電力配電系統(tǒng)的防雷與接地技術(shù)分析

周 榮

國網(wǎng)湖北省電力有限公司襄陽供電公司，湖北 襄陽 441000

0 引言

電力配電系統(tǒng)戶外運行環(huán)境使得其很容易受到雷電現(xiàn)象的影響，一旦其遭受雷擊，不僅會影響到電力配電系統(tǒng)的正常運行，引起停電事故的同時，還有可能誘發(fā)設(shè)備著火、爆炸等安全事故，造成一定的財產(chǎn)損失和人身威脅。因此，防雷接地工作對整個配電系統(tǒng)起到非常重要的保護作用。雷擊具有一定的隨機性，一般的預(yù)警與防護措施很難起到有效的保護作用，在這樣的情況下，必須通過完善的防雷與接地措施，以降低雷電侵襲對電力配電系統(tǒng)的影響，從而保證配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，這對提高電力配電系統(tǒng)的安全性而言，具有重要意義。

1 電力配電系統(tǒng)防雷與接地技術(shù)原理

雷電作為一種自然現(xiàn)象，主要是由于有大量的正負電荷的云，當其與帶有異種電荷的云或者是地面凸起物達到一定距離后，會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，同時產(chǎn)生電閃與雷鳴。在這一過程中，雷電可能會通過感應(yīng)雷、直擊雷等形式對人畜或者地面設(shè)備造成損壞。針對電力配電系統(tǒng)，雷電現(xiàn)象會以高壓的形式對輸電線路或者輸電設(shè)備形成沖擊，甚至有擊穿絕緣保護層的可能，并由此帶來爆炸、火災(zāi)等危害，引起停電現(xiàn)象。不僅如此，雷電發(fā)生時所產(chǎn)生的電磁沖擊、電排斥力均可能對電力配電系統(tǒng)造成嚴重危害，因此有必要采取防雷與接地技術(shù)對電力配電系統(tǒng)進行保護[1]。其主要技術(shù)原理在于，根據(jù)雷擊特點，通過導(dǎo)線將雷擊所產(chǎn)生的電流導(dǎo)入大地，從而避免電流通過相關(guān)設(shè)備，對電力配電系統(tǒng)形成保護作用。在此過程中，主要依靠金屬導(dǎo)體對雷電進行吸引，通過接地網(wǎng)絡(luò)來對電流進行引導(dǎo)，使得雷電對電力系統(tǒng)的破壞作用降至最低。

2 電力配電系統(tǒng)防雷與接地的主要形式

2.1 TN-S接地防雷系統(tǒng)

TN-S接地防雷系統(tǒng)是將零線與地線分開設(shè)置，連通三條相線共同組成三相五線制的系統(tǒng)。該系統(tǒng)中所有外露的可導(dǎo)電部分都與地線直接連接，以起到直接保護作用。TN-S接地防雷系統(tǒng)是當前配電系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的一種系統(tǒng)，但是由于其實際消耗的材料較多，并且所構(gòu)成的三相系統(tǒng)不平衡，在單相使用時，會在零線上形成高電位，因此在應(yīng)用該系統(tǒng)時，通常會采用兩級開關(guān)，將總開關(guān)與末級開關(guān)的零線斷開。TN-S接地防雷系統(tǒng)主要用于電磁環(huán)境差、設(shè)備可靠性要求高的復(fù)雜配電系統(tǒng)中。

2.2 TN-C接地防雷系統(tǒng)

TN-C接地防雷系統(tǒng)是將零線與地線整合成為PEN線，同時發(fā)揮零線與地線的作用，外露可導(dǎo)電部分直接與PEN線進行連接的一種線路系統(tǒng)。配電系統(tǒng)中零線不能出現(xiàn)斷線情況，因此在實際接入建筑內(nèi)部前，需對零線或者地線進行重復(fù)接地，才能起到應(yīng)有的保護作用。TN-C接地防雷系統(tǒng)能適應(yīng)三相負荷平衡應(yīng)用場景，對于單相220 V的移動便攜設(shè)備也有良好的應(yīng)用效果[2]。

2.3 TN-C-S接地防雷系統(tǒng)

TN-C-S接地防雷系統(tǒng)指的是零線與地線部分共同使用，部分局部保護的線路系統(tǒng)，即一部分采用TN-S接地防雷系統(tǒng)，一部分采用TN-C接地防雷系統(tǒng)，整合與兼顧了兩個系統(tǒng)的共同特點。TN-C-S接地防雷系統(tǒng)在運行環(huán)境差或者是進行數(shù)據(jù)處理工作的電力配電系統(tǒng)末端設(shè)備中應(yīng)用較多，多見于工業(yè)用電、普通民用建筑用電等。

3 電力配電系統(tǒng)防雷與接地技術(shù)的具體應(yīng)用

電力配電系統(tǒng)是一個相對較為復(fù)雜的系統(tǒng)，由配電線路、變電所、電子設(shè)備等組成，在系統(tǒng)中運用防雷接地技術(shù)，需要結(jié)合設(shè)備的具體情況，選擇獨立避雷針、屋面避雷帶等具體防雷接地技術(shù)，以有效起到防雷保護作用。

3.1 配電線路防雷與接地保護

（1）高壓線路防雷接地。對于110 kV高壓線路，其架設(shè)線路環(huán)境狀況較為復(fù)雜且變化較大，因此需在其全線范圍內(nèi)架設(shè)避雷線，若涉及山區(qū)等環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，則需架設(shè)雙層避雷線。對于35 kV高壓線路，其環(huán)境相對較為穩(wěn)定，若是全線架設(shè)避雷線，不僅施工要求高，成本也較高，對此可采用每間隔1～2 km架設(shè)避雷線的方式，在起到防雷保護的同時，降低施工成本。若線路經(jīng)過雷電活動頻繁的區(qū)域，則可根據(jù)實際情況合理安裝避雷器，從而有效防控雷電現(xiàn)象[3]。

（2）中壓線路防雷接地。對于20 kV絕緣線路，雷電過壓而引起的電流放大，容易形成電弧放電，由此產(chǎn)生的瞬間電弧電流能夠輕松擊穿其絕緣外皮，引發(fā)危害，同時雷電過壓在兩相或者三相中形成的閃絡(luò)現(xiàn)象，會形成短期的金屬通道，引發(fā)變電站的跳閘等事故。對此類線路進行防雷接地處理時，可適當設(shè)置線路避雷器或者安裝避雷線，提高其防雷效果。對于閃絡(luò)現(xiàn)象，要對其路徑進行控制，合理延長閃絡(luò)長度，以減少電弧熄滅情況的出現(xiàn)。對于10 kV配電線路，全線設(shè)置避雷線過于煩瑣且復(fù)雜，施工難度也較大，可用避雷器代替，將避雷器設(shè)定于特定的位置，同時適當增加防雷絕緣子的數(shù)量，以起到良好的避雷效果。

（3）低壓線路防雷接地。低壓線路一般指380 V和220 V線路，通常采用絕緣子角鐵接地，其接地技術(shù)需要合理控制接地電阻，其中設(shè)備接地電阻不得超過4 Ω。低壓線路獨立防雷接地保護電阻不宜超過10 Ω，接地點數(shù)量應(yīng)當超過3處，線路上接地阻值不得超過30 Ω。此外，需保證電源點處中性線的接地狀況，合理處理分支線與干線終端，保證良好的接地效果[4]。

3.2 變電所建筑防雷

變電所建筑對設(shè)備有著重要的保護作用，需按照國家強制標準，對變電所建筑及設(shè)備采用等電位連接防雷接地措施，不應(yīng)設(shè)置獨立接地網(wǎng)絡(luò)。變電所建筑一般采用避雷針防雷，對于110 kV及以上變電所，將避雷針直接安裝于配電架構(gòu)上；對于35 kV以下的變電所，則獨立安裝避雷針，從而有效降低避雷針在雷擊狀態(tài)下的反擊放電概率，發(fā)揮其應(yīng)有的防雷效果。

防雷裝置通常設(shè)置較高，為了保證變電所建筑防雷措施的合理性，需注意建筑鋼筋框架與防雷引線之間的關(guān)系，合適情況下，可將二者交叉連接，構(gòu)建成法拉第籠狀避雷器，有效應(yīng)對雷擊的影響。

3.3 配電變壓器防雷接地

配電變壓器是電力配電系統(tǒng)的重要組成部分，具有重要作用。對于配電變壓器防雷接地保護，通常采用架設(shè)避雷器的形式，并采用三位一體的接地方式，即將變壓器金屬基座、低壓側(cè)中性點與避雷器的接地下引線，統(tǒng)一與接地裝置連接。當雷電落在低壓側(cè)線路上時，通過避雷器的放電作用，即可避免雷電的沖擊電壓擊穿繞組，損害變壓器情況的發(fā)生，此時繞組將只承受避雷器殘余電壓沖擊，不會對變壓器形成損壞，從而起到良好的防護作用。避雷器接地引線在允許范圍內(nèi)，應(yīng)當越短越好，否則將與避雷器殘壓作用疊加，引發(fā)破壞現(xiàn)象。

3.4 計算機與通信設(shè)備的接地措施

計算機與通信設(shè)備是配電系統(tǒng)中不可缺少的部分，其依賴于建筑保護作用，應(yīng)當根據(jù)要求加強建筑防雷與接地，同時其也應(yīng)當根據(jù)要求做好設(shè)備本身的接地作業(yè)，以保證其正常運轉(zhuǎn)。計算機與通信設(shè)備與配電系統(tǒng)的通信一般經(jīng)由通信電纜和天線的連接，為了保證正常的通信，應(yīng)將電纜外層與大地連接，實行多點重復(fù)接地，并與建筑接地網(wǎng)絡(luò)相連，構(gòu)建成為等電位防雷系統(tǒng)，同時可加裝避雷器強化避雷效果。建筑內(nèi)部計算機與通信設(shè)備等，應(yīng)當合理進行分級，逐級采取防雷保護，以建筑和電源防雷接地實行一級防雷接地，機房與設(shè)備端口實行二級防雷接地，形成防雷接地系統(tǒng)，從根本上防止雷電電壓的沖擊和侵入，從而確保建筑內(nèi)部相關(guān)設(shè)備的正常運行。

4 結(jié)束語

綜上所述，電力配電系統(tǒng)經(jīng)常會受到雷電的侵擾，為了避免對配電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性造成影響，必須重視配電系統(tǒng)的防雷與接地工作。配電系統(tǒng)防雷接地技術(shù)是一項較復(fù)雜的技術(shù)，應(yīng)當根據(jù)配電系統(tǒng)中設(shè)備的不同和具體的環(huán)境，采取切實可行的防雷與接地技術(shù)方案，合理規(guī)劃，確保防雷與接地保護措施的有效性，切實對電力配電系統(tǒng)起到應(yīng)有的保護作用，將雷擊對電力配電系統(tǒng)所帶來的損害降到最低。