变电站二次防雷保护
1． 变电站雷电危害概述
变电站是电力系统重要组成部分, 一旦变电所遭雷击或雷电波侵入, 将造成大面 积停电, 给生产带来安全隐患和经济损失, 给人民生活带来不便, 这就要求变电所防 雷系统设计要安全、灵敏、可靠。
变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关 设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体 的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪 涌和过电压，因此可能引起系统控制混乱，甚至损坏设备，后果不堪设想。高压隔 离开关或断路器分合时，在触头间产生一系列电弧，其在被断开或接合的线路上将 引起一系列高频电流波和电压波。这一暂态过程不仅可以通过线路上连接的电流， 电压互感器等直接传人二次系统，引起广达数千伏的过电压。同时，在快速暂态过 程下线路还表现为一个复杂结构的天线以暂态电磁场的形式向周围空间辐射能量， 通过各种耦合进入二次系统。
雷电入侵变电站及站内二次设备有许多种途径(如图1所示) ，但最后都转变为浪 涌过电压，浪涌过电压是造成二次设备损坏的最直接原因，减小和抑制浪涌过电压 是保护二次设备的主要方法。一般变电站的雷电侵害有以下三种主要形式。
1) 直击雷。雷电直接击在建筑物和设备上而产生的电效应、热效应和机械效应。
2) 感应雷。雷云放电时, 在附近导体上产生的静电感应和电磁感应, 它可能使金 属部件之间产生火花。感应雷可以来自对地雷击, 也可以来自云间放电, 其中对地雷 击由于距雷击点较近, 产生的感应浪涌电压较大, 作用半径也大, 作用范围内的电子 设备均是破坏对象。
3）传导雷就是远处的电力设备遭受雷电直击，雷电沿电力线路传导过来侵入变 电站，然后经过电源和测量回路进入弱电设备；地电位反击：雷击周围的避雷针， 导致地面电位升高，反击弱电设备(这部分由外部防雷系统来解决) 。隔离或安装浪 涌电压保护器(SPD)是减小传导雷入侵的主要途径。
图1 雷电侵入的途径
随着变电站综合自动化改造的进行，变电站已逐渐用微机保护取代了原来的电
磁式继电保护。由于常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电 感线圈等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承受低能量、高 电压的冲击暂态过程，对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流 仅为A μ 级的微机装置来说，就不一定能经受得住，因此对于自动化变电站必须另
外采取措施以防止雷电波的侵害。二次设备受雷害侵入途径主要有以下几种。
1) 雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组
间的静电和电磁耦合，进入低压出线， 途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级 削峰，再经过变压器低压出线的平波作用， 电压幅值大为下降。但由于雷电波的波 峰幅值和能量很大， 虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍 有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器 的低压出线，加到变电站内所有的380 V 交流回路中。
2) 由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵
入, 以很高的电压直接加在二次设备上, 使设备损坏。针对这些情况, 变压器的低压出 线端应加装普通陶瓷氧化物低压避雷器, 在二次系统的电源处加装三相四线式带保 险的金属氧化物低压避雷器。远控和信号电缆采用屏蔽电缆, 且屏蔽层两端接地。
3) 当变电站或线路遭受雷击后， 雷电流会经避雷装置流人接地网，如果接地网 的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网 的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。
当前变电站中所采用的防雷措施(外部避雷一避雷针、避雷器、接地网) 是可靠
的，但其主要是针对于一次设备防直接雷击。事实证明，单靠传统的避雷针、避雷 带等外部避雷设施已不足以防护雷电或开关过电压对二次设备及微电子设备的击。 变电站的一、二次防雷保护必须形成一个完整的防雷保护圈。
2．一次电力设备的防雷保护
变电所遭受的雷击主要来自两个方面，一是雷直击在变电所的电气设备上；二
是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此 变电所的防雷主要从以上这两方面进行。
2．1 变电所的直击雷保护
架设避雷针是变电所防止直击雷的常用措施，其作用是将雷电吸引到避雷针本
身上来并安全地将雷电流引入大地从而保护了设备。对于35kV 及以上变电站必须安 装独立避雷针，使所有站内设备都处于避雷针保护范围之内并满足不发生反击的要 求。雷击避雷针时的反击事故，是由于避雷针与被保护设备之间的空气间隙S h 被 击穿及避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间S d 在土壤中的间隙被击穿而造 成的。在一般情况下．S h 不应小于5 m，S d 不应小于3 m。
2．2 变电所对雷电侵入波的保护
变电站必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压， 这是变电站防雷保护的 基本措施之一。现在大部分变电所已逐步用氧化锌避雷器取代了原来的阀型避雷器。 为了保证变电所电气设备的安全运行，在装设避雷器时，一要限制避雷器的残压， 也就是说必须限制流过避雷器的电流，同时还要把侵入波的陡度限定在一定值以内； 二要使所有设备到避雷器的电气距离都在保护范围内。如果避雷器至主变压器的电 气距离超过允许值时，应在变压器附近再增装一组避雷器才能保护主设备的安全。 其它设备冲击耐压强度比变压器高，所以其它设备到避雷器的最大允许距离可以再 增加35％。
变压器对雷电波侵入的防护措施。基本保护措施是在靠近变压器处安装避雷器,
防止由线路入侵的雷电波损坏绝缘。要选择好安装避雷器的位置, 它与变压器及其他 设备的距离应小于最大允许距离。同时避雷器的引下线应与变压器的金属外壳及低 压侧中性点连接在一起。
高压进线对雷电波侵入的防护措施。在变电站的进线上加装避雷线防雷, 如无避 雷线的输电线路, 应在接近变电所1～2 km的进线段安装避雷线, 上述避雷线的保护 角最大不应超过30°。对未沿全线架设避雷线的35～110 kV 架空线路, 其变电站的进 线段, 采用图2所示的保护接线。
图2 35～110 kV变电所的进线保护接线
铁塔及铁横担的钢筋混凝土杆线路, 以及全线有避雷线的线路, 其进线段的首端
一般不装设避雷器GB1。变电所的35 kV 及以上电缆进线段, 在电缆与架空线的连接处 应装设无间隙金属氧化物避雷器, 其接地端应与电缆的金属外皮相连。对于三芯电缆,
末端的金属外皮应直接接地(图3) 。
图3 35 kV及以上三芯电缆的进线保护接线
变电所的防雷接地变电所内布置的统一接地网一般能满足防雷接地的要求，对 于独立避雷针而言，则要求其接地电阻不大于10 Ω 。
3．变电站二次设备防雷保护设计
变电站外部防雷设施(避雷针、线、网、带) 在接闪过程中，可泻放50％的雷电
能量，其余的50％要通过建筑物本身的金属结构件、电源进线、通讯信号线、天馈 线、网络线进入建筑物内部。为了使建筑物内的人身、设备不受雷击，使浪涌过电 压的伤害、损坏，必须做防雷保护。防雷设计就是为被保护设备构建一个均压等电 位系统，通过所安装的电涌保护器逐级把雷电电流泻放人地，达到真正保护设备的 目的。
无论雷电过电波从任何途径入侵，都必须在最短的时间(纳秒级) 内，就近、就
地的将被保护线路及设备接入等电位系统中，使线路和设备各个端口等电位。同时 释放电路上因雷击而产生大量脉冲能量，以最短的路径泄放到大地，最大限度的降 低设备各端口的电位差，从而达到保护线路及设备的目的。通过各项防雷措施，为 变电站站内设备提供一个良好的环境，具体有下列几个方面：
1）通过安装在低压配电线路和信号线路上的电涌保护器把能量巨大、来势汹涌 的雷电流在纳秒级的时间内泄放人地，保护自动化系统通信和配电设备；
2）吸收线路土的感性负载和容性负载的“通”“断”引起的浪涌电压及对相电 压可能的误输入电压的保护；
3）保证变电站用电设备的安全运行和工作人员的安全。
为了防止因雷击电磁脉冲、开关电磁脉冲和静电放电等原因对电子设备造成的 损坏。国际和国内的标准化组织发布了一系列的标准和规范。IEC61312及GB50057 —94(2000)分别提出和规定了系统防护的概念和方法。在建筑内外建立均压等电位 系统(如图4所示) 。并在实际的应用中得到了良好的效果。现代意义的防雷，其工作 重点已经从以建筑物为重点保护对象，发展到以电子信息系统为核心的保护，强调 综合治理、整体防御、分级泄流、层层设防的思路，把防雷看成一个系统工程。
图4 二次设备防雷措施
一个欲保护的区域，从电磁兼容(EMC)的观点来看，由外到内可分为几级保护区， 最外层是0级，是直击雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。从0级保 护区到最内层保护区，必须实行分级保护，对于电源系统，分为工、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级， (如表1) 从而将过电压降到设备能承受的水平，对于信息系统，则分为粗保护和精细 保护，粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度 来进行选择，通常在无法计算的情况下，雷电流约有50％是直接流人大地，还有50 ％将平均流人各电气通道(如电源线、信号线和金属管道等) 。
表1 220/380V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值
机房所在建筑物的外部防直击雷设施承担了50％的雷电电磁脉冲能量，剩下50
％的雷电电磁脉冲能量将通过进出建筑物的各种管线(包括微波、卫星接收装置) 以 感应雷的方式对计算机设备和网络设备造成损坏。因此，建筑物内部防雷是防雷系 统中更加重要的一环。
3. 1 电源部分
为了尽量降低进入电源线路的过电压，按照国际电工标准IEC1312-1 技术要求
和防雷设计原理，通过多级防雷措施后可以将侵入设备的过电压限制在一个合理的 水平。一般电源部分的防雷采用三级防雷保护，这样可以把能量逐级泄放掉，也可
以减小LEMP 雷击电磁脉冲辐射。图5 给出了简单的三级防雷保护示意图。
若从室外架空明线引入的电源线路上安装的SPD 应选用10/350μs 波形试验的
SPD 。埋地引入线路，应选择 8/20μs 波形试验的SPD 。 电源系统入户为低压架空线 路，电缆宜选择安装三相电压开关型SPD 作为第一级保护；分配电柜线路输出端选择 安装限压型SPD 作为第二级保护；在电子信息设备电源进线端选择安装限压型的SPD 作为第三级保护。当上一级电涌保护器为开关型SPD ，次级SPD 采用限压型SPD 时，两 者之间电缆线隔距应大于10米。当上一级SPD 与次级SPD 均采用限压型SPD 时，两者之 间电缆线隔距应大于5米。当不满足要求时，应加装退耦装置。如果配电箱与被保护 设备之间的距离大于15米，应在设备前端安装防雷器。
3. 2 信号部分
通信接口的过电压保护设计则较为复杂，下面讨论几种常用通信接口的过电压 保护设计。
1）RS-232接口过电压保护设计。RS-232串行通信具有同步和异步两种方式，虽 然它们的工作机理不同，但从防雷的角度看两者之间没有本质的差异，只是通信线 数量的多少而已。异步通信方式下只要3条通信线便可工作，而进行同步通信时一般 需要l1条通信线，接口电路一般采用双极型IC 芯片，信号电平的范围是±25V ，通信 速率一般为4800～28800 b ／ps 。过电压保护器一般安装在通信线路两端RS-232接口 上。保护器中设定的保护线数量应根据实际需要来确定，起动电压应根据接口工作 电平来选择，保护器的频率特性应满足通信速率的要求。RS-232通信接口电路与外 部的通信线路之间没有电气隔离，接口电路耐雷电脉冲的能力较差，在选择过电压 保护器时，应选用对雷电脉冲响应迅速且残留电压低的保护器件。
2）局域网中通信接口过电压保护设计。局域网的类型较多，常用的网络结构有 “以太网”和“令牌环网”等，通信中的总线形式有粗缆，细缆和双绞线，粗缆和 细缆的特性阻抗一般是50 Ω ，信号的传输速率一般是l0、16、100 MHz 。网络通信 线的过电压保护器一般安装在户外网络的进线端和可能产生感应雷电脉冲的通信线
路两端或安装在计算机通信接口的前端。过电压保护器的参数和型号选择：当采用 双绞线通信时，应根据信号的传输速率和工作电平来选择；当采用同轴电缆通信时， 还要考虑通信线路的特性阻抗，使保护器的特性阻抗与之匹配。
3）电话线接口过电压保护设计。利用电话线通信的设备有MODEM 或DDU(Digital Date Unit)等。MODEM 通信的传输速率为4800～28800 b／ps ，尽管通信速率是可变 的，但MODEM 在电话线上传输信号的带宽是不变的(一般为3000 Hz) 。当采用DDU 通信 时，其通信模式与MODEM 不同，一是信号的传输方式采用平衡式传输(要求两条信号 线与地线相互绝缘) ，二是信号传输带宽增大(一般为64 kHz)。因此DDU 的电话线接 口对过电压保护器的要求要比MODEM 高，保护器应满足信号频率带宽和工作电平的要 求。另外，设计电话拨号线接口的过电压保护时，应按电话振铃电压值来选择保护 器的起动电压参数 。
3. 3 等电位连接设计
根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界
面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：电力 线路和通信线路等，则必须依据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的 防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。实践证 明，这种分区分级等电位均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是 最好的解决问题，实现有效防护的方法。
为了彻底消除雷电引起的毁坏性电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、 信号线、不能直接接入共用接地系统的金属管道等都要通过瞬态浪涌过压保护器 (SPD)进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接， 各个局部等电位母排互相连接，并最后与主等电位连接母排相连。等电位连接区分 为防雷等电位连接和电气安全等电位连接。它们相同点是将分开的导电装置各部分 用等电位连接导体做等电位连接，以减小在雷击下或电气装置故障下可能在这些部 分之间产生的电位差。
但防雷等电位连接还包括不能直接连接的带电体和信息线，当出现危及线路绝 缘和设备的电位时通过安装电涌保护器(SPD)做等电位连接，即当出现危险电位时 SPD 动作，以减小其两端的电位差(如图
6)
图6 等电位示意图
在机房做一个接地总汇流排，使交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、 防雷接地等四种接地共用一组接地装置。机房接地汇流排尽量安装在防静电地板下 隐蔽处。将所有进入大楼的通信电缆及线缆用金属管道进行屏蔽，并将所有的金属 管道(包括水管、煤气管及各种屏蔽管道) 在进入大楼之前就近接地。采用联合接地 网，目的是消除各地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。
1）所有屏蔽接地部分应连接良好，屏蔽中断处应等电位连接良好。
2）机房内所有金属构件必须等电位接地。
3）窗户必须接地处理。
4）机房内防静电活动地板下每隔5m 的支架与室内接地母线连接。
5）接地母线铜排截面≥ 120mm ，等电位连接线≥6mm 的多股铜芯线。
为了消除计算机网络设备之间的电位差，用30ram ×30ram 的铜排敷设在机房地
板下，将机房内网络设备的金属外壳与铜排连接成同一电位，再将铜排与机房地可 靠连接。一旦地线上有雷电反击时，与地连接的网络设备都处在同一电位值上，纵 有雷电反击也不致于损坏设备。
3.4接地网制作设计
接地是避雷技术非常重要的环节之一，无论是直击雷或感应雷，最终都应把雷
电流引入大地。因此，对于敏感的数据(信号) 通信设备而言，没有合理而良好的接 地系统是不能安全避雷的。因此，对接地电阻R>4 Ω 的大楼地网，需按照规范要求 进行整改，以提高机房接地系统的可靠性。根据我国有关规范规定：对于不接地系 统的常规变电所的接地网电阻尺≤120／I （I 一经接地网流人地中的短路电流，A) ， 但对于不接地系统的综合自动化变电站，为保证自动化设备的正常运行，其接地电 阻应不大于1 Ω 。
根据具体情况，通过沿机房大楼建立不同形式的接地网(包括水平接地体、垂直 接地体) 来扩大接地网的有效面积和改善地网的结构。基本要求如下：
1) 在大楼周围做接地网，采用较少的材料和较低的安装成本，完成最有效的接 地装置；
2) 接地电阻值要求R
3) 接地体应离机房所在主建筑物3～5m 左右设置；
4) 水平和垂直接地体应埋入地下0．8m 左右，垂直接地体长2．5m ，每隔3～5m 设置一个垂直接地体；
5) 垂直接地体采用50×50×5mm 的镀锌角钢，水平接地体则选50×5mm 的镀锌扁 钢；
6) 在地网焊接时，焊接面积应≥6倍接触点，且焊点做防腐蚀防锈处理；
7) 各地网应在地面下0．6～ 0．8m 处与多根建筑立柱钢筋焊接，并作防腐蚀、 防锈处理；
8) 土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻≤1 Ω ：
9) 回填土必须是导电状态较好的新粘土；
10) 与大楼基础地网多点焊接，并预留接地测试点。
机房内信号浪涌保护器的接地端，宜采用截面积不小于1.5mm 2 的多股绝缘铜导
线，单点连接至机房局部等电位接地端子板上；计算机机房的安全保护地、信号工 作地、屏蔽接地、防静电接地、浪涌保护器接地等均应连接到局部等电位接地端子 板上。
变电站二次防雷保护
1． 变电站雷电危害概述
变电站是电力系统重要组成部分, 一旦变电所遭雷击或雷电波侵入, 将造成大面 积停电, 给生产带来安全隐患和经济损失, 给人民生活带来不便, 这就要求变电所防 雷系统设计要安全、灵敏、可靠。
变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关 设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体 的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪 涌和过电压，因此可能引起系统控制混乱，甚至损坏设备，后果不堪设想。高压隔 离开关或断路器分合时，在触头间产生一系列电弧，其在被断开或接合的线路上将 引起一系列高频电流波和电压波。这一暂态过程不仅可以通过线路上连接的电流， 电压互感器等直接传人二次系统，引起广达数千伏的过电压。同时，在快速暂态过 程下线路还表现为一个复杂结构的天线以暂态电磁场的形式向周围空间辐射能量， 通过各种耦合进入二次系统。
雷电入侵变电站及站内二次设备有许多种途径(如图1所示) ，但最后都转变为浪 涌过电压，浪涌过电压是造成二次设备损坏的最直接原因，减小和抑制浪涌过电压 是保护二次设备的主要方法。一般变电站的雷电侵害有以下三种主要形式。
1) 直击雷。雷电直接击在建筑物和设备上而产生的电效应、热效应和机械效应。
2) 感应雷。雷云放电时, 在附近导体上产生的静电感应和电磁感应, 它可能使金 属部件之间产生火花。感应雷可以来自对地雷击, 也可以来自云间放电, 其中对地雷 击由于距雷击点较近, 产生的感应浪涌电压较大, 作用半径也大, 作用范围内的电子 设备均是破坏对象。
3）传导雷就是远处的电力设备遭受雷电直击，雷电沿电力线路传导过来侵入变 电站，然后经过电源和测量回路进入弱电设备；地电位反击：雷击周围的避雷针， 导致地面电位升高，反击弱电设备(这部分由外部防雷系统来解决) 。隔离或安装浪 涌电压保护器(SPD)是减小传导雷入侵的主要途径。
图1 雷电侵入的途径
随着变电站综合自动化改造的进行，变电站已逐渐用微机保护取代了原来的电
磁式继电保护。由于常规的电磁式保护装置的元器件多为单元件的电阻、电容和电 感线圈等，耐热容量大，对尖峰脉冲的耐受能力也比较强，所以能承受低能量、高 电压的冲击暂态过程，对于使用超大规模集成电路，运行电压只有数伏，信号电流 仅为A μ 级的微机装置来说，就不一定能经受得住，因此对于自动化变电站必须另
外采取措施以防止雷电波的侵害。二次设备受雷害侵入途径主要有以下几种。
1) 雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组
间的静电和电磁耦合，进入低压出线， 途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级 削峰，再经过变压器低压出线的平波作用， 电压幅值大为下降。但由于雷电波的波 峰幅值和能量很大， 虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍 有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器 的低压出线，加到变电站内所有的380 V 交流回路中。
2) 由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵
入, 以很高的电压直接加在二次设备上, 使设备损坏。针对这些情况, 变压器的低压出 线端应加装普通陶瓷氧化物低压避雷器, 在二次系统的电源处加装三相四线式带保 险的金属氧化物低压避雷器。远控和信号电缆采用屏蔽电缆, 且屏蔽层两端接地。
3) 当变电站或线路遭受雷击后， 雷电流会经避雷装置流人接地网，如果接地网 的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网 的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。
当前变电站中所采用的防雷措施(外部避雷一避雷针、避雷器、接地网) 是可靠
的，但其主要是针对于一次设备防直接雷击。事实证明，单靠传统的避雷针、避雷 带等外部避雷设施已不足以防护雷电或开关过电压对二次设备及微电子设备的击。 变电站的一、二次防雷保护必须形成一个完整的防雷保护圈。
2．一次电力设备的防雷保护
变电所遭受的雷击主要来自两个方面，一是雷直击在变电所的电气设备上；二
是架空线路的感应雷过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。因此 变电所的防雷主要从以上这两方面进行。
2．1 变电所的直击雷保护
架设避雷针是变电所防止直击雷的常用措施，其作用是将雷电吸引到避雷针本
身上来并安全地将雷电流引入大地从而保护了设备。对于35kV 及以上变电站必须安 装独立避雷针，使所有站内设备都处于避雷针保护范围之内并满足不发生反击的要 求。雷击避雷针时的反击事故，是由于避雷针与被保护设备之间的空气间隙S h 被 击穿及避雷针接地装置和被保护设备接地装置之间S d 在土壤中的间隙被击穿而造 成的。在一般情况下．S h 不应小于5 m，S d 不应小于3 m。
2．2 变电所对雷电侵入波的保护
变电站必须装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压， 这是变电站防雷保护的 基本措施之一。现在大部分变电所已逐步用氧化锌避雷器取代了原来的阀型避雷器。 为了保证变电所电气设备的安全运行，在装设避雷器时，一要限制避雷器的残压， 也就是说必须限制流过避雷器的电流，同时还要把侵入波的陡度限定在一定值以内； 二要使所有设备到避雷器的电气距离都在保护范围内。如果避雷器至主变压器的电 气距离超过允许值时，应在变压器附近再增装一组避雷器才能保护主设备的安全。 其它设备冲击耐压强度比变压器高，所以其它设备到避雷器的最大允许距离可以再 增加35％。
变压器对雷电波侵入的防护措施。基本保护措施是在靠近变压器处安装避雷器,
防止由线路入侵的雷电波损坏绝缘。要选择好安装避雷器的位置, 它与变压器及其他 设备的距离应小于最大允许距离。同时避雷器的引下线应与变压器的金属外壳及低 压侧中性点连接在一起。
高压进线对雷电波侵入的防护措施。在变电站的进线上加装避雷线防雷, 如无避 雷线的输电线路, 应在接近变电所1～2 km的进线段安装避雷线, 上述避雷线的保护 角最大不应超过30°。对未沿全线架设避雷线的35～110 kV 架空线路, 其变电站的进 线段, 采用图2所示的保护接线。
图2 35～110 kV变电所的进线保护接线
铁塔及铁横担的钢筋混凝土杆线路, 以及全线有避雷线的线路, 其进线段的首端
一般不装设避雷器GB1。变电所的35 kV 及以上电缆进线段, 在电缆与架空线的连接处 应装设无间隙金属氧化物避雷器, 其接地端应与电缆的金属外皮相连。对于三芯电缆,
末端的金属外皮应直接接地(图3) 。
图3 35 kV及以上三芯电缆的进线保护接线
变电所的防雷接地变电所内布置的统一接地网一般能满足防雷接地的要求，对 于独立避雷针而言，则要求其接地电阻不大于10 Ω 。
3．变电站二次设备防雷保护设计
变电站外部防雷设施(避雷针、线、网、带) 在接闪过程中，可泻放50％的雷电
能量，其余的50％要通过建筑物本身的金属结构件、电源进线、通讯信号线、天馈 线、网络线进入建筑物内部。为了使建筑物内的人身、设备不受雷击，使浪涌过电 压的伤害、损坏，必须做防雷保护。防雷设计就是为被保护设备构建一个均压等电 位系统，通过所安装的电涌保护器逐级把雷电电流泻放人地，达到真正保护设备的 目的。
无论雷电过电波从任何途径入侵，都必须在最短的时间(纳秒级) 内，就近、就
地的将被保护线路及设备接入等电位系统中，使线路和设备各个端口等电位。同时 释放电路上因雷击而产生大量脉冲能量，以最短的路径泄放到大地，最大限度的降 低设备各端口的电位差，从而达到保护线路及设备的目的。通过各项防雷措施，为 变电站站内设备提供一个良好的环境，具体有下列几个方面：
1）通过安装在低压配电线路和信号线路上的电涌保护器把能量巨大、来势汹涌 的雷电流在纳秒级的时间内泄放人地，保护自动化系统通信和配电设备；
2）吸收线路土的感性负载和容性负载的“通”“断”引起的浪涌电压及对相电 压可能的误输入电压的保护；
3）保证变电站用电设备的安全运行和工作人员的安全。
为了防止因雷击电磁脉冲、开关电磁脉冲和静电放电等原因对电子设备造成的 损坏。国际和国内的标准化组织发布了一系列的标准和规范。IEC61312及GB50057 —94(2000)分别提出和规定了系统防护的概念和方法。在建筑内外建立均压等电位 系统(如图4所示) 。并在实际的应用中得到了良好的效果。现代意义的防雷，其工作 重点已经从以建筑物为重点保护对象，发展到以电子信息系统为核心的保护，强调 综合治理、整体防御、分级泄流、层层设防的思路，把防雷看成一个系统工程。
图4 二次设备防雷措施
一个欲保护的区域，从电磁兼容(EMC)的观点来看，由外到内可分为几级保护区， 最外层是0级，是直击雷击区域，危险性最高，越往里，则危险程度越低。从0级保 护区到最内层保护区，必须实行分级保护，对于电源系统，分为工、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级， (如表1) 从而将过电压降到设备能承受的水平，对于信息系统，则分为粗保护和精细 保护，粗保护量级根据所属保护区的级别，而精细保护则要根据电子设备的敏感度 来进行选择，通常在无法计算的情况下，雷电流约有50％是直接流人大地，还有50 ％将平均流人各电气通道(如电源线、信号线和金属管道等) 。
表1 220/380V三相系统各种设备耐冲击过电压额定值
机房所在建筑物的外部防直击雷设施承担了50％的雷电电磁脉冲能量，剩下50
％的雷电电磁脉冲能量将通过进出建筑物的各种管线(包括微波、卫星接收装置) 以 感应雷的方式对计算机设备和网络设备造成损坏。因此，建筑物内部防雷是防雷系 统中更加重要的一环。
3. 1 电源部分
为了尽量降低进入电源线路的过电压，按照国际电工标准IEC1312-1 技术要求
和防雷设计原理，通过多级防雷措施后可以将侵入设备的过电压限制在一个合理的 水平。一般电源部分的防雷采用三级防雷保护，这样可以把能量逐级泄放掉，也可
以减小LEMP 雷击电磁脉冲辐射。图5 给出了简单的三级防雷保护示意图。
若从室外架空明线引入的电源线路上安装的SPD 应选用10/350μs 波形试验的
SPD 。埋地引入线路，应选择 8/20μs 波形试验的SPD 。 电源系统入户为低压架空线 路，电缆宜选择安装三相电压开关型SPD 作为第一级保护；分配电柜线路输出端选择 安装限压型SPD 作为第二级保护；在电子信息设备电源进线端选择安装限压型的SPD 作为第三级保护。当上一级电涌保护器为开关型SPD ，次级SPD 采用限压型SPD 时，两 者之间电缆线隔距应大于10米。当上一级SPD 与次级SPD 均采用限压型SPD 时，两者之 间电缆线隔距应大于5米。当不满足要求时，应加装退耦装置。如果配电箱与被保护 设备之间的距离大于15米，应在设备前端安装防雷器。
3. 2 信号部分
通信接口的过电压保护设计则较为复杂，下面讨论几种常用通信接口的过电压 保护设计。
1）RS-232接口过电压保护设计。RS-232串行通信具有同步和异步两种方式，虽 然它们的工作机理不同，但从防雷的角度看两者之间没有本质的差异，只是通信线 数量的多少而已。异步通信方式下只要3条通信线便可工作，而进行同步通信时一般 需要l1条通信线，接口电路一般采用双极型IC 芯片，信号电平的范围是±25V ，通信 速率一般为4800～28800 b ／ps 。过电压保护器一般安装在通信线路两端RS-232接口 上。保护器中设定的保护线数量应根据实际需要来确定，起动电压应根据接口工作 电平来选择，保护器的频率特性应满足通信速率的要求。RS-232通信接口电路与外 部的通信线路之间没有电气隔离，接口电路耐雷电脉冲的能力较差，在选择过电压 保护器时，应选用对雷电脉冲响应迅速且残留电压低的保护器件。
2）局域网中通信接口过电压保护设计。局域网的类型较多，常用的网络结构有 “以太网”和“令牌环网”等，通信中的总线形式有粗缆，细缆和双绞线，粗缆和 细缆的特性阻抗一般是50 Ω ，信号的传输速率一般是l0、16、100 MHz 。网络通信 线的过电压保护器一般安装在户外网络的进线端和可能产生感应雷电脉冲的通信线
路两端或安装在计算机通信接口的前端。过电压保护器的参数和型号选择：当采用 双绞线通信时，应根据信号的传输速率和工作电平来选择；当采用同轴电缆通信时， 还要考虑通信线路的特性阻抗，使保护器的特性阻抗与之匹配。
3）电话线接口过电压保护设计。利用电话线通信的设备有MODEM 或DDU(Digital Date Unit)等。MODEM 通信的传输速率为4800～28800 b／ps ，尽管通信速率是可变 的，但MODEM 在电话线上传输信号的带宽是不变的(一般为3000 Hz) 。当采用DDU 通信 时，其通信模式与MODEM 不同，一是信号的传输方式采用平衡式传输(要求两条信号 线与地线相互绝缘) ，二是信号传输带宽增大(一般为64 kHz)。因此DDU 的电话线接 口对过电压保护器的要求要比MODEM 高，保护器应满足信号频率带宽和工作电平的要 求。另外，设计电话拨号线接口的过电压保护时，应按电话振铃电压值来选择保护 器的起动电压参数 。
3. 3 等电位连接设计
根据雷击在不同区域的电磁脉冲强度划分防雷区域，并在不同的防雷区域的界
面上进行等电位连接，能直接连接的金属物就直接相连，不能直接连接的如：电力 线路和通信线路等，则必须依据不同的防雷区域的科学划分，采用不同防护等级的 防雷设备器件，对后续被保护设备进行有效的保护且必须实施等电位连接。实践证 明，这种分区分级等电位均压连接，并以防雷设备来确保被保护设备的防护措施是 最好的解决问题，实现有效防护的方法。
为了彻底消除雷电引起的毁坏性电位差，就特别需要实行等电位连接，电源线、 信号线、不能直接接入共用接地系统的金属管道等都要通过瞬态浪涌过压保护器 (SPD)进行等电位连接，各个内层保护区的界面处同样要依此进行局部等电位连接， 各个局部等电位母排互相连接，并最后与主等电位连接母排相连。等电位连接区分 为防雷等电位连接和电气安全等电位连接。它们相同点是将分开的导电装置各部分 用等电位连接导体做等电位连接，以减小在雷击下或电气装置故障下可能在这些部 分之间产生的电位差。
但防雷等电位连接还包括不能直接连接的带电体和信息线，当出现危及线路绝 缘和设备的电位时通过安装电涌保护器(SPD)做等电位连接，即当出现危险电位时 SPD 动作，以减小其两端的电位差(如图
6)
图6 等电位示意图
在机房做一个接地总汇流排，使交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、 防雷接地等四种接地共用一组接地装置。机房接地汇流排尽量安装在防静电地板下 隐蔽处。将所有进入大楼的通信电缆及线缆用金属管道进行屏蔽，并将所有的金属 管道(包括水管、煤气管及各种屏蔽管道) 在进入大楼之前就近接地。采用联合接地 网，目的是消除各地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。
1）所有屏蔽接地部分应连接良好，屏蔽中断处应等电位连接良好。
2）机房内所有金属构件必须等电位接地。
3）窗户必须接地处理。
4）机房内防静电活动地板下每隔5m 的支架与室内接地母线连接。
5）接地母线铜排截面≥ 120mm ，等电位连接线≥6mm 的多股铜芯线。
为了消除计算机网络设备之间的电位差，用30ram ×30ram 的铜排敷设在机房地
板下，将机房内网络设备的金属外壳与铜排连接成同一电位，再将铜排与机房地可 靠连接。一旦地线上有雷电反击时，与地连接的网络设备都处在同一电位值上，纵 有雷电反击也不致于损坏设备。
3.4接地网制作设计
接地是避雷技术非常重要的环节之一，无论是直击雷或感应雷，最终都应把雷
电流引入大地。因此，对于敏感的数据(信号) 通信设备而言，没有合理而良好的接 地系统是不能安全避雷的。因此，对接地电阻R>4 Ω 的大楼地网，需按照规范要求 进行整改，以提高机房接地系统的可靠性。根据我国有关规范规定：对于不接地系 统的常规变电所的接地网电阻尺≤120／I （I 一经接地网流人地中的短路电流，A) ， 但对于不接地系统的综合自动化变电站，为保证自动化设备的正常运行，其接地电 阻应不大于1 Ω 。
根据具体情况，通过沿机房大楼建立不同形式的接地网(包括水平接地体、垂直 接地体) 来扩大接地网的有效面积和改善地网的结构。基本要求如下：
1) 在大楼周围做接地网，采用较少的材料和较低的安装成本，完成最有效的接 地装置；
2) 接地电阻值要求R
3) 接地体应离机房所在主建筑物3～5m 左右设置；
4) 水平和垂直接地体应埋入地下0．8m 左右，垂直接地体长2．5m ，每隔3～5m 设置一个垂直接地体；
5) 垂直接地体采用50×50×5mm 的镀锌角钢，水平接地体则选50×5mm 的镀锌扁 钢；
6) 在地网焊接时，焊接面积应≥6倍接触点，且焊点做防腐蚀防锈处理；
7) 各地网应在地面下0．6～ 0．8m 处与多根建筑立柱钢筋焊接，并作防腐蚀、 防锈处理；
8) 土壤导电性能差时采用敷设降阻剂法，使接地电阻≤1 Ω ：
9) 回填土必须是导电状态较好的新粘土；
10) 与大楼基础地网多点焊接，并预留接地测试点。
机房内信号浪涌保护器的接地端，宜采用截面积不小于1.5mm 2 的多股绝缘铜导
线，单点连接至机房局部等电位接地端子板上；计算机机房的安全保护地、信号工 作地、屏蔽接地、防静电接地、浪涌保护器接地等均应连接到局部等电位接地端子 板上。