車間電氣設備防雷保護方法的應用

摘 要：通過學習近期發生的雷擊事故，針對車間電氣設備，從雷電的產生及危害，電源線路和信號線路兩大方面闡述車間電氣設備所采用的防雷保護方法。

關鍵詞：電氣設備；防雷；過電壓

1 引言

2013年7月中旬，水務部水源車間電氣設備遭受雷劈，車間電氣設備全部停電，生產停止運行，經20個小時的搶修，恢復供電，生產正常運行。針對該車間發生的問題，部里要求各車間進行自查，供水車間對電氣設備的防雷措施進行學習和自查。

2 雷電的產生

雷電是自然界中一種常見的放電現象。關于雷電的產生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及云團對地之間形成強大的電場，從而產生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的閃電和響雷。

而對我們生活產生影響的，主要是近地的云團對地的放電。經統計，近地云團大多是負電荷，其場強最大可達20kV/m。

3 雷電的危害

自然界每年都有幾百萬次閃電。雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明，雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位。全球每年因雷擊造成人員傷亡、財產損失不計其數。據不完全統計，我國每年因雷擊以及雷擊負效應造成的人員傷亡達3000～4000人，財產損失在50億元到100億元人民幣。

雷擊造成的危害主要有以下四種：

（1）直擊雷

（2）雷電波侵入雷電不直接放電在建筑和設備本身，而是對布放在建筑物外部的線纜放電。

（3）感應過電壓

（4）系統內部操作過電壓

4 防雷保護方法

4.1 傳統的防雷方法

傳統的防雷方法主要就是直擊雷的防護，可分接閃器、引下線、接地體和法拉第籠。

4.2 現代防雷保護方法

外部防雷——將絕大部分雷電流直接引入地下泄散。

內部防雷——快速泄放沿著電源或信號線路侵入的雷電波或操作過電壓。

5 車間防雷保護措施

車間是變配電所，6KV進線來自熱電部，供車間動力用電和廠區生產及照明用電，除進線兩路電纜經橋架引入高壓室，車間其他的電氣設備全部為室內電氣設備，按照上面的防雷保護方法，由于整個廠區采用避雷針保護，車間也在其保護區范圍內，所以車間的防雷方法主要涉及的是內部防雷。

5.1 電源線路的防雷

5.1.1 安裝接地體

供水車間兩個泵房分別安裝了接地體，為避雷器引下線和車間電氣設備的工作接地和接地保護打下基礎。

5.1.2 安裝組合式避雷器

車間637和615兩條進線高壓真空開關、母聯600高壓真空開關、電機、變壓器高壓真空開關及電壓互感器等15面高壓柜內采用HY5WZ1-10/27×2B組合式金屬氧化物避雷器，它是一種新型的過電壓保護器，用來保護變壓器、開關、母線、電動機等電氣設備，可限制大氣過電壓及各種開關引起的操作過電壓，對相-地和相-相的過電壓均能起到可靠的限制作用。

5.1.3 安裝消諧裝置

在電壓互感器開口三角側加裝用于限制高次諧波諧振裝置，接入非線性電阻器R0，實現系統抗過電壓的能力。

5.1.4 提高真空開關本身的抗過電壓的保護措施

（1）設備

a.觸頭

觸頭材料：主要用銅鉻合金和銅鉍合金、銅鎢合金材料；

觸頭幾何形狀對擊穿電壓有相當影響：觸頭電極曲率半徑大的比曲率半徑小的電極承受擊穿電壓的能力要強的多。

b.滅弧室

出廠前真空開關滅弧室經過了工藝處理，對抑制操作過電壓和降低重燃率效果顯著；滅弧室的真空度和潔凈度對觸頭重燃和過電壓倍數有較大影響，潔凈度越高、真空度越高，重燃率越低、過電壓倍數越小。

（2）定期對設備進行試驗，是檢驗和檢測設備好壞的依據。

5.1.5 提高電纜抗過電壓的保護措施

車間除新增容的兩條進線電纜采用阻燃電纜，車間全部的高低壓電纜備用纜芯接地，也起到減少操作過電壓傳遞的效果。其次增加電纜的截面也是一種很好措施。

5.1.6 提高變電所直流和二次系統抗過電壓的保護措施

（1）并聯非線性電阻

二極管是常用的非線性電阻。為防止操作時的過電壓，常用方法是在線圈兩端并聯一個非線性電阻，當突然切斷電感電路的電流時，往往會產生較大的反電勢，由于并聯二極管，反電勢通過二極管被短路，線圈中的自由分量電流是按指數形式衰減。線圈的端電壓等于二極管的壓降，其值遠小于電源電壓。這樣，二極管就能消除振蕩過電壓的產生。這種辦法適用于車間直流控制屏等直流回路中。

（2）并聯阻容支路

把阻容支路并聯在線圈兩端。在增加的并聯支路所組成的回路中，電阻被調整到臨界值，當開關切斷載流線圈電流時不產生振蕩。當開關切斷線圈電流時，線圈兩端的電壓為零。這種辦法不僅適用于直流電路也適用于交流電路。

5.1.7 高壓變頻器抗過電壓的保護措施

（1）采用特殊設計的移相變壓器，改善真空斷路器分合閘的同期性，防止非同期合閘引起較高過電壓，抑制合空載變壓器產生的過電壓。

（2）采用避雷器抑制變頻器移相變壓器的分斷過電壓，也同樣抑制變壓器帶功率單元合閘產生的過電壓。

（3）功率單元抑制過電壓的保護措施除采用移相變壓器外，增加功率單元元器件耐壓能力和采用良好的阻容吸收回路來克服合閘過電壓。

變頻器在分閘和合閘過程中都有可能會產生較高的過電壓，只有將多種防止過電壓的措施聯合起來使用，才有可能徹底克服變頻器在使用運行過程中的過電壓，保證系統的正常運行。

5.2 信號線路的防雷

5.2.1 采用具有金屬屏蔽層的電纜，將屏蔽層在電纜兩端分別接地，從而使操作過電壓的磁力線絕大部分集中在屏蔽層，不會進入電纜內部，從而避免了過電壓的傳遞。

5.2.2 每個信號回路并聯連接，避免電位差，從而保護設備和人身的安全。

5.2.3 設備的屏蔽，主要是設備外殼做接地保護。

6 建議

6.1 存在的問題

目前車間高壓電機采用6KV系統供電，對于高壓電機采取抗過電壓的措施是裝設金屬氧化物避雷器，由于在10kV及以下系統中中性點不接地或經過消弧線圈接地，且當系統發生單相接地時，非接地相相電壓升至線電壓，并允許運行2h，在這種情況下將使避雷器嚴重過熱而損壞，這種方法不能很好地保護電機。

6.2 解決的方法

目前有些廠家研制并生產了限制真空斷路器操作過電壓危及電機絕緣的新產品RC阻容吸收器，它可使絕大多數電路的操作過電壓降至電源電壓峰值的2～2.5倍以下。用RC阻容吸收器來保護電動機等負載，效果最好。但是使用RC阻容吸收器裝置限制真空開關的操作過電壓要根據系統的中性點接地方式、繼電保護要求等統籌考慮，不能只考慮限壓效果而偏廢其它措施。

7 結束語

由于車間的電氣設備主要是室內的電氣設備，對于雷電造成的危害涉及的內容主要是操作過電壓，由于車間的高低壓開關柜近幾年先后進行了改造，無論從設備本身還是保護系統，都采用先進的模式，對于防雷的保護措施采用的方法是比較超前的。隨著設備在運行中暴露的問題，及保護措施不斷進步，新的保護措施是否采用取，還要決于設備遭此破壞的幾率和資金的問題。

由于上面談到的內容涉及面很廣，受個人知識水平和能力所限，所談及的內容會有欠缺和不妥的地方，請大家予與指正。

作者簡介：馮秀芳（1971），工程師，主要從事安全、電氣管理方面的工作。