电箱电源引入端配置箱式电源避雷器，作为第一级防雷保护；设备机房配电箱和直流电源输出入端配置电源防雷器，作为第二级防雷保护；在机房的重要网络机柜或设备如服务器、小型机、路由器、交换机等输入端采用模块式电源避雷器，作为

188、第三级防雷保护。n（2）对于信号防雷，在网络通信接口如继保室GPS、总控屏通信两端、直流屏通信线设备等处加装必要的防雷保护装置以确保网络通信系统的安全运行。n（3）针对变电站接地存在的问题，提出了总体和局部等电位连接的设置位置及要求。特别是局部等电位连接的设置，变电站机房比较大、内部设备较多，因此采用M型等电位连接网。这种M型等电位连接网络通过多点接地方式就近并入共用接地系统中去，并形成Mm型等电位连接网络，所敷设的地线等电位连接网格的密度要小，所用材料要有比较大的截面积和表面积。第八章、变电所地电位干扰及防护第八章、变电所地电位干扰及防护措施研究措施研究n第一节第一节 变电所地电位干扰概述变

189、电所地电位干扰概述n变电所的各类保护和控制系统目前均为计算机控制的综合自动化系统，这与过去传统的保护和控制装置相比，是一次技术上的革命。但是计算机综合自动化系统现在面临的一个问题，就是各种干扰的问题。因为计算机综合自动化系统在运行中面对的是高电压、强电场、电磁环境非常复杂，特别是当系统接地短路时，大电流流经接地装置时由地网局部电位差引起的地电位干扰，电网中一些非线性铁磁原件和整流设备产生的谐波干扰，还有在雷击时由雷电流入地时，引起的冲击电位升高所造成的干扰，和过渡过程干扰以及电网中各种内过电压干扰。这些干扰会通过各种耦合方式在二次系统内产生相应的干扰电压。二次系统中的设备，包括继电保护、控制、

190、信号、通信、监测等仪器和仪表都属于弱电设备，其耐压水平和抗干扰能力都比较弱，如不采取措施，这些干扰会对计算机监控设备的取样回路、控制回路、电源和通信回路造成影响，如果某一环节出现问题，这种干扰就会对综合自动化系统造成较大的危害，比如会使逻辑混乱，计算机死机，芯片损坏、保护“失灵”等，严重时会危及发电机、变压器等一些主设备。由各类干扰造成微机保护或综合自动化系统“失灵”的事故在最近几年可以说曾多次出现，有的还发展成主设备烧毁事故，甚至将导致系统停止工作，造成巨大的经济损失。n因而，研究雷电流入地、工频接地短路造成的变电所接地网局部电位升高，分析地网局部电位升高对微机保护、综合自动化系统、调度自动

191、化系统的干扰和影响，弄清这些干扰的形式、幅值和对微机保护、综合自动化装置的危害程度，找出现有抗干扰措施的不足并对其进行完善和修正，从而提高微机保护综合自动化系统和调度自动化系统的抗干扰水平，对于确保电力系统的安全稳定运行和可靠性有着重要的作用。这些研究不仅具有很强的应用背景，同时也具有较大的理论意义。n变电所是强电设备和弱电二次设备最为集中的场所，电磁环境也极为复杂1。电源系统、控制设备等二次设备通过测量、控制、通信线路及其它电缆与一次设备和其它变电所相连，极易受到雷电冲击和工频接地短路造成的局部电位升高形成的地电位干扰的影响，因而造成测量和控制的误差及错误。严重情况下还会产生过电压而损坏二次

192、设备。特别在发生雷击时，强大的雷电流会在低压供电系统及弱电系统产生很强的感应过电压，同时使变电所的地电位升高，因地电位升高造成对线路及设备的反击而损坏线路及设备的事件时有发生，尽管变电所的外部防雷系统(避雷针、引下线及接地装置)符合国家及部颁标准的要求，且其综合自动化和通信自动化等二次弱电系统也采取了诸如屏蔽、接地、隔离、滤波等措施，但却不能完全避免强大的雷电过电压及电压反击对系统造成的干扰和破坏。因此，变电所内的抗干扰问题显得异常重要。n最早研究变电所电磁兼容的是上世纪60年美国电力工程技术人员，认识到变电所中的电磁干扰问题是主要对从电子电路到电缆的电磁干扰耦合过程进行了研究，其成果后来形成

193、了美国国家标准协会(ANSIAmericanNationalStandardsInstitute)的ANSIC37.90标准中的一部分内容2。n自1970年开始，主要对变电所高压开关场内的电磁干扰进行了研究。但由于记录仪器的触发信号不易控制，因此所测得的信号难以代表最严重的干扰情况。1978年美国电力科学研究院(EPRIElectricPowerResearchInstitute)启动了编号为RP1359的研究项目，建立了一套新的变电所保护和控制系统，对变电所开关柜的电磁干扰进行了研究，但并未研究二次设备所处的电磁环境。通过研究表明，开关操作产生的电弧并非主要的电磁干扰源，电磁干扰主要通过母线

194、与二次设备间的辐射性电磁耦合产生3。n上世纪80年代初到90年代末，美国和加拿大及其它国家的电力科学工作者对变电所内开关操作、瞬时故障和雷电冲击时的电磁环境进行了合理而有效的预测，收集了一些变电所内瞬态电磁干扰数据，讨论了高压母线上干扰源耦合至屏蔽控制线各芯线上的电磁干扰特性，为继续深入研究进行了有益的尝试47。n近年来，国际上对电力系统的电磁兼容环境问题非常关注。2001年8月在印度召开的第12届国际高电压会议(ISH)上将电力系统的电磁环境问题列为会议的一个主要议题；在2003年8月在荷兰召开的第13届国际高电压会议(ISH)上已经将电磁环境列为会议的优先议题。许多国家在致力于研究工作及加

195、强技术生产领域里的法规外，有的甚至还以法令的形式去贯彻执行标准。例如欧洲共同体委员会于1989年颁发了89/336/EEC指令，明确规定从1996年1月1日起，所有电子、电气产品必须通过EMC性能的认证，否则，禁止进入欧洲共同体市场8。n在我国，随着生产、技术的发展，虽然也早已开展了电磁干扰方面的研究及标准化工作，但在工作的深度、广度以及研究试验工作的技术装备方面，还远不能满足需要。目前，国家电力公司非常重视研究变电所瞬态电磁环境问题，并将电力系统电磁兼容问题列为今后电力系统发展中必须解决的关键问题之一。同时在武汉高压研究所、南京自动化研究院和华北电力大学建立了电磁兼容实验室，除了装备符合国际

196、电工委员会(IECInternationalElectrotechnicalCommission)电磁兼容标准(即IEC610004系列的标准)的电磁兼容性实验系统外，还引进了空间瞬态电磁场测量系统和电力系统电磁干扰预测分析软件。n变电所内的电磁兼容问题现己受到世界各国的普遍重视，各国学者对此进行了大量的理论研究和试验研究。通过分析各种参考文献，针对国内外对变电所电磁兼容问题所作的研究，概括起来主要包括以下几方面：n8.1.1干扰源的分析n国内外对干扰源的研究涉及各种干扰的来源(例如核爆、雷电、开关操作、各种无线电发射、静电放电等)，干扰产生的原因、机理及其特性(如波形、幅值、频率、持续时间等

197、)8。n干扰的起因很多，干扰可以起源于自然界(如雷电、磁暴)，也可以是人为产生的(如开关操作，各种带电导体的开合引起的放电、电晕、各种无线电发射等)9。总之，一切电磁能量的发射者，都可能成为干扰源。而接受此能量且影响到自身性能者即成为受干扰者。国内外对电磁干扰现象的大量分析表明，电磁干扰源主要包括1：n（1）正常运行的空间电磁场的分布；n（2）操作、短路或雷电时在不同位置产生的空间电磁场；n（3）开关操作或雷电时经互感器传递到二次系统的电磁干扰；n（4）短路电流或雷电流经接地系统流入大地，经二次电缆传到二次系统的电磁干扰；n（5）空间电磁场在二次系统产生的电磁干扰。n干扰的特性可按其频带或波形

198、来分类。按频带宽度可分为宽带干扰和窄带干扰。一般认为窄带干扰的带宽只有几十赫，最高几百千赫；宽带干扰的带宽则为几十到几百兆赫甚至更宽。知道干扰的带宽及其中心频率，对采用滤波的办法抑制干扰有重要意义。按波形分类干扰波可分为周期性的、非周期性的和随机的三种类型。波形是决定干扰占有带宽的一个重要因素，脉冲波形的前沿上升速度和下降速度越快，其频谱覆盖范围就越宽。通常，脉冲波形包络的面积决定其频谱中的低频含量，而脉冲沿的陡度则决定其高频成分。n8.1.2干扰的耦合途径n上述各种途径产生的干扰进入二次电缆的耦合方式可归为两种：共模耦合和差模耦合。共模耦合(也称纵态干扰CMICommonModeInterf

199、erence)是指出现于导线和地之间的干扰。差模耦合(也称横态干扰DMIDifferentialModeInterference)是指出现于信号回路内的与正常信号电压相串联的一种干扰。干扰源对二次电缆线路的耦合途径有电导性耦合、电容性耦合、电感性耦合等10，具体方式主要有：n（1）干扰电压通过回路空间的电容耦合在二次电缆外皮及弱电回路感应出干扰电流，形成干扰。n（2）高频电流产生的交变磁链和二次回路交链，在二次电缆外皮及弱电回路感应出干扰电势。n（3）雷击或系统短路等原因引起的暂态大电流注入地网时，由于二次电缆外皮两端与地网相连，由于地点位升高，相当于在该点和地之间接入一个电压源，它作用在回路

200、中所有的端子和地之间，称之为共模干扰。此外，两端接地点电位不相等，从而形成电缆外皮电流，由于电磁耦合的作用，会在电缆芯线上产生差模干扰电压。n对于电力系统二次部分的电磁干扰防护控制，要从控制干扰源、降低干扰源与敏感设备的耦合程度和提高受影响设备的抗干扰能力三个方面协调地采取措施。对于变电所二次设备的抗干扰性就是要针对二次回路中始端，传输端和终端仪器引入的干扰分别采取不同的抗干扰措施。n采用屏蔽电缆是抑制二次线路系统高频暂态电压的主要措施之一，也是研究较多的防护电磁干扰的方法。屏蔽不仅能防止外界电磁场对信号线的干扰，同时也能防止信号产生的电磁场对外界的干扰，也即主动屏蔽和被动屏蔽。对于屏蔽电缆而

201、言，屏蔽层电流、屏蔽层两端的接地类型和电缆的转移阻抗决定了耦合到电缆芯线上的干扰值。国外从60年代以来不断开展关于如何限制二次线路系统高频暂态电压的试验研究工作，但这些算法和测试技术集中于高压开关动作和电网故障时的EMI问题1112。对于冲击电流进入地网后的电磁暂态过程，国内的文献也是浅尝则止。1991年左右有一些单位联合研究雷电流在接地网上的分布及对二次回路的影响，对雷电流在接地网上的分布采用龙格一库塔法对网络状态方程求解，也曾得出一些结论，但只对电缆两端接地，平铺于地网正上方时的情况进行分析1314。对电缆不同接地方式时所受电磁干扰的变化，也曾经有人做过一些工作15。该文献同时从抗干扰和防

202、止过电压的角度分析了屏蔽层的作用，认为两点接地后屏蔽层中流过的电流主要是外界电磁场感应产生的，实际作用是抵消外界电磁场的干扰，因此两端接地提高了电磁兼容水平且减少了电缆在各种情况下产生的过电压，屏蔽层中流过电流对芯线干扰很小。而文献16从定性上分析了n采用带屏蔽层的控制电缆作为有效减小耦合电压的措施，以及利用电缆屏蔽层多点接地减弱干扰。文献17中提出一种同时考虑感性耦合和阻性耦合的地下导体电磁屏蔽的计算模型，利用该模型进行了地下金属管道对其内通信电缆和屏蔽线对其附近通信电缆的电磁屏蔽计算。早在1960年前后，日本就在配电线路上采用地线来抑制感应电压。文献18中作者就用实验的方法探讨了采用地线防

203、止感应电压的效果，特别对于多导线系统，而且仅将在一个点上产生的静电场作为雷电感应的感应源，同时在计算地线的实际效果时，需考虑整个雷电通道的静电场和磁场。n目前，对于电力系统二次部分的研究主要有：1)输电线路过电压引起的二次部分电磁兼容问题1920；2)操作过电压引起的电磁兼容问题2122；3)有限长线路耦合电磁场算法问题研究2324；4)建筑物内雷电感应过电压研究等2425。却鲜有文献提出整个发变电所在遭受雷击或发生工频短路后，各种控制、信号、通讯电缆如何采取具体措施防护经二次电缆传到二次系统的地电位干扰，以达到保护设备，减少损失之目的。因此有必要对于工频短路电流或雷电流入地引起的地电位干扰以

204、及其防护措施的研究进行系统的研究。第二节变电所地电位干扰的途径、耦合机理及危害分析n变电所的一次系统是变电所最大的暂态干扰源，一次系统中发生的任何形式的暂态过程都会通过不同的耦合途径传入二次系统中形成暂态干扰。暂态过程产生的原因有雷击、一次系统短路等等。变电所二次系统地电位干扰是短路电流或雷电流经接地系统流入大地，经二次电缆传到二次系统的电磁干扰。研究干扰的途径和耦合方式有利于找出控制干扰的措施。对于各种干扰源的存在，首先要弄清楚干扰源的性质和主要传播途径，才能采取相应的抗干扰措施。如对于测量、控制和信号系统都采用屏蔽电缆，把暂态和高频扰动限制在可接受水平之下。n为了研究问题的方便，可将干扰系

205、统作为单输入的情况处理。将二次设备接收的瞬态干扰量是否超出其抗扰度作为衡量标准，那么也可以将干扰系统作为单输出情况处理。这样，干扰系统耦合模型的总体框图可由下图2.1描述。n图81干扰系统耦合模型的总体框图n8.2.1、雷电流入地时引起的地电位干扰n雷击是变电所二次设备及其相应回路受干扰的主要来源。变电所可能直接遭受雷击(直击雷)，而更多的情况是线路遭受直击雷或感应雷(雷击线路附近，在线路上产生感应过电压)，雷电波沿线路侵入变电所26。变电所或输电线路遭受雷击，会有雷电流经由避雷针、避雷器或避雷线的接地引下线流入地网。由于地网接地体阻抗，特别是感抗的作用，使得在雷电流下的地网电位分布极不均匀。

206、同时由于地网接地体上的电流随时间的变化率(di/dt)很大，使地网附近的二次线上产生较高的感应电势。二次设备对这种幅值高、变化快、持续时间短的暂态干扰极为敏感，若该干扰电压幅值超过二次设备入口端可以承受的干扰的最大值，就会影响保护装置正常工作，甚至会使其损坏，造成地电位干扰事故。n1.雷电流入地引起地电位干扰的途径n高频雷电流入地后之所以会在变电所地网系统内产生暂态地电位升，使得地网不同点存在电位差，引起地电位干扰的原因有：na地网在高频下表现出来的高阻抗；nb从设备到地网的接地线的高阻抗，其值约为1H/m；nc短的电流上升时间和0.3m/ns的传波速度，在短的传波距离内产生很高的电位差。n而

207、雷电流入地的途径主要是通过避雷针、避雷线和避雷器的接地引下线。n（1）雷击独立避雷针引起的反击电压n当雷击中避雷针时，雷电流经过独立避雷针的支柱或引流线和接地体流入地中时，在支柱和接地体会上产生很高的冲击电位27。取雷电流的平均陡度为0.333IchkA/s.避雷针高h处的高压（kV）可用下式计算nUch=Ich(Rch+0.33Lh)（81）n式中 L支持构筑物单位长度的电感，h/m；nh计算高度，m；nRch冲击接地电阻，kA；nIch雷电流幅直，kA。n在避雷针的入地点的冲击电位，是与雷电流幅值相关的一个很大的值，这将造成变电所的地电位的升高，地网电位分布不均，在引下线周围会产生很强的瞬

208、变电磁场，从而引起地电位干扰。n另外，雷电通过避雷针泄放到电缆沟中的地线上，地线上的雷电流通过电磁感应会在电缆沟中的各种动力电缆、信号电缆、控制电缆上产生感应过电压，造成与电缆相连的设备中的微电子部分损坏。n（2）雷电流通过避雷线入地造成的地电位干扰n电力系统中，对于110kV的线路一般全线架设避雷线，而35110kV未全线架设避雷线线路的变电所的一段进线上必须架设避雷线限制流经避雷器的雷电流和限制侵入波的陡度。当有雷电流流经避雷线时，雷电波在传播过程中将在阻抗的不连续点产生折反射现象，若为末端接地的线路，即为末端短路的情况，折射系数，反射系数28，故经避雷线接地引下线入地的雷电波，电压u变为

209、0，电流i增至原来的2倍（如图2.2），于是在入地点有变化很强的电磁场，导线等的自感和互感不能忽略，正常情况下可视为等电位的各部分，此时将产生较高的电位差。n图82雷电波沿避雷线接地引下线入地n(a)雷电波流经避雷线(b)电压波(c)电流波n（3）避雷器接地线引起的反击过电压n雷击波除了经避雷线、避雷针的接地引下线注入地网外，也可能是当雷击在变电所内或输电线路上时，雷电冲击波将经变电所内母线传导经避雷器流入大地，注入变电所的地网，在地网中传播最终流向大地远方。此时，由于电与磁的耦合，在二次回路导线与地间产生了干扰电压E。n式中，RK耦合电阻nLK流通雷电流的回路与二次导线回路（包括地回路）之间

210、的互感。上式中，一般右侧第二项远大于第一项。n2、雷电流引起的干扰对二次回路的耦合方式n雷击变电所引起地网电位升高且分布不均匀，对二次电缆产生干扰侵入变电所自动化系统的耦合可归为两种:共模耦合和差模耦合。n（1）共模耦合n考虑干扰源影响，并将干扰源等值以e(t)表示，且考虑末端接地阻抗，共模电压同时作用于电缆的芯线和屏蔽层，然后在电缆末端形成共模干扰电压，以单芯电缆为例，最终的等值电路如图2.3所示。n图83共模耦合等值电路n图中，Z1一电缆首端元件的等效阻抗，Z2一电缆末端设备的输入阻抗，Z3一电缆末端接地阻抗，u(t)即电缆芯线与外皮间干扰电压。n雷击变电所地网时，由于地电位升高产生的干扰

211、e(t)，容易以共模信号的形式耦合到地网周围的二次电缆的外皮和芯线上，从而在电缆末端产生干扰。n（2）差模耦合n当电缆屏蔽层流过感应电流，通过转移阻抗耦合至芯线，最终在电缆末端产生干扰电压u(t)，将电缆屏蔽层电流流动看作是回路中有驱动电势存在，并视为等值电压源e(t)，计算时，只考虑等值电压源e(t)，将有用信号视为电流源开路。由此得到差模耦合时的等值电路，如图2.4所示。n图84差模耦合等值电路n在电缆的屏蔽层出现感应电压e(t)与电缆传输的有用信号相串联，共同作用于电缆的输入端，以差模耦合的形式在电缆的末端产生干扰。由于二次电缆直接与二次设备相连，雷击变电所地网通过共模差模耦合在电缆末端

212、产生的干扰将对电力系统的自动化系统造成影响。严重时会危及发电机、变压器等一些主设备。n8.2.2、工频短路电流引起的地电位干扰n 引起地电位干扰的另一个重要原因是工频短路对二次回路造成的干扰。当系统发生短路时，强大的短路电流进入地中在地网的接地电阻上产生很高的电压降，使接在地网上的二次电缆和二次设备上也出现很高的电位，造成二次电缆和二次设备的绝缘击穿或烧毁。同时，强大的短路电流在地网(包括二次电缆的外皮)上的流散使电缆的芯线上产生感应电压，严重地干扰二次设备的正常运行，甚至于造成事故。n 工频短路时，虽然短路电流值比雷电流小，但短路电流的作用时间长，雷电流的幅值主要在波头，其作用时间为1-4微

213、秒，短路电流的作用时间最快也需0.2秒左右时间，故短路电流作用时间至少要比雷电流作用时间长50000倍，因此能量大于雷电流能量。电流产生的热量Q=I2Rt，在同一电流通过中，R相等（不考虑频率因素）。假设短路电流I1=1kA，作用时间t1=0.2S；雷电流幅值I2=5kA，作用时间t2=4S分析比较如下：nQ1/Q2=I12Rt/I22Rt =(120.2106)/(524) =2000 （8-3）n在同一电流通过中，10kV工频短路电流所产生的热量比5kA雷电流产生的热量大200倍。当工频短路电流为16kA时，其产生的热量将比5kA雷电流产生的热量大512000倍。因此，由于系统发生短路抬高

214、地电位造成的干扰也不容忽视。n1、工频短路电流入地引起地电位干扰的途径n（1）影响地电位升高的因素n由短路引起的工频电压升高属于内过电压的范畴，主要表现为在站内设备发生接地故障时短路电流在变电所接地电阻上产生的电位升高。对于变电所内可能出现的地电位升高及其幅值主要取决于以下几种因素：(1)电力系统结构及运行方式；(2)设备所在变电所接地网状况；(3)变电所出线回数；(4)系统单相接地故障电流的大小。n（2）地电位升高的两种途径n电力系统的接地故障在土壤中所产生的电流会使故障点和电源接地电极附近的电位升高，这种地电位可通过两个途径影响设备。1通常系统发生单相接地故障时，故障点在变电所内接地短路电

215、流最大。此时，短路电流分成两个途径：一是经本变电所变压器接地中性点构成回路；二是经系统中其他变压器接地中性点构成回路。如果接地故障点在变电所内，则第一个途径的故障电流经接地网流向变压器接地中性点，不在接地网接地电阻上形成压降；第二个途径的故障电流，除站内架空地线分流一部分外，其余全部流过接地网接地电阻(该部分电流称为入地短路电流)，形成接地网地电位升高。n如果单相接地发生在变电所外，则上述第二个途径的故障电流不流过变电所接地装置的接地电阻，当然，也不会形成接地网的地电位升高；上述第一个途径的故障电流除所外架空地线的分流作用外，其余全部流过接地网的接地电阻，形成接地网地电位升高。n（3）工频短路

216、电流的影响过程n短路电流通过接地网向大地散流。此时，如果地网均压不好，接地电阻过高，就会在接地电阻上产生压降，在短路接地点与接地网中离接地点较远的点之间产生电位差，造成地网局部电位升高。当接地体中有较大的短路电流流动时，如果二次电缆的屏蔽层、互感器二次绕组中性点接地点靠近大电流的入地点，则这些接地点的电位也会随之升高而造成干扰。当变电所的微机测控系统的被控设备处有工频接地短路电流流入大地时，这时在被控设备的接地电阻上将产生压降，这个压降同时加在屏蔽电缆的屏蔽层对芯线电容和芯线与计算机各器件对地的杂散电容上，屏蔽层对芯线的电容量远远大于计算机器件对地的杂散电容，此时升高的电位通过电容的耦合，几乎

217、全部加到计算机的内部器件对地之间，对计算机控制系统造成了很大的干扰。n由于在低频下，地网导体的自阻抗非常小，而土壤对电流的阻碍作用远大于金属对电流的阻碍作用，电流能均匀的从整个地网向土壤中泄漏，使得地网不同点的电位差非常小，因此，这种情况下的地电位升影响相对雷电流来说比较小。但是，当频率增大，上升到数百kHz时，由于电磁波在土壤中的波长比较小，同时集肤效应带来的金属导体的自阻抗增加，对电流在金属导体中流动的阻碍加大，因此在距离电流注入点较近的导体泄漏的电流较多，导致在距离电流注入点较近的地表的地电位升增大，相位也逐渐超前于距离电流注入点较远的地表的地电位升增大值，地电位升的影响才会得以体现。n

218、地电位升是多根导体泄漏电流共同作用的结果，从整个地网的角度来看，不在地网边缘的点的地电位升会大于处在地网边缘的点，而边上的地电位升又会大于角上的点；从网格的角度来看，当网格面积较大时，在非地网边缘处，由于网格中心的点距离所有导体都比较远，所以会大于处于导体正上方的点的地电位升。n2、工频短路电流引起的干扰对二次回路的耦合方式n工频短路电流引起地电位干扰时，作用于二次回路的干扰电压一般分为差模干扰电压和共模干扰电压两种。前者作用于二次线且与被测信号叠加在一起直接输入二次设备，干扰设备的正常工作，或者使其误动作，或者使其元器件损坏。后者则作用于二次线与地之间常常使二次设备处于高电位，危及二次设备的

219、绝缘及人身安全。但须指出，共模干扰电压虽然不直接影响二次回路的输入信号，但由于二次回路的阻抗可能不平衡，最终仍会转化成差模干扰电压以影响二次设备的正常工作32。如图8.5所示eCM对二次回路的影响是以共模干扰电压出现的，如果二次回路中阻抗：则其差模电压n如果，则电流分别流过Z1、Z4和Z2、Z3，从而形成电位差eNM作用于二次回路的负载ZL上；n （85）n图85共模干扰等效电路n地网接地体上的电流对二次线的感应电势是一个沿二次线方向的纵向电势，如图8.6(a)。将它变换成图8.6(b)，地网接地体电流对二次线的感应电势对二次回路的影响仍属于共模干扰电压，如果二次回路中阻抗，同样会出现电位差e

220、NM，以差模电压形式作用于二次回路的负载ZL上。因此，虽然由前面的计算已知，地网电流对二次线的感应电势数值一般还不足以危及二次回路的绝缘，但是由它转化成的差模干扰电压却能引起二次设备，特别是电子计算机及其它微电子设备的误动作，甚至还会造成微电子元件的损坏。而且，由工频短路电流产生的共模干扰电压仍是工频信号，当它以差模干扰电压串入二次回路中时，一般很难使其与被测信号进行分离。因此，对于这种感应的共模干扰必须采取防护措施，比如二次线采用性能良好的屏蔽电缆等。n图8-6二次线的感应电势8.2.3、地电位干扰的危害n由雷电流和工频短路电流入地产生的地电位升高对附近设备和人员的危险影响是不容忽视的。n1

221、、高压线接地故障使通信中断n当高压变电所附近通过的通信电缆处于地电位影响范围内时，由于阻性耦合，电缆的芯线与外皮、芯线与大地之间会出现电位差，严重时会烧坏通信电缆，人员也很不安全。例如，1975年1月广东电网某变电所高压线发生单相短路接地故障，地电位升高，变电所侧电缆头烧熔，接在电缆上的电话全部中断。n2、高电位引出使通信中断n当发生单相或三相接地故障时，进入变电所通信电缆一端的电位随地电位升高而升高，同时导致在地电位影响范围以外电缆另一端通信局站接地部分的电位也升高，如不采取防护措施则很容易烧坏通信设备，通信局站维护人员也很不安全。例如1980年3月，华东电网某电站因误合220kV接地刀闸而

222、发生接地短路故障，地电位升高致使高电位引出，烧坏通信设备，影响通信正常进行。n3、低电位引入使通信中断n如果进入变电所的通信线为架空明线，由于导线上的电压远低于短路接地故障时的地电位升高，使导线与变电所的地网间产生很大的电位差。因为通信设备接地一般都连接在变电所的地网上，这种很高的电位差加在通信设备上会使通信设备烧坏，维护人员接触到导线时也有遭电击的危险33。n4、近年发生的地电位干扰事故n信阳局沙港站2005年10月发生开关的同期电压指示不正常，电压互感器的接线盒下来的电缆烧断且严重发热，二次保险熔断的事故。事后分析是由于沙明1线路PT二次回路分别在开关场和控制室两点接地且开关场处接地与一次

223、接地点连通，变电所的接地网并非实际的等电位，因而在不同点间会出现电位差，如果一个电连通的回路在变电所的不同点同时接地，地网上的电位差将窜入这个回路，长期运行，控制电缆长期过热，绝缘被破坏，同时，由于当时为雷雨天气，变电所地网中的冲击电流增大，产生暂态电位波动，电缆电位将随地电位的波动而受干扰，地电位升对低压控制回路的绝缘带来严重影响，最终导致控制电缆绝缘层及电缆芯线有多处长度不等的烧糊痕迹，电缆芯线绝缘层呈龟裂状，严重的地方铜线裸露，铜芯发白，芯线之间连通。很明显这是一起因二次电缆接地方式不当将地电位差引入回路的事故。第三节、现场调研及试验n近几年来，我国电力事业发展迅速，大中型超高压变电所越

224、来越多。这些大中型发电厂和变电所，在遭受雷击或发生系统接地故障时，雷电流和短路电流高达几十千安，地电位升高可达几千伏，这个电位对设备和人身造成的危险性影响已成为不可忽视的问题。为了研究地电位干扰，必须了解变电所的实际情况，结合实验分析和理论分析，提出切实可行的抗干扰措施。n为展开该课题的研究，我们分别对长沙220kV树木岭变电所、220kV榔梨变电所和信阳220kV沙港变电所进行了现场调研，并对沙港变进行了试验，通过分析现场情况和试验数据找出目前在抗干扰方面存在的不足。n8.3.1、现场调研n1、变电所一次、二次设备的接地情况n长沙220kV树木岭、榔梨两座变电所都属于敞开式变电所，一次部分的

225、各个设备与地网的接地都是良好的，均为一点接地，其中避雷针是通过构架接地，结合滤波器等通过铜排接地。电缆沟内没有铜排。控制室内，二次设备通过等电位连接的方式与主地网相连，即每个机屏都有地网有接地点，用于通信、控制的电缆屏蔽层采用两点接地的方式。n信阳220kV沙港变屏蔽电缆屏蔽层两端均接地，电流、电压的N回路均在控制室一点接地。在保护室每一排保护屏下方设专用铜排（254），每排之间距离约为35米，各排再在首端、尾端用铜排连通，并在靠近电缆竖井处，用4根50mm2接地铜缆与电缆竖井处主接地网一点可靠连接。各保护柜内设有保护专用接地铜排，通过1根50mm2接地铜缆分别接至保护专用接地铜网上。这实质上

226、是一点接地。n2、近年发生的地电位干扰事故n信阳局沙港站2005年10月发生开关的同期电压指示不正常，电压互感器的接线盒下来的电缆烧断且严重发热，二次保险熔断的事故。事后分析是由于沙明1线路PT二次回路分别在开关场和控制室两点接地且开关场处接地与一次接地点连通，变电所的接地网并非实际的等电位，因而在不同点间会出现电位差，如果一个电连通的回路在变电所的不同点同时接地，地网上的电位差将窜入这个回路，长期运行，控制电缆长期过热，绝缘被破坏，同时，由于当时为雷雨天气，变电所地网中的冲击电流增大，产生暂态电位波动，电缆电位将随地电位的波动而受干扰，地电位升对低压控制回路的绝缘带来严重影响，最终导致控制电

227、缆绝缘层及电缆芯线有多处长度不等的烧糊痕迹，电缆芯线绝缘层呈龟裂状，严重的地方铜线裸露，铜芯发白，芯线之间连通。很明显这是一起因二次电缆接地方式不当将地电位差引入回路的事故。n8.3.2、现场试验n为了更好的了解现场情况，找出变电所在防护地电位干扰方面存在的弱点，我们对信阳沙港变进行了跨步电压接触电压测量、地电位分布测试、屏蔽电缆接地方式试验。n1、设备接触电压试验n当发生地电位干扰事故时，若出现过高的接触电压，可能发生危及人身安全的事故。所以应对变电所内的电气设备测量接触电压。在变电所附近地区还应测量地面的电位分布。n当接地短路电流流过接地装置时，大地表面形成分布电位，在地面上离设备水平距离

228、为0.8m处与设备外壳、机构或墙壁离地面的垂直距离1.8m处两点的电位，称接触电势，人体接触该两点时所承受的电位差称为接触电压。n测量设备接触电压时，使用的仪器是DET2/2接地电阻测试仪。DET2/2是一种全自动数字式接地电阻测试仪，具有微处理器控制，具有先进的滤波功能。10m20k量程自动转换，可三端、四端测试。可测简单、复杂、大型的接地网的接地电阻（如发电厂、变电所、开关站、计算机和通信系统、电磁干扰（EMI）/射频干扰（RFI）系统、公用天线电视（CATV）系统的接地，以及天线、中央控制系统和系统底座的接地等），并可测土壤电阻率。n如图87所示进行试验接线，读取接地电阻测试仪的指示值。

229、n图8-7测量设备接触电压的试验接线图n如图8-8，实验测量了C相避雷器，测量结果为0.062n沙220开关A相支柱绝缘子，测量结果为0.069其中变电所最大短路电流Imax=24.27kAn然后按公式推算出当流过大电流Imax时的实际接触电压。经计算，C相避雷器的设备接触电压为1505V；沙220开关A相支柱绝缘子的设备接触电压为1675V。nIEC标准规定，在通常状况下，接触电压上限值为交流50伏或无波纹直流120伏。在特殊状况下，接触电压上限值为交流25伏或无波纹直流60伏。可见，沙港变的设备接触电压严重超标。接触电压和跨步电压的变化规律和地网上方的地表面电位升的规律一样，当激励源频率较

230、低时，关于地网的中心或任意中心轴对称；当激励源频率较高时，由于电流受到导体的电感的阻碍，主要集中在电流注入点附近泄漏，在电流注入点附近的接触电压和跨步电压较大。因此对电气设备采取接地或接中性线等措施，可减小接触电压，避免危险。地网导体的散流和均压效果做的好能均匀水平导体的泄漏电流分布，使每段导体都能得到充分利用，从而降低接地网的接地电阻，而水平导体的泄漏电流越均匀，在地表引起的接触电压就会越小。所以，沙港变的设备接触电压超标与其地网均压状况不良，未在接地引下线处采取散流装置造成局部电位升高有密切关系。n2、地电位分布测试n在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布，对方孔地网的网格大小

231、要从地电位分布均匀考虑，防止局部电位升高。特别是在避雷器、构架避雷针和主设备接地部分要增加垂直接地极或放射状接地极以改善冲击电位分布，防止雷电流入地时造成局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带、在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。由此可见，分析变电所地电位的分布情况对研究的二次设备抗干扰措施有重要意义。对于研究地电位干扰问题，最直接的莫过于测量变电所的地电位分布。改善地电位分布，使之分布均匀，就能较好的防止n因局部电位升高，对二次回路造成的干扰。n本实验采用与测量设备接触电压的相同

232、的接地电阻测试仪进行测量。测在站内边缘一条直线，每隔0.8米选一个点用接地电阻测试仪测量一次，记录测量接地电阻rn(n1，2，)，通过（Umax为流经接地体的实际大电流为Imax的对地电压，Rg为接地体的接地电阻）计算出地网的电位分布。n沿不同测量方向以同样方法测量多个测试点的电压值，找出电位变化最大的点，并算出实际的跨步电压值。n实验接线图如图88所示。n（a）试验接线；n（b）电位分布n图8-8测量电位分布和跨步电压接线图n表8-1地电位分布测量值（电压值单位：V）n电位变化最大点出现在23点，这两点之间的电压为：0.084V0.076V=0.008V。而这两点恰好位于避雷器的入地点附近。

233、这与后文中将要论证的设备的接地引下线是地电位升高的主要区域，而冲击电位分布与工频电位分布具有一定的相似性，因此，本实验为后文的研究提供了一定的依据。n实验结果表明，在靠近接地引下线附近的那些点的电压值比其他点要高出些许。n3、地网导通性试验n变电所的二次设备对干扰比较敏感，一般情况下要求有良好的接地，保证发生干扰事故时，二次设备的故障电流能可靠的入地，不至于造成反击或其他的不良后果。因此在防止电力生产重大事故的二十五项重点要求中，明确提出接地装置引下线的导通检测工作应每年进行一次。研究防护地电位干扰的措施时，也应先对设备与地网的连通状况进行测试。n为了调查沙港变二次设备与地网的连通状况，本试验

234、采用DDC8910地网导通测试仪对二次设备的导通电阻值进行了测试。用于测量接地引下线导通电阻值，先在变电所中找出一设备的接地为基准，依次测量出其他设备接地对该点的直流电阻，如图89。如测出连接有问题，应进一步查找原因。n图8-9现场接线图n试验中以52P关口电度表作为基准点，测得各二次设备的导通电阻值如下表3.2。n表8-2试验数据n国家电网公司十八项电网重大反事故措施中提到：“装设静态型、微机型继电保护装置和收发信机的厂、站接地电阻应按规定（GB/T28871989和GB93611988）不大于0.5欧姆，上述设备的机箱应构成良好电磁屏蔽体并有可靠的接地措施。”n以上实验所测的值均符合地网导

235、通电阻小于0.5规定，可见沙港变的地网连通状况是很好的。若地网的均压和散流作用均效果良好，设备与地网的连通性又不存在可靠性问题，发生雷电流或工频短路电流入地事故时，强大的冲击电流能很快泄入地网，将减少对二次系统的干扰。n3、现场情况分析n（1）地网均压存在缺陷n通过现场调研和试验可以看出沙港变的设备接触电压超标，地电位分布存在电位变化较大的点，这些都与一次设备区主地网的均压做得不是很理想相关。对照沙港变的地网图可以看出，沙港变在地网设计时未在避雷针，避雷线等雷电流入地方面作足够的均压措施。以致于在没有故障电流或雷电流的情况下测量地网电位分布时，接地网的电位已是不均匀分布，且不均匀点就在避雷器的

236、入地点附近，这是很多变电所在抗干扰方面的一个薄弱环节。n1）屏蔽电缆的接地方式n屏蔽是将电场干扰源至器件或设备的传输路径“切断”，从而消除或减弱干扰源对其它器件或设备的不良影响。而埋地电缆是对微机电源产生干扰的主要干扰源，它既是干扰的主要发生器，也是主要的接收器。电缆作为发生器，它向空间辐射电磁噪声；作为接收器，它能敏感地接收来自邻近干扰源所发射的电磁噪声34。敷设在高压导线附近的二次电缆，如果不采取屏蔽措施，一次回路干扰源会通过共模耦合或差模耦合在电缆的芯线上产生干扰电压；如果采用金属外皮的屏蔽电缆，并对屏蔽层进行接地处理，则不论对共模耦合或差模耦合产生的干扰都有明显的抑制作用。因此，采用屏

237、蔽电缆并采取相应的接地方式作为抑制地电位干扰的主要措施。n但从沙港变05年发生的事故来看，电缆烧断且严重发热说明该变电所对于屏蔽电缆接地方式的认识还存在误区。二次电缆的屏蔽层采用1点接地还是2点接地目前仍然是一个有争议的问题。若是采用1点接地，接地点的位置是在一次设备处还是在控制设备处也存在分歧。因此有必要针对沙港变的情况分析出变电所二次电缆正确的接地方式，更好地抑制地电位干扰。n2）二次设备等电位连接n对于二次设备的接地方式，变电所和发电厂的二次系统中，各控制屏和自动化元件不可能在同一个位置，可能相距甚远，若分别将它们在就近的接地铜排上接地，强电设备的接地电流可能在两个接地点间产生较在电位差

238、，干扰系统正常工作，故障或事故时甚至可能会损坏控制电路或元件。为防止不同信号回路接地线上的电位差引起交叉干扰，应严格按“一点接地”原则进行设计和施工。弱电信号分系统将内部地线接通，然后各自用规定面积的导线统一引到某一点，再由该点接到接地铜排上，从而实现一点接地。对于控制和保护盘柜，利用一点接地保证其在同一个接地等电位面上，以保证自动控制系统的安全可靠运行。n经过调查，发现各省市电厂、变电所对反措关于敷设等电位连接专用接地铜网的相关要求的理解上有明显差异。有的把原各保护屏内的接地排用电缆连接了起来；有的把铜排直接搁在电缆支架上或用铆钉与支架铆死；有的把铜排的两端分别与主地网连接；有的现场端子箱内

239、的接地排未与电缆沟内的铜排直接相连，而是通过箱体与接地网相连；有的不清楚是否需要把开关场和控制保护室的铜排相连；还有的认为敷设铜排只是出于高频保护反措的要求，没有高频保护就不需要执行这个反措。沙港变各保护柜内设有保护专用接地铜排，通过1根50mm2接地铜缆分别接至保护专用接地铜网上。这实质上是一点接地。因此，在研究地电位干扰防护措施时，有必要认真理解反措要求，提出合理的等电位连接铜缆的接地方法。n3）电源线和信号线的防护问题n沙港变在电源线和信号线分别采用的是隔离变压器和光电耦合器。n隔离变压器在交流电源输出端的特点是防止非线性负载的电流畸变影响到交流电源的正常工作及对电网产生污染，起到净化电

240、网的作用。在隔离变压器输入端采样，使得非线性负载电流的畸变不影响取样的准确性，得到能反应实际情况的控制信号。n但是在很多情况下，单单只使用隔离变压器还不能达到隔离保护的作用。实际上，只要电路输入端有浪涌脉冲发生的可能，或者输入端的电源不稳定，电路中还是会存在高频瞬态干扰的，这将会对电路造成很大损坏。一般在切换大功率感性负载，如电机、变压器、继电器等或闪电过程等，都会产生幅度很高的瞬态干扰，如果不加以适当防护，对二次设备的电源系统仍会造成很大的冲击。n由于光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小，它所能提供的电流并不大，不易使半导体二极管发光；由

241、于光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响；光电耦合器的隔离电阻很大（约1012）、隔离电容很小（约几个pF）所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。光电耦合器的隔离阻抗随着频率的提高而降低，抗干扰效果也将降低。n由此可见，现有的隔离变压器和光电耦合器在抗干扰方面的保护作用不足。微机保护和计算机监控系统等弱电设备往往是绝缘最薄弱点，而低压电源系统产生雷电过电压，或强电源浪涌，传输到微机系统的过电压有时甚至达上千伏，由于变电所在低压电源没有过电压保护措施，雷电过电压得不到有效限制，就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。因此应加强二次设备防护雷电过电压和强电源浪涌的能力。第四节、变电所地电位干

242、扰防护措施n为了深入地研究地网中的雷电流、工频短路电流的分布及其对二次回路的干扰，应从理论上分析雷电流、工频短路电流在接地网上的分布及其对二次电缆感应电压，以及二次设备所受的影响。采用现场试验测得的数据及变电所现场情况，建立设备受到雷电流入地造成的冲击电压干扰时的等值电路的方法，计算变电所发生干扰时的感应电压，并利用实验室模拟试验论证理论计算结果的准确性。同时还应结合计算机仿真技术分析得出变电所地网应进行的改进措施。并且应分析屏蔽电缆、二次电缆的接地方式对于地电位干扰的影响，结合实验室模拟试验论证了理论的正确性。在此基础上，提出变电所地电位干扰的综合防护措施。n8.4.1、地电位干扰对二次线的

243、感应电势n1、雷电流对二次的感应电势n为了准确地分析变电所或输电线路遭受雷击，雷电流经避雷器、避雷针及避雷线的接地引下线引入地网对二次造成的暂态干扰，必须对雷电流在接地网上的分布进行研究。采用对单元接地体以集中参数取代分布参数的方法，有效地对雷电流在接地网上的分布进行了数值计算，并由此定量地计算和分析了对二次回路的干扰影响35。n（1）雷电流在接地网中的分布n在雷电流作用下，单元接地体可用L、G、C组成的型等值电路来表示，同时考虑平行接地体间互感M，因之地网的等值电路可以图8.11所示。n图8-11接地体单元的双型等效电路n（86）nn（87）n（88）nn（89）n式中：l接地体长度，m；n

244、h接地体埋深，m；nr接地体等效半径，m；nD接地体间距，m；n土壤介电常数；n土壤电阻率。n对接地网列出网络的状态方程进行求解。n对电感的支路列电压方程；对接有电容的节点列电流方程，即可求出雷电流在接地网中的分布。n2地网雷电流对二次线的感应电势n当电缆线与接地线在同一条电缆沟内布置时，地线遭受雷击后会在周围产生强烈的电磁场使电缆产生感应过电压。为简明起见，以下图812为例做简单分析。n图8-12雷电流流过地线时附近的开口金属环感应电压n由感应定律可知，开口金属环上最大感应电压n （8-10）n如果不考虑电压的方向，则n （8-11）n式中，感应电势，V；M互感系数，H；雷电流陡度，A/s。

245、n根据电磁场理论：n式中：H磁场强度，A/m；B磁感应强度，T；穿过金属环的磁通量，Wb；M互感系数，H；0空气磁介常数，；l矩形金属环的长和宽，m；L闭环积分线路，m；X1，X2（见图8.12），m；S矩形金属环的面积，m2。n因，代入上式得n（813）n由此可知，在冲击地线附近开口金属环上最大感应电势为n （814）n以沙港变为例，假设遭受闪击电流峰值取10kA，雷电流陡度取2.5s，因变电所的地网水平接地极所用的扁钢间距约为1313m，埋深为0.8m。土壤电阻率为36m。通过计算得出，单根接地体的电阻为0.0052，电感为71.4H，对地电导为46，对地电容为7.8F。在距雷击点100m

246、产生的感应电压高达1271V。可见从理论上算得的雷电流对二次的感应是非常大的。n如果以电缆代替开口金属环，则会在电缆中感应出共模电压和差模电压。以第二章论述的共模耦合和差模耦合的方式将干扰电压传至二次设备处，可能引起设备对地绝缘损坏。n（2）工频电流对二次的感应电势n1）工频短路电流在地网中的分布n地网的接地体参数有电阻R、电感L、对地电导G和对地电容C。在工频下，由于单位长度的对地电导远远大于其容纳，即。因此，可以忽略C对地网的影响，同时亦忽略各接地体间互感的影响。所以，单根单元接地体可用T型等值电路来计算35，如图4.3所示。n图8-13单元接地体T型等值电路n式中l接地体的1/2长度；a

247、接地体的等值半径；S接地体的截面积；n土壤电阻率(1012500m)；h接地体的埋地深度。n整个地网可用图4.3所示的T型等值电路组成的网络表示，地网各点的电位则由各单元接地体的散流作用共同产生。n设地网共有N个单元接地体，则地网任意一点i的电位可表示为：n （816）n式中ai，k为电位系数。地网等值电路中第i单元接地体的对地电导可表示为：n（817）n设一接地体埋于电阻率为的土壤里，埋深h(m)，电流I沿接地体l均匀散流，它在空间p点产生的电位Vp，如图8.14所示。n图8-14Vp计算示意n对于k=i，则以ki进行计算处理。n据式(816)可对地网列出有关的电位方程，另据电路的基尔霍夫电

248、流定律列出地网各节点的电流方程，由此即可解得地网上的电流和电位分布。n2）地网工频电流对二次线的感应电势n设二次线的布置与地网接地体平行、等长、无屏蔽，则地网工频电流对二次线的感应电势为:n式中M互感；Ii接地体电流。n根据上述计算方法，若已知工频短路电流，变电所的土壤电阻率，以及地网扁钢的等值半径和埋深，就可用高斯约当列主元素消去法在计算机上计算接地网的接地网在工频短路时的电位差，地网的电流分布，以及对二次线的感应电势。n因沙港变近年没发生工频短路引起的地电位干扰事故，从沙港变的地网图可以看出，在短路电流入地点附近确实铺设了均压带。在工频条件下，短路电流I与接地电阻R的乘积，应满足IR2(为

249、接地电阻的电阻率,单位是.m),实际长度50m。而埋地电缆一般是采用金属铠装电缆直接埋地,或非金属屏蔽电缆穿金属管直接埋地。从避雷角度来讲,在有条件的情况下入室电缆应选择埋地方式。程控交换机的传输网络在室内应沿专用的信号电缆槽布线,避免沿大楼结构柱或紧贴外墙敷设；强弱电电缆不宜同槽敷设,以减少干扰。n加强交换机的屏蔽(包括空间和线路屏蔽)除了信号线和电源线外,交换机房也应作屏蔽处理,具体做法是把金属门、窗、天花龙骨和防静电专用地板接地。在电源方面,应采用三级分流限压措施,以把雷电电磁脉冲幅值减到最小。因此,第一级设在主配电房的低压部分,安装40KA的电源避雷箱；第二级设在楼层的电源箱,安装20

250、KA的电源避雷箱；第三级设在交换机房的电源开关处,安装10KA的电源避雷箱,或在UPS前安装一级电源避雷箱。在信号方面,也应采用分流限压措施。首先在中继线和用户线分别安装性能可靠的程控交换机避雷器,在交换机和计费终端之间安装网络避雷器。n924接地系统n通信大楼防雷接地系统设计应遵循国家规范建筑物防雷设计规范GB5005794及原邮电部颁行业标准电信专用房屋设计规范YD500394。高度接近100m及100m以上的通信楼，按第一类防雷建筑物设防；其余的通信建筑按第二类防雷建筑物设防。建筑物的防雷接地系统通常由接地体、引下线、接闪器及均压网组成。n1接地体n接地体一般利用大楼本身基础作为自然接地

251、体。当大楼基础为桩基时，将外圈桩基钢筋用404的镀锌扁钢或8镀锌钢筋闭环联成一体，并使之形成网格状的均压带。当大楼基础为其他基础时，将外圈基础钢筋用404的镀锌扁钢或8镀锌钢筋闭环联成网状，作为接地体。对于系统中的垂直接地体，宜采用长度不小于2.5m的镀锌钢材、硅酸盐水泥包封电极或石墨电极。接地体埋深不小于60cm。在寒冷地区应埋在冻土层下面。接地体应避开埋设在污水排放和土壤腐蚀性强的地段，当难以避开时应采取防腐措施。n2接地引线和接地汇集线n接地引线采用404或505的镀锌扁钢。接地引线不宜与暖气管道同沟布放，且出土部分应有防机械损伤的措施。接地汇集线可用接地汇集排或汇集环。汇集环安装在地下

252、室或底层，距墙面为50mm左右，汇集排安装在电力室。不同的金属材料互连时应防止电化学腐蚀，接地线不得使用铝材。接地汇集线的截面积应根据最大故障电流确定，一般不应小于120mm2或相同阻值的镀锌扁钢。n3接地电阻值n综合通信大楼的接地电阻值不宜大于1欧姆。当楼内通信设备有更高的要求时或临近有强电磁场干扰，而对接地电阻提出更高要求时，应取其中的最小值作为设计依据。第三节第三节 通信系统的电源保护通信系统的电源保护n通信系统电源系统应有良好的防雷措施，并要严格按照移动基站防雷与接地设计规范和通信局(站)电源系统总技术要求以及有关电源系统防雷与接地规范要求安装。n进入基站的低压电力电缆宜从地下引入机房

253、，其长度不宜小于50m,(当变压器高压侧已采用电力缆时，低电侧电力电缆长度不限)；电力电缆在进入机房交流屏处应加装避雷器，从屏内引出的零线不作重复接地；出入基站的所有的电力线均应在出口处加装避雷器；基站供电设备的正常不带电的金属部分，避雷器接地端均应作保护接地，严禁作接零保护的基站电源设备应满足相关标准。n根据通信局(站)电源系统总技术要求规定，通信局(站)的供电方式为“县以上城市各种通信局(站)宜采用10kV高压市电引入，并采用专用变压器供电,采用三相五线制供电方式。”即进入机房的供电线有3根相线、1根零线(中性线)和1根地线(保护地)。变压器低压侧的交流零线就近接地，在机房内零线与地线隔离

254、分开。当三相交流电处于完全平衡理想状态时，零线电流为零，零线与地线电位一致；当三相交流电不平衡或出现缺相时，零线上出现电流，并对地产生电位差。移动通信基站常用的配电系统为TN系统和TT系统。n9.3.1TN系统的防护nTN系统分为TN-C-S系统和TN-S系统。n（2）TNS系统。在变压器低压侧,N线同PE线相连并与联合地连接,以后的供电电路中N线与PE线是分开的,因此接入交流配电屏后,相线对PE线、N线对PE线需安装电源避雷器。如果保护接地点与变压器地网相互连通,TN系统宜将各相保护器直接对地连接,相线及中性线分别对地加装限压型SPD。n9.3.2TT系统的防护nTT系统中,除变压器的中性点

255、接地外,N线自始至终都与地绝缘(保护器接地点与变压器地网不连通时),因此配置电源避雷器时需要相线对N线、N线对PE线之间进行保护。TT系统需装设3个限压型SPD和1个间隙型组合的3+1SPD。n（1）电源系统一级过电压保护：n在低压电力电缆引入机房入口处配置60120kA的氧化锌SPD，其主要用途是拦截由供电线路直接进入的雷电过电压。n（2）电源系统二级过电压保护：n电源系统二级过电压保护器通常采用40kA的氧化锌SPD,一般安装在电源柜内的电源入口处。它的主要作用是降低一级过电压保护后的雷电残压。一般可使用32A空气开关作保护,对TN系统宜采用四氧化锌模块对地连接,对TT系统宜采用3+NPE

256、的连接方式。n（3）电源系统的三级保护直流电源的保护：n直流过电压保护器一般安装在直流屏、直流配电盘内,多采用1015kA的氧化锌SPD,并串接16A空气开关作保护。其主要作用是防止直流线路上的雷电感应,消除地网电位不平衡的影响。在直流保护器的安装过程中要充分做好绝缘保护,以免发生短路。根据移动通信基站所在地区、供电方式、雷暴强度及雷暴日的大小来确定SPD的容量配置。SPD冲击通流容量要求是(kA)/每线的指标,如果厂商说明书上的冲击通流容量指标是整个SPD几相之和的虚拟量,则起不到保护作用,而且自身也会遭到损坏。多级雷电过电压保护与安装方式有密切关系,应尽可能缩短电力线与SPD的连线和SPD

257、与接地汇接板连线的长度。当两极雷电过电压保护均采用限压型SPD,则两极之间的电缆连线距离应大于5m;当第一级雷电过电压保护采用间隙型SPD,第二级雷电过电压保护采用限压型SPD,则两极之间的电缆连线距离应大于1015m。由于间隙型SPD的残压极高,动作时间较慢,移动通信基站不宜使用。多级保护可以逐步减小残压,因为前级雷电过电压保护已将大部分雷电流泄放入地,后级的雷电过电压保护只泄放少部分雷电流,雷电流的减小必然导致引线上的附加残压减小。为保证雷电过电压保护由前到后顺序泄放,SPD的动作电压应是后级低于前级。第四节第四节 移动通信基站防雷保护移动通信基站防雷保护n移动通信迅猛发展，遍及每个角落，

258、移动通信基站正常运行是移动通信的关键。移动通信基站设备是集成化较高的微电子设备，其耐冲击能力差，雷电引起的过电压，感应雷过电压、地电位反击是造成设备烧毁的主要原因。为使移动客户获得良好的通信效果，规范移动通信基站防雷接地保护系统的连接方式，整治基站遭受雷电过电压、感应雷过电压、地电位反击的危害，应作为提高移动通信网络运行维护质量研究的重点。n移动通讯基站和微波站、市话通信局一样都要进行包括防直击雷、防雷电感应国电压、防感应雷电波沿各种线路侵入、防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等整体防护，因而可以采取相同的措施。但移动基站的防雷又有自己的特点：移动基站站点多分布范围广。移动通信基站可以根据站址

259、位置分为市区站与郊区站。市区站多选用民用建筑为机房,在房顶安装移动通信天线或建轻型楼顶塔；郊区站多为建在郊区或山上的自建机房与铁塔。移动通信基站为通信电源最恶劣的应用环境，高耸的铁塔及远距离的供电线路都会成为雷击的目标。因此移动通讯防雷的重点在于在不同的周围环境中因地制宜的布置防雷措施。n9.4.1移动通信基站的防雷防护n一、移动通信基站的防雷防护措施n1、联合接地网的组成n通信系统接地网应按照均压、等电位的原理，将工作地，保护地和防雷地组成一个联合接地网。站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入，一般通信系统联合地网由机房地网，铁塔地网和变压器地网组成，接地网的组成如图所示。n基站地网

260、应充分利用机房建筑物的基础(含地桩)，铁塔基础内的主钢筋和地下其他金属设施作为接地体的一部分。当铁塔设在机房房顶，电力变压器设在机房楼内时,地网可合用机房地网。n图93移动通讯基站接地网示意图n机房地网组成：机房地网应沿机房建筑物散水点外设环形接地装置，同时还应利用机房建筑物基础横梁、竖梁内两根以上主钢筋共同组成机房地网。当机房建筑物基础有地桩时，应将地桩内两根以上主钢筋与机房地网焊接连通。当机房设有防静电地板时，应在地板下围绕机房敷设闭合的环形接地线，作为地板金属支架的接地引线排，其材料为铜导根截面积为5075mm2，并从接地汇集线上引出不少于二根截面积为5075mm2的铜质接地线与引线排连

261、通。对于利用商品房或民用建筑作机房的通信基站，应尽量找出建筑防雷接地网或其他专用地网，并就近再设一组地网，三者相互在地下焊接连通，有困难时也可在地面上可见部分焊接成一体作为机房工作地，保护地和铁塔防雷地。工作地及防雷地在地网上的引接点相互距离不应小于5米，铁塔尚应与建筑物避雷带就近两处以上连通。n铁塔地网的组成：当通信铁塔位于机房旁边时，铁塔地网应延伸到塔基四脚外1.5m远的范围,网格尺寸不应大于3m乘以3m，其周边为封闭式，同时还要利用塔基地桩内两根以上主钢筋作为铁塔地网的垂直接地体，铁塔地网与机房地网之间应每隔35m相互焊接连通一次,连接点不应少于两点.当通信铁塔位于机房屋顶时，铁塔四脚应

262、与楼顶避雷带就近不少于两处焊接连通，同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体，以利雷电流散流。n变压器地网的组成：当电力变压器设置在机房内时，其地网可合用机房及铁塔地网组成的联合地网；当电力变压器设置在机房外，且距机房地网边缘30mm以内时，变压器地网与机房地网或铁塔地网之间，应每隔35mm相互焊接连通一次(至少有两处连通)，以相互组成一个周边封闭的地网。当地网的接地电阻值达不到要求时，可扩大地网的面积，即在地网外围增设1圈或2圈环形接地装置。环形接地装置由水平接地体和垂直接地体组成，水平接地体周边为封闭式,水平接地体与地网宜在同一水平面上，环形接地装置与地网之间以及环形接地装置之间应每隔35m相

263、互焊接连通一次；也可在铁塔四角设置辐射式延伸接地体，延伸接地体的长度宜限制在1030m以内。n2、接地体材料n接地网对于通信系统有十分重要的意义，其作用是把各种故障电流顺利的泄入大地为站内设备提供参考电位。接地网性能主要依赖3个因素:组成接地网的导体物理特性(外形、尺寸、材料)、上壤模型和故障电流的特性。其中，土壤参数随变电站的位置而定（不考虑季节影响），故障电流具有随机性难以控制，接地网的材料特性便于控制。目前欧美各国广泛采用铜材作为接地网材料，而我国除一些引进的工程项目采用铜材接地网外，其它大都采用热镀锌钢材。n接地体采用热镀锌钢材，其规格要求如下：钢管直径50mm，壁厚不应小于3.5mm

264、。角钢不应小于5050mm乘以5mm扁钢不应小于40mm乘以4mm。垂直接地体长度宜为1.52.5m，垂直接地体间距为其自身长度的1.52倍。若遇到土壤电阻率不均匀的地方，下层的土壤电阻率低，可以适当加长。当垂直接地体埋设有困难时，可设多根环形水平接地体，彼此间隔为11.5m，且应每隔35米相互焊接连通一次。n在沿海盐碱腐蚀性较强或大地电阻率较高难以达到接地电阻要求的地区，接地体应采用具有耐腐,保湿性能好的非金属接地体。接地体之间所有焊接点，除浇注在混凝土中的以外，均应进行防腐处理。接地装置的焊接长度:对扁钢为宽边的2倍，对圆钢为其直径的10倍。在寒冷地区，接地体应埋设在冻土层以下。n接地线和

265、接地引入线接地线宜短直，截面积为3595mm，材料为多股铜线。接地引入线长度不宜超过30m，其材料为镀锌扁钢，截面积不宜小于40mm乘以4mm或不小于95mm2的多股铜线。接地引入线应作防腐，绝缘处理，并不得在暖气地沟内布放，埋设时应避开污水管理和水沟，裸露在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。接地引入线由地网中心部位就近引出与机房接地汇集线连通，对于新建站不应少于两根。n接地汇集线接地汇集线一般设计成环形或排状，材料为铜材，截面积不应小于120平方毫米，也可采用相同电阻值的镀锌的扁钢。机房内的接地汇集线可安装在地槽内，墙面或走线架上，接地汇集线应与建筑钢筋保持绝缘。n3、接地电阻的要求n通

266、信系统对接地电阻有严格的要求，根据YDJ2689通信局(站)接地设计暂行技术规定基站地网的接地电阻值应小于5欧姆，对于年雷暴日小于20天的地区，接地电阻值应小于10欧姆。架空电力线与电力电缆接口处的保护接地以及电力变压器(一般均100KVA以下)保护接地的接地电阻值应小于10欧姆。架空电力线上方的避雷线及增装在高压线上的避雷器的接地电阻值，其首端(即进站端)应小于10欧姆,中间或末端应小于30欧姆。n943各种接地系统的注意事项n（1）铁塔上安装移动基站馈线的防雷接地n铁塔上架设的移动通信基站馈线、同轴电缆金属外护层,应在上下端及进入机房入口处外侧就近接地,在机房入口处的接地应就近与地网引出的

267、接地线妥善连通;当铁塔高度大于等于60m时(馈线及同轴电缆长度大于60m时),其屏蔽层宜在铁塔的中间部位增加一个与塔身的接地连接点,室外走线架始末两端均应和接地线、避雷带、地网焊接。n（2）房顶立轻型楼顶塔的防雷接地n对于利用办公楼、宾馆、高层建筑和居民楼作为移动通信基站机房,铁塔位于机房顶时,铁塔四脚应与楼顶避雷带或在楼顶的避雷网预留的接地端不少于两处焊接连通,以及与建筑物楼顶的各类可能和大地构成回路的金属管道连通,同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体,以利雷电流散流。n（3）民用建筑物内的基站接地系统n移动通信基站地网的概念在民用建筑中是不可能存在的,民用建筑本身的防雷接地仅利用建筑物内的

268、金属构件和基础内的钢筋作为防雷接地系统,但作为雷电流引下线柱内的主钢筋并非要求焊接,因此将建筑物本身金属构件作为惟一的接地系统是不可靠的。应在此基础上另设一个辅助接地系统,2个接地系统焊接为一体,才可保证移动通信基站接地系统的可靠性。如可根据基站环境条件,在建筑物的一侧地下设一组接地体与建筑物立柱牢固焊接;或将机房内所有的立柱主钢筋焊接连通,作为基站的接地系统。若基站选在办公楼或大型建筑内,由于建筑筋混凝土基础埋地较深,与大地的接触面积大,因此可充分利用建筑物的防雷接地系统,尽可能与和大地构成回路的金属管道及大楼顶避雷带上或避雷网预留的接地端多次焊接连接。可能的情况下,敲开几根柱子的混凝土保护

269、层,将钢筋与大楼顶避雷带或避雷网预留的接地端牢固焊接,作为基站的接地系统。n（4）郊区基站的接地系统n建在郊区、山区的独立机房的地网应采用环形接地网的方式。环形接地网围绕铁塔和机房一圈,并分别与铁塔基础多处牢固焊接,机房接地引接点应在远离铁塔的一侧。如果大地的电阻率较高,则再在地网四角采用辐射型接地体(辐射型水平接地体周围采用液状长效降阻剂处理)n944移动基站的综合布线n（1）进入移动通信基站的低压电缆应全程埋地引入,埋地长度不小于15m,埋地深度不小于0.7m。n（2）引入电缆规格要求选用ZR-RVV22-525(100m以内),或ZR-RVV22-525(100m以上)。n（3）铠装电缆

270、的金属护层两端应就近与地网焊接。n（4）电缆走线要求有良好观感,并设置标识,电缆在建筑物强电井内可以直接敷设,在机房楼内可敷设在走线架上。n（5）电缆在建筑物外墙要穿PVC管保护,穿墙时要做护套,穿墙洞口须做放火、防水封堵。n图94移动通信塔下基站及杆塔基站示意图n图95移动通信塔下基站及杆塔基站防雷接地示意n与室外地网相连接。机房内接地汇集排在地网上的引接点、馈线与室外地网相连点、雷电流引下线在地网上的引接点等各点间保持大于5m以上的距离与地网焊接。n4各种接地系统的注意事项n（1）铁塔上安装移动基站馈线的防雷接地n铁塔上架设的移动通信基站馈线、同轴电缆金属外护层,应在上下端及进入机房入口处

271、外侧就近接地,在机房入口处的接地应就近与地网引出的接地线妥善连通;当铁塔高度大于等于60m时(馈线及同轴电缆长度大于60m时),其屏蔽层宜在铁塔的中间部位增加一个与塔身的接地连接点,室外走线架始末两端均应和接地线、避雷带、地网焊接。n（2）房顶立轻型楼顶塔的防雷接地n对于利用办公楼、宾馆、高层建筑和居民楼作为移动通信基站机房,铁塔位于机房顶时,铁塔四脚应与楼顶避雷带或在楼顶的避雷网预留的接地端不少于两处焊接连通,以及与建筑物楼顶的各类可能和大地构成回路的金属管道连通,同时宜在机房地网四角设置辐射式接地体,以利雷电流散流。n（3）低压电缆引入时的防雷接地n依照移动通信基站防雷与接地设计规范要求,

272、移动通信基站的交流供电系统应设置专用电力变压器,采用三相五线制供电方式。由于移动通信基站用电负荷小,容量要求约20kW,故许多移动通信基站没有专用配电变压器,采用380V低压电缆直接引入。n（1）进入移动通信基站的低压电缆应全程埋地引入,埋地长度不小于15m,埋地深度不小于0.7m。n（2）引入电缆规格要求选用ZRRVV22525(100m以内),或ZRRVV22525(100m以上)。n（3）铠装电缆的金属护层两端应就近与地网焊接。n（4）电缆走线要求有良好观感,并设置标识,电缆在建筑物强电井内可以直接敷设,在机房楼内可敷设在走线架上。n（5）电缆在建筑物外墙要穿PVC管保护,穿墙时要做护套

273、,穿墙洞口须做放火、防水封堵。n第十章、高层建筑物防雷保护第十章、高层建筑物防雷保护第一节雷电流的效应n10.1.1沿导线的电位降n雷电引入高电位是指直击雷或感应雷从输电线、通信电缆、无线电天线等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的雷击事故。这种事故的发生率很高，而且事故往往又比较严重。n当雷电流通过接地引下线时，在导线的周围产生电磁场并沿着导线产生一电位降(图101).在单位时间内单位导体长度上的这种电位降可以下式表示:它由传播速度V=300米/微秒及波头陡度为di/dt的电流所产生。波阻抗Z约为300至500欧。根据以上的数值，对陡度为1千安/微秒的雷电流来说，沿导线的电位降约为1至

274、1.7千伏/米。图101沿引下线的电位降i雷电流;Ui电位降;DC引下线，其波阻抗为Z，电感为L，电阻为R换言之，防雷装置可用一个集中元件的电路来代表。沿导线的电位降为:n式中L为导线的电感，R为其有效电阻。长导线的电感约为1至1.5微亨/米，由此可知，对于陡度为1千伏/微秒的雷电流来说，其电感电位降约为11.5千伏/米，在波头的持续时间内导线上的欧姆电压降微不足道。在截面为50毫米的铜导线上，电压降仅为0.36伏/米*千安，而在同截面的钢线上则为3.4伏/米*千安。n以测量到的最大雷电流陡度为100千安/微秒来计算，在10米长的单根引下线上电感电压降约为11.5兆伏。但这一高电压只出现于雷电

275、流波头存在的一瞬间，为时也不过1微秒或更短。由于电晕损耗，这一电压将进一步降低。n如果使雷电流分布在几条并联的引下线上，由于每根引下线上的电流陡度系按并联导线的跟数成反比减小，所以感应电压降将大为减低。这一关系只适用于根数不多而长度相近的并联引下线。然而，即使把无限数目的导线沿圆周排列在一起，它的感应电压降也只是稍稍减小一些而已。n10.1.2接地极本身及其附近的电位降n当雷电流i通过接地极而流入大地时在如地点和大地远处某一点之间将产生一电位降。式中L为接地极的有效电感，R为其相对于真正零电位面的欧姆电阻同形式接地极的有效电感可以忽略不计。对于较长的接地极要考虑地极的电感，但长度再长时须视为波

276、阻抗，在电阻率很高的土壤中，单根长接地极或网形接地装置，则电感的影响也可以忽略。接地欧姆电阻并不影响建筑物本体的保护，但是它控制着沿周围地面的电位降。离接地极越远，所造成的跨步电压越低。将不同直径的环形接地极埋于不同的深度，可以把跨步电压限制在安全的水平。为了把建筑物入口处的跨步电压减小到最低值，可以埋设一个接地网在很多场合中可以采用一种简便的措施，铺上厚度至少为20厘米的绝缘层，这绝缘层可用碎花岗石或玄武岩垫底，上面再浇三层厚度至少各为2厘米的沥青，各层沥青间还要称上一层黄麻。n10.1.3感应电压n闪电通道上电荷时间的变化产生位移电流并使绝缘的金属物体得以电容性充电。雷电流产生的磁场变化在

277、金属环路中感应出电压和电流。在偶尔的情况下，金属部件P于引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比，在金属环路中感生出危险电压的情况要经常得多。但总的来说这种危险值出现于陡度大的雷电流波头部分而持续的时间不会超过1至2微秒。感应电压的大小于环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。如图102所示：n图102雷电流的电感效应ni雷电流；U引下线的电压；DC引下线；P对地电容为Ce，对引下线电容为Cg的孤立的金属部件；UcUCe/(Ce+Cg)在P上的电容性感应电压；L与引下线之间的互感为M的金属环路；UiM(di/dt)电感性感应电压.n如图103所示的是另一种形式的环路。它

278、是由距离引下线DC中心某一a处的一根金属导线B所构成。导线B可以是绝缘的或可与引下线DC分开接地。流经引下线的雷电流i，对每千安/微秒的电流陡度，在沿半径为r的引下线DC方向上，宽度为a，长度为1米的环路所感生的电压为:图103相邻金属部件间的电压nAT接闪装置；DC引下线；E接地极；BP等电位连接线；AD间隙；B，C为相邻的平行导体；a环的宽度n当环的宽度a为1米或更大一些时，感应电压U可达到引下线电位降U1的数值，约为1至1.7千伏/米千安/微秒。当引下线的直径增大时，例如采用钢管，则感应电压将显著降低。同样，将电缆贴近引下线处，例如在钢柱上，也将降低感应电压。10.1.4相邻导体间的电位

279、差在图103中，导体B的上部和引下线DC间的全部电位差为UaUiUe。如前节所述，只在电流的波头部分感应电压可超过1000千伏。相比之下，欧姆电压Ue可保持其峰值至1020微秒或以上。当Re5欧，i80千安时，次电压可达400千伏。然而，在建筑物内欧姆电压的影响可通过电位均衡而消除，以图3所示的导体C来说，可在靠近地面处把导体C和DC连接在一起。n把雷电流分散到几根沿着建筑物四周对称分布着的引下线上，可使相邻导线间的电位差以及引下线上的电压降显著减小。沿建筑物四周分布的引下线于接闪装置和接地极结合起来构成一个笼子，因为雷电流通过时要产生电压降，称为动态笼。每根引下线中泄放的雷电流随总的引下线数

280、目的增加而减少。如把钢结构和钢筋混凝土建筑物内的钢铁部分陡连接成为一体，则可获得很显著的效益而并不增加费用。n前面对相邻导体间电压差的计算结果仅仅是近似值。因电流和电压均在随时间和空间变化。电感和电容效应也应该考虑进去。在引下线上有相当大的一部分电位差通过电耦合而传送到了附近平行的导体上去，因此在这些导体之间的电位差就减低了。精确的计算需遵循波传播的规律，即使如此仍有电晕影响的问题存在。n10.2.2引下线n为尽可能地减小沿引下线的电感压降，接闪装置必须通过引下线以最短的路径接地。引下线避免形成环路。碰到建筑上大型外伸的凸出物时，要将引下线笔直的穿过去而不要绕着突出物安装。n各引下线应沿建筑物

281、合理对称的分布，从房角开始沿屋面边缘而敷设，彼此间的距离应不超过20米左右。小房屋最少也应有两条引下线分布于两个对角上。引下线不应紧靠房门或窗户，至少应保持0.5米以上的距离。如果引下线敷设在壁龛之内或在粗灰泥涂层之下的不易检查之处，则必需有防腐措施。钢架和钢筋混凝土的护板如果已连成一个金属体，则可以当引下线使用。这一措施的优点已在前节中指出。露天的消防扶梯，户外电梯的轨道及金属的门帘等，即使仅伸出几厘米也可作引下线的一部分来使用。可是如果打算使用水落管和其他通风及空调管道时，必须注童查连接处可能有不良接触并要当心这种管子将来可能被换成塑料的。水落管道过掺槽与接闪装置相连，故可做为引下线用。n

282、基础大于3030米的建筑物有时需装相距不超过20米左右的内部引下线。建筑物里面的柱子可用于此目的。在不能采用这种措施的地方，例如机场大厅或体育馆，则外部引下线的数目要相应增加。然而引下线之间的距离不必小于10米左右。n10.2.3接地装置n导体的电感仅在雷电波波头期间才起作用，在这期间以外，防止接地处出现过大的电位差的最简单的好方法是在建筑物周围埋设闭合的导体环。当建筑物内要装内部引下线以及当公用事业的金属管道要作等电位连接时这种环形接地极可作为中问的联系。n这个方法还有一个优点即接地电阻值不再影响建筑物本身和内部装置的保护。大地的电位可借埋设的管线和电缝传到很远的地方。因此对某些电气装置和器

283、件规定了最大的接地电阻值。n1.接地装置的接地电阻n关于建筑物的接地装置的接地电阻值，应根据建筑物内安装的电气设备、通信设备或其他设备的要求而定。n（1）当楼内有重要的计算机系统、微波通信系统或调度自动化系统时，接地电阻值宜小于1，最高不得大于4，接地装置应有降低冲击接地电阻及降低跨步电压的措施。n（2）当楼内安装有配电设备或较重要的电气设备时，接地装置的接地电阻不宜大于4，最高不得超过10。n（3）若为一般的写字楼、高层家属楼时，接地电阻一般要小于5，最高不宜超过10，接地装置应为环形闭合式，要有均压措施，对跨步电压要有严格的限制措施。n2.接地装置的形式n接地装置应围绕建筑物四周做成闭合的

284、环形，每隔35m与建筑物的钢筋混凝土基础连接一次，每隔815m用接地引下线与接闪装置相连。在雷电活动强烈的地区，或建筑物较高时，以及建筑物附近经常有行人走动时，还有如图所示的降低冲击接地电阻的措施和均衡电位分布的措施。图104高层建筑物的闭合式接地装置n图中均压环1一般距建筑物基础1.5m，并四周做成圆弧状，均压环2距均压环1的距离视场地情况可为510m，放射线是为降低纵向电位分布和冲击接地电阻而设置的，另外在地面还要垫上1530cm厚的砾石和沥青混凝土路面，在高土壤电阻率地区，对均压环和纵向放射线，还可以加高效膨润土降阻防腐剂进行降阻处理，水平接地体的埋深应达到0.81.5m，对接地引下线应

285、从地下与水平接地体连接处刷沥青漆进行防腐处理。n仅当被保护的目的物内没有任何金属设施或不需要电位均衡措施的地方，例如像农村中的房屋或遗棚，才允许将每根引下线分别接地。当采用一根单独的接地极时，它必须足以使雷电流散入大地而不致发生沿地面放电。因此这个接地极就应埋得相当深而且必颓有足够的长度。在第十六章中讨论了接地极的型式和尺寸，同时也提到可利用钢筋混凝土的基础做为接地极，但这一基础必须是没有绝缘层包封才行.当建筑物的外墙位于整块混凝土基础上时，埋置在混凝土中的导休可用作接地板。这种导体，一般为镀锌的钢筋，可称之为“基础接地”。它不但安装价廉而最大的优点是不会生锈。当采用这种基础接地时，应使它位于

286、潮湿层，以获得适合的接地环境。n在这种基础中，水泥的数量应不少于300公斤米，而其厚度最少应为10厘米。在不能利用基础接地的地方或基础并不与引下线相联时，应当埋设环形接地网，并使引下线与其相联。这个环形接地网必须离开建筑物约l至2米，其深度至少为0.5米。如果不可能安装环形接地网，则应将建筑物两侧接地通过金属部件或金属管子连起来。n在岩石地区不可能埋设接地导体，因此需采用一种环形导体，并把它紧压在地面上。至少还要增加二根金属带，长度最步20米，并尽可能把这些金属带与石头的缝隙和潮湿的地方相连。第三节建筑物的内部保护n除外部防雷装置外，其它附加措施均为内部防雷装置。它包括防雷电感应，防反击以及防

287、雷电波侵入和防生命危险。良好的内部防雷措施能减小建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应，并能防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害和雷电电磁脉冲所造成的危害。n内部防雷主要采取等电位连接设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。n10.3.1电位的均衡n所有的金属装置都应该保持电位相等。对建筑物的防雷保护来说，这要比接地电阻重要得多。接地电阻的最大允许值有时必须根据对建筑物以外其它设备的影响情况而规定。n保持电位均衡的一个实际的方法是在建筑物最低的一层设置一个公共接地点或接地母线，所有的金属装置都必须与之连接。这些金属装置包括各种型式的管道(水管、供热管等等)，电缆外皮，供电

288、系统的中性线或保护接地线以及所有埋在地下的延伸的金属物体。所有这些埋在地下的金属装置都有助于降低接地电阻。但是，有些装置例如煤气管道和供电系统的某些中性线，在某些条件下不应直接与公共接地点连接在一起，而要经过保护间隙才行，但在有些国家中，则大力推荐将煤气管道与防雷保护系统做等电位连接。不同材料的接地导体不应连接在一起，以防电解腐蚀。只在雷电流通过的时间内，不同材料的导体才短时相连。因此，这只要装个保护间隙就行了。供电的进户线应在引入建筑物的入口处安装避雷器。n为使升高的地电位不致于传至公用事业的金属管道，特别是煤气管道，应以长于管道的绝缘材料把管道遮避起来。这一绝缘的表面闪络强度在空气中约为5

289、00千伏米，在土中约为300千伏米。n使电位均衡的最好方法是利用环形或基础接地这样的接地系统,引下线都应接在这种环形接地网上，如不需要更低的接地电阻，就无需附加别的接地极了。环形接地网最好埋设在建筑物的外面，如果完全不可能时，可将引下线连接在最低点的管道或其他金属装置上。n等电位连接的目的是减小或消除内部防雷装置各个部位上所产生的电位差,包括靠近进户点的外来导体上的电位差。保证建筑物内部不产生反击和危险的接触电压、跨步电压。钢筋混凝土建筑物应在各层的适当位置预埋与房屋结构内防雷导体相连的等电位连接板,以便与接地主干线相连。建筑物的金属门窗、金属地板、电梯轨道、大型电机设备、各种箱体、壳体、电缆

290、桥架和各种管道等都应以最短距离连接到等电位连接系统上,线路距离长时,应两端接地,必要时中途也应接地。有的构件在制造时应预留连接用的预埋件。在一栋建筑物内如采用等电位连接方式,则在任何情况下都不能设计两种接地系统。电力系统、照明系统、信息系统及各种专业系统都必须采用综合共用接地系统。220V/380V电源采用TN系统时,楼内宜采用三相五线制(TNS),PE线和N线应分开,N线必须采用绝缘线。这对微电子设备防雷电电磁脉冲也有很大的好处。n10.3.2建筑物上面的和内部的金属部件n现代的建筑物具有各种各样的金属装置和电气设备。屋顶的空间也都被利用了，通风，电梯和空调等等机械设备都装在屋面上。所有这些

291、设备都可能距防雷保护系统的导体特别是接闪装置很近，这些地方在雷击时对地电位将达到它的极大值。这样造成的电位差主要决定于电流的上升速率。如果只有一根引下线，则要依靠它疏导全部的雷电流。在这种情况下，接闪装置可能升高的最大电位已于21节说明，即当电流陡度为100千安微秒时，10米长的引下线电位可达l至15兆伏，但这个电位仅能持续不到l微秒时间。在这样短的电压脉冲下，空气击穿强度可能在900至1000千伏米左右。降低旁侧闪络危险的最简单办法是使雷电流至少分布在二根引下线上。n考虑到雷电流的上升速率，相邻的金属物体(与防雷保护系统导体之间)最少保持0.5米的间距似已足够。但必须使雷电流至少沿两个方向流

292、入地中，并应在20米距离内保证有电位均衡措施。在危险区域内特别困难的条件下可使间隔的距离加倍。n另一方面，有几种国家规程已介绍了一些简单的公式来确定所需的间距。这些公式用于没有电位均衡措施的情况，式中所需的间距是引下线的数目和接地电阻值的函数。金属部件租防雷接地系统间的电压差在靠近最近的电位均衡点的地方减小至零。如果不存在这样的必须与电感电压加在一起，而所需的间距将依赖于接地电阻值。电阻压降持续10至100微秒，对于这一冲击电压，其击穿电压相当于500千伏米左右。当雷电流为100千安时，0.5米的间距要求接地电阻小于5欧。这一间距必须从屋面一直保持到地面，而且当高度增加时，考虑到电感电压降问题

293、就必须额外增大间距。由此显然看出电压均衡的突出优点。n如果不可能保持安全的间距或如果要防止旁侧闪络。另一方面如不可采用直接连接，则可以通过一个保护间隙或一个避雷器而连接。当这种保护装置动作时，一部分雷电流将通过这一金属部件导入地中，因此必须有足够大的截面来疏导这种电流。否则，就需增加一根导线，对于小型的室内电气装置一般都应查验这一措施是否需要。n引下线可能是钢材，同时可用同样长度的一段铜导线与之并联。在这两种导体中，如欲使电流平均分布，则由于电阻率的不同，钢导线的截面积必须十倍于铜导线才行。如果铜的引下线是利用一根供电的导线，则这根导线的温升必须限制在100左右。n按常规，用于测量、遥控、通讯

294、、特别是包括电子元件的电气装置是不应遭受雷电流的。在所有这些装置中，必须与防雷保护系统保持足够的安全距离，并必须加以屏蔽以免受到直接雷击。n10.3.3电气装置n因为进户线可以将高电压传入建筑物内，所以电气系统的电位均衡措施特别重要。常规的家用电气装置，其击穿电压仅为几千伏。如果没有电位均衡措施则一个平均大小为3O千安的雷电流，就需要接地电阻远低于l欧。保持这样低的电阻值一般是不大可能的，并且在大多数情况下也没有必要。在进户线进房屋处所装的避雷器可确保闪电过电压不致引入屋内。n前面已经谈过，应尽最大可能使雷电流远离房屋内的电气设施。因此，应该避免在靠近接闪装置附近安装电气装置。图105表示几种

295、不同的方法。器件和导线可按K的方式加以屏蔽，即将屏蔽物的一端连在接闪器AT上，将另一端连到公共接地点ET上，为了电位均衡的目的，带电导线也通过避雷器SD而接到公共接地点上。屏蔽物的尺寸可根据前节而定。此外，还应注意到与屏蔽物的耦合阻抗问题。应使其欧姆电压降不超过电缆绝缘的电气击穿强度。因为大多数信息处理设备的电缆和导线的绝缘强度都很低，所以应特别重视这一危险，电源线如果是直接敷设在钢构架上，则不再需要屏蔽。n另外一种解决办法是使电气装置与接闪装置及引下线两者保持一足够的距离，或者如设备是装在屋面上的；则可把M和N上的接闪装置作成如图106M和N那样的形状。M的情况是以成型的网格做为接闪装置，N

296、的情况则表示如何布置短避雷针以对保护目的物N进行屏蔽。这种保护方法对于电梯的机械和控制机构，通风机和屋面上其它类似的设备，是十分可取的。n图105相邻部件间的电位均衡nAT接闪装置；DC引下线；ET接地极；BP电位均衡母线；nAD间距；PG保护间隙；SD避雷器n有的电气设备例如飞机警告灯及路灯杆子等，并不可能永远避免直接雷击。鉴于发生故障时将引起的严重后果，故应在靠近灯头的带电导线上装设避雷器。农村中的建筑物常由架空线供电。如果进户线装在屋面上，则将成为一个易受雷击的地点，因此进户线的支架也应包括在防雷保护范围内，并应通过一个火花间隙与接闪装置相连。供电局一般不允许直接连接上去的。但无论如何总

297、需要使导线通过避雷器再接地。n如果部分雷电流能随导线流入一个相连的电气装置，则在这装置的各条进线上也应装设避雷器以防止电击穿，特别当它们单独接地时更是如此。对于远处燃料油箱的遥控就相当于这种情况。n对于信息处理设备应特别注意，这不但是因为它的绝缘的水平低，也鉴于万一受到雷击时可能造成的严重后果。上述设备包括用于通讯，电传打字、测量、遥控、电视，电子学，计算机、实验室以及用于体格检查和手术室的装置等等。设备制造者应与绝缘工程师合作，事先在等电位连接和屏蔽上增加少量的费用就可省掉以后的许多麻烦。n电路中感应电压的危险应尽可能用绞线配线的方法予以防止。所以应广泛地使用多股绞合的标准电缆，并且器件中的

298、电路走线也应该是绞合过的。信息系统用的导线和电缆不能敷设在可能有很多雷电流通过的导体附近。至少要保持0.5米的间距。n但如敷设在钢构架上或钢筋混凝土结构上时，这一规定可以放松，因为在这种情况下雷电流已分散在多根引下线之中了。无屏蔽层的导线或电缆应敷在金属管道内或钢筋混凝土的沟管之内。制造厂应规定过电压保护方式及安装方法。特别易受电气干扰的场所，如测试室及医院房屋等，必须使其与附近的金属部件隔离，并应以金属屏蔽体加以屏蔽，此屏蔽体必须仅在一个点上与防雷保护系统相连。第四节典型建筑物的防雷保护n建筑物防雷保护的基本问题和各国规程中推荐的规定，已在戈尔德（1973）新近所写的闪电防护一书中加以讨论，

299、并列出关于这一专题有代表的参考书目。此外，在霍斯尔等所著的书中，根据德国的实践描述了大量的关于保护装置的情况。n和上述两册综合性的出版物相比，本章只注重于讨论内部的防雷保护和电位均衡措施，这几方面在以前的书中还没有很系统的讲过。然而这些问题却是相当重要，特别是对现代建筑物中那些大量的电气装置，如果有适当的接地再施以电位均衡措施，从保护建筑物本身来说，接地电阻的绝对值已经变得无关紧要。下面的一些实例都应该从这一特点出发来加以研究，有些被推荐的规定可能看来费用太贵，但不管怎样以环形接地网来代替多根单独的接地极时，总的费用和工作量并不增加。n在很多场合中，用简单的防雷保护措施就够了，特别是对那些需要

300、保护的房屋很小以及雷电活动并不频繁的地带。靠近高建筑物、树木或山谷等等的地方是比较有利的位置。然而，即便在雷击概率接近于零的地方，也照样能够受到雷击。简单的防雷措施可以使用单根避雷针，例如用于屋面上的天线，但即使这样做了，仍然要注意与靠近的金属部件的电位均衡问题。n10.4.1接闪装置n建筑物上的接闪装置要依屋面的形状，大小和周长而定。在平顶的屋面上，最靠外边的导体应紧沿屋面边缘而敷设，在斜坡的屋面上，导体必须研屋脊而行。最理想的接闪装置是金属板屋顶。一般焦用铜板，因为它有抗锈性能，如果采用了防腐蚀描施，也可以使用镀锌的钢板或铝板。为了防止闪电将金属板打穿，应按表II所列的板的厚度来选择，可是

301、，如果闪电通道的落点受漆层或镀层的影响(对铝，为稳定氧化层的影响)而固定在一个位置上时，即使板厚为l毫米也能烧出一个洞来，熔化量是闪电中所携带电荷的函数，但是注意到闪电所携带电荷的频数分布。因此，除非屋面板的厚度像金属薄片一样，是没有必要在屋面上另加导体的。此外，还应装置一些短避雷针，彼此相距不超过5米左右。当金属板或金属薄片被可燃的塑料或油毛毡层覆盖时，可能引起火灾，这种火灾不易被及时发觉，这就提出了必须把接闪装置设计得安全可靠的重要性。n用自然界的材料如茅草，芦苇或棕榈叶子铺设的屋面是极易燃烧的。这种屋面的住房在热带地区要比温带地区盛行。在茅屋附近的棕榈树提供了足够的天然防雷保护。n如果需

302、要装置人工保护时，其位置必须使闪电通道能远离易燃物质。因此，必须使避雷针高出屋面半米以上。塑料或浸渍过的硬木可用来做为支架，这个方法还有一个附带的优点就是可以避免由屋面上或屋面下靠近的金属部件引起的任何危险。由于这种房屋大多数在乡下，它的周围可能有很多树木。这样，应修剪树枝使它离开房屋二米以外，这对防止由树木向房屋的旁侧闪络是很重要的，接地或电位均衡措施必须按前面所叙述的方法办理在软料屋面的旧农村房屋边上扩建的新房屋多数是硬料屋面的，在建造这种屋面时，应使它与旧房屋上比钉子尺寸大一点的金属部件至少保持1米的距离，这样可防止发生旁侧闪络。n10.4.2一般高度的房屋n小的独幢房屋，一般其周边不大

303、于40米，应至少有两根引下线装在房屋的两个对角上。最好是选择没有下水管道的角落，但这些引下线应在其根部与防雷保护系统连接，正像把谵槽连接到接闪装置上一样。通常不应以下水管道来代替引下线，因为这种管道可能损坏，腐蚀或被换成塑料管子。可是如果下水管是用铜做的，或者焊接好而不易损坏的，由于它具有抗锈性能，所以也可以用做为引下线。可能的危险是在强大的雷电流冲击下这种下水管道容易断裂。n对于屋面上小型电气装置的保护，例如空调器，可在被保护物至少05米以外树立一根比它高出0.3到0.5米的短避雷针就够了。闪电保护系统的部件与附近的金属物体能有0.5米的间距就够了，但先决的条件是这种金属物距最近的起电位起作

304、用的连接导线不大于20米。林外雷电流应至少分布在两根引下线上，即使如此，附近的金属部件特别是电器装置应离开得越远越好。垂直得空调排气管应使用塑料得。n就煤气管而论，在房屋内的一段应该通过一节塑料管与总管联接，以使这两部分间电气绝缘，并在塑料管上并联一保护间隙。这样即可将房屋内的煤气直接连到防雷保护的接地系统上去。n对岩石上的房屋应在距房屋约l米之内设置一环形接地体隧绕房屋。各引下线间相距不得超过10米。如果，环形接地极的直径超过10米，则需要有附加的内部连接。敷设在塑料管内的内部引下线，砌在干燥的砖石内或覆以木料可有利于减低电位差。所有公共事业金属管子间的电位均衡措施以放在建筑物的底部为宜，电

305、气装置与屋面的导体应保持足够的距离，应把许多短避雷针放在屋面上使得雷电流能从尽可能多的流入地里。屋面导体的交叉点装短避雷针是最合适的位置。n如果房屋座落在山上，则环形接地极应至少有两条引外接地线通入山谷或有导电性的裂缝或随便什么土壤中。导线的长度至少为2O至4O米，并必须用夹头把这些导线固定在地上，供电线路必须通过避雷器与防雷保护的接地系统相连。n10.4.3大型建筑物和礼堂n大型建筑物，例如工业厂房或仓库，汽车房和飞机库等，均需要有一个接闪装置系统。钢屋面的保护效果最好，特别是在钢架未被覆盖的情况下。鉴于这种建筑物的屋面大多数如山峰之起伏，两个相邻的屋脊一般相距不超过10米，通常以屋脊和屋面

306、外边缘当作接闪装置就够了，钢柱可当作内部的引下线，接地系统是一个所有管子和电缆外皮可以连接上去的网络。在这种情况下整个保护系统是很简单的。电力进户线和电话线在引入房屋处以及在屋面下敷有较长线路的那些电气回路的终端都应有电位均衡措施。n如果屋面是钢筋混凝土浇制的或是预制板铺设的，则应有附加的接闪装置以防止因雷击而损坏混凝土，必须把钢筋连接在一起，任何的尖端物体必须与钢筋做等电位连接。为了带电导线的电位均衡，要求有过电压保护装置。由于导线和金属结构元件间的紧密耦合，电气装置上的感应电压是不高的，钢结构对雷电流的分散作用也有助于减小感应电压。n10.4.4多层高褛建筑物n高度大约在2O米以上的建筑物

307、广泛地采用钢构架或钢筋混凝土结构。这对防雷十分有利，这种结构形式代表了使雷电流沿多路平行通路而分布的最好方法。当然，钢筋必须通过夹具，电焊或绑扎线进行电连接。相互隔开的引下线也可以放入混凝土中，各预制板中的钢筋也应以软性接头连接在一起，雷电流通过的钢筋越多则内部防雷的效果越好，柱子和墙壁中的有些钢筋应该该通过绑扎线与楼板中的钢筋做等电位连接。n由于多层高楼建筑物的服务性设备有很多是装在楼顶上的，如通风机等，建议为他们装置隔开的接闪装置，并把这些接闪装置连接导柱子或墙壁钢筋上去或尽可能多装一些引下线。当电气装置离迂最近的等电位层不超过20米左右时，它与接闪装置的最小间距为0.5米，保持这一间距对

308、电子设备是极为重要的。易受感应电压影响的房间应以与邻近铁件隔离几个厘米的笼形铁丝网围绕起来，该铁丝网应在供电线路引入大楼的入口处与引下线或钢筋做单点等电位连接。总的说来，把楼板、墙壁和天花板的钢筋互连起来，并只将基础与引下线做等电位相连这样已足够了，所有外来的服务装置需在同一点上施以电位均衡措施。n多层高楼建筑物沿其高度每隔20到3O米应在外部装设旁侧接闪装置，在同样距离的水平面上旁侧接闪装置的导体间应施以电位均衡措施。接地导体应放置在大楼的基础内，并应将其连接到环形或网状接地网络上去，然后将这个网络与引下线和建筑物的钢筋做等电位连接。如果总的接地电阻对保障供电系统的安全来说还不够小，则应再添

309、设附加的接地极。应注意混凝土中的塑筋与土壤中的镀锌钢件间以及钢与铜间在地中腐蚀的危险，不同材料的接地部件应予以隔开，只有通过保护间隙才能连在一起。当埋在地下的导体具有铅护套或是加以阴极保护时，不同材料的部件才允许直接相连。n建筑物内部的金属服务装置仅为了电位均衡的目的才连接到防雷系统上去。这种装置应对接闪装置保持有足够的间距。如果雷电流是分布在建筑物的表面上，而不是(即使仅有一部分)由建筑物里面发散出去，则内部的防雷保护就容易多了。然而，由于中间楼层的电位均衡作用，一部分雷电流仍能从公用装置上夺路而行，但由于这一电流相对来说很小，所以可认为是无害的。因此，接闪装置不应该直接连到等电位层母线上去

310、。大楼的金属复盖面及金属幕墙，和其他墙壁上金属部件一样可做接闪装置之用，它们必须在等电位层之间的各层楼板上连接到引下线上。n10.4.5高塔n高塔，烟囱和类似建筑物的防雷保护，原则上和多层高类建筑物一样，不论其高度如何，至少在对角上有两条引下线，高度超过20米的高塔沿其周边每隔10至15米加一根引下线，这可防侧面的直接雷击，高度为20米左右的烟囱有一根引下线就够了。n外部的金属爬梯可做引下线之用，工业上使用的砖坦囱或水泥烟囱应在其顶上装置一个金属帽或是沿烟囱口周围安装一圈导体，在该导体上每隔2米处装置一根至少为半米高的避雷针，所用的材料应该是抗腐蚀的。离烟囱顶几米以内的引下线也应用这抗腐蚀的材

311、料，把地面上20米范围以内的金属部件如锅炉、管道、钢架等都做等电位的连接是极为有利的，烟囱上的导线应在靠近地面处通过避雷器与接地系统相连接。n今日的工业烟囱不是钢筋混凝土制的就是钢铁制的，这些烟囱只需要考虑电气装置的本体保护，必要时可装设一个专用的接地极。n凡是公众易于接近的高塔，其防雷装置需要高度重视人身的安全，瞭望塔有最易遭受露击的危险，由王在雷暴中人们经常在这种塔内躲避风雨，故应该特别注意入口处的跨步电压问题。警告灯如果装在塔顶，则必须至于接闪装置保护范围内。n警告灯的电源线应通过避雷器与接闪装置相连，此连接线需有足够大的截面以供泄放一部分雷电流。此外，在电缆引入处应该有电位均衡措施，至

312、少应有两根引下线安装在对角上，电缆应敷在里面并靠近其中一根引下线。从底部一直通到顶上的金属梯子和扶手应连到接闪装置并每隔lO米左右与引下线连接一次。所有的金属装置均应以同样方式与防雷保护系统等电位相连。躲避在这样一个塔内的人们如果他的两手或两脚同时触及一块接地的金属和有部分雷电流通过的另一块金属部件时就可能受到危险为了避免这种危险，在接近塔身的距离内应施以电位均衡措施。塔内长的金属扶手最好能分成几段，各段间留有足够的间隙或是嵌一段木扶手，但所有的木料必须是能防潮的。塔外地面上的跨步电压通过在不同滦茇在入口的前面可设置几在最上面部分至少应铺三层沥青，各层之间应施以河青浸渍的黄麻以防止开裂。n塔中

313、作为工作室和餐厅用的中间楼层，为了防止闪电的侧击，应在外部敷设接闪装置并沿其周边围设适当的金属网以保持电位的均衡。n10.4.6高层建筑物对低房屋的屏蔽作用n高建筑物对低矮房屋的屏蔽作用并无确定的规则。避雷针的引雷作用已在第十五章第2节内探讨过，有关的课题如地线的屏蔽作用将在第二十章第3节内讨论。在莫斯科附近一座537米电视塔上对闪电的观察指出，在四年半内有两次闪电打在塔顶以下约200米的地方。周围的地面在距塔基200米以外会受到雷击，这说明屏蔽角仅为20度。在1公里半径范围内落雷的次数两倍于范围以外，显然高层建筑物的屏蔽作用尚有待进一步调查研究。n10.4.7体育场n雷暴来临时体育活动一般都

314、被中断，所以实际上闪电导致的严重事故是相当稀少的。运动员能迅速地离开场地，但观众却需要更多的时间，即使没有任何闪电打到地上的话，也要引起惊慌失措。大雨和冰雹已足以使人群混乱，此时再有雷击则结果更不堪设想。所以，体育场，特别是大面积的，其防雷保护密切关系到群众安危。n简单的解决办法是把整个场地覆以接地的避雷线，但所需的支架将耗费不赀，可是另一方面也可利用这些支架安装泛光灯或广告牌，这样就使保护方案更为经济。现代的帐蓬和大遮棚对于下雨和闪电都有遮避作用，但由于价格太贵所以只使用于有限的少数体育场中，它们的防雷保护应在设计方案的初始阶段加以考虑，譬如，所有受拉力的金属绳凡可能被雷击中的必须有足够的机

315、械强度以防止熔断几股时发生强度不够的危险。n有顶的看台可像任何一幢房屋一样用接闪装置来保护。露天看台不好敷设避雷线，除非整个一场地从露天看台顶上覆以避雷线。不过可用另一种办法，即采用装有避雷针的轻型金属杆柱沿看台顶部而竖立，这同时也能一举两得，可做旗杆之用。长的金属围栅，栏杆和其他物体至少每隔10米就以最短的路径与接地系统做等电位连接。接地系统的设计应保持低的跨步电压，对雷暴时群众会去躲避的地方更要特别注意。露天看台下面的空问是最适合这_目的的地方，因为环形接地网的很多分枝都经过这看台下面使这里成为电位最均衡的地方。泛光灯的柱子是个易受雷击之点，因而在它周围必须保持低的跨步电压。第十一章易燃易

316、爆场所的防雷保护第十一章易燃易爆场所的防雷保护n随着当今社会的需求,一些危险品、易燃易爆品等货物贮存场所进一步扩大增容。由于这些物品的特殊性质,一旦发生火灾、爆炸,将会对社会产生巨大的危害。雷电作为自然界一种不可预见的天气现象,对易燃易爆场所的安全有着致命的危害。那么,对易燃易爆场所的防雷安全保护因更加规范、严格,才能使其免于因雷电所引起的灾害呢。n易燃易爆场所的建筑物防雷可按有关建筑物的防雷规范进行设计，采用避雷针、带、网等避雷装置实现。为提高接地的可靠，降低雷电流和地电位，防止反击和跨步电压，易燃易爆场所的接地应大于两处，油库、加油站的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作地、保护接地等应共

317、同连接，共用一组接地装置，同时可以采取屏蔽的方法。第一节油库、加油站的防雷保护n11.1.1防雷设施检测指标n1防直击雷n对于站房和罩棚的防直击雷的措施,可采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器防直击雷。避雷针尖端应设在爆炸危险空间之外。避雷针保护范围应按滚球法确定,所有被保护物均应处在避雷针保护范围内。避雷网(带)应沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设,并应在整个屋面组成不大于10m10m或12m8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接,连接点不应少于2处。地上金属油罐壁厚小于4mm时,应装设防直击雷设备；壁厚大于等于4mm时,可不装设。金属油罐必须进行防雷

318、接地,接地体敷设成环形,接地点不应少于2处,油罐的接地点沿油罐周长的间距不得大于30mm,环型防雷接地距罐体的距离应大于3m,防腐要均匀。在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器,并与屋面防雷装置相连。非金属油罐的阻火器和呼吸阀,必须处于接闪器保护范围之内。人工洞石油库油罐的金属呼吸管和通风管露出洞外的,应有独立的避雷针保护,保护范围应高出管口2m,针距管的水平距离大于3m。独立避雷针与被保护物的水平距离不能小于3m,接地电阻均应小于10。n2防感应雷和接地阻值n金属油罐的阻火器、呼吸阀、量油孔、人孔、透光孔等金属附件应做好等电位连接,并接地,接地电阻不得大于10。输油管的法兰、阀门等连

319、接处应设金属跨接线,过渡电阻应小于0.103,当法兰用5根以上螺栓连接时,可不跨接。进入室内爆炸危险场所的金属管线,从进入点算起,其外部埋地长度超过50m时,可不设接地装置。当室外部分不埋地或埋地长度不足50m时,应在入户处和室外100m以内做2次接地,其接地阻值不能大于20。铁路装卸油品设备(包括钢轨、管路、鹤管、栈桥等)均应作电气连接并接地,接地电阻Ri小于等于10。地上钢油罐的温度、液位等测量装置,应采用铠装电缆等与罐体做电气连接,铠装电缆埋长度大于等于50m。各种室外架空管道,每距25m应有一处接地。在进入室内处,应与防感雷接地装置连接。平行敷设间距小于100mm的管道或长金属物等,应

320、设跨接线,其跨接点的间距应小于等于30m,交叉净距应小于100mm时,交叉之处应有跨接。引入危险建筑场物(场所)的电源线路,零线重复接地的电阻小于等于10,引入端的电缆金属外皮的接地电阻小于等于10,电缆与架空线的换接杆上应装避雷器,并与电缆金属外皮、绝缘子铁脚等连接一起接地；室内所有金属物体均应接地,接地电阻小于等于10。站棚避雷带、避雷针等防直击雷设施的接地电阻不大于10。金属油罐的冲击接地电阻不大于10,当油罐仅做防感应接地时,接地电阻值不大于30n3静电防护n油库、加油站防静电采取接地措施是必须的,但不是绝对的安全,因大部分油品电导率较低,在这些油品中积累的电荷导电很慢,因此,当一种油

321、品泵入油罐时,虽然油罐已经接地,但仍能积聚电荷。当带电体与不带电或静电电位低的物体之间电位差300V时,就会发生放电现象产生火花,可能引起爆炸燃烧。n罐区的电气线路宜全线采用铠装电缆直接埋地,在引入端应将电缆金属外皮进行防感应雷接地。爆炸危险区域内接地干线不同方向上与接地装置连接点应不少于两处,电气设备的金属外壳应接地。电气设备的接地装置与防直击雷的接地装置分开设置,但对可以设在建筑物上的防直击雷的接地装置,允许与防感应雷接地装置共用,但接地电阻按最最小电阻值执行。电气设备的金属外壳应接地,其接地电阻值50，则有可能有受潮情况。n投运后，随着运行时间增加，电流有一定增大，但电流不能超过50。n

322、3、MOA在持续运行电压下的交流泄漏总电流、阻性电流及损耗功率测量n金属氧化物避雷器（MOA）在保护电力系统安全运行上有十分重要的作用，但由于MOA没有放电间隙，ZnO电阻片长期承受工频电压，冲击电压和内部受潮等影响，引起内部ZnO阀片（MOA）老化，阻性电流增加，功耗增大，导致MOA内部阀片温度升高，直至发生热崩溃。如果MOA在动作负载下发生劣化，将会使正常对地绝缘水平降低，泄漏电流增大，直至MOA被击穿而损坏。为了及时发现MOA的隐患，需要经常监测其运行状态，MOA老化后，内部电阻减小，泄漏电流阻性分量按指数规律极大地增加。因此，准确监测阻性分量电流的变化对于MOA的健康诊断非常重要。n目

323、前，现在国内外测量仪器有：n（1）瑞典NL型MOA泄漏电流分析仪，常配有雷电计数器(环形线匝接口)。n（2）日本日立公司的避雷器泄漏电流检测仪，它可测总泄漏平均值，也可测3次谐波成分，3次谐波经函数变换为阻性电流的信号量。n以上两种仪器的基本原理是在MOA阀片劣化后，其阻性电流中的谐波成分明显增加，通过谐波分析法，反映出全电流中阻性电流的变化，但都不明确表明阻性电流的峰值。因容易受系统谐波含量影响，无法反应MOA表面受污秽受潮等问题。n（3）日本LCD4型阻性电流测量仪。其基本原理是利用外加容性电流将流过阀片的的容性电流(无功分量)补偿掉，而只保留阻性电流分量。n国内众多厂家生产的测量仪，其原

324、理大致与LCD4型相似。这种测量方式可在现场带电测量，测量较简便。现场测量应注意的问题是：n注意正确选取参考电压的相位；n现场试验测量回路应可靠接地；n220kV及以上电压等级避雷器在现场带电测量时应注意其相间干扰(目前国内有些测量设备也附带有移相消除相间干扰的功能)。第二节发电厂变电所接地试验n12.2.1接地电阻试验n随着电力系统的发展，电网规模的扩大，各种微机监控设备的普遍应用，人们对接地的要求越来越高，而接地好坏的重要标准之一，就是接地装置的接地电阻大小。目前的各种接地电阻测量方法，主要是为了测量工频接地电阻而采用的，是为了提高测量和计算的精度，或消除和降低测量中的干扰而研究出的方法。

325、n一、测量接地电阻的基本原理n根据接地电阻的意义，接地电阻是电流I经接地体流入大地时接地电位U和I的比值。因此，为了测量接地电阻，首先在接地体上注入一定的电流，如图122所示。为简化计算，设接地体为半球形，在距球心X处的球面上的电流密度为nJ=（121）n式中J距球心为X处的球面上电流密度；nI接地体入地的电流；nX距球心的距离。图122三极法测量接地电阻的试验接线n我们知道，电场强度E=，为土壤电阻率而电场中任意两点间的电位差，等于电场强度在两点之间的线积分。设无穷无远处的电位为零，所以距离接地体球心x(x，rg)处所具有的电压为nn由式（122）可知，电极1、2、之间出现的电位差为n（12

326、3）n电极3使1、2、之间出现的电差为（122）（124）n2电极之间的总电位等于U与U”之和，即n因此1、2极之间呈现一的电阻Rg为n接地体1的接地电阻实际值为nR=（127）n式中R接地体的实际电阻；nrg接地体的半径；（125）（126）n要使测量的接地电阻Rg，等于接地体的实际接地电阻R，就必须使式（12）和式（12）两式相等，即n令d12=d13,d23=(1a)d13,代入式（128）n而a2+a1=0n解得a=0.618n系数a表明，如果电流极不置于无穷远处，则电压极必须放在电流与被测接地体两者之间，距接地体0.618d13处，即可测得接地体的真实接地电阻值，此方法称为0.618

327、法或补偿法。（128）n这一结论的应用是有范围的，与假设的前提有关，即仅在接地体为半球形，球形中心位的已知没有半球形，大多数为管状、带状以及由管带形成的接地网。测量结果的差别程度随极间距离d13的减小而增大。但不论接地体的形状如何，其等位面距其中心表远，其形状就越接近半球形，并在论证一个电极作用时，忽略了另一个电极的存在，也只在极距d13足够大的情况下才真实。n实际的地网基本上是网格状，它介于圆盘和圆环两者之间，用上述论证方法，可以证明当接地体的圆盘（圆盘半径为r），电极布置采用补偿法时，其测量误差为n将不同的d13代入式（126）相应的测量误差，如表152所示，表中D为圆盘直径。（129）误

328、差电极距离d135D4D3D2DD （%）-0.057-0.089-0.216-0.826-8.2n表122采用不同电极距离测量圆盘接地体接地电阻由表12-2出，用2D补偿法测量圆盘接地体的接地电阻时，其误差比较小（小于1%）。如果地网是环接地体，同理可证明，若采用补偿法，当接地导体的直径d=8mm，地网半径r=40m时，取不同的d13值，其相应的测量误差，按式1516计算的结果如表123示。D135D4D3D2D(%)-0.0322-0.0595-0.138-0.498 表12-3 同电极距离（d13）测量圆环接地体接地电阻误差n由表123出，用2D（为圆环直径）补偿法测量圆环接地体的接地电

329、阻时，其误差亦小于1%。所以对于实示的接地网，用2D补偿法测量接地电阻的误差均在1%以下。此时测量电极的布置是电流极距离地网中心d13=2D，电压极距地网中心是d12=0.618d13=1.235D.DL47592接地装置工频特性参数的测量导则规定：当被测接地装置的面积较大而土壤电阻率不均匀时，为了得到较为可信的测试结果，建议把电流极离被测接地装置的距离增大，例如增大到10km，同时，电压极离被测接地装置的距离也相应增大。n如果在测量工频接地电阻时，d13取（45）D值有困难，那么当接地装置周围的土壤电阻率较均匀时，d13可以取2D值，d12取D值；当接地装置周围的土壤电阻不均匀时，d13可以

330、取3D值，d12取1.7D值。n二、发电厂、变电所接地电阻测量n1、测量方法及接线n测量接地电阻的方法最常用的有电压、电流法，比率计法和电桥法。对大型接地装置如110kV及以上变电所接地网，或地网对角线D60m的地网不能采用比率计法和电桥法，而应采用电压、电流表法，且施加的电流要达到一定值，测量导则要求不宜小于30A。n（一）电压、电流法n采用电压、电流法测量接地电阻的试验接线如图123示。这是一种常用的方法。n施加电源后，同时读取电流表和电压表值，并按下式计算接地电阻，即n式中Rs接地电阻，；nU实测电压，V；nI实测电流，A。（1210）n图123压电流法测接地电阻的试验接线nT1隔离变压

331、器；T2变压器；1接地网；n2电压极；3电流极图123，隔离变压器T1可使用发电厂或变电所的厂用变或所用变50200KV，把二次侧的中性点和接地解开，专作提供试验电源用；调压器T2可使用50200KVA的移圈式或其它形式的调压器；电压表PV要求准确级不低于1.0级，电压表的输入阻抗不小于100k，最好用的分辨率不大于1%的数字电压表（满量程约为50V）；电流表PA准确级不低于1.0级。n1）、电极为直线布置n发电厂和变电所接地网接地电阻采用直线布置三极时，其电极布置和电位分布如图124，其原理接线如图125图124工频地装置的直线三极法电极和电位分布示意图n直线三极法是指电流极和电压极沿直线布

332、置，三极是指被测接地体1、测量用的电压极n2和测量用的电流极3。一般，d13=（45）D，d12=（0.50.6）d13，D为被测接地装置最大对角线的长度，点2可以认为是处在实际的零电位区内。n实验步骤如下：n（1）按图123验接线，并检查无误。n（2）用调压器升压，并记录相对应的电压和电流值，直之升到预定值，比如60A，并记录对应的电压值。n（3）将电压极2沿接地体和电流极方向前后移动三次，每次移动的距离为d13的5%左右，重复以上试验；三次测得的接地值的差值小于电阻值的差值小于5%时即可。然后三个数的算术平均值，作为接地体的接地电阻。n如时令时，分别测得接地体的接地电阻为nRg1、Rg2、

333、Rg3、,则接地体的接地电阻Rg为nRg=2.16Rg11.9Rg2+0.73Rg3(1211）图125三极法的原理接线图n如果d13取45D有困难时，在土壤电阻率较为均匀的地区可取d13=2D,d12=1.2D;土壤电阻率不均匀的地区可取d13=3D,d12=1.7D。n2）、电极为三角形的布置n电极三角形布置示意图如图126示。此时，一般取d12=d132D，夹角n图126电极三角形布置图n1接地体；2电压极；3电流极n测量大型接地体的接地电阻时，宜用电压、电流表达、电极采用三角形布置。因为它与直线法比较有下列优点：n（1）可以减小引线间互感的影响；n（2）在不均匀土壤中，当邓d13=2D

334、时，用三角形法的测量结果，相当于3D直线法的不测量结果；n用三角形的测量结果，相当于3D直线法的测量结果；n（3）三角形法，电压极附近的电位变化较缓，从29到60的电位变化相当于直线法从0.618d13到0.5d13的电位变化。n接地电阻Rg为（1212）式中 U12电压极与被测接地装置之间的电压；I通过接地装置流入地中的测试电流；a 被测接地装置的等效球半径；d12 电压极和被测接地装置的等效中心距离；d13 电流极和被测接地装置的等效中心距离； 电流极和接地装置等效中心的连线与电流极和接地装置等效中心的连接线之间的夹角，一般取d12 d132D，=30。n3）、测量工频接地电阻n当被测接地

335、装置的对角线较长，或在某些地区（山区或城区）按要求布置电流极和电压极有困难时，可以利用变电所的一回输电线的两相导线作为电流线和电压线。由于两相导线即电压线与电流线之间的距离较小，电压线与电流线之间的互感会引起测量误差。这时可用四极补偿法进行测量。图127消除电压线和电流线之间的互感影响的四极法的原理接线图。图157的四极是指被测接地装置1、测量用的电压极2、电流极3以及辅助电极4。辅助电极4离被测接地装置边缘的距离d14=30100m，用高输入阻抗电压表测量1、2，1、4和2、4之间的电压。电压U12、U14和U24以及通过接地装置流入地中的电流I，得到被测接地装置的工频接地电阻。n图127四

336、极法测量工频接地电阻的原理接线图n1被测接地装置；2测量有电压极；3测量有电流极；4辅助电极nRg=(1213)n式中U12被测接地装置1和电压极2之间的电压；U14被测接地装置1和辅助极4之间的电压；U24电压极2和辅助极4之间的电压；nI通进接地装置流入地中的试验电流。n同时为了减少电压线和电流线之间互感的影响，可使用架空线的一相作电流线，另外再从地面放一根电压测试线，两根丝沿同一方向布线，但应间距一定的距离，最好能大于10m。n在试验中如遇到升电流有困难时，应检查架空线路的导线接头是否接触好，接触电阻是否过大，电流极和电压极的接地是否可靠，如不可靠处理，如在测试电流极和电压极四周加盐水处

337、理。如我们有一次在做一水电厂的接地电阻测试时，调压器调到满量程却升不起电流，最后检查是由于试验时所用的35kV架空线路导线弓子接头长期失修、氧化，使接头处电阻过大所致，经处理后电流才会升到预定值。n4测量注意事项n（1）试验时用交流电源测量接地电阻时，应采用独立电源，通常单独的所用变压器，并把中性和接地点打开，以防分流引出误差，或升不起电流，也可使用1：1的隔离变压器，其中性点接至被测接地体，相线接至电流极。电压的高低根据电流回路阻抗和所需要的升的电流进行估算。在满足测量要求的前提下，应尽量采用较人低的电压。n（2）在许多变电所中，输电线路的架空地线是与变电所接地装置连接在一起的，这会影响变电

338、所接地装置接地电阻的测量结果，因此，在测量彰应把架空线路的避雷线与变电所接地装置的电连接断开。n（3）电流极处因要注入较大的电流，会对附近的人畜造成伤害，因此，在测量时要有专人临护。n（4）在试难时电流引线要流过较大的电流，因此，电流回路要有较大的导线截面。n5、消除干扰的措施n1）、消除接地体上零序电流的干扰n发电厂、变电所的高压出线由于负载不平衡，经接地体部有一些零序电流流过，这些电流注过接地装置时会在接地装置上产生电压率，给测量结果带来误差，常用如下措施进行消除。n（1）增加测理电流的数值，消除杂散电流对测量结果的影响。我们知道接地电阻Rg=即接地电阻等于接地装置上的电压降与电流的比n值

339、。这个电压主要是试难时施加的测试电流产生的，但是如在地网中的零序电流较大，这个电流也会在接地装置上产生压降影响测试结果。为了提高测试精度，最有效的办法是加大测试电流，以减小零序电流分量所占比例。因此，“测量导则”规定：“通过接地装置的测试电流大，接地装置中零序电流和干扰电压对测量结果的影响下，即工频接地电阻的实测值误差小。为了减小工频接地电阻实测值的误差，通过接地装置的测试电流不宜小于30A”。可见，加大测试电流的办法是减小零序电流干扰的最有效措施。n（2）测出干扰电压U，估算干扰电流I。在使用电流电压法测量工频接地电阻时，在开始加压升流前，先测出接地装置的零序干扰电压U，如图1510所示。n

340、按图接好线后，升压前先将S1断开，用电压表先测量零序干扰电压U12、U14和U24，然后按式（1524）估算零序干扰电流的值（1214）n式中U12零序干扰电压，V；I零序干扰电流，A；Rg接地电阻估算值，。n当零序干扰电流估出后，试验时所升的电流I=（1520）I，可使没量误差不大于5%7%。图128消除干扰测量结果影响的原理接线（3）利用两次测量的结果，对数值进行校正，即先用电源正向升流侧出U1，然后将电源反向，测量另一组数据U2并测出干扰U。则（1215）式中U校正后的电压，V；U1电源反向前所测数值，V；U2电源反向后所测数值，V；U电源断开后测得的零序干扰电压，V。n如果外界干扰电流

341、的频率与测量电流的频率不同，而为其谐波时，则U1=U2，此时，（1216）n（4）对每一个测点用三相电压轮测量三次，然后按下式计算接地电阻，即（1217）n式中Rg接地电阻，；nUa、Ub、Ue分别用A、B、C三相电压时测得的电压值，V；nIa、Ib、Ie与Ua、Ub、Uc电压相应的测量电流，A；nU、I干扰电压和电流。n（5）为了准确的找到“零电位”区，可求d13=(45)D,d12=(0.50.6)d13.如d13取（45）D有困难，而接地装置周围的土壤电阻率又比较均匀，测量引线可适当缩短。当采用电极直线法布置，允许测量误差为5%时，电压极的允许范围是表124；d135D3D2Dd12/d

342、13规定值0.56-0.6660.585-0.6460.594-0.634近似值0620.050.620.030.620.02表124电极直线法布置误差5%时电压极的允许范围n2）、消除引线互感对测量的干扰n当采用电流电压法测量接地电阻时，因电压线和电流线要一起放很长的线距离，引线的互感就会对测量结果造成影响，为了消除引线互感影响，通常采用以下措施。n（1）采用三角形法布置电极，因三角形布置时，电压线和电流线相距的较远，互感也就小，不会造成大的影响。n（2）当采用停电的架空线路，直线布置电极时，可用一根架空线作为电流线，而电压线则要沿着地面布置，两者庆相距510m。n（3）采用四极法可消除引线

343、布感影响，另外还可采用电压、电流表和功率表法测量。n6、对测量仪表和引线截面的要求n（1）电压表内，电压表与电压极相串联，其内阻对测量准确有影响，此时电压表的读数为nUv=UIvR2(1218)nIv=(1219)n解此两式得n （1220）n式中Uv电压表的读数，V；nU电压表和接地体之间实际电压，V；nRV电压表的内阻，；nR2电压极的电阻，；nIV通过电压表的电流，A。n由于RV存在，使得测出的电阻误差为n式中负号表示测出的接地电阻较实际值偏小。从式（1224）看出，如果要求由电压表内阻引起的误差小于3%时，则电压表的内阻应等于或大于电压极电阻50倍。n若RV小于R250倍，采用电磁或电

344、动式电压表时，则应按下式校正，即n然后近下式计算接地电阻，即n式中Rg接地电阻，；nU校正后的电压，V；（1221）（1222）（1223）nI试验电流，A。n因此，电压表应采用高内阻的，如数字电压表、静电电压表等。n（2）表计准确级，测量接地电阻所用的电压表、电流表、电流互感器等的准确度应不低于0.5级。n（3）导线截面，测量时电压极引线的截面不应小于1.01.5mm2；电流极引线的截面由电流值的大小而定，选用以每平方毫米5A为宜，与被测接地体连接地导线电阻，应不大于接地电阻的2%3%，并要求接地体的引线处需经除锈处理，接触良好，以避免测量误差。n12.2.2电位分布、跨步电压和接触电压试验

345、n当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。所以对电压在1000V以上的电气设备，应测量其接触电压和跨步电压。在发电厂和变电所附近地区还应地面的电位分布。n一般将距接地设备水平距离为0.8m处，及沿该设备外壳（或构架）垂直于地面的距离为1.8m的两点间的电压，称为接触电压，人体接触该两点时就要承受接触电压。测量接触电压，即测量这两点之间的电压如图1511所示。n在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。而电流密度的大小与距离接地体距离的平方成反比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位点。n当电流经接地装置时，在其周围形成的不同电

346、位分布，可用下式表示，即n式中UX至接地体距离为x处的电压；nUg接地体的电压；nrg接地体的半径；nx距接地体距离；n的跨步约为0.8m,所以在接地体径向地面上水平距离为0.8m两点间的电压，称为跨步电压。人体两脚接触该两点时，就要承受跨步电压。n测量电压分布和跨步电压，应该选择经常有人出入的地区进行。距接地体最近处，其测量间约为0.8m，测量点数可选57点，以后的间距可增大到510m,一般测到2550m远处即可。（1224）n测量用的接地极，可用直径810mm,长约300mm的圆钢，埋入地中5080mm,若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cm26cm的铜板或钢板作接地体。为使铜板或钢板与

347、地接触良好，铜板或钢板上可压重物，板下的地也可用水浇湿。n一、用电流、电压表法测量n（一）测量接触电压n测量设备接触电压的试验接线如图129所示。n加上电压后读取电流和电压表的指示值，它表示当接地体流过电流为I时的接触电压。然后按下式推算出当流过大电流Imax时的实际接触电压n式中Ue接地体流过电流为Imax时的设备接触电压；nU接地体流过电流I时实测的接触电压，V；nK系数，其值为；n发生接地时通过接地体的最大电流；nI测量时的实际电流。（1225）n（二）测量电位分布和跨步电压n测量电位分布和跨步电压的接线，如图1210所示。n图129测量设备接触电压的试验接线n1接地体；2电压极；3电流

348、极；4电气设备n图1210测量电位分布和跨步电压接线之一n（a）试验接线；（b）电位分布n1接地体；2电压极；3电流极；0表示零电位处n按图1210（a）加电压使流入接地体的电流为I时，将电压极为2插入零电位0处，即在该点对接地体1往外延伸时，其电位差不再增加，此时，如沿直线方向朝接地体1移动，并取等距离逐点测得电压Un,Un1,U3,U2,U1。然后，以Ug分别减去各点测得的电压值，即得出各点（对零电位点0）的电位分布，如图1512（b）所示。接地体流过大电流Imax时，的实际电位，应乘以系数K确定。n得出各点的电位，相距0.8m两点间的跨步电压为nUa=K(UnUn1)(1226)n式中U

349、a任意相距0.8m两点间的实际跨步电压，V；nUaUn1任意相距0.8m两点间测量的电位差，V；nK系数，其值等于接地体流过的大电流Imax与测量时通入的电流之比。n二、用接地电阻测量仪测量n用接地最阻测量仪测量电位分布和跨步电压的接线，如图1211所示。n按测量接地电阻的方法，测得接地体的电阻Rg,然后将电压极2移至1，2，n各点，依次得r1,r2，rn，由此得图1211测量电位分布和跨步电压接线之二（1227）（1228）n式中Ue接触电压，V；nUn任意点n的电位，V；nUk跨步电压，V；nUmax流经接地体的实际大电流为Imax时的对地电压，其值等于大电流与接体电阻Rg的乘积，V；nR

350、g接地电阻，；nRn、rn1电压极置于距接地体0.8m的位置的1时，所测得的接地电阻。nr1电压极置于距接地体的0.8m的位置1时，所测得的接地电阻。n在大接地短路电流系统发生单相接地或同点两相接地时，发电厂、变电所，电气设备接地置的电压和跨步电压不应超过下列数值（1229）（1230）n式中Ue接触电压，V；nUK跨步电压，V；n人脚站立处面的土壤电阻率，；nt接地短路（故障）电流的特续时间，S0。n在366kV不接地，经消弧线圈接地和高电阻接地系统，发生单相地故障后，当不迅速切除故障时，此时发电厂、变电所接地的装置的接触电压和跨步电压不应超过下列数值。nUe=50+0.5(1232)nUk

351、=50+0.2(1233)n在条件特别恶劣的场所，例如水田中，接触电压和跨步电压的允许值宜适当降低。n当发生接地故障时，若出现过高的接触电压或跨步电压，可能发生危及人身安全的事故。所以对电压在1000V以上的电气设备，应测量其接触电压和跨步电压。在发电厂和变电所附近地区还应测量地面的电位分布。（1231）n一般将距接地设备水平距离为0.8m处，及沿该设备外壳（或构架）垂直于地面的距离为1.8m的两点间的电压，称为接触电压，人体接触该两点时就要承受接触电压。测量接触电压，即测量这两点之间的电压如图1511所示。n在接地体周围的电流密度大，致使电压降也大。而电流密度的大小与距离接地体距离的平方成反

352、比，因此在一定范围之外，由于电流密度接近于零，该处即可作为大地的零电位点。n当电流经接地装置时，在其周围形成的不同电位分布，可用下式表示，即n式中UX至接地体距离为x处的电压；nUg接地体的电压；nrg接地体的半径；nx距接地体距离；n的跨步约为0.8m,所以在接地体径向地面上水平距离为0.8m两点间的电压，称为跨步电压。人体两脚接触该两点时，就要承受跨步电压。（1234）n测量电压分布和跨步电压，应该选择经常有人出入的地区进行。距接地体最近处，其测量间约为0.8m，测量点数可选57点，以后的间距可增大到510m,一般测到2550m远处即可。n测量用的接地极，可用直径810mm,长约300mm

353、的圆钢，埋入地中5080mm,若在混凝土或砖块地面测量时，可用26cm26cm的铜板或钢板作接地体。为使铜板或钢板与地接触良好，铜板或钢板上可压重物，板下的地也可用水浇湿。n12.2.3架空地线分流阻抗测试n架空地线分流阻抗测试采用的方法是分流阻抗法，即用电流电压法测试避雷线分流接地阻抗上的压降和电流，从而计算出避雷线分流接地阻抗值，现场测试接线原理图如图12.12所示。图中，Z为避雷线的分流接地阻抗；Rp为滑动变阻器，额定电阻300，额定电流1A，测量时取额定电阻；R为定值电阻，额定电阻80，额定功率2kW；A为电流表，测量在避雷线分流阻抗上施加的试验电流值，测量时，图1514中A量程选用1

354、0A档，V为数字万用表，测量在试验电流下避雷线接地阻抗上的压降，V。试验电源采用退出一台所变为试验专用，甩开二次侧其他负荷及中性点接地，试验用380V线电压。在试验中，避雷线的引下线一定要绑定好，防止被风吹甩向导线，引起短路事故。为了克服地网杂散电流的影响，提高试验的信噪比，应尽量将试验电流升到较大值；同时，为了减小试验误差，需先测试出避雷线的干扰电压，还需采用换相重复试验。n由图1212所示的避雷线分流接地阻抗测试原理图，可测试出避雷线分流接地阻抗Z上的压降U和避雷线分流接地阻抗Z上流过的试验电流I，并考虑到避雷线干扰电压的影响，将试验换相重复试验后，即可得出避雷线分流接地阻抗Z为图1212

355、避雷线分流接地阻抗现场测试原理图一n式中，U避雷线分流接地阻抗Z上的压降，表V的读数，V；nI避雷线分流接地阻抗Z上通过的试验电流，表A的读数，A；nU干扰避雷线的干扰电压，V；nZ正正相测试时，避雷线的分流接地阻抗，；nZ反反相测试时，避雷线的分流接地阻抗，；n Z考虑到测试误差，避雷线的平均分流接地阻抗，。n12.2.4连通试验和开挖检查n电气设备的接地装置主要是为了故障时，故障电流能可靠的入地，不至于造成反击或其他的不良后果，为此，对接地装置的接地电阻等提出了不同的要求，并规定每隔一定的周期要进行测试，看是否满足要求。但是电气设备与接装置的连接问题却一直没有受到人们应有的重视，而在这方面

356、也最容易出现问题。（1235）n试想一个变电所的接地装置接地电阻再小，如果其设备的接地线不能与之可靠的连接，那么这个接地装置就不能发挥作用。在过去的检查中，我们曾检查出大量的设备接地与地网不通，或连接不可靠，最为严重的是我们曾查出了110kV防雷设备的接地与地网不通，使防雷设备不能发挥作用。还有主变压器、油断路器与地网不通，有的还造成了恶性事故。这说明设备接地与地网的连通与地网的连通试验是相当重要的。n1）、设备接地与地网的连通试验n这项试验比较简单，就是在发电厂或变电所中先找出一设备的接地为基准，也可以是测接地网接地电阻的连接处。使用一块欧姆表，依次测量出其他设备接地对该点的直流电阻，去掉引

357、线电阻后两个设备接地引下线之间的电阻不应大于0.5。如果大于0.5，则说明连接有问题，应进一步查找原因，如焊接，或螺丝连接处是否连接可靠等。n2)、开挖检查n接地装置长期运行在地下，最容易发生腐蚀。由于腐蚀会使接地体，或设备的接地引下线截面逐渐变小，直到不能满足接地短路电流的热稳定，或造成电气上的开路，因此，每过一定的时期（一般35年）对接地装置要进行开挖检查，主要检查下列部位。n（1）设备的接地引下线，因设备的接地引下线，有一部分在土中，有一部分在空气中，由于氧浓度不同，或者说是腐蚀电位不同，最容易发生吸氧腐蚀（电化学腐蚀）。因此，每过一定的周期要进行开挖检查，看是否受到了腐蚀，验算其截面是

358、否还满足热稳定的要求，并定期进行防腐处理。n（2）检查接地网的焊接头，接地体的焊接处也是腐蚀最严重的地方，对这些部位要定期的开外挖检查其腐蚀情况，并采取相应的防腐措施。n3)、设备的接地回路检查n对设备的接地引下线要定期的检查其锈蚀情况，做热稳定校核并做防腐处理，对于接地引下线与设备外壳的连接处也要定期检查处理，尤其是通过螺栓连接的地方，有时因为锈蚀会造成电气上的开路。因此，要定期的检查和处理。n另外，还有一些发电厂、变电所的设备接地是通过电缆沟的接地带接地的，所以对电缆沟内的接地带也要定期的检查锈蚀情况，并做防腐处理。第三节 线路杆塔、避雷针接地试验n12.3.1、线路杆塔、避雷针接地电阻试

359、验、线路杆塔、避雷针接地电阻试验n 对于线路杆塔、避雷针、避雷器等小型接地装置可以采用电桥平衡原理制造的接地电阻测量仪直接测量接地电阻，比较方便。常用的ZC8、ZC29、JD1、L9型的E1型等地阻仪，都属于这类仪器。测量杆塔接地电阻，一般采用直线三极法测量，如图1213所示。电流极的布线长度至少应该达到接地网对角线的2倍，电压极的长度应该按照0.618法布置，测量时要尽量避开地下接地射线的影响，布线的方向应尽量和塔体基座垂直，测量应该尽量选择在晴朗干燥的天气进行。图1213用接地摇表测量杆塔接地电阻接线图n测量杆塔接地电阻时应注意的事项：n1、由于接地电阻测试仪是通过电流极3与被测接地极1之

360、间电流回路在被测接地极1和电压极2之间形成电压降来测试的，因此,在测量时电压极和电流极必须与大地可靠接触，如土壤太干可以在,电压极、电流极处浇些水以便使电压极、电流极与大地可靠接触。电流引线d13的长度应根据杆塔水平射线的长度而定，但d13的长度要至少达到水平射线长度的2.5倍，如水平射线的长度为100m时，d13的长度要至少达到250m。放线方向要尽量避开接地装置水平射线的方向，要尽量错开不低于300的角度。接地体、电压极、电流极一般采用直线布置，也可采用三角形布置，但采用三角形布钱时接地电阻要用1212式进行计算，而不能直读。n2、测量时，测量时可引起指针左右摆动,使读数不稳定。可能是干扰

361、造成的影响，此时最好断开其他电源进行检测,如把杆塔的避雷线迷开或有断接卡的地方断开进行检测,避免干扰电压对检测的影响。n3、如用电子仪器进行测量时,如发现回路电阻较大不能测量现象。此时应首先检查各引线的接触,排除接触不良造成的影响，如果仍不能排除,用万用表的电阻档检查检测线的导通性。或者对测试极进行处理，减少测量极的接地电阻，可有效地降低测量回路的回路电阻。n4、当所检测的接地装置和金属管道等金属物体埋地比较复杂时,可能会改变测量仪器各极的电流方向而引起测量不良或不稳。此时应首先了解接地体和金属管道的布局,选择能避开地下金属管道的地方进行测量。n5、测量时如测所放测量线的长度如不能超过地网射线

362、的长度则会造成较大的测量误差。如我们在安徵某供电公司的110kV池潘429线3号铁塔位于一平地上，其周围为一小片竹林，竹林周围为一片水田，铁塔处土质为细沙粘土。在对该杆塔的接地电阻进行现场测量时，由于其地下接地射线为30m，属于小型接地网，采用直线三极法测量接地电阻，按图5.6所示改变测量方向，分别用ZC8和ZC29B两种摇表测量，取d12=20m 、d13=40m和 d12=60m、d13=100m，并改变布线方向与塔体基座的垂线的夹角a，当图4测量布线方向与塔体接地射线位置示意图a分别为:图1214测量接地电阻图n 0、30和45时所得测量数据如下表125所示。表12-5 接地电阻测量值（

363、单位：）摇表型号ZC-8ZC29B-1布线方式d12=20md13=40md12=60md13=100md12=20md13=40mD12=60md13=100m测量角度a（）0304500450304503045接地电阻Rg()15.515.214.896.889.585.315.314.914.595.789.385.5n从表125中的数据可以发现：对于接地电阻的测量，在布线长度和角度相同的情况下，ZC8和ZC29B1两种摇表的读数相差不大。但是对于同一种摇表，当布线角度相同但布线长度不同时，特别是当布线方向与接地射线相同时，其测量结果相差最大，达到5倍之多。 n从表125中还可以发现：在

364、杆塔接地电阻的测量中，对于同一种摇表和布线方式，当布线的方向逐渐偏离塔体基座的垂直方向时，测量的杆塔接地电阻将逐渐减小。测量误差将增大。所以测量时要尽量避开地下接地射线的影响，布线方向应尽量和塔底基座垂直。n杆塔接地电阻的测量结果和辅助电压线、电流线的布线长度、角度以及测量时的天气等因素密切相关。测量杆塔接地电阻，宜采用直线三极法测量，电流极的布线长度至少应该达到接地射线长度的2.5倍，电压极的长度应该严格按照0.618法布置，布线的方向应尽量和塔体基座垂直，测量应该尽量选择在晴朗干燥的天气进行。n12.3.2、线路杆塔回路电阻试验线路杆塔回路电阻试验n接地电阻测量是校核接地装置是否达到规程要

365、求的必要手段。传统的输电线路杆塔接地电阻测量方法普遍采用接地摇表法, 需要在现场布置几十米以上的电极引线, 工作量很大。钳表法是近年来出现的新方法, 它无需电流、电压极和外加电源, 不用断开接地连接, 只要钳表夹住杆塔接地线即可。钳表法一般采用异频测量。由于用钳表法测得的是回路电阻, 故除接地体接地电阻外还可发现整个接地回路因天气、土壤或某些接地棒的腐蚀或接触不良所引起的回路电阻变大的情况, 而后者通过传统的接地摇表是无法发现的, 因为腐蚀或接触不良的情况不一定存在于土壤中的接地体上, 也可能存在于引下线等位置。n1 、钳表法的测量原理n钳表法测量杆塔工频接地电阻的示意图和原理图见图1215和

366、图1216。对于有避雷线且多基杆塔避雷线直接接地的架空输电线路杆塔的接地装置，钳表法增量来自于杆塔塔身和本档避雷线电阻、后续(或两侧)各档链形回路等效阻抗中的电阻分量等。图图12-15 钳表法测量杆塔工频接地电阻示意图钳表法测量杆塔工频接地电阻示意图Rj-被测杆塔的接地电阻;R1、R2、Rn-通过避雷线连接的各基杆塔的接地电阻;U-钳形接地电阻测试仪输出的激励电压;I-钳形接地电阻测试仪感应的回路电流。 Rtj、Rt1、Rt2、Rtn-各基杆塔的电阻(包括接触电阻)； Xtj、Xt1、Xt2、Xtn-各基杆塔的电抗； Rbj、Rb1、Rb2、Rtn-各档避雷线的电阻包括接触电阻)； Xbj、R

367、b1、Xb2、Xtn-各档避雷线的电抗。 n2、钳表法的使用条件n架空输电线路的杆塔在满足以下条件时可以使用钳表法测量工频接地电阻：na)杆塔所在的输电线路具有避雷线，且多基杆塔的避雷线直接接地。图图12-16 钳表法测量杆塔工频接地电阻的原理图钳表法测量杆塔工频接地电阻的原理图表1 测量所在线路区段中直接接地的避雷线上并联杆塔数量的要求n3、钳表法的测量步骤n使用钳表法测量架空输电线路杆塔的工频接地电阻时，按照以下步骤进行:na) 首先检查被测线路杆塔是否符合7.2的规定，记录杆塔编号、接地极编号、接地极型式、土壤状况和当地气温 。 nb)测量所在线路区段中直接接地的避雷线上并联的杆塔数量满

368、足表1的规定。nb) 检查被测杆塔接地线的电气连接状况。测量时应只保留一根接地线与杆塔塔身相连，其余接地线均应与杆塔塔身断开，并用金属导线将断开的其他接地线与被保留的接地线并联，将杆塔接地装置作为整体测量。nc) 测量时打开测试仪钳口，使用钳形接地电阻测试仪钳住被保留的那根接地线，使接地线居中，尽可能垂直于测试仪钳口所在平面，并保持钳口接触良好，使测试仪工作，读取并记录稳定的读数。n4、钳表法测量的注意事项n使用钳表法测量架空输电线路杆塔的工频接地电阻时，应注意以下事项:na) 如果与历次钳表法测量结果比较变化不明显，则认为此次钳表法测量结果有效。如果钳表法测量结果远大于历次钳表法测量结果，或

369、者超过了相应的标准或规程中对接地电阻值的规定，则应采用三极法进行对比测量，以判断其原因。nb) 当线路状况改变(如更换避雷线型号及接地方式、线路走向改变等)并影响到被测杆塔邻近的避雷线与杆塔接地回路时，应重新使用钳表法和三极法对受影响杆塔的接地电阻进行对比测量。nc) 测量前，测量人员应使用精密环路电阻对钳形接地电阻测试仪进行自检。测量时应注意保持钳口清洁，防止夹入野草、泥土等影响测量精度，测试仪工作时不允许人直接接触接地装置或杆塔的金属裸露部分。第四节 土壤电阻率试验n土壤电阻率是接地工程的重要参数，我们在设计、计算接地装置时首先应把当地的土壤电阻时，并搞清土壤率在地面水平各方向的变化以及垂

370、直方向的变化规律，以使用最小的投资达到最理想的设计结果。n12.4.1、三极法测量土壤的电阻率、三极法测量土壤的电阻率n在需要测土壤电阻率的地方，埋入几何尺寸为己知的接地体，按第一节讲的方法测出接地体的接地电阻。测理采用的接地体为一根长3m,直径50mm的钢管；或长3m,直径25mm的圆钢；或长1015m,40mm4mm的扁钢，其理入深度0.71.0m。n采用垂直打入土中的圆钢，测量接地电阻时，电压极距电流极和被测接地体20m远即可。测得接地电阻后，由下式即可算出该处土壤电阻率。即 （1236）式中 土壤电阻率，m;I钢管或圆钢埋入土壤的深度，m;d钢管或圆钢的外径m；Rg接地体的实测电阻，

371、。n用扁钢作水平接地体时，土壤的电阻率按下式计算，即（1237） 土壤电阻率， m；式中L接地体的总长度，m;M扁钢中心线离地面的距离，m;B扁钢宽度，m;Rg水平接地体的实测电阻，。n用三极法侧量土壤电阻率时，接地体附近的土壤起着决定性作用，即这种办法测出的土壤电阻率，在很大程度上仅反映了接地体附近的土壤电阻时率。这种方法的最大缺点是在测量回路中测得的接地电阻Rg中，还包括了可能是相当大的接触电阻在内，从而引起较大误差。此外，由于地的层状或剖面结构，用上述方法换算出来的等值电阻率，只能是对应于被测接地体的尺寸和埋设状况的地的等值电阻率。这个等值电阻率对于不同类型和尺寸的接地体来说，差别是很大

372、的，因而这种方法在工程实际中很采用。n12.4.2、用四极法没量土壤的电阻率用四极法没量土壤的电阻率n采用四级法测量土壤电阻率时，其接线如图1215所示。图图12-15 四极法测地壤电阻率的试验接四极法测地壤电阻率的试验接由外侧电极C1、C2通入电流I，若电极的埋深为，电极间的距离为a，则C1、C2电极使P1、P2上出现的电压分别为：而两极间的电位差为因此（1238）式中 土壤电阻率，m;a电极间的距离，m;UP1、P2点的实测电压，V；Rg实测土壤电阻， 。n由式（1429）可知，当a己知时，测量P1、P2两极间的电压和流过的电流，即可算出土壤的电阻率。n四极法测得的土壤电阻率，与电极间的距

373、离a有关，当a不大时所测得的电阻率，仅为大地表层的电阻率，其反映的深度随a的增大而增加。一般测得的值是反映0.75a深处的数值。n具有四个端头的接地电阻测量仪，均可用于按四极法测量土壤的电阻率。用四极法测量土壤电阻率时，电极可用四根直径2cm左右，长0.51.0m的圆钢或钢管作电极，考虑到接地装置的实际散流效应，极间距离可选取20m左右，埋深应小于极间距离的1/20。测量变电所的值时，应取34点以上测量数的平均值作为测量值。n用以上方法测出的土壤电阻率，不一定是一年中的最大值，所以应按下式进行校正。式中max土壤最大电阻率，m;考虑到土壤干燥的季节系数，其值如表145所示，测量时如大地比较干燥

374、，是取表中的较小值，比潮湿时，则取较大值：实测土壤电阻率，m。n用四极法测量时有以下注意事项：n（1）对于以运行的变电所测土壤电阻率时，因电流要受到地中水平接地体的影响，因而测量时要找土质相同的远离接地网的地方进行。n（2）为了全面的了解电阻率的水平方向的分布情况，要在被测试的内找不同的46点进行测量。n（3）为了了解土壤的分层情况应改变几种不同的a值进行测量，比如a=10、20、30、50m等。n（4）测土壤电阻率时尽量避开地下的管道等，以免影响测试结果。n（5）不要在雨后土壤较湿时测土壤电阻率。n土壤电阻率是接地工程的重要参数，我们在设计、计算接地装置时首先应把当地的土壤电阻时，并搞清土壤

375、率在地面水平各方向的变化以及垂直方向的变化规律，以使用最小的投资达到最理想的设计结果。n系统电容电流是指系统在没有补偿的情况下，发生单相接地时通过故障点的无功电流。测量方法很多，这里介绍几种常用的方法。n12.5.1、单相金属接地法单相金属接地法n单相金属接地又分为投入消弧线圈补偿接地和不投入消弧线圈两种。n1、不投入消弧线圈n不投入消弧线圈（即中性点不接地）的单相金属接地测量，其接线如图1217所示，图中，QF为接地断路器；TV为测量用电压互感器；TA1、TA2为保护和测量用电流互感器；W为低功率因数功率表，用以测量接地回路的有功损耗；TA1的1、2端子接QF的过流保护。电流、电压向量图如图

376、1218所示。第五节配电网电容电流测量图1217不投入消弧线圈的单相金属接地测量原理图图1218不投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图n试验是在系统单相接地下进行的，当系统一相接地时，其余两相对地电压升为线电压。因此，在测量前应消除绝缘缺陷，以免在电压升高时非接地相对地击穿，形成两相接地短路事故。为使接地断路器能可靠切除接地电容电流，须将三相触头串联使用，且应有保护。若测量过程中发生两相接地短路，要求QF能迅速切断故障，其保护瞬时动作电流应整定为IC的45倍。n合上接地断路器QF，迅速读取图中所示各表计的指示数值后，接地开关应立即跳闸。所用表计均不得低于0.5级。测量功率，应用低功率因数功

377、率表。由于三相对地电容不等，一相单相接地难以测得正确的阻尼率，需三相轮流接地测量，取三次测量结果的算术平均值。n测量结果的计算：（1242）（1243）（1244）上三式中接地电流的有功分量（安）；接地电流的无功分量（安）；系统总接地电流（安）； P接地回路的有功损耗（瓦）；中性点不对称电压（伏）； d%系统的阻尼率。n若测量时的电压和频率不是额定值，则需将测得的电流折算到额定电压和额定频率下的数值，即（1245）式中电压和频率为额定值时的系统接地电容电流（安）；额定频率（赫兹）；额定电压（伏）；三相电压（线电压）的平均值（伏）。n由于这种方法，在测量过程中，非接地两相的电压要升高，一旦发生绝

378、缘击穿，接地断路器虽能切断短路，但由于没有补偿，另一接地点的电弧如不能熄灭，可能扩大事故。同时由于单相接地产生负序分量，接地电流中将有较大的谐波分量，影响测量结果的准确度，所以一般不采用这种方法。n2、投入消弧线圈n中性点投入消弧线圈时，利用单相金属接地，测量系统的电容电流的原理接线如图1219所示。图中1、2端子接过流保护，其值整定为接地电流的45倍，瞬时跳闸。接地时的电流电压向量图如图1220所示。图1219投入消弧线圈的单项金属接地测量原理图W1、W3低功率因数功率表；W2、W4普通功率表图1220投入消弧线圈的单相接地的电流、电压向量图n按图1219的试验接线，测量出补偿电流和残余电流

379、回路的有功功率及无功功率，从而计算出补偿电流、残余电流的有功分量及无功分量、系统的电容电流和阻尼率。n测量结果的计算：（1246）（1247）式中残余电流的有功分量（安）；残余电流的无功分量（安）；补偿电流的有功分量（安）；补偿电流的无功分量（安）；电容电流的有效值（安）；电容电流的无功分量（安）；电容电流的有功分量（安）；、功率表W1、W3测的残余电流和补偿电流回路的有功功率（瓦）；、电流互感器LH1、LH2的变流比。 d%被测系统的阻尼率；、功率表W2、W4测的残余电流和补偿电流回路的无功功率（乏）；n这种测量方法，比不投入消弧线圈的金属接地安全准确，也更符合实际运行状态。其注意事项：n（

380、1）试验前应消除系统的绝缘缺陷；n（2）试验中所用仪表应不低于0.5级，电压、电流互感器不低于1级；n（3）接地断路器三相触头串联使用，并有两相接地保护，其动作电流整定为单相接地电容电流的45倍，瞬时跳闸；n（4）测试时，系统只保留测量用的一台消弧线圈，其余的应退出运行；n（5）根据估计或用其他方法测量的系统电容电流，确定测试用消弧线圈的分头，使其尽量靠近（不能达到）全补偿状态；n（6）如果测量时系统的电压和频率不是额定值，则计算出的电容电流，应按前面相同的方法折算为额定电压及额定频率时的电流。n12.5.2中性点外加电容法中性点外加电容法n中性点外加电容法测量系统的电容电流，是在系统无补偿的

381、情况下，在变压器的中性点对地接入适当的电容量，测量中性点的对地电压，然后用计算的方法间接得到系统的电容电流。外加电容一般取系统估算的对地电容的倍1/2、1倍、2倍。在每个电容下测量一次中性点的对地电压（位移电压），根据系统的不对称电压和测得的各个位移电压，计算系统的电容电流，然后取这些电流的平均值作为该系统的电容电流。中性点外加电容等值电路如图1221所示。图1221中性点外加电容等值电路图1222中性点外加电容法测系统电容电流的接线图n由于三相对地电容CA、CB、CC和外加电容Co的损耗电阻很小，可以忽略不计。对中性点用基尔霍夫第一定律，可得中性点位移电压，即于是当=0时，中性点电压即是不对

382、称电压将式（1248）除以式（1249）得（1248）（1249）因为所以系统电容电流为式（1250）及式（1251）中的C为系统对地电容，由式（1251）可见，根据外加电容和测出的中性点不对称电压及位移电压，便可计算出系统的电容电流。（1250）；（1251）n从式（1251）还可知，C与系统频率无关，即使中性点有高次谐波电压，也不影响测量结果。因此，中性点外加电容法是现场常用的测量方法，其原理接线如图1315所示。图中K1为中性点开关；K2为静电电压表V的开关；K3为外加电容的开关；为保护电容，电容量为几千微微法，电压不低于被试系统的相电压；g为放电管；外加电容的额定电压不低于2千伏。n测

383、量步骤：n（1）按实际的试验接线图接入测量设备及静电电压表；n（2）合上K1、K2，读取中性点不对称电压；n（3）合上K3，即投入外加电容，读取此时中性点位移电压，读完立即断开K3；n（4）另接一预选的外加电容，再合上K3，读取此时中性点的位移电压、等。照此方法，直至测完预选的外加电容下的每个位移电压后，立即断开K3、K2、K1。n根据测得的中性点位移电压，和在不同外加电容下测量的位移电压，按式（1316）计算系统的三相对地电容C。取各次计算电容的平均值作为该系统的对地电容，然后以电容平均值按式（1317）计算系统的电容电流。n测量时，操作人员应带绝缘手套并站在绝缘垫上。n12.5.3中性点开

384、路短路法中性点开路短路法n 利用中性点开路、短路法测系统电容电流，其基本原理与外加电容法类似。中性点开路，即相当于外加了电容量为零的电容，其位移电压就是不对称电压。当中性点短路时，相当于中性点外加了一个数值等于无穷大的电容，其位移电压为零。n由式（1250）；可知，当中性点开路时，即外加电容等于零时，；当中性点短路时，即外加无穷大电路时，。又由，两边同乘以得（1252）则是系统对地电容电流为中性点外加电容时，流过该电容的电流I0C。IC；因为当时，趋向于中性点短路后的电流值I0d，即I0C I0d。所以式（12-52）变换为（1253）即n由式（1320）可以看出，采用此法测量电容电流时，只要

385、测出中性点开路时的不对称电压U0、中性点短路时的通过电流I0d 和系统正常运行时的相电压即可。n测短路电流I0d 时，可事先把电流表串在短路接地回路中，用刀闸并在电流表两端，平时短接，在测量时打开。n注意：测量时间应尽可能短，以读准I0d 为好，测后立即把电流表短接。（1254）n12.5.4中性点外加电压法中性点外加电压法n用中性点外加电压法测量系统电容电流，就是将工频电压引入系统中性点作为测量电源。外加电源的引入，其结果应使系统一相电压降低，另两相电压略有升高，若与此相反，则应改变外加电源的极性。外加电压约为系统正常运行相电压的1/3，这样两相对地电压的升高不会危及系统绝缘。n外加电压法，

386、分投入消弧线圈和不投入消弧线圈两种接线，投入消弧线圈的方法，又分为并联（即系统对地电容与消弧线圈并联）加压和串联（即系统对地电容与消弧线圈串联）加压两种。系统除测试以外的，其余的消弧线圈应退出运行。n1、投入消弧线圈的外加电压法n投入消弧线圈的外加电压法，其接线如图1223所示，等值电路如图1224所示。图1223（a）中V为测量外加电压的电压表；A1、W1为测量系统的电容电流及有功损耗的电流表及功率表；A2、W2为测量消弧线圈补偿电流及有功损耗的电流表及功率表；A3、W3为测量残余电流和有功损耗的电流表及功率表；W1W3均为低功率因数功率表。（a）（b）图1223投入消弧线圈的中性点外加电压

387、法的原理接线图（a）并联加压；（b）串联加压（a）（b）图1224投入消弧线圈外加电压法的等值电路（a）并联加压；（b）串联加压n（1）并联加压实验结果的计算n由图1223（a）的测量结果，分别按下列各式计算系统对地电容电流、消弧线圈补偿电流和残余电流的有功分量及无功分量。系统对地电容电流的有功分量为系统对地电容电流的无功分量为消弧线圈补偿电流的有功分量为消弧线圈补偿电流的无功分量为（1255）（1256）（1257）（1258）残余电流的有功分量为残余电流的无功分量为补偿系统的阻尼率为（1259）（1260）（1261）式中： K1、K2、K3电流互感器TA1、TA2、TA3的变流比； IC

388、、IL、系统对地电容电流、消弧线圈补偿电流及残余电流的有效值（安）； P1、P2、P3为IC、IL、回路中的有功损耗功率（瓦）；外加电压（伏）；n（2）串联加压试验结果的计算n图1223（b）中为外加电压，U0为加上后的系统中性点电压，W为低功率因数功率表。（1262）式中： P功率表W测得的有功损耗功率（瓦）； K电流互感器TA的变流比； U0中性点电压（伏）； IC电流表A测得的电容电流（安）； ICP、Icq电容电流IC的有功及无功分量（安）。n2、不投入消弧线圈的外加电压法n不投入消弧线圈的外加电压法试验接线及等值电路如图1225所示，图中TV为测量中性点电压的电压互感器；A为测量电容

389、电流的电流表；W为测量电流回路有功损耗的低功率因数功率表；QF为外加电源断路器；C为系统三相对地电容。（a）图1225不投入消弧线圈的试验接线及等值电路（a）试验接线；（b）等值电路n根据测量结果进行如下计算：（1263）（b）式中： P功率表W的读数（瓦）； K电流互感器TA的变流比；外加电压（伏）； IC电流表A的读数（安）； ICP、Icq电容电流IC的有功及无功分量（安）。n3、关于试验电源的选择n（1）根据估算或用其他方法实测的系统对地电容电流和所采用的试验接线，计算所需试验电源的容量。按外加电压的要求来选择试验电源的电压。图1223（a）所需的电源容量较小，因试验电源所供给的电流仅

390、为消弧线圈补偿后的残流，电源变压器的额定电流应大于图1223（b）接线的电源变压器的额定电流应大于，其中XL、XC分别为消弧线圈的感抗和估算的系统对地电容的容抗。图1317的试验接线，电源变压器的额定电流应大于。不论采用以上哪种接线，电源变压器的额定电压均应高于外加电压。n（2）因试验电源供给的是零序电流，应选择三角形接线或中性点不接地的变压器作电源变压器。n4、注意事项n（1）图1223（a）中的电流互感器TA1及图1223（b）、图1225（a）中的电压互感器TV应具有与测量系统电压等级相同的绝缘水平。n（2）测量表计不应低于0.5级，电压互感器及电流互感器不应低于1级。n（3）外加电源断

391、路器QF应装瞬时动作的过电流保护（或过电压保护），以便在试验过程中发生单相接地时，能迅速切除故障。过流 保护按被测系统电容电流的4倍整定；过电压保护一般按0.8倍相电整 定。n（4）若外加电压使系统一相电压升高，另两相电压降低，则应调换试验电源的极性。n12.5.5中性点位移电压法中性点位移电压法n用中性点位移电压法测量系统的电容电流，其试验方法及试验接线与调谐试验完全相同。利用改变被测消弧线圈（系统中其余消弧线圈退出运行）的分头来改变系统中性点的位移电压，并测量该消弧线圈在各分头下的中性点位移电压，然后用计算的方法得到系统的电容电流。n中性点位移电压的计算公式为（1264）式中： U0中性点

392、不对称电压；补偿系统的脱谐度； d补偿系统的阻尼率。n消弧线圈在分头1和2时的中性点位移电压将式（1265）除以式（1266）得由于系统的阻尼率较小，而脱谐度比阻尼率d大得多，故有（1265）（1266）（1267）因为所以（1268）式中： U011、U012消弧线圈在分头1和2时的中性点位移电压（伏）； IL1、IL2消弧线圈在分头1和2时，额定频率和额定电压下消弧线圈的实际电流（安）； IC根据消弧线圈在两相邻分头的测量结果，按式（1334）计算的系统电容电流（安）。n依次测量消弧线圈在不同分头时的U011、U012、U013U01n，以相邻两分头的U01和IL，用式（1268）计算出I

393、C1、IC2ICn，取各次计算电流的算术平均值，即为所测系统的电容电流IC。式中：n测量次数。（1269）n为了减少测量误差，应在过、欠补偿两种方式下测量，在两种状态下分别计算（即U011及U012在调谐曲线的同一侧）系统电容电流。测量时脱谐度应选择适当，脱谐度太高不便测量电压，太低又使中性点位移电压升高较多，危及系统绝缘。一般系统阻尼率d 约为5%，当大于20%时，可以认为，如取位移电压不大于5倍的不对称电压进行计算，则不至使计算结果带来不能够允许的误差。n消弧线圈必须从系统切除后才能调换分头，当位移电压大于50%相电压时，不能切除消弧线圈，只有改变系统参数，使中性点位移电压低于50%相电压

394、后再切除消弧线圈。n12.5.6不平衡电容法不平衡电容法n偏置电容法n在610kV系统中，由于没有中性点引出，不能用外加电容法和外加电压法测量，这里介绍一种偏置电容法，其接线如图1226所示。（a）（b）图1226偏置电容法接线图及向量图（a）偏置电容法接线图（b）A相加Cf 时的向量图n假设我们在任一相加上已知电容Cf（如A相），测量加偏置电容前后的电压即可测出三相电容。设各相对地电容相等，CA= CB= CC= C0，各相对地电压也对称，加上偏置电容Cf后，中性点产生偏移电压，如图1226所示，利用节点电压法得：由于，,加上偏置电容Cf后的A相电压（1270）（1271）三相对地电容式中，即流过偏置电容的电流。n可见只要测出加上偏置电容前后的相电压和，就可以算出三相对地电容的大小。在测量中为了减少测量误差，可以采用三相轮流加压的办法来计算三相对地电容。（1272）（1273）