雷击对变电所电子设备的危害及其防护

陈福宝 张建华

【摘 要】由于电子设备自身所具备的特性，使其在发生雷电现象时极易受到雷电电磁脉冲的影响而损坏，影响到电子设备的正常运行。尤其是在对电力企业来讲，雷击对电子设备的危害更会给电力系统的正常发电、供电带来极大的影响，甚至会引发一连串的不良反应，造成不可弥补的严重后果。为此，加强对雷击电子设备所造成危害性与其防护措施的研究是很有必要的。现本文就通过分析雷击对变电所电子设备的危害性，来探讨其具体的防护对策。

【关键词】雷击；变电所；电子设备；危害；防护

雷电是一种自然现象，具有很大的随机性与危害性。在很多人的观念中，都认为雷电事故发生的概率很小，并且只要做好安装避雷针、引下线以及接地装置等工作就能够防止雷电事故的发生。但事实上，雷电所带来的危害并不单单是强大的瞬间电流与高伏电压，还有其在传导瞬间高压电流时所引起的电磁场变化。电磁场变化虽然不会对人体带来直接的伤害，但其却能够对各种电子设备产生强大的冲击，从而导致电子设备损坏而造成各种事故的发生。因此，必须要加强对电子设备的防雷措施，以避免电子设备损坏而造成其他事故。以下本文主要针对变电所的电子设备防雷问题进行研究探讨，以供参考交流。

1.雷击对变电所电子设备的危害

一般来讲，雷击所造成的危害主要是通过四种方式来实现的，即雷电直击、雷电反击、感应雷以及雷电侵入波。而对于变电所的电子设备来讲，其对设备的危害方式主要是雷电直击与感应雷。并且经过对多起雷击过电压造成的变电所运行事故进行调查后发现，由于变电所都设置有专门的避雷针等避雷设施，因而受雷电直击影响而受到损害的事故发生率很低。大多数电子设备因雷击而损坏的原因主要是因为感应雷的作用而造成的。另外，需要引起人们注意的是，除了上述两种雷击破坏变电所电子设备的方式以外，还有一种雷击方式也会对变电所电子设备造成很大破坏作用，即高压反击雷。这三种雷击方式的危害原理分别如下所示：

1.1雷电直击

防雷问题一直以来都是变电所建设过程中重点考虑的问题，在变电所中基本都设置了较为全面的防雷系统。因此在以往的变电所中，所有的设备装置几乎都在防雷系统的考虑范围内，遭受雷电直击而造成的设备损坏问题不常出现。但是近年来信息技术在变电所设备运行中的使用范围越来越广，这些信息技术在提高变电所自动化运行水平的同时，也给变电所的防雷系统提出了更高的要求。如防误操作系统、图像监控系统等，在设计或安装这些新的电子系统时，若没有相应的将防雷系统进行变更或改善，就很可能导致雷雨季节，雷电击穿弱电设备的现象。

1.2感应雷

当雷电将电流泄放到大地时，将产生一个旋转快速变化的运动磁场，邻近的电源线、弱电电缆等相对切割磁力线，产生感应高压，在电流的陡度为90kA/μs，并且环路为10m时，在瞬时内感应电压可超过1000kV，这样的高压沿着线路传输，会击毁线路上的设备。当空气击穿放电，电场强度在500kV/m时，将形成对系统有明显作用的电磁场。在实验室的试验中，50Ω细缆和粗缆的同轴传输线，当10kV的放电电流，在距离其10m处，在传输线的屏蔽层，接地心线感应过电压大于2500V，将电缆埋入50cm时，感应过电压仍大于800V。可见，不仅电源线容易产生感应浪涌脉冲，弱电电缆和传感器电缆，即使埋设在电缆沟或者地下也会受到雷电电磁脉冲（LEMP）的影响，更不用说将其沿地表面铺设了。

由于变电所二次回路中的电缆线一般采用在电缆沟内铺设，有的还沿建筑物表面铺设，因此，容易产生感应半径为几百米范围内的雷电电磁脉冲（LEMP），而导致过电压。

1.3高压反击雷

雷电袭击避雷针，由引下线将雷电流引入大地。由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速全部地与大地电荷中和，必然引起局部地电位升高。由于电位差而引起的二次高压反击。若雷电电流接地引下线或接地装置与被保护物之间的距离小于安全距离时，由接地装置向被保护物产生反击。此外，由于金属导体与土壤（或混凝土）的电阻率不同，也会将地电位差引入二次回路，从而造成二次回路设备的破坏，特别是当接地电阻不合标准或系统埋入电缆绝缘降低时，就会产生加在设备上的脉冲电压。此脉冲电压将会在作用点或系统耐压低的地方造成破坏，如测量模块、传感器被损，电缆绝缘降低（电缆绝缘包层被击穿出现小孔等），而电缆绝缘降低又会加剧上述后果。由于雷击点的随机性和电磁场的空间分布，以上感应过电压或雷击反击电压，可能会作用于系统内任一模块，或存在于系统内任意两根电缆之间。

2.变电所的防雷措施

尽管目前变电所已经采取了安装避雷针、避雷器、引下线以及地网等诸多防雷装置，但因为多种因素的影响，这些防雷装置并不能真正完全实现防止雷电对变电所电子设备造成危害。就拿避雷针来讲，由于避雷针自身的特性，其在使用中会使变电所遭受雷击的概率大大增大，使变电所很多电子设备遭受雷击危害的可能性大大增加。若不能做好相应的防雷措施，避雷针的安装可能会适得其反。因此，必须要进一步加强变电所的防雷设计，提高对电子设备的防护设置水平，确保变电所在雷雨季节仍然能够安全顺利进行。

根据长期的实践经验以及我国变电所建设管理的相关规定，在对变电所进行防雷系统设计时，需要按照DBSGP原则进行设计施工。其主要的内容包括分流设计、均压设计、接地设计、屏蔽设计以及保护设计等方法。其中分流是指在变电所的防雷系统中增加接地引线的设置数量，以增大雷击时所产生强大电流的分流，减小每根引下线所通过的电流，从而降低感应雷的作用。均压是指将电子设备尽可能的设置成等电位，以减少电位差对设备造成的损害。而良好的接地效果和屏蔽效果都是防止雷电发生产生高压反击雷的重要手段，必须要加强这两方面的设计管理。除此之外，对电子设备进行相应的保护装置设计也是防雷系统中的主要内容。通过电子装置的过电压保护与过电流保护装置的安装，能够极大的提高电子设备自身的抗雷击性能，防雷效果较好。

电缆沟内的电缆铺设要合理，不同系统的电缆在电缆沟内要分开铺设，最好还要屏蔽隔开或者走金属管内；这样在雷电侵入到弱电系统时，不会对其他系统产生干扰影响。变电所的微机保护、远动系统中的数据采集电缆，必须使用屏蔽电缆，并一定要将屏蔽层在装置端接地。

良好的接地体是可靠防雷的基本条件，不然会通过避雷针、避雷带等设备将雷电引入到接地体时，产生的二次反击雷将严重危害电子设备。所以，变电所接地网在变电所投运时，要确保接地电阻满足规范要求，并且要定期对电网的接地电阻进行检测，确保接地电阻满足安全运行的要求。

避雷针要保证雷电不会直接击中变电所内的设备；高压线路的避雷器，保证雷电不会通过高压电力线侵害到变电所内部；在变电所内新增加的智能化系统，很容易对防雷问题产生忽视，所以这里特别强调，设备的安装位置和电缆的铺设一定要在变电所防雷系统的保护范围内，保证系统不会遭受雷击的直接侵害；系统的弱电电缆前端要采用相应的电涌保护器进行保护，防止感应过电压或者二次反击高压对设备的侵害。

3.结语

电力系统防雷是一项复杂的系统工程，做好变电所的防雷工作，必须在变电所的设计阶段就要认真考虑。并且在变电所的运行中，还需要定期做好对变电所防雷接地系统检测工作，确保防雷系统满足要求，只有这样变电所的电子设备安全运行，才不会受到雷电的危害。

【参考文献】

[1]白洁.电子设备中防雷结构的设计[J].煤炭技术，2011（01）.

[2]潘宇.变电站如何防雷[J].科技信息（学术研究），2007（16）.