電力系統弱電裝置防雷技術

1雷擊的形成及入侵途徑

1.1雷擊形成主要有兩種形式：直接雷擊和感應雷擊

直接雷擊是指雷電直接作用在物體上，產生電能效應、熱效應

和機械力等對物體造成危害。

感應雷擊是指雷電放電時，在四周導體上產生的靜電效應和電磁感

應，由此產生的放電效應使使金屬部件之間產生火花，稱之為感應雷

擊。

變電站的避雷針的二次感應產生的雷擊效應，產生的雷電電流

經過避雷針導地時感應到市內的傳輸線上。關于老式的通訊設備來講,

它們的構造大都是日電子管、晶體管向集成電經過渡的。由于電子管、

晶體管等相對對立，因而耐沖擊能力較強，因此二次雷擊效應對電子

管、晶體管通訊設備不會造成太大損害。關于集成化程度較高的微電

子設備，其耐沖擊能力差，受雷擊更易使微電子設備受到損壞。

通過電源線、信號線或天線饋線引入的感應雷擊通過電磁感應

耦合到各類傳輸線而破壞設備。電源線引入感應雷擊。變電站內設置

的微波通信基站的供電線路大多采納架空明線。試驗說明，雷電頻譜

在幾十MHz以下頻域，主要能量集中分布在工頻四周。因此，雷電與

市電相耦合的概率很高，容易造成通信線路及通信串口燒壞。為了擴

展信號覆蓋范圍，就要盡可能地增加天線架設高度（65m以上的鐵塔

約占50%）。但是，在提升信號覆蓋范圍的同時，也增加了鐵塔引雷

的概率。

2外部防護：外部防護是指對安裝弱電設備的建筑物本體的安

全防護，可采納避雷針、分流、屏蔽網、均衡電位、接地等措施，這

種防護措施比較常見，相對來說比較完善弱電設備的外部防護首先是

使用建筑物的避雷針將主要的雷電流引人大地；其次是在將雷電流引

人大地的時候盡量將雷電流分流，避免造成過電壓危害設備；第三是

利用建筑物中的金屬部件以及鋼筋可以作為不規則的法拉第籠，起到

一定的屏蔽作用，如果建筑物中的設備是低壓電子邏輯系統、遙控、

小功率信號電路的電器，則需要加裝專門的屏蔽網，在整個屋面組成

不大于5m—5m,6m—4m的網格，所有均E環采納避雷帶等電位連接;

第四是建筑物各點的電位均衡，避免由于電位差危害設備；第五是保

證建筑物有優良的接地，降低雷擊建筑物時接點電位損壞設備。

2.1電力系統綜合自動化變電站的局域網的安全防雷保護從機

房到各保護裝置的通信線，如果采納架空線路，則易受到雷擊，應在

進機房前改為埋地電纜，電纜長度應大于50%其金屬外護層應在兩

端分別與機房地網連接，采納非金屬護套電纜時，應穿金屬管埋地，

至少金屬管兩端同樣應接地，金屬管全長應堅持電氣連接。

2.2電力系統綜合自動化變電站監控機房及通信機房的安

全屏蔽措施

屏蔽是利用各種金屬屏蔽體來阻擋和衰減施加在計算機等設

備上的電磁干擾或過電壓所產生的龐大能量。對計算機系統來說具體

可分為建筑物屏蔽、設備屏蔽和各種線纜包含管道的屏蔽。建筑物的

屏蔽可利用建筑物鋼筋、金屬構架、金屬門窗、地板等均互相焊接或

可靠連接在一起，形成一個法拉第籠保護，并通過接地網可靠的電氣

連結，形成初級屏蔽網。設備的屏蔽應該對計算機設備耐電壓能力進

行嚴格且嚴密的調查，按IEC劃分的防雷區（LPZ）施行多級屏蔽。

屏蔽的效果首先取決于初級屏蔽網的衰減程度，其次取決于屏蔽層厚

度，厚度最科學的標準為接近電磁波的波長，使電磁波在到達機房內

部時消減到最小程度，材料為密度大而且可靠程度高的網孔密度屏蔽

材料，但以上必須按信號頻率而定，低頻時采納高導磁材料，高頻時

采納銅材，鉛材為宜。特別注意的是在雷雨天氣里，屏蔽中要注意對

各種“洞〃的密封，除門窗外，重點對入戶的金屬管道、通信線路，

電力線纜入口作好屏蔽，各種線纜均要采用屏蔽措施，金屬絲紡織

網、金屬軟導管、硬導管、棧橋均可用于屏蔽線纜。在此強調二點注

意事項。其一是屏蔽管線的接地，一般要求入戶線采納地下電纜入戶，

其電纜金屬護層，在前后兩端做優良接地。測量結果說明，電線電纜

屏蔽層一端接地時可將高頻干擾電壓降低一個數量級，兩端接地時可

降低兩個數量級。其二是使用金屬絲編制網屏蔽電纜，因其重量輕，

使用方便而被廣泛應用，但是在電磁波頻率較高時，其波長接近編織

層網孔尺寸時，波的透入增力口，因此，最好再穿一層金屬管。

3電力系統二次保護系統的等電位連接是安全防雷的重要措施

等電位連接是IEC標準中指出內部防雷措施的一部份，其目的

在于減少雷電流所引起的電位差對設備的危害。所謂等電位連接就是

用連接導線或過電壓電涌保護器，將處在需要防雷的空間內的防雷裝

置和建筑物的金屬構架、金屬裝置、外來導線、電氣裝置、電信裝置

等連接起來，形成一個等電位連接網絡，以實現均壓等電位。

4變電站實施等電位連接的浪涌保護器，IEC標準將需要保護

的空間劃分為不同的防雷區，以規定各部份空間不同的LEMP的嚴重

程度和指明各區交界處等電位連接點的位置。以往的規程要求電子設

備單獨接地，這種接地稱為直流工作地或信號地、邏輯地，它實質上

是高頻信號的接地。單獨信號地的目的是為了防止地網中雜散電流或

暫態電流干擾設備的正常工作，有時也過分強調要求接地電阻的低

值。

5儀器儀表雷擊的防護：防范電子設備不受雷擊，首先應保證

設備所處的建筑物有完善的避雷設施，以及保證電力供電系統避雷措

施完備（在發電廠、變電站中要保證凹凸壓配電系統避雷優良）。其

次由于電子設備工作電壓低，抵抗過壓能力弱，所以必須重點合計防

范感應雷擊。目前感應雷擊的防護主要采納感應雷擊防護器，或對可

能感應到雷擊的導線加以屏蔽，一般雷擊侵入途徑是由電源線或信號

線入侵，因此雷擊防護就是要在雷電的進入端將其瀉放到大地，從而

保護設備。同時還有一種狀況感應到雷擊，就是避雷裝置引下線與儀

器設備的電源線或信號線相距太近且平行而通過電磁感應引發雷擊，

此種雷擊的避免則應通過合理布線來解決，即在有關儀器儀表布線時

按標準進行合理的綜合布線。在此方面，依據筆者經驗，關于儀器儀

表的感應雷擊防護，假設設備所處環