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1、郑州华信学院本科生毕业设计（论文）题 目： 变电站的综合防雷研究 指导教师： * 职称： 讲师 学生姓名： * 学号：*专 业： 电气工程及其自动化 院 （系）： 机电工程学院 答辩日期： 2013年5月25日 2013年5月20日郑州华信学院毕业设计（论文） 变电站的综合防雷研究摘要变电站是电力系统重要组成部分，是电网传输电能的核心。雷电所引起的大气过电压将会对电气设备和变电站的建筑物产生严重的危害，一旦变电站遭受雷击，可能直接会造成电网的瓦解，城市大面积停电，给社会的安全和谐稳定带来极大的负面影响。因此，在变电所和高/低压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电气设备的安全。运行经验表
2、明，当前变电所中所采用的防雷措施(外部避雷)是可靠的，但是,随着现代科学技术的发展综合自动化水平的需求，其所依赖的微电子设备，因受雷电冲击而损坏的事故发生率大幅上升。这是我们从事防雷减灾工作所面临的机遇与挑战。如何对发展中的变电站系统采取有效的防雷保护措施，保障变电站系统正常可靠的运行，这是我们一个新的研究方向。单靠传统的避雷针、避雷带等外部避雷设施已不足以防护雷电和开关过电压对微电子设备的冲击，进行内部系统的雷击浪涌防护和加装SPD（电涌保护器）是必要的。本文主要针对110kv变电站防雷系统设计进行研究，提出并解决变电站防雷保护、变配电设备的防护、110kv变电站变电站电源系统防雷保护及避雷
3、器的选用。还有变电所弱电系统防雷保护、SPD的安装方法、综合自动化变电站二次系统防雷措施、电解离子接地系统在变电站接地网改造中的设计计算、二次系统的防护、建筑物的防护、防雷接地技术以及如何应用在工程中以及在应用中需要注意哪些事项。关键词：变电站 雷电波 防雷保护IAbstractSubstation is an important part of power system, The core of electric power transmission. The atmospheric overvoltage caused by lightning on electrical equipmen
4、t and substation buildings and caused serious harm, once the substation lightning, collapse may directly cause the grid, city blackout, social security and harmony brings great negative impact. Therefore, in the substation and high / low voltage transmission lines, must take effective lightning prot
5、ection measures, to ensure the safety of electrical equipment.Operating experience shows that, the lightning protection measure in substation by the (external lightning) is reliable, but, with the comprehensive automation level of the development of modern science and technology needs, microelectron
6、ic devices of its dependent, and damage caused by lightning impulse occurrence rate. This is the opportunity and challenge we faced in the lightning protection and disaster reduction work. How to take effective lightning protection measures of substation system development, guarantee the normal and
7、reliable operation of the substation, which is a new research direction.On the lightning, lightning with external lightning protection facilities traditional has been insufficient to lightning protection and switching overvoltage of microelectronic equipment impact, internal system lightning surge p
8、rotection and the installation of SPD (Surge protective device) is necessary.This 110kv substation lightning protection system design for conducting research and resolve a number of related issues, including the substation lightning protection, power distribution equipment protection, 110kv substati
9、on substation breaker selection of lightning protection and surge arresters substation to increase after the lightning protection measures microwave towers, power plants, substations and weak systems of lightning protection, substation building steel doors and windows, curtain wall of the mine techn
10、ology, the main transformer neutral grounding protection device technology, integrated automation substation II lightning protection subsystem, electrolytic ion ground system transformation in the substation grounding grid design and calculation of the secondary system of protection, building protec
11、tion, grounding technology, how to apply in engineering and in the application need to pay attention to what matters.Keywords：substation lightning wave lightning protectionIII目录1 绪论11.1课题研究的意义11.2防雷保护发展概要21.3国内外研究现状31.4本文主要研究内容52 对雷电的认识62.1雷电的形成62.2雷电的危害63 直击雷防护93.1直击雷的保护措施93.2避雷针保护范围的计算113.3避雷针的选择1
12、44 雷电侵入波保护164.1雷电波的侵入原因164.2雷电侵入波的保护措施164.2.1 MOA对雷电侵入波的保护174.2.2选用MOA时应注意的问题185 感应过电压的入侵和防护195.1感应过电压的产生195.1.1地电位反击产生的感应过电压195.1.2线路遭受雷击产生的感应过电压205.1.3雷云静电感应形成的感应过电压205.2感应过电压的防护措施215.2.1电源线路感应过电压的防护215.2.2信号线路感应过电压的防护225.2.3避雷器的选型226 变电站接地系统的设计236.1变电站接地的各种形式和接地方法236.1.1防雷接地236.1.2工作接地236.1.3保护接地
13、236.1.4屏蔽接地246.1.5逻辑信号接地246.2主接地网的设计256.2.1接地电阻计算256.2.2接地电阻分析256.2.3接地降阻方案256.3接地材料的选择277 变电站电源系统防雷保护措施287.1电源系统防雷中存在的问题287.2电源系统防雷保护设计297.2.1变压器低压侧装设避雷器297.2.2电源入口端加装浪涌保护器307.3浪涌保护器的使用307.3.1.SPD使用方法317.3.2 SPD的安装32结论34致谢35参考文献36V1 绪论1.1课题研究的意义雷电是一种常见的自然现象，十种最严重的灾害之一。它除了危及到人身安全外，还会对电气设备，特别是电子设备产生巨
14、大的破坏作用。全球每天约发生800万次雷电，每年因雷击造成的人员伤亡、财产损失不计其数。雷击及其电磁脉冲在线路上形成暂态过电压，沿着线路侵袭并危及电气或电子设备的安全。同时电气系统的开关操作和静电放电所产生的暂态电涌也对电子设备造成了极大的危害。电涌分别产生于开关过程、静电放电和雷击放电。可以通过电流、电感或电容等耦合途径由电源、测量设备或数据传输系统进入电气或电子设备内部。据美国国家雷电安全研究所关于雷电造成的经济损失的一份调查报告中表明，美国每年因雷击事故造成的经济损失约5060亿美元，每年因雷击造成的火灾3万多起，其中与雷电有关的野外火灾约占50；与雷电有关的电力事故约占30%；由雷击引
15、起的石油产品储藏和储存罐事故约占80；约占80%的电力装置的损失是由雷击和操作过电压造成。据德国一家著名的电子保险公司1996年到1997年期间，对将近九千件的损坏案例进行的分析，雷电浪涌造成的理赔1996年占26.6%，1997年占31.68%。雷电危害的具体表现形式：雷电产生强大电流，瞬间通过物体时产生高温，引起燃烧、熔化；触及人畜时，会造成人畜伤亡；雷击爆炸作用和静电作用能引起树林、电杆、房屋等物体被劈裂倒塌；打雷放电时能产生数万度高温空气急剧膨胀扩散，产生冲击波，具有一定的破坏力；雷电流在周围空间形成强大的电磁场。电磁感应能使导体的开口处产生火花放电，如有易 燃、易爆物品就会引起爆炸或
16、燃烧。我国的雷电活动十分频繁，全国雷暴日都在50天以上的有21个省会城市，最高可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡可达30004000人，造成的经济损失达50100亿元人民币。近年来，随着现代化水平的提高和社会经济发展，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。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。据广东省统计，在19961999年的四年间，全省发生6143起雷击事故，699人伤亡，直接经济损失达15亿元。其中1998和1999年的两年，全国由雷电灾害造成的直接经济损失在百万元以上的就有38
17、起。雷电一直危害着电力系统安全可靠运行。随着科学技术的不断发展，避雷器制造水平的大大提高和金属氧化物避雷器的推广，使变电站的一次部分雷电过电压的保护得到了保证，但是，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，即使一些大型发变电站中，在采样和计量系统中也普遍采用。由于常规电磁保护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比较强，所以能承受高能的雷电暂态冲击，而对于微安级的这些电子设备来说运行电压只有几伏，就很可能经受不住。二十一世纪是信息时代，电子设备应用广泛，电子芯片高度集成，耐冲击能力大大降低。导致雷击电
18、磁脉冲对电子设备的损害更加严重。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，促进了社会繁荣与进步，但同时也产生了问题:一方面，电气和电子设备的广泛应用造成了严重的电磁噪声干扰；另一方面，现代电子技术正逐步向高速度、高频率、微型化、网络化和智能化的方向发展，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2。电子信息系统受损后，除直接损失外，间接损失更是难以估量，这是90年代以来雷电灾害最显著的特征。为防止电涌摧毁重要电子设备，必须采用科学、有效的防护手段，如信号输入、电源和金属管道等，安装电涌保护装置。根据需要在被保护
19、设备前端单独或组合安装诸类、信号如电源类电涌保护器。1.2防雷保护发展概要19世纪7080年代是电力网发展的初期阶段，几乎没有任何过电压保护装置。80年代后期，在电力网中才使用了一种保护装置-导雷器，实际就是在保护间隙串联一个熔断器，或着只装间隙。在20世纪30年代初，发展成为游离避雷器，即由纤维管制成的管型避雷器，可以这样说，现代避雷器、MOA（金属氧化物避雷器）SPD（浪涌保护器）的“老祖母”都是在电报、电话上首先应用的。由于电力系统迅猛发展，它才在高电压电力系统上不断发展和完善。现在20多万元一组(5m多高)500kV的MOA，30万元一组的750kV(高8m左右)MOA，还有保护电子回
20、路的各型SPD都是它的后代。19世纪90年代初期，E. Tomson制出了磁吹间隙，被用来保护直流电力设备，可以说，这是现代磁吹避雷器的前身。20世纪初，人们开始注意到限制工频续流问题。1901年德国制成用串联线性电阻限流的角形间隙，这是现代阀型避雷器的前身。上述保护装置，实际上主要是用来防止感应雷造成的事故。如果是直击雷，或是击于线路上的近区雷击，电气设备多数还会被击毁。值得注意的是，近年德国一家公司自称造出吸收能量最大的MOA过电压保护器（多数是40kA60kA ），而且可通过10/350s长波通流试验，其特点就是MOA串联一个磁吹角型间隙，其基本原理是早已有之的。由于它跟避雷器的IEC所
21、用8/20s波形不相符，目前国际上除德国外，其他国家很少应用。美国近年来只采用几百安和最大1.5kA，10/350s波形，那是防感应雷的标准，美国军队电子计算机等信号回路的电缆进线，其保护器试验波形曾采用10/1000s波形。1907年美国出现了铝电解避雷器，曾被用于100kV高压电网。1922年美国西屋公司（WH）制出了自动阀型避雷器。1929年美国通用电力公司（GE）制出契得特阀型避雷器，使系统雷击损坏率及危害程度下降，但因工程规模太小而未引人注目。例如，Singer.Holmyard，Hall& Williams主编著名的科技史宏篇巨著“A History of Technology ”
22、， “Oxford At the Clearendon Press”，以及国内电工史专著，对于电工发展前期的防雷也是或不涉及，或语焉不详。从最初的避雷针到出现简单间隙、电容、线圈，经过了漫长的158年，到制出原始型避雷器，又经过了10年。这绝不是人类智慧贫困，而是因为电力工业的发展，才有了防雷的需要。直到出现几千万和上亿千瓦的联合电力系统(如华北500kV网架连接的系统装机容量已近4000万千瓦，与华东、东北联网后超过1亿千瓦)，其一次雷击足以导致大面积的灾难，如美国有名的雷击35kV线路引起的纽约大停电和芝加哥大停电，才迫使人们利用几千万元的高压试验设备进行不断的研究，才使防雷系统日以完善。
23、与此相似，由于早期室内只有电灯和马达这类电器，对防雷要求不高，建筑物独特之处不多。而近年电子设备的广泛应用，而且多数装在户内，才使防雷逐渐引起人们的重视，其防雷理论和防雷手段才与日俱增。1908年瑞士Moscick提出利用高压电容器作防雷元件的方案，原理是与电抗线圈配合使用，构成防雷吸波器。30年代初，前苏联莫斯科电力系统曾用电感线圈保护几个33kV变电所，但因阀型避雷器安装于电感线圈的外侧，电感与变压器入口电容谐振，使变压器损坏，可惜未能很好总结经验，多数电感元件没有继续使用。后来到了60年代，波兰才在35110kV变电所，利用安装于进线口的电感元件取得了良好的防雷效果(阀型避雷器安装在变压
24、器与电感元件之间，防止了L-C谐振)。直到现在，我国和国外在旋转电机的保护装置还广泛采用电容电感元件。1.3国内外研究现状对变电站防雷的研究最初是从电磁兼容角度出发的，20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从电子电路到电缆的电磁干扰耦合过程进行了研究，其研究成果后来形成了美国国家标准协会（ANSI-American National Standards Institute）的ANSI C37.90标准的一部分。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研究方法。全部工作耗时十余年，分为两个阶段。第一阶段的研究结束于19
25、83年，并给出了研究报告。该报告介绍了测量系统的制定、变电站电磁环境的测量和数据分析方法以及初步研究结果，其中的测量数据包括一个345kV变电站、一个500kV变电站的实际测结果和一个高压实验室的模拟测量结果，并且发表了一系列的论文。文献给出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，给出了典型的雷电干扰波形。文献介绍了通过模拟变电站的雷电瞬态干扰对二次设备抗扰度的测试，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
26、行分解，并计算空间的时域电场和磁场，将预测的结果与实测数据进行了对比。第二阶段的研究从1986年到1993年。测量工作包括7个空气绝缘变电站和2个气体绝缘变电站，共进行了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。根据测试结果，给出了完整的研究报告，发表了一系列的论文。文献提出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。文献给出了雷击变电站产生的瞬态电磁干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
27、对比。文献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据进行了对比。分别对比了开关操作、雷击和故障二种瞬态电磁干扰波形的特点，并与现有抗扰度试验标准中的限值进行对比。但是此项工作并未对二次设备所处的电磁环境进行研究。在分析雷击效应和对GIS变电站的瞬态电磁干扰研究方面，瑞士科学家的工作较为突出，瑞士洛桑联邦土业大学的M.Ianoz教授在文献中提出了分析雷击效应的建模方法，以及分析GIS变电站和AIS变电站电磁干扰问题时建模的考虑因素。J.Meppelink在文献中对GIS变电站内、外过电压现象作了概述，提出了利用球形电场传感器测量实际GIS外壳过电压的方法，并给出了
28、部分实测结果。ABB公司的P.Knapp在文献6中介绍了对工业设备电磁兼容性的技术要求，提出了把电磁干扰问题按界面划分的处理方法。其他国家的研究也各有特点。德国的W.A.Heib介绍了针对一座GIS变电站开关操作产生的雷电干扰所采取的屏蔽设计工程，并给出了屏蔽效能的部分实测结果。南非的P.H.Pertorus给出了在132kV，275kV和400kV二个电压等级的变电站测量的雷电瞬态电磁干扰的初步结果。英国C.S.Barrack对现有的变电站瞬态电磁干扰测量方法进行了总结，特别针对不同测量系统的特性进行了分析比较。日本和意大利等国科学家也开始了在该领域的研究工作。我国的广播、邮电、交通、船舶、
29、航天和军工等行业在电磁兼容研究方面起步较早，结合各自的行业特点开展了许多成效显著的研究工作。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开始得到电力部门的关注。自从欧共体从1996年1月1日起执行“89/336/EEC电磁兼容性指令”以来，我国也加大了对各行业电磁兼容问题的研究力度。改革开放后我国电力工业迅猛发展，电力系统的电磁兼容问题亟待解决。此时，国家电网所属的中国电力科学研究院、武汉高压研究所、南京自动化研究院和华北电力大学以及四方公司、清华大学和武汉大学等单位相继开展了电磁兼容问题的研究工作。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
30、研究，并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面开展了深入研究。南京自动化研究院和四方公司的研究工作则侧重在二次弱电设备的抗干扰问题研究。由于我国的变电站的电压等级和主接线结构等方面的技术与国外差异，因此，国外的测量与分析结果只供参考。因此针对我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。1.4本文主要研究内容针对以上问题，本文的主要任务有以下几个方面：（1）对雷电对变电站的设备的影响进行分析,通过雷电侵入设备的途径，说明雷电对设备的危害。（2）根据变电站对雷电的防护要求，设计防护措施。（3）对接地的不同
31、形式设计出符合要求的接地措施。并对接地网进行设计安装。（4）根据电源系统对防雷性能的要求，设计电源系统的防雷方案。2 对雷电的认识要做到完全的防雷保护措施，首先要掌握雷电的基本知识，只要熟悉了雷电的形成及雷电的危害才能设计出完美的防雷保护方案。2.1雷电的形成雷电是由带电的云层对地面建筑物和大地的自然放电引起的，它会使建筑物或设备损坏严重。只有对雷电的形成过程及其放电条件有所认识，才能采取适当的措施，保护建筑物或设备不受雷击。当地表闷热潮湿的时候，地面上的水受热蒸发为水蒸汽，水蒸气随地面的热空气而上升，并在空中与冷空气相遇，水蒸汽遇冷凝结成小水滴成为积云。当有强气流吹袭，云中小水滴分裂出一些带
32、电水滴，较大的水滴带正电，小水滴带负电。小水滴在风的作用下形成了带负电的雷云；较大水滴一般降落到地面也就是雨，或悬浮在空中。当带负电的雷云接近地面时，在大地表面由于静电感应呈现正电荷。此时雷云与大地之间就形成了一个很大的电容器。当电场强度超过大气的击穿强度时即发生了雷云与大地间的放电，即雷击。2.2雷电的危害雷电的破坏主要包括直击雷和感应雷。直击雷是雷云直接对物体放电，对地面突出的物体如高楼以及建筑物顶部的通讯天线、卫星天线等够成严重危害。感应雷是由雷云对大地的放电或雷云之间的迅速放电形成静电感应和电磁感应，研究表明:静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。感应雷主要通过电源线和信号线
33、侵入二次设备并对其造成破坏。它们在多种导线中感生出几kV到几十kV的高电位，并以波的式沿导线传播，由导线引入室内，从而危害二次设备3。其主要的雷电形式及雷害情况有以下几种:（1）直击雷是指雷电直接击在建筑物构架、动植物上，因电效应、热效应和机械效应等造成建筑物等损坏以及人员的伤亡。（2）感应雷是雷电在雷云之间或雷云对地放电时，对附近的户外传输信号线路、埋地电力线、设备间连接线产生的电磁感应并侵入设备，使连接在线路上的二次设备遭到损害。感应雷虽然没有直击雷猛烈，但其出现的机率比直击雷高得多。（3）雷电浪涌是近年来人们极其重视一种二次设备的雷电危害形式，与此同时，它的防护方式也在不断完善。最常见的
34、二次设备危害不是由于直接雷击引起的，而是由于雷击发生时在电源和通讯线路中感应的雷电浪涌引起的。雷电危害的实例：1981年8月27日，江苏省某微波站遭到雷击，电力载波204102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被烧出凹坑；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7811路电话中断，上海方向的第7路不通。1983年9月西南某工程遭受雷击，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：数字传输机-损坏集成电路芯片20多块；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；遥测系统-由十
35、连接电缆较长，损坏电路板3块。1990年9月27日黑龙江省电力局调度大楼遭受雷击，使调度自动化的计算机系统和程控交换设备损坏停止运行27小时。其中，程控交换机8块电路板损坏，VAX计算机接口板损坏，远动室调度模拟盘43块不能显示，PDP-11 /24型计算机系统的PMA接口板损坏，8块内存损坏。1992年6月22日8时左右，雷电击中北京市中国国家气象中心大楼楼顶，楼内的大、小型计算机网络瘫痪，6条同步线路和1条国际同步线路中断。整个计算机系统停止运行46小时，损失数十万元，气象业务受到严重影响，次日中央电视台气象预报空白。由于大楼装有避雷针，闪电由避雷针引入大地，所以大楼、人员及普通设备安然无
36、恙，但是雷电在四周产生的巨大脉冲电磁场，损坏了极为敏感的微电子器件及计算机系统。1996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，天空鸟云密布，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;一层办公室中的视招机、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。1999年8月9日，吉林省蛟河发生雷害，
37、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。2001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，使炼铁、炼钢、轧钢二大系统全面停产，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
38、千万元。2008年8月20日18时左右，西安出现一次强雷暴天气。高陵县气象局观测预报值班室内仪器全部被击毁，全局业务服务系统和供电系统处于瘫痪状态长达4个小时，雷电共击毁计算机7台、UPS电源1台、采集器一台、显示屏4台、风向风速仪1套、电话机1部、电信光端机1台；击坏家属楼计算机1台、电视机1台、楼道路灯全部损坏。3 直击雷防护雷云对地放电的主通道通过被保护物，就称被保护物被直击雷击中。直击雷发生的概率虽然很小，但其危害十分大，有不少专家学者在努力研究有效防止直击雷的方法，但直到今天还是无法完全阻止直击雷的发生，所以不能掉以轻心。3.1直击雷的保护措施直击雷的防护主要采取三个部分进行泄流，包
39、括接闪器、引下线和接地体来泄放雷击电流。（1）接闪器位于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷放电。接闪器由下列各形式之一或者任意组合而成：独立避雷针；直接装设在建筑物上的避雷针、避雷带或避雷网；屋顶上的永久性金属物以及金属屋面；混凝土构件内钢筋。除利用混凝土构件内钢筋外，接闪器应镀（浸）锌，焊接处应涂防腐漆。在腐蚀性较强的场所，还应适当加大其截面或者采取其他防腐措施。避雷针及其变形产品避雷线、避雷带、避雷网等统称接闪器。曾经人们对接闪器防雷原理的认识产生过误解。当时人们认为:避雷针防雷是因为其尖端放电中和了雷云电荷从而避免了雷击发生，所以要求避雷针顶部
40、一定要尖，以加强放电能力。后来研究表明，一定高度的金属导体会使大气电场畸变。这样，雷云就容易向该导体放电，并且能量越大的雷就越易被金属导体吸引。这样接闪器的防雷是因为将雷电引向自身而防止了被保护物被雷电击中4。现在认为只要良好接地的导体都能成为有效的接闪器，而与它的形状没有关系。（2）引下线的用途是将接闪器的雷电流安全的导入大地。引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。引下线一般采用圆钢或扁钢，其尺寸和防腐蚀要求与避雷网、避雷带相同。用钢绞线作引下线，其截面积不得小于25mm。用有色金属导线做引下线时，应采用截面积不小于16mm的铜导线。引下线应沿建筑物外墙敷设，并应避免弯曲，经最短途径接
41、地。采用多条引下线时，为了便于接地电阻和检查引下线、接地线的连接情况，宜在各引下线距地面高约1.8m处设断接卡。采用多条引下线时，第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物至少应有两条引下线，其间距离分别不得大于12m和18m；第三类防雷建筑物周长超过25m或高度超过40m时，也应有两条引下线，其间距离不得大于25m。在易受机械损伤的地方，地面以下0.3m至地面以上1.7m的一段引下线应加竹管、角钢或钢管保护。采用角钢或钢管保护时，应与引下线连接起来，以减小通过雷电流时的电抗。引下线截面锈蚀30%以上者应予以更换。防直击雷的专设引下线距建筑物出入口或者人行道边沿不易小于3米。对于框架结构的建筑物，应利
42、用建筑物内的钢筋作为防雷引下线。使用多根引下线既提高了防雷装置的可靠性，而且多根引下线的分流作用可大大降低每根引下线的沿线压降，让电流均匀入地，便于地网散流，以均衡电位，减少侧击的危险。而且，均匀对称的布置可使引下线泻流时产生的强电磁场在引下线所包围的建筑物内相互抵消，减小雷击感应的危险。（3）接地体是指埋在土壤中起散流作用的导体。接地体的种类有两种：自然接地 在达到接地电阻小于4欧姆的前提下，为减少工作量和节省材料，可优先考虑自然接地。自然接地是把地下的给水、排水或其他金属管道（不包含可燃液体，可燃、可爆气体的金属管道和包有绝缘物质的金属管道）、金属井管、有金属外皮的电缆、金属井管、建筑物金
43、属结构、钢筋混凝土建筑物的基础等作为自然接地体；人工接地 一般用钢材作接地极，长度大于22米，挖好1米深的坑后，竖直打入坑底，埋入深度不小于2米（距地面3米）。在土壤电阻率较高或埋入深度不够的情况下，应在接地极周围放置长效降阻剂。连接接地线时，所用的导线不能有断痕，不能有接头，以防机械强度减小，电阻增大。接地线地下部分禁用铝导线。接地线与接地极的连接一般采用焊接或压接等可靠的连接方式。接地体应采用钢管(直径大于50mm,壁厚大于3.5mm)、角钢(不小于50mm50mm5mm)、扁钢(不小于40mm4mm)，并应将多根接地体连接成地网。地网的布置应优先采用环型地网。引下线应连接在环型地网的四周
44、，这样有利于雷电流的散流和内部电位的均衡。垂直接地体一般长为1.52.5m,埋深0.8m，地极间隔5m，水平接地体应埋深1m，其向建筑物外引出的长度一般不大于50m。变电站直击雷的防雷措施有：（1）防止反击：所有被保护的设备均应处于避雷针（线）的保护范围之内，以免遭受雷击。当雷击避雷针时，避雷针对地面的电位可能很高，如果它们与被保护电气之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针遭受雷击后，使避雷针与被保护设备之间发生放电现象，这种现象叫反击。此时避雷针仍能将雷电波的高电位加致被保护的电气设备上，造成事故。因此设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备。（2）装设集中
45、接地装置：上述接地应与总线地网连接，并在连接下加装集中接地装置，其工频接地电阻不得大于10。（3）主控室（楼）或网络控制楼及屋内配电装置直击雷的保护措施。若有金属屋顶或屋顶有金属结构时，将金属部分接地。若屋顶为钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊接成网接地。若结构为非导电的屋顶时，采用避雷带保护，该避雷带的网络为810m设引下线接地。（4）架构避雷针是变电站防直击雷的常用措施，避雷针是防护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接收器，其作用是把雷电吸引到避雷针身上并安全地将雷电流引入大地中，从而起到保护设备效果；雷击避雷针后，不出现反击。变电站装设避雷针时应使所有被保护设备都处于避雷针保护范围之内，此外，
46、还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。对于35kV变电站，保护室外设备及架构安全，必须装有独立的避雷针。独立避雷针及其接地装置与被保护建筑物及电缆等金属物之间的距离不应小于五米，主接地网与独立避雷针的地下距离不能小于三米，独立避雷针的独立接地装置的引下线接地电阻不可大于10，并需满足不发生反击事故的要求；对于110kV及以上的变电站，架构避雷针是直击雷防护的主要措施。由于110KV及以上电压等级配电装置的绝缘水平较高，因此，雷击避雷针时在其架构上出现的高电位不会造成反击事故。架构避雷针应与接地网连接，并增设铺助接地装置，同时避雷针与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度应大于十五米。因此，雷
47、击避雷针在变电站产生的高电位不会造成电气设备的反击事故5。3.2避雷针保护范围的计算雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。小变电所大多采用独立避雷针，大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷电接受器。它将雷吸引到自己的身上,并安全导人地中,从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。变电站装设避雷针时,应该使站内设备都处于避雷针保护范围之内。（1）110KV变电站年预计雷击次数N由于110KV变电站，占地面积长100m，宽40m,变电站的最高点高度为20m,当地年平均雷电日为80， =0.124104k=1；Td=40；=401.3=120.97故N=0.0241120.970.1241=0.8700次即该变电站可能平均运行9年就要遭受一次雷击。（2） 避雷针的保护范围装设避雷针应该使变电站的所有设备和构筑物处于保护范围内。避雷针的设计一般有以下两种类型：单支避雷针的保护和两针或多支避雷针的保护。单根避雷针的保护范围如图3.2-1所示。设避雷针的高度为h(m)，被保护物体的高度为hx(m)，则避雷针的有效高度为ha=hhx，在hx高度上避雷针保护范围的半径rx(m)由以下公式计算：当时： (3.1)当时： (3.2
