雷电对供电系统的危害与保护_雷电电力危害

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雷电对供电系统的危害与保护

摘要：简要分析了雷电的形成与危害，提出预防雷电灾害发生的综合防治措施，降低雷击对煤矿供电系统的灾害损失。

关键词：雷电；煤矿供电；避雷器雷电的形成雷电是一种大气放电自然现象，产生于积雨云中，积雨云在形成过程中会不停地运动，运动中摩擦生电，就形成了带电荷的云层，云体内正负电荷区之间，云底与地面之间，电位差越来越大，形成强大的电场。当某处积聚的电荷密度很大，超过25～30kv/cm时，开始游离放电，称之为“先导放电”。云对地的先导放电是由云层向地面跳跃式逐渐发展的，当到达地面上的建筑物或架空输电线时，便会产生由地面向云团的逆导主放电。由于放电时温度高达2000℃以上，空气受热急剧膨胀，随之发生爆炸的轰鸣声，就形成了闪电与雷鸣现象。主放电存在的时间极短，约50～100μs，速度约为光速的1/20～1/2，电流可达数十万安，是全部雷电的最主要部分。主放电结束后，云中的残余电荷经过主放电通道流下来，称为余光阶段，由于云中电阻较大，余光阶段对应的电流不大，约数百安，持续的时间却较长，约0.03～0.15s。由于云中可能同时存在几个电荷中心，所以第一个电荷中心的上述放电完成之后，可能引起第二个、第三个中心向第一个通道放电，因此雷电有多重性的特点。2 雷电的危害

热效应。雷电放电通道的温度可达数万摄氏度，能使金属熔化，如烧断架空导线，烧溶沙土，碰到可燃物体时，可引起火灾。

机械效应。由于闪电通道温度很高，所以当它流经木材内部纤维或砖结构缝隙时，可使空气剧烈膨胀，同时使水分或其它物质分解为气体，呈现出极强大的机械力，如把树木劈成碎片，建筑物击毁。

过电压效应。雷电击中导线时，放电电荷会沿导线两侧以电磁波形式传播开去，沿导线产生高电压，特别是当开关断开时因波反射作用，电压更高，遇到绝缘薄弱处造成放电。电磁效应。发生雷击时，由于雷电流很大，电流的变化又极其迅速，所以在空中的磁力线变化极快，使其附近环链的金属感应出电势。如果为开口金属环，就会在开口处放电，如果是闭口金属环，就会产生环流，环流中电阻大的地方会发热或引燃。

煤矿供电系统遭受雷击时，不但危害输电线路的安全，雷电会沿导线迅速传到变电站，若站内防雷措施不良，轻者会引起保护动作、开关跳闸，重者会导致站内供电设备严重损坏。造成井下供电中断，抽风机、压风机、排水泵、调度通讯和安全监控系统等主要设备停运，导致次生灾害发生，造成重大损失，甚至危及矿工人身安全。煤矿供电系统中防雷保护

3.1煤矿变电站配电装置

（1）煤矿变电站的10kv配电装置（含配电变压器），应在每组母线和架空进线上装设阀型避雷器，并应采用图1所示的接线方式。当配电站无站用变压器时，只在每路架空进线上装设阀型避雷器。母线上阀型避雷器与变压器的电气距离不宜大于表1所列数值。

图16-10kv配电装置防雷电保护接线图

（2）架空进线全部在矿区内，且受到其它建筑物屏蔽时，可只在母线上装阀型避雷器。（3）有电缆线段的架空线路，阀型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。如果各架空进线均有电缆连接，则阀型避雷器与主变压器的最大电气距离不受限制。

（4）阀型避雷器应以最短接地线与变电所的主接线网连接，包括通过电缆金属外皮连接，阀型避雷器附近应装设集中接地装置。

3.2 配电变压器

（1）配电变压器高压侧均应装设阀型避雷器保护，避雷器应尽量靠近变压器装设，与变压器的电气距离不宜大于5m，其接地线应与变压器低压侧中性点（中性点不接地时则为中性点的击穿保险器的接地端）以及金属外壳连在一起接地。

（2）接线为Y，yn0和Y，y0的配电变压器防雷性能较差。存在着高压侧进波逆变换和低压侧进波正变换的过电电压问题，所以雷击的损坏率较高。为使这种配电变压器在雷击时能经受住正、逆变换过电压，不仅要求安装地点的接地电阻低，而且在变压器低压侧也要设置完善的防雷保护元器件。

3.3 断路器及开关

柱上断路器、负荷开关和装设在架空线路上的电容器应装设阀型避雷器保护。经常断路运行而又带电的柱上断路器、负荷开关、隔离开关，应在其带电侧装设阀型避雷器，其接地线应与柱上断路器等的金属外壳连接，且接地电阻不应超过10Ω。

3.4 架空线路

钢筋混凝土杆线路一般采用瓷横担，如果采用铁横担，宜采用高一级绝缘水平的绝缘子，并尽量以较短的时间切除故障，以减少雷击跳闸和断线事故。与架空线相连接的长度超过50m的电缆，应在其两端装设阀型避雷器或保护间隙，长度不超过50m的电缆，只在任何一端装设即可。避雷器选择

避雷器实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近。避雷器的击穿电压要比被保护设备的低，当过电压波沿线路入侵并超过避雷器的放电电压时，避雷器首先放电把入侵波导入大地，限制作用于设备上的过电压数值，从而保护设备绝缘免遭击穿破坏。当入侵波消失后，避雷器应能自行恢复绝缘能力，以免造成工频接地短路事故。

合成绝缘外套型金属氧化物避雷器其外套具有良好的憎水、耐污、防爆和密封等性能，体积小、质量轻、易于安装。主要技术参数见表2。

表26～10KV合成绝缘外套型无间隙金属氧化物避雷器主要技术参数

无间隙金属氧化物避雷器采用了特殊技术措施和结构，避雷器既不会发生内部沿面闪络，又不会因闪络而建立电弧，杜绝了瓷套型避雷器因内部闪络而引起的爆炸。适用于中性点非有效接地、经小电阻接地、经高电阻接地和直接接地系统，是变电所配电设备免受过电压损害的主要保护电气设备。主要技术参数见表3。

表36

10KV瓷套式无间隙金属氧化物避雷器主要技术参数避雷针设置

避雷针由突出地面的金属针尖（亦称接闪器）和引下线、接地装置等组成。其防雷原理

是当带电云层与避雷针尖接近到一定距离时，强大的雷电流经引下线与接地装置导入地中，从面保护了避雷针附近一定空间范围内的电气设备和建筑物免遭雷电的直接袭击。这个被保护的空间称为保护范围。避雷针高度越高，避雷针数量越多，保护范围也就越大。

5.1 单支避雷针的保护范围

单支避雷针的保护范围如图2所示。它好像一座尖顶圆锥形帐篷，在地坪面上的投影是一圆，其圆心就是避雷针的针尖。当避雷针的高度h≤30m时，其保护半rx可按下式确定：

hx≥h/2时，rx=h-hx，则hx=h-rx；

hx＜h/2时，rx=1.5h-2hx，则hx=1/2（1.5h-rx）。

图2单支避雷针保护范围

h—避雷针的高度；hx—被保护物的高度；ha=h-hx—避雷针的有效高度；rx—避雷针在被保护物高度为hx的水平面上的保护半径；r-避雷针在地面上的最大保护半径，rx=1.5h

5.2 双支等高避雷针的保护范围

双支等高避雷针的保护范围如图3所示。

双支等高避雷针两端的保护范围与单支避雷针的保护范围相同，两针之间的保护范围则要大得多。

当避雷针的高度小于30m时，h0、bx可按下式计算 h0=h-a/7

bx=1.5（h0-hx）

图3双支等高避雷针保护范围

a—两针间的距离；2bx—两针之间在hx水平面上保护范围的最小宽度；rx—单支避雷针的保护半径；h0—两针间保护范围的最小宽度结语

雷电是一个复杂的自然现象，对煤矿供电系统危害较大，应引起足够重视并采取相应措施。单纯依靠某项保护措施难以彻底解决配电网络的防雷问题，必须采取综合防雷措施，才能有效的防止雷击事故发生，减少雷电对供电系统的危害，降低灾害损失，确保矿井安全可靠用电。