摘 要：防雷与接地技术是电力设备和电力装置在电气设计中必须考虑的问题，文章分析了雷电的形成与过电压的危害，详细介绍了避雷针、避雷线、避雷器等防雷保护设备，阐述了接地接零技术的概念，提出了接零保护、重复接地的保护措施。
关键词：电力设备；防雷与接地；过电压；重复接地
一、引言
供电系统的防雷与保护是保证安全供配电的重要环节之一，为确保电力设备在运行中的人身安全和供电可靠，设计者应根据工程特点、规模和发展规划，以及当地的雷电情况和地质特点等，合理的确定防雷接地设计方案。文章将从防雷和接地的基本概念出发，以30kV以下的电力设备和电力装置为目标探讨了防雷保护和接地装置的相关问题。
二、雷电与过电压及其危害
雷电和闪电是生活中常见的自然现象，但是当建筑物或电力设备被雷击后往往会对生产生活造成极大的危害和不便，因此电力设备和建筑物需要采取一定的防雷措施，以下介绍关于电力设备和雷电的几个基本概念。
1.过电压
过电压是指在电气线路或电气设备上出现高于额定电压的情况。供配电系统在正常运行时，电气设备的绝缘处于额定电压的作用之下，但是，若遇到雷击情况，供配电系统中某些部分的电压可能会升高，甚至会大大超过正常状态下的数值，即产生过电压现象。
常见的过电压按照其产生原因可分为内部过电压和大气过电压。内部过电压是指供电系统内部电磁能量的转换或传送引起的过电压。大气过电压是指大气中雷云放电，并雷击供配电系统或由于雷电感应引起的过电压。
2.雷电的形成
雷电的产生原因有很多，现象也比较复杂。生活中的雷电大多数是由于大气中的水蒸气和地面的湿气受热上升，在空中不同冷热气团相遇，凝结成水滴或冰晶，形成积云。积云运动，使电荷发生分离，在积云上下气流的强烈摩擦和撞击下，形成带正、负不同电荷的雷云。云层中电荷越积越多，就形成了正负雷云间的强大电场。同时，由于静电感应，带电的雷云邻近地面时，对大地或架空线路将感应出与雷云极性相反的电荷，二者之间形成了一个巨大的“极板电容”。雷云中的电荷积聚到足够数量时，电场强度达到25kV～30kV/cm时，就会使正负雷云之间或雷云与大地之间的空气绝缘击穿，形成导电通道。当雷云放电到达另一雷云或大地时，就产生强烈的“中和”作用，出现强大的电流，数值可达到数十至数百千安，该电流称为雷电流。雷电流的放电温度可达20000℃，使得周围的空气膨胀，并出现耀眼的光亮和巨响，称为雷电，即人们常说的“打雷”和“打闪”。
3.雷电的危害
高空中雷云之间的放电虽然很强烈，但是对人和地面物体基本没有危害，但如果雷云对大地放电，则会产生很大的破坏作用，这种破坏作用主要来自于大气过电压，其常见的基本形式有直击雷、感应雷、侵入波三种，这三种形式的雷对建筑物、电力设备、架空线路、变电所等均有较大的危害。而且，雷电的机械效应产生的电动力可摧毁设备、塔杆和建筑，危及人畜生命安全；强大的雷电流所产生的热量，可烧断导线和烧毁电力设备；雷电的电磁效应可能产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；雷电放电时可能烧坏绝缘子，使断路器跳闸或引起火灾，造成居民用户的大面积停电。
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三、防雷保护设备
为了减小或避免电力设备与电力装置遭受雷电的危害，需要对电力传输线路和电力设备以及建筑物进行防雷保护，常用的防雷保护设备有避雷针、避雷线、避雷网、避雷器等。
1.避雷针
避雷针的主要作用是吸引雷，并将雷电流通过接地引线安全地泄入大地，从而保护避雷针附近的电力设备和建筑物免受直击雷危害。为有效地担负起引雷和泄雷的作用，避雷针通常由接闪器、接地引线和接地体三部分构成。接闪器一般直径为10～12mm、长为1～2m的钢棒，它一般架设在楼顶或具有一定高度的地方起引雷作用。接地引线将雷电流由接闪器安全的导入接地体，因此接地引线必须保证在强大的雷电流通过时不至于熔化损坏，一般采用6mm的圆钢。接地体是埋在地下与具有一定湿度的土壤直接接触的金属物体，它的电阻值非常小，一般小于10Ω，因而可以有效地将雷电流引入大地。
2.避雷线与避雷网
避雷线主要用于保护架空线路免受直接雷击，它是由悬挂在被保护物上空的接地线、引下线和接地体三部分组成，其作用和原理与避雷针相同。避雷线的保护范围，由避雷线向下作与其垂直面成25°的斜面构成保护空间的上部，在h/2的高度处转折，与地面离避雷线水平距离为h的直线相连的平面，构成保护空间下部，合起来形成屋脊式的保护空间。
3.避雷器
避雷器的作用是用来防止雷电产生的侵入波沿架空线路侵入变电所或其他建筑物时，损害电气设备的绝缘。避雷器的一端和电力设备相连，另一端接入大地，常用的避雷器形式主要有氧化锌避雷器和管型避雷器。避雷器的工作原理可以简要的概括为：当正常工作时，电压为额定的工作电压，避雷器内部存在大间隙，相当于大电阻，此时避雷器不通电，电力设备正常运行；当出现雷击过电压时，避雷器被击穿，内部间隙大大减小，使得避雷器总电阻趋近于零，强大的雷电流经过避雷器流入大地，保护了电力设备。
四、接地和接零
接地和接零技术是工业与民用安全供电的有效措施，也是保护电力设备、电力装置的一种重要方式，其主要的目的还是保证电力网在运行中的安全可靠。
1.接地的概念
在工厂供电和电力供电中常见的接地类型分为工作接地、保护接地和过电压保护接地。工作接地是为了保证电气设备在正常和事故情况下可靠地工作而进行的接地，常见的工作接地方式有中性点直接接地和中性点非直接接地。保护接地是在电气设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属塔杆上安装接地装置，由于带电导体绝缘损坏，有可能使其带电，为了防止危及人身安全而设的接地。
2.保护接零与重复接地
为防止因电气设备绝缘损坏而使人身遭受触电的危险，将电气设备的金属外壳与变压器中性线相连接的，称为保护接零，这种保护接零适用于380/220V的三相四线制的低压系统的电气设备。在采用接零保护时，除电源变压器的中性点必须采用工作接地外，同时零线在规定的地点还要采用重复接地，所谓重复接地指零线一处或多处通过接地体与大地再次接触。零线上的重复接地相当于在零线上多并联了接地点，这样就降低了零线的对地电阻，从而在供电系统中发生短路和碰壳时，可以降低零线对地电压，而且在零线意外断线时，保证有可靠的接地点。在工业与民用电力装置的接地规范中规定，在中性点直接接地的低压系统的电力网中，架空线路的干线和分支线的终端及沿线每1km处。零线应重复接地，电缆和架空线在引出车间或居民建筑时，零线应重复接地。
五、结束语
在电力系统的设计过程中，防雷和接地设计是一个非常重要的环节，无论是防雷还是接地，任何一个环节缺失都会对生产、生活乃至生命造成严重的安全隐患，因此在工业和民用供电系统中，对建筑物和电力设备的防雷保护和接地保护是非常必要的。
参考文献
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论文作者:唐江, 马书婷
论文发表刊物:《科技新时代》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
标签：过电压论文; 雷电论文; 防雷论文; 避雷器论文; 电力设备论文; 避雷线论文; 避雷针论文; 《科技新时代》2018年6期论文;