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防雷系统设计方案及对策.doc
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防雷系统设计方案及对策.doc
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防雷系统设计方案
防雷系统开展
电的普遍使用促进了防雷产品的开展,当高压输电网为千家万户提供动力和照
明时,雷电也大量危害高压输变电设备。高压线架设高、距离长、穿越地形复
杂,容易被雷击中。避雷针的保护 X 围缺乏以保护上千公里的输电线,因此避
雷线作为保护高压线的新型接闪器就应运而生。在高压线获得保护后,与高压
线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏,人们发现这是由于 “感应雷〞在作
怪。〔感应雷是因为直击雷放电而感应到附近的金属导体中的,感应雷可通过
两种不同的感应方式侵入导体,一是静电感应:当雷云中的电荷积聚时,附近
的导体也会感应上相反的电荷,当雷击放电时,雷云中的电荷迅速释放,而导
体中原来被雷云电场束缚住的静电也会沿导体流动寻找释放通道,就会在电路
中形成电脉冲。二是电磁感应:在雷云放电时,迅速变化的雷电流在其周围产
生强大的瞬变电磁场,在其附近的导体中产生很高的感生电动势。研究说明:
静电感应方式引起的浪涌数倍于电磁感应引起的浪涌。雷电在高压线上感应起
电涌,并沿导线传播到与之相连的发、配电设备,当这些设备的耐压较低时就
会被感应雷损坏,为抑制导线中的电涌,人们创造了线路避雷器。
早期的线路避雷器是开放的空气间隙。空气的击穿电压很高,约 500kV/m,
而当其被高电压击穿后就只有几十伏的低压了。利用空气的这一特性人们设计
出了早期的线路避雷器,将一根导线的一端连在输电线上,另一根导线的一端
接地,两根导线的另一端相隔一定距离构成空气间隙的两个电极,间隙距离确
定了避雷器的击穿电压,击穿电压应略高于输电线的工作电压,这样当电路正
常工作时,空气间隙相当于开路,不会影响线路的正常工作。当过电压侵入时 ,
空气间隙被击穿,过电压被箝位到很低的水平,过电流也通过空气间隙泄放入
地,实现了避雷器对线路的保护。开放间隙有太多的缺点,如击穿电压受环境
影响大;空气放电会氧化电极;空气电弧形成后,需经过多个交流周期才能熄
弧,这就可能造成避雷器故障或线路故障。以后研制出的气体放电管、管式避
雷器、磁吹避雷器在很大程度上克制了这些毛病,但他们仍然是建立在气体放
电的原理上。气体放电型避雷器的固有缺点:冲击击穿电压高;放电时延较长
〔微秒级〕;残压波形陡峭〔dV/dt 较大〕。这些缺点决定了气体放电型避雷
器对敏感电气设备的保护能力不强。半导体技术的开展为我们提供了防雷新材
料,比方稳压管,其伏安特性是符合线路防雷要求的,只是其通过雷电流的能
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力弱,使得普通的稳压管不能直接用作避雷器。早期的半导体避雷器是以碳化
硅材料做成的阀式避雷器,它具有与稳压管相似的伏安特性,但通过雷电流的
能力很强。不过很快人们又发现了金属氧化物半导体变阻器〔MOV〕,其伏
安特性更好,并具有响应时间快、通流容量大等许多优点。因此,目前普遍采
用 MOV 线路避雷器。随着通信的开展,又产生了许多用于通信线路的避雷器,
由于受通信线路传输参数的约束,这一类避雷器要考虑电容和电感等影响传输
参数的指标。但其防雷原理与 MOV 根本一致。
雷电保护的整体概念
1、IEC 防雷分区定义
雷电保护区 LPZ0A(0A 区): 该区内的各物体都可能遭受直接雷击,同时在
该区内雷电产生的电磁场能自由传播,没有衰减.
雷电保护区 LPZ0B(0B 区): 该区内的各物体在接闪器保护 X 围内,不会遭
受直接雷击,但该区内的雷电电磁场因没有屏蔽装置,雷电产生的电磁场也能自
由传播,没有衰减。
雷电保护区 LPZ1(1 区):该区内的各个物体因在建筑内,不会遭受直接雷击,
电流经各导体的电流比 LPZ0B 区更小,本区内的雷电电磁场可能衰减〔雷电
电磁场与 LPZ0A、LPZ0B 区可能不一致〕,这取决于屏蔽措施。
后续防雷区 LPZ2 等(2 区等):当需要进一步减少雷电流和电磁场时,应引入
后续防雷区,并按照需要保护的系统所要求的环境选择后续防雷区的要求条件。
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雷电过电压保护 的等
电位连接
建筑物内部屏蔽
平安距离
外部防雷保护
建筑物的防雷保护
符合 IEC61024-1
DIN VDE 0185-100
GB50057 要求
接闪器
引下线
接地网
建筑物外部屏蔽
平安距离
室内防雷保护
等电位连接包含:
非带电金属导体的
等电位连接
带电金属导体通过
防雷器的等电位连
接
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区间
不同级别防雷器的安装位置 区别
B 级 C 级 D 级 可否遭受直接雷击
是否对磁场
传播有衰减
0A
区
可能遭受直接雷击
没有衰减
0B
区
不会遭受直接雷击
没有衰减
1 区
0 区 与 1 区 之
间的交界处
不会遭受直接雷击
有衰减
2区
等
1 区与 2 区之
间的交界处
重要设
备前端
不会遭受直接雷击
进一步衰减
2、防雷器分级保护原理
IEC61312 定义了防雷的保护分区,根据保护分区的要求需要在每个分区的交
界处,安装相对应的防雷器,在 LPZ0B 区与 LPZ1 区的交界处安装 B 级〔即
第一级〕防雷器,在 LPZ1 区与 LPZ2 区的交界处安装 C 级〔即第二级〕防雷
器,在 LPZ2 区内的备前端安装 D 级〔即第三级〕防雷器。
其工作原理为利用分级的防雷器,层层泄放雷电感应的能量,遂级减低浪涌电
压,从而保护用户端设备。
根据 VDE 0675 规划,对 B、C、D 三级防雷器保护水平的要求如下:
防雷器安装等级 防雷器 保护水平
Ⅰ
B 级电源防雷器 <4KV
Ⅱ
C 级电源防雷器 <2.5KV
Ⅲ
D 级电源防雷器 <1.5KV
B 级防雷器一般采用具有较大通流量的防雷器,可以将较大的雷电流泄放入地,
到达限流的目的,同时将过电压减小到一定的程度.
C、D 级防雷器采用具有较低残压的防雷器,可以将线路中剩余的雷电流泄放
入地,到达限压的效果,使过电压减小到设备能承受的水平。
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gjmm89
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