雷击及过电压保护
浅析对机房雷击浪涌过电压的保护
徐文 增
（ 江 上 海 通 信 管理 局 ） 长 自然 灾 害种 类 很 多 ， 雷 电灾 害 是 普 遍 存 在 的 ， 别 在 有 些 地 区 非 常 而 特 频繁， 自古以来就被神化 。雷 电灾害也是“ 联合 国国际诚灾十年” 公布的最 严重的十种 自然灾害之一 。全球每年 因雷击造成人员伤亡， 财产损 失不计 其数， 导致火灾、 爆炸 、 建筑物毁坏等事故频繁发生。 从卫星 、 通信、 导航、 计 算 机 网络 直 到 每个 家 庭 的 家 用 电器 都 可 能 会 遭 到 雷 电灾 害 的严 重 威 胁 。 据 有 关 部 门统 计 ， 国每 年 因 雷击 造 成 人 员伤 亡 达 ３ ０ 我 ０ ０人左 右 ， 财产 损 失在 几 十亿 元 人 民币 。 年 来 ， 着 社 会 经济 发 展 和 现 代化 水 平 的 提 高 ， 别是 近 随 特 信 息 技术 的快 速 发 展 ， 市 高 层 建 筑 物 的 日益增 多 ， 电灾 害 的危 害 程 度 城 雷 和造成的经济损失及社会影响越来越大。自从 ２ ０多年前富兰克林 发明避 ０ 雷针之后， 建筑物得到有效的保护 ， 人们对防雷就 有了安全感 。但是 ， 国 我 的 雷 电灾 害 近 几 年 又 忽 然 呈 现 新 情 况 ， 害 频 繁 ， 国 民 经 济 造 成 了非 常 灾 对 大 的损 失 ， 多 从 不 发 生 雷 电灾 害 的行 业 部 门也 频 频 受 害 ， 知 所 措 。例 许 不 如 ， 在大 楼 里 只 与纸 张 、 件 、 料 、 坐 文 资 电脑 打交 道 的系 统 ， 以为 闪 电是 不 自 会危害他们 的， 也不会袭击其设备财物 的， 可是当采用微机系统之后， 它就 成为 了雷电过电压波 的侵袭 对象 ， 造成的经济损失 ， 远远超过被损坏 的微 机 本 身 。只 从 这一 例 即可 窥 知 当今 雷 电灾 害 的特 点 ， 行 各 业 凡 是 使 用微 各 电子 新 技术 的 ， 可 能遭 到雷 灾 ， 影 响 之 大 远 远 超 过 被 雷 击 坏 的设 备本 都 其 身 。 一 方面 ， 先 得 到避 雷 针 保 护 的大 楼 ， 今 并 非 能对 建 筑 物 内的 人和 另 原 而 物 进 行 有 效 的保 护 ， 子 计 算 机 机 房 内 的 主 机 、 务 器 、 端 等 微 电子 设 电 服 终 备， 更是频繁遭受雷 电过 电压波侵袭的受害者。 日已是 电子时代了， 今 日益 繁忙 庞 杂 的 事 务通 过 的 高速 电脑 、 自动 化 设 备 及 通 讯 设 备其 数 量 和 规 模 不 断扩 大 ， 而它 们 受 到 过 压特 别 是 雷 电 袭 击 而 受 到损 害 的可 能性 就 大 大 增 因 加， 其后果可能使整个系统运行 中断， 并造成难 以估量的经济损失 。 随着收 音机 和 电视 机 普 及 到 广 大农 村 地 区 ， 自装 天线 、 拉 电源 线 ， 使 建 筑 物 受 乱 致 雷击 成 灾 的 情 况 也 时 有 发 生 ，雷 电和 浪 涌 电压 已 成 为 电 子 时 代 的 一 大 公
浅谈低压配电线路的雷电过电压保护问题
浅谈低压配电线路的雷电过电压保护问题电源线路因多种原因产生脉冲过电压，如不采取有效措施，不仅直接威胁用电设备的安全，甚至还可能危及操作人员的生命安全。
文章通过对电源线路脉冲过电压产生的原因、如何抑制方法的分析，结合多部防雷技术规范的要求，对多年来防雷施工图审核中遇到的各种问题提出修改意见，供防雷设计、施工、施工图审核的同行参考和商讨。
标签：电源线路过电压；低压配电系统防雷技术；分析1 电源线路上脉冲过电压的产生供电回路或回路负荷的突然变化，特别是感性负荷的频繁操作，在电源线路上产生很强的反电动势，叠加到电源电压上，形成脉冲过电压；负荷（特别是大容量的负荷）电源插头座间的接触不良也会产生火花放电，形成脉冲过电压；积累大量静电荷的金属导体放电也会产生脉冲过电压；雷电产生的脉冲过电压，上述方式都将在电源线路上产生过电压。
其中雷电以如下方式产生脉冲过电压：（1）当雷击发生在电源、信号线路或附近时，在线路上会产生很强的雷电流，以波的形式沿线路快速传输，使线路和大地间形成很高的电位差，也可能产生很强的脉冲雷电流流过负载；（2）静电感应：雷云形成时，受云中电荷吸引，在下方导线上产生异性电荷接闪时空中雷云电荷中和，瞬间消失，线路上的感应电荷来不及释放，线地间产生很强的静电感应电压；（3）雷电感应：雷电接闪时会向周围空中发射很强的电磁波，频带可达几百kHz以上，幅度随着频率降低，电磁波传播距离可达几百公里以上。
雷电波不仅干扰通信设备和其它电子设备的工作，而且在周围导体上会产生很强的感应电动势，在电源、信号线路上产生感应电压。
电源、信号线路上产生脉冲过电压的原因很多，当其超过设备的承受能力，设备就会损坏。
随着科学技术的快速发展，以电子计算机为核心的电子产品日益广泛应用，雷电通过电源、信号线路对设备的危害越来越严重，为此，各种对应的防护办法相继产生。
在常用的方法中有等电位连接、屏蔽、将线路埋地引入等方法，在这里讲的是最常用的方法，即采用电涌保护器。
第六 雷电过电压防护
地电阻时，可采用多根放射形接地体，或连续伸 长接地体，或采用某种有效的降阻剂降低接地电
Hale Waihona Puke 阻值土壤电阻 率 Ω.m接地电阻 Ω
≤10 100~5 0 00
≤10 ≤15
500~10 00
≤20
1000~20 00
≤25
>200 0
≤30
3）尽量缩短避雷器与被保护设备间的电气距 离。
三、变电站避雷器保护配置
（1）配电装置每组母线上应装设避雷器，但是进出 线都装有避雷器的除外。
（2）旁路母线是否装设避雷器视其运行时避雷器到 被保护设备的电气距离是否满足要求而定。
（3）330KV及以上变压器和并联电抗器处必须装设 避雷器，避雷器应尽可能靠近设备本体。
第六章 雷电过电压防护
输电线路上的雷电过电压
1、直击雷过电压：是由雷电直接击中杆塔、避雷 线或导线引起的过电压；一般采用避雷线保护
2、感应雷过电压：是由雷击线路附近大地，由于 电磁感应在导线产生的过电压
运行经验表明，直击雷过电压对电力系统的危害 最大，感应雷过电压只对35KV及以下的线路会造 成雷害。
3
五、采用消弧线圈接地方式
适用条件： 雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区
作用原理： 单相对地闪络时，消弧线圈使其不至于发展成持
续工频电弧 两相或三相对地闪络时，第一相闪络并不会造成
跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对 未闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从 而提高了线路的耐雷水平。
与通信线路之间的交叉跨越档、过江大跨越高杆塔、变电 站的进线保护段等处。
九、采用线路型金属氧化物避雷器
电气设备的防雷与过电压保护
电气设备的防雷与过电压保护随着科技的不断发展，电气设备在我们的生活中扮演着越来越重要的角色。
然而，雷击和过电压问题成为我们在使用电气设备时需要面对的挑战之一。
本文将讨论如何有效地进行电气设备的防雷与过电压保护。
一、防雷保护雷击是指由于大气激发电荷不平衡而产生的电流放电现象。
电气设备一旦遭受雷击，会造成严重的损坏甚至失效。
因此，防雷保护是至关重要的。
1. 接地系统接地系统是防雷保护中的关键措施之一。
通过将设备的金属外壳或导体与地下的导体相连接，可以将雷击引流至大地，并减少对设备的损坏。
接地系统应该保持良好的导电性能，确保电流能够有效地通过地下导体流入地面。
2. 避雷针避雷针是传统的防雷保护工具之一。
它通常安装在高架建筑物的顶部，可以吸引雷电，并通过导线将电流引入地下。
避雷针的安装应符合相关的安全规范，并经常进行检查和维护，确保其正常工作。
3. 避雷器避雷器是一种可以吸收和分散过电压的设备。
它通常安装在电气设备的输入端，当遭遇过电压时，避雷器会迅速反应，将电压分散到接地系统中，从而保护设备免受损坏。
二、过电压保护过电压是指系统中超过额定电压的电压波动。
过电压可能是由于雷击、电力系统故障或其他原因引起的。
过电压会对电气设备造成严重的损坏，因此过电压保护也是非常重要的。
1. 过电压保护器过电压保护器是专门用于保护电气设备免受过电压的损害。
它可以迅速检测到过电压，并通过自动切断或分散电压的方式来保护设备。
过电压保护器应根据系统的需求进行适当选择，并定期检查和更换以确保其正常工作。
2. 断路器断路器是一种用于保护电气设备免受过电压的开关装置。
当系统中出现过电压时，断路器会自动切断电流，防止电流超过设备的承受能力。
选择合适的断路器对于过电压保护至关重要，并应根据设备的负载和额定电压进行合理设置。
3. 绝缘保护绝缘保护是通过绝缘材料和绝缘设备来预防过电压。
合适的绝缘材料可以减少电压波动对设备的影响，并保护设备免受过电压的损害。
基础知识雷电侵入波的过电压保护（一）
基础知识雷电侵入波的过电压保护（一）电力交流4群：458622441为了防止雷电侵入波对变电站电气设备绝缘造成击穿损坏，应采取措施减少近区雷击闪络，并且要合理配置避雷器，使雷电侵入波通过避雷器对地放电，将能量泄露掉，这样就不致对电气设备的绝缘造成威胁。
因此对雷电侵入波的过电压保护主要措施有变电站进线端保护、变电站母线装设避雷器、主变压器中性点装设避雷器、与架空线路直接连接的电力电缆终端头处装设避雷器等。
变电站进线端保护目的防止进入变电站的架空线路在近区遭受直接雷击，并对由远方输入的雷电侵入波通过避雷器或电缆线路、串联电抗器等将其过电压数值限制到一个对电气设备没有危险的较小数值。
具体措施（1）未沿全线装设避雷线的35-110KV架空送电线路，应在变电站1-2Km的进线端架设避雷线。
如果该进线隔离开关或断路器在雷雨季经常开路运行，同时线路侧又带电，则必须在进线端的末端，即靠近隔离开关或短路器处装设一组排气式避雷器或阀型避雷器。
（2）对于3-10KV配电装置（或电力变压器）其进线防雷保护和母线防雷保护的接线方式如图。
3-10KV主变压器的最大电气距离从图中可知配电装置的每组母线上装设站用阀型避雷器FZ一组；在每路架空进线上也装设配电线路用阀型避雷器FS一组，有电缆段的架空线路避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连；如果进线电缆在与母线相连时串接电抗器，则应在电抗器和电缆头之间增加一组阀型避雷器。
实际上无论电缆进线或架空进线，只要与母线之间的隔离开关或断路器在夏季雷雨季节时经常处于断路状态，而线路侧又带电时，只要与母线之间的隔离开关或断路器在夏季雷雨季节时经常处于断路状态，而线路侧又带电时，则靠近隔离开关或断路器处必须装设一组阀型避雷器，以防止雷电侵入波遇到断口时无法进行，出现反射而使绝缘击穿造成事故。
雷电进行波沿着电力线路往前进行时，这就是波的反射。
雷电反射波与进行波两者叠加，其电压数值为原有进行波的2倍，对电气设备容易造成击穿。
雷击过电压的防护措施
雷击过电压的防护措施
雷击过电压防护措施：
① 安装避雷针或避雷带，引导雷电安全入地；
② 在重要设备附近设置电涌保护器（SPD），吸收过电压；
③ 采用等电位连接，将金属物体连接在一起，减少电位差；
④ 确保接地系统良好，接地电阻符合安全标准；
⑤ 电缆进出建筑物处加装屏蔽层，防止感应雷侵入；
⑥ 重要电路使用隔离变压器，增加电气隔离；
⑦ 定期检查防雷设施，确保其功能正常；
⑧ 敏感设备加装稳压电源，避免电压波动损害；
⑨ 在雷电多发地区，增加防护措施的密度和强度；
⑩ 提高建筑物本身的屏蔽性能，减少直击雷的危害；
⑪ 对于户外设备，尽可能采用地下布线方式；
⑫ 加强员工安全教育，了解雷电防护的基本知识。
线路直击雷过电压及耐雷水平资料
中央导、地线间的空气间距S，一般不会发生避雷 线 对导线的反击故障。
3、直击或绕击：
装设避雷线的线路，仍有雷绕过避雷线击于导线的 可能
发生绕击的概率称为绕击率Ka Ka与避雷线保护角α、杆塔高度h及线路通过地区 的地形地貌有关。 山区线路因地面附近电场受山坡地形影响，绕击率 约为平原线路的3倍。 虽然绕击率很小，但一旦发生绕击，产生的雷过电 压很高，即使是绝缘水平很高的超高压线路也往往 难免闪络。 (1) 雷击点电压幅值： 研究表明，雷电流通道具有分布参数特征，其波阻 抗用Z0表示。
令 U Lj U 50% ，即可求得 雷击塔顶反击时的耐雷水 平I1，即 影响I1的因素：
I1
U 50% Lt hc (1 k ) Ri T T 1 1
杆塔分流系数β，杆塔等值电感Lt，杆塔冲击接 地电阻Ri，耦合系数k和绝缘子串的U50%冲击放 电电压。
此即国标中用来估算绕击时过电压的近似公式
(2) 绕击时的耐雷水平： 令 U A U 50% ，可得绕击时的耐雷水平I2：I 2
U 50%
100
例如：采用13片XP-70型绝缘子的220kV线路绝缘子 串的U50%≈1200kV，可求得其I2＝12 kA ，大于I2的 雷电流出现概率P1≈73.1%。同理110、500kV线路 绕击时耐雷水平分别只有7、27.4kA，雷电流幅值超 过7、27.4kA的概率分别为83.3%、48.8%！
反击：本来是地（低）电位的物体，由于某种原因 导致其电位（绝对值）突然升高，当其与周围导体 的电压超过了该间隙的击穿电压或表面放电电压时 ，发生的击穿或闪络现象。
绝缘子串上 电压幅值为： (3) 耐雷水平：
U j
10kV配电线路防雷保护措施
10kV配电线路防雷保护措施摘要：10kv 配电线路在运行过程中遭遇雷击的事故时有发生，这不仅影响到配电线路的运行，给工农业的发展带来损失。
本文首先说明了10kV 配电线路雷击过电压形式，然后分析了发生雷害事故的危害和主要原因，最后详细阐述了10kV 配电线路防雷保护措施。
关键词：10kV；配电线路；防雷；过电压；绝缘一、10kV 配电线路雷击过电压形式（一）直击雷过电压直击雷过电压是雷云击中杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过该物体泄入大地，在该物体上产生的很高的电压降。
（二）感应雷过电压研究表明，10k V 架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应雷过电压，配电线路遭受直接雷过电压的概率很小，约占雷害事故的 20%，感应雷过电压导致的故障比例超过 80%。
因此 10k V 配电线路的防雷研究主要针对感应雷过电压。
二、发生雷害事故的危害和主要原因分析（一）雷害事故的危害雷害事故是难以完全避免的一种的灾害，而一旦发生雷害，对于电力装置和配电电缆甚至是周边的一些建筑物，都会造成一定程度的破坏和影响，雷击事故的危害，主要体现在两个方面：1、一般情况下，雷害事故的的雷击过电压都会超过80k V，从而容易击穿电器绝缘，会使得电力设备发生闪络的现象，轻则造成电路跳闸，使得周围一定范围内的区域大面积停电，影响周边居民的正常生活和生产，重则可能由此引起电力火灾或者造成路过的人民群众的触电；2、一旦发生雷害事故，电力企业势必要对电力装置或配电电缆进行维修抢救，如果雷害事故发生频率较高，将会对电力企业造成巨大的经济损失，也使得企业的运营成本大幅度上涨，降低了电力企业的经济效益，不利于电力行业的发展。
（二）发生雷害事故的主要原因分析1、根据相关调查发现，我国目前对于10k V配电线路防雷的资金投入还不多，导致10kV 配电线路防雷水平设施存在很多缺陷，甚至有一些配电设备还没有安装足够的防雷装置。
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雷擊及過電壓保護
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2006年5月供應商大會
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2006 年5月供應商大會 配电柜被损坏
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綜合防雷
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防雷分区及防雷分级示意图
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雷擊及過電壓保護
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国际标准
2006年5月供應商大會
总则 防雷器的选择 雷击保护 设备保护 低压防雷器的安装 低压线路上的过电压 通信防雷器
低压防雷器
低压防雷器(法国标准) 低压防雷器(德国标准) 低压防雷器(美国标准) 低压防雷器(英国标准)
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雷擊及過電壓保護
雷电电流
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英国标准BS6651-1999 Characteristics of lightning（雷电特性）一节有下面的论 述：‚给各种雷电参数给定一个范围比用‘平均’值来描述雷电更加简洁容 易。雷电闪击造成损害的一个重要部分是回击（Return stroke），回击的电流 范围由2000A 到大约200000A，并且发生在自然界的雷电频度分布概率可以 用所谓的‘对数正态’分布方式表示如下： 1%的雷击电流超过200000A；
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雷擊及過電壓保護
2006年5月供應商大會
在一栋建筑物中不應有独立接地体，在动态条件下实际上是把 人身安全和设备安全放在第二位，这是不对的：应将人身安全 放在第一位来处理接地和等电位连接。
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雷擊及過電壓保護
2006年5月供應商大會 ACBEL POLYTECH INC. 进出线缆端口的防雷等电位连接
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IEC 61312-1 IEC 61312-3 (pending) IEC 61024-1 IEC 61000-4-5 IEC 61643-1-2 (pending) IEC 62066 (pending) IEC 61644-2-1 (pending) IEC 61643-1-1 NFC 61740 VDE 0675 UL 1449 ANSI C62.41, C62.45 BS 6651
雷擊及過電壓保護
MOV(Metal Oxide Varistor) 氧化鋅壓敏電阻.它是一種因外加 電壓的改變而呈現非線性電阻變化的電阻器,具有雙向,對稱 的V/I特性.金屬氧化物壓敏電阻器簡稱為MOV,是一種以氧化 鋅為主體,添加多種金屬氧化物,經典型的電子陶瓷工藝制成 的多晶半導體陶瓷元件.
當壓敏電阻遭受瞬間過電壓時,壓敏電阻器會從穩定狀態(近 似開路)轉向限壓狀態(高導電狀態).
1 2
8/80
100 10 5· 105
3
8/20
5 0.1 0,4· 103
100 kA
波形（µs）
i 峰值电流. kA Q As
10/350
100 50 2.5· 106
80 kA
W/R J/
相关标准
60 kA 50 kA
IEC 61024-1-1
DIN VDE 0675 T.6, E
DIN VDE 0432 T.2
(4) 空间电磁场
建築物防直擊雷的避雷引入了强大的雷電流通過引下綫入地， 在附近空間産生强大的電磁場變化，會在相鄰的導綫(包括電 源綫和信號綫)上感應擊雷電過電壓。
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2006年5月供應商大會
雷电是雷雨云之间或在雷雨云与地之间产生的放电现象。 由于雷雨云中不同部位聚集着不同极性的电荷，当电荷积累到 一定程度时，在云团与云团之间，云团与地面之间会产生很强 的电场，当电场强度达到空气击穿强度时，便会发生正负电荷 之间的放电现象，这种瞬间的强火花放电就是闪电。
闪电的雷击过程中产生了强大的雷电流（目前观测到的最大雷 电电流幅值为430KA)和高电压（雷电通道两端电位差可达上万 伏），雷电具有极强大的功率，从而构成一次爆炸过程。雷电 直击到地面的建筑物和各种生物上，因其电效应，热效应和机 械力会造成严重的破坏和灾害。雷电强大的破坏力，主要是由 于它把雷云蕴藏的能量在极短促的几十微秒中释放出来，它的 功率巨大。 雷电威胁的主要对象: 建筑物, 人, 设备。
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雷击路徑:
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(1) 由供電綫路直擊或感應入侵 由電力綫路輸入室內，電力綫路可能遭受直擊雷和感應雷。 直擊雷擊中高壓電力綫路，經過變壓器耦合到220伏低壓； 或由低壓綫路也可能被直擊雷擊中或感應雷過電壓。在低 壓綫路上出現雷電過電壓(Surge)，對系統造成毀滅性打擊。 (2) 由通信綫路入侵 可分爲三種情况：(1)當地面突出物遭直擊雷打擊時，强雷 電壓將鄰近土壤擊穿，雷電流直接入侵到電纜外皮，進而 擊穿外皮，使高壓入侵綫路。(2)雷雲對地面放電時，在綫 路上感應出的過電壓，擊壞與綫路相連的電器設備，通過 設備連綫侵入通信綫路。這種入侵沿通信綫路傳播，涉及 面廣，危害範圍大。(3)若通過一條多芯電纜連接不同來源 的導綫或者多條電纜平行鋪設時，當某一導綫被雷電擊中 時，會在相鄰的導綫感應出過電壓，擊壞低壓電子設備。
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雷电测试电流比较表
电路板及元器件损坏
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设备防雷保护预防措施：
2006年5月供應商大會
从前面分析可以看出通信设备的遭遇雷击的途径主要有四条： 1）电源, 信号线路；2）地电位反击 3）空间磁场。 所以必须对每一条途径加以预防，才能保证安全，主要预防措 施为： （1）针对电源线路在上加装电源避雷器予以预防； （2）针对信号线路，在上加装信号避雷器予以预防； （3）做等电位连接预防地电位反击； （4）利用设备金属外壳及接地来预防空间电磁场. 这四条预防措施都是至关重要的。
等电位汇流排
EBB
水管 燃气管 阴极保护输送管 基础接地极
Z
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外部防雷系统
电源
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雷擊及過電壓保護
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雷擊及過電壓保護
2006年5月供應商大會 建立聯合接地系統，形成等電位防雷體系对地將建築 物的基礎鋼筋，梁柱鋼筋，金屬框架，建築物防雷引 下綫等連接起來，形成閉合良好接地的法拉第籠，將 建築物各部分的交流工作地，安全保護地，直流工作 地，防雷接地與建築物法拉第籠良好連接，避免接地 綫之間存在電位差，消除感應過電壓産生的原因。
1
40 kA
2
在同等峰值的情况下，一个由实验室电涌发 生器所产生的10/350µs 波形的总能量是8/20µs 波形的17~25 倍。
20 kA
3
80 µs 2015/2/27 200 µs 350 µs 600 µs 800 µs 1000 µs 康舒電子/零件工程
10%的雷击电流超过80000A；50%的雷击电流超过28000A；
90%的雷击电流超过8000A；99%的雷击电流超过3000A； 有的雷闪包含2 次以上的雷击，这些雷击像单次雷击一样以50ms 至100ms 的 时间间隔一个接一个的出现。极少数超过10 次雷击的多重雷，放电持续时 间可达1s。 因此, 为了设计雷电防护系统，下面的电流峰值（imax）最严酷的情况： Imax=200kA
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雷擊及過電壓保護
(3) 地电位反击
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雷擊時强大的雷電流經過引下綫和接地體泄入大地，在接地體 附近放射型的電位分布，建筑地网的电位会瞬间升高到几十 KV,而设备本身的相线、零线及信号线路都还处在一个比较低 的电位，所以地线与相线和信号线之间存在的这个电压差就会 同时施加到设备上，这个电压可能高达几十KV甚至几百KV， 会把通信设备完全击毁或击坏。
2006年5月供應商大會
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2006年5月供應商大會 ACBEL POLYTECH INC. 三级保护原理图