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    雷電是一種壯觀的自然現象。但是目前人類尚未掌握它和利用它，處于防范它所造成危害的階段。變電所（tansformer  substation）擔負著從電力系統受電，經過變壓，然后配電的任務。發電廠是把其他形式的能量（例如，風能、水能、火力、煤炭等）轉換為電能，然后，通過變配電所變壓，輸送到各用戶。

1. 雷電的形成和特點

    雷電是帶有電荷的雷云之間或雷云對大地（或物體）之間產生急劇放電的一種自然現象。當雷電發生時，放電電流使空氣燃燒出一道強烈的火花，并使空氣迅速猛烈膨脹，發出巨大響聲。
雷電的特點是：時間短，電流強，頻率高，感應或沖擊電壓大。雷電出現的地方，可能對電氣設備、建筑物、構筑物造成破壞，對人畜造成傷害，甚至可能造成爆炸、火災等事故。

2. 雷電的主要危害
    
    2.1雷電放電時產生高溫損壞設備

    帶電云對地面物體發生放電時，雷電流可達幾十千安，甚至幾百千安。這樣大的電流，即使持續時間非常短，也能在通道上產生大量的熱，溫度最高可達幾萬度。顯然，這樣強烈的弧光若與易燃易爆物質相接觸，必然會引起燃燒、爆炸或造成火災。如果廠房的屋頂是可燃的，雷擊時就可能引起火災。

    2.2 雷電放電時產生強烈的機械效應造成廠房或設備損壞

    當雷電流通過木材內部的纖維縫隙或磚結構的縫隙時，由于產生很高的溫度，將使附近空氣激烈膨脹，使水分及其他物質迅速分解為氣體，因而呈現極大的機械力。再加上靜電排斥力的作用，將對地面結構造成嚴重的劈裂，甚至使木柱變為碎屑。當雷擊在沒有避雷針的磚制煙囪上時，破壞力尤為嚴重。據統計，有些鋼筋混凝土結構的煙囪在遭受雷擊時也曾被打壞過。

    2.3 雷電放電時靜電感應和電磁感應的作用對廠房和設備造成破壞

    在雷云放電的先導階段，雖然它不一定落在建筑物上，但由于在先導通路徑中布滿與雷云同性電荷，因此當其距離建筑物比較近時，就會在建筑物的某一部分，如鐵屋頂上感應出異性電荷，并使其電位發生變化。這樣就造成了向其他金屬物放電的可能性。由于靜電感應產生的電壓可以擊穿數十厘米的空氣間隙。這對于裝有易燃易爆物質的倉庫來說，無疑是很危險的。此外，由于靜電感應的作用，建筑物的金屬物體之間也可能產生火花放電。

    當室外發生直擊雷時，在雷擊地點附近的送、配電線路，由于雷電放電使其周圍區域電場發生急劇變化，對其附近的線路產生靜電感應和電磁感應，從而在線路上引起過壓。在雷云放電時，也會造成感應過電壓。這種感應過電壓的幅值可達300KV∽400KV。因此對設備的絕緣，尤其是對低壓線路非常危險。在引入室內的電力線或電燈配線上可能因此產生很高的電位，造成絕緣擊穿，損壞設備或造成工作人員觸電傷亡。

    2.4 雷電放電時會造成人員傷亡

    當雷擊大樹時，人在樹下避雨，有可能遭到雷擊。當雷擊避雷器時，由于雷電流向四周發散，若有人在附近地面走動，也可能由于跨步電壓的作用而造成傷亡。

    3. 雷電的特性
    
    3.1直擊雷

    大氣中帶有電荷的雷云對地電壓可高達幾十萬KV。當雷云同地面凸起物之間的電場強度達到該空間的擊穿強度時所產生的放電現象，就是通常所說的雷擊。此時，雷電直接對建筑物或其他物體放電，產生具有很大破壞性的熱效應和機械效應，相伴的還有電磁效應和閃絡放電。線路或設備直接受到雷擊，對電氣設備危害極大。架空線路遭雷擊，不僅危害線路本身，而且雷電還會沿導線傳播到發、變、配電所，從而危害發、變、配電所的正常運行，嚴重時還會引起火災、房屋倒塌或損壞電氣設備。

    3.2感應雷

    落雷處鄰近物體因靜電感應或電磁感應產生高電位所引起的放電稱為感應雷。當建筑物、構筑物或架空線路上空有雷云時，在建筑物、構筑物或架空線路上便會感應出與雷云所帶電荷性質相反的電荷。雷云向其他地方放電之后，云與大地之間的電場消失了，但聚集在建筑物、構筑物頂部上或線路上的電荷并不能立刻散去，而是向地面流散或向線路兩端流動，此時建筑物、構筑物的頂部上或線路對地面便有很高的電位，形成感應過電壓。它往往造成屋內電線、金屬管道和大型金屬設備放電，引起火災、爆炸，危及人身安全或對供電系統造成危害。

4．變電所的防雷保護措施    

    4.1防雷保護的必要性

    變電所是電力系統的樞紐，擔負著電網供電的重要任務。由于變電所和架空線直接相連接，而線路的絕緣水平又比變電所內的電氣設備高，因此沿著線路侵入到變電所的雷電波的幅值很高。如果沒有相應的保護措施，就有可能使變電所內的主變壓器或其它電氣設備的絕緣損壞。而變電所一旦發生雷擊事故，將使設備損壞，造成大面積停電，給工農業生產和人們的日常生活帶來重大損失和嚴重影響。

    所以，對于變電所而言，必須采取有效的措施，防止雷電的危害。
       
    4.2 防雷保護措施

    4.2.1 裝設避雷針保護整個變電所建（構）筑物以免直接雷擊
    
    避雷針可以防護直擊雷。避雷針可以單獨立桿，也可以利用戶外配電裝置的構架或投光燈的桿塔；但變壓器的門型構架不能用來裝設避雷針，以防止雷擊產生的過電壓對變壓器發生閃絡放電。

    選擇獨立避雷針的安裝地點時，避雷針及其接地裝置與配電裝置之間應保持以下距離。在地上，由獨立避雷針到配電裝置的導電部分之間，以及到變電所電氣設備與構架接地部分之間的空氣隙一般不小于5m。在地下，由獨立避雷針本身的接地裝置與變電所接地網間最近的地中距離一般不小于3m。

    4.2.2 裝設架空避雷線及其他避雷裝置作為變電所進出線段的防雷保護

    這主要是用來保護主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所損壞了主變電所的這一關鍵設備。為此要求避雷器應盡量靠近主變壓器安裝。

    35KV電力線路， 一般不采用全線裝設架空避雷線的方法來防直擊雷，但為防止變電所附近線路上受到雷擊時雷電沿線路侵入變電所破壞設備，需在變電所進出線1km~2km段內裝設架空避雷線作為保護，使該段線路免遭直接雷擊。
為使上項保護段以外的線路受雷擊時侵入變電所內的過電壓有所限制，一般可在架空避雷線的兩端裝設管型避雷器，其接地電阻不得大于10Ω。

    對于電壓35KV、容量3200KVA以下的一般負荷變電所，可采用簡化的進出線段保護接線方式。

    對于10KV以下的高壓配電線路進出線段的防雷保護，可以只裝設FZ型或FS型閥型避雷器，以保護線路斷路器及隔離開關。

    4.2.3 裝設閥型避雷器對沿線路侵入變電所的雷電波進行防護

    變電所的進出線段雖已采取防雷措施，且雷電波在傳播過程中也會逐漸衰減，但沿線路傳入變電所內的部分，其過電壓對內設備仍有一定危害。特別是對價值最高、絕緣相對薄弱的主變壓器更是這樣。故在變壓器母線上，還應裝設一組閥型避雷器進行保護。

    6~10KV變電所中，閥型避雷器與被保護的變壓器間的電氣距離，一般不應大于5m。為使任何運行條件下，變電所內的變壓器都能夠得到保護，當采用分段母線時，其每段母線上都應裝設閥型避雷器。

    4.2.4低壓側裝設避雷器

    這主要用在多雷區用來防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿電力變壓器的絕緣。當變壓器的低壓側中性點不接地時（如IT系統），其中性點可裝設閥式避雷器或金屬氧化物避雷器或保護間隙。
需要注意的是，防雷系統的各種鋼材必須采用鍍鋅防銹鋼材，聯接方法要用焊接。圓鋼搭接長度不小于6倍直徑，扁鋼搭接長度不小于2倍寬度。
在裝設避雷針時，應注意以下兩點。
為防止雷擊避雷針時雷電波沿導線傳入室內，危及人身安全，所以照明線或電話線不要架設在獨立的避雷針上。
獨立避雷針及其接地裝置，不應裝設在行人經常通行的地方。避雷針及其接地裝置與道路或出入口的距離不應小于3m，否則應采取均壓措施，或鋪設厚度為50mm~80mm的瀝青加碎石層。

5. 變電所的進線保護

    5.1一般變電所的進線保護

    除了直擊雷和感應雷外，當線路上受雷擊時，雷電進行波就會沿著線路向變電所襲來，由于線路的絕緣水平較高，侵入變電所的雷電進行波的幅值往往很高，就有可能使主變壓器和其他電氣設備發生絕緣損壞事故。此外，由于變電所和線路直接相連，線路分布廣，長度較長，遭受雷擊的機會也較多，所以對變電所的進線線段必須有完善的保護措施，這是能否保證設備安全運行的關鍵。 

    對于未沿全線裝設避雷線的35KV到110KV的線路，為了保證變電所的安全，應在變電所的進線段1km~2km長度內應采用避雷線保護。

    當變電所上有了避雷線保護以后，就可以防止在變電所附近的線路導線上落雷。如果雷落在了保護線的首段，雷電波就會沿著線路侵入變電所。如果進線端采用鋼筋混凝土桿木橫擔或磁橫擔等電路，為了限制從進線端以外沿導線侵入的雷電波的幅值，應在進線端的首端裝設一組管型避雷器，保護段內的桿塔工頻接地電阻不應大于10Ω。鋼塔和鋼筋混凝土桿鐵橫擔線路以及全線有避雷線的線路，其進線段的首端可不裝設管型避雷器。

    5.2  35KV及以上電纜段的變電所的進線保護

    變電所的進出線以35KV到100KV都有采用電纜的，有三芯電纜，也有單芯電纜，其保護線也應不同。在電纜和架空線的連接處應裝設閥型避雷器保護，其接地必須與電纜的金屬外皮線連接。

    當電纜長度不超過50m或根據經驗算法裝設一組避雷器即能滿足保護要求時，可只裝設一組閥型避雷器；當電纜長度超過50m，而且，斷路器在雨季可能經常短路運行，應在電纜末端裝設管型避雷器或閥型避雷器。

    此外，靠近電纜段的1km架空線路上還應架設避雷線保護。

    5.3  小容量變電所的簡化保護 

    對于35KV負荷不很重要且容量較小的變電所，采取簡化的防雷保護方式，對絕緣正常的變壓器絕大部分還是可以保證安全運行的，特別是在雷電不太強烈的地區采取簡化的防雷保護方式，是可行的。

    5.4  6KV到10KV變電所配電裝置的保護

    6KV到10KV變電所的每段母線上和每路架空進出線上都應裝設避雷器。

    架空進線采用雙回路塔桿，有同時遭到雷擊的可能，在確定避雷器與主變壓器的最大電氣距離時，應按一路考慮，而且，在雷雨季節中應避免將其中的一路斷開。

6. 發電廠的防雷措施

    防止直擊雷的最有效辦法是裝設避雷針。避雷針是將雷電吸引到自己身上來，把天空中積云的雷電流安全地導入大地，從而大大的減小雷電向其附近物體放電的可能，以達到保護的作用。

    避雷針是利用尖端放電原理，避免設置處所遭受雷擊。同時變壓器、其他電氣設備或建筑物均在其保護范圍內，以防止遭到直擊雷的破壞。避雷針適用于保護細高的建筑物或構筑物。可以用圓鋼或鋼管制成，在頂端砸尖，以利于放電。

    在雷電時期，一般在避雷針接地裝置附近約10m的范圍內是比較危險的。為了使避雷針接地裝置附近地面的電位降落緩和而且均勻一些，以利于工作人員的安全，接地裝置的安設可采取下面特殊的方法。埋在地下的接地體（角鋼或鋼管）用水平敷設與地下的扁鋼焊接起來，構成一個接地網，這樣就可以使接地裝置附近的地面電位均勻分布，使跨步電壓降低。

    對于有爆炸危險，且爆炸后可能波及發電廠內主要設備或嚴重影響發供電的建筑物，如制氫站、露天氫氣儲罐、氫氣罐儲存室、易燃油泵房、裝卸油臺和天然氣管道等，應采用獨立避雷針保護，并應采取防止感應雷的措施。獨立避雷針應設獨立的接地裝置。

    直擊雷保護裝置包括兼作接閃器的設備金屬外殼、電纜金屬外皮、建筑物金屬構件等。將這些部分接地就能起到防雷的作用。其接地可以利用發電廠的主接地網，但應在直擊雷保護裝置附近裝設集中接地裝置。

    避雷針可以裝在發電廠的主廠房或其他建筑物上，其接地裝置可以利用發電廠范圍內原有的接地網。但需要裝設專用的接地引下線。在接地引下線與接地網連接處應在地上另打入幾根鐵管作為加強的集中接地裝置。其接地電阻一般不應大于10Ω。已在相鄰建筑物保護范圍內的設備或建筑物，不需要再裝避雷針。

    發電廠煙囪附近的引風機及其電動機的機殼，應與主接地網連接，并裝設集中接地裝置。該接地裝置宜于煙囪的接地裝置分開。如不能分開，引風機的電源線應采用帶金屬外皮的電纜，電纜的金屬外皮與接地裝置連接。

    為了防止感應雷的危害，應使一切處于雷電流產生的電磁場內延伸開的金屬物件都有良好的閉合回路。建筑物內凡有管道接頭、彎頭等連接不可靠的地方，都要用金屬跨接。對于建筑物內有長的并行敷設的導電物體如金屬管道的情況，若其間距較小也應用金屬將其連接起來。

    綜上所述，只要我們了解了雷電產生的危害，正確合理的選擇發電廠、變電所的防雷保護措施和接地保護方式，保證電力系統的長期安全穩定運行，我們就能盡可能預防和減小雷電的危害。

主要參考文獻

1.談文華 、萬載揚   主編《實用電氣安全技術》機械工業出版社 1998年6月

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