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某大樓防雷問(wèn)題分析及改造措施

文檔作者：王世榮文檔來(lái)源：漯河供電公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月15日
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產(chǎn)品與解決方案
某大樓防雷問(wèn)題分析及改造措施
王世榮
(漯河供電公司，河南漯河462000)
摘要 針對(duì)某大樓因雷擊事故較為嚴(yán)重，分析了該大樓的防雷現(xiàn)狀及雷電侵入到大樓內(nèi)的方
式。通過(guò)對(duì)雷電入侵方式的分析找出了該大樓在防雷上存在的不足，即樓頂線路感應(yīng)雷防范措施
不完善、低壓線路防雷措施不完善、機(jī)房和配電室接地不規(guī)范等。針對(duì)這些不足，提出了對(duì)樓頂
線路進(jìn)行穿鋼管、供電線路三級(jí)防雷、機(jī)房和配電室接地要強(qiáng)制等電位及對(duì)重要用電設(shè)備采取高
耐雷變壓器等防雷措施，取得了較好的防雷效果。
關(guān)鍵詞：感應(yīng)雷； 三級(jí)防雷； 強(qiáng)制等電位；SPD
對(duì)于建筑物防雷而言，最具破壞作用的不是雷
直擊建筑而是由雷電放電電磁脈沖對(duì)建筑物用電設(shè)
備的影響。由于建筑物防雷措施不完善，我國(guó)這些
年也雷害擊建筑物造成的事故頻繁、聚增。據(jù)一些
省市統(tǒng)計(jì)， 由雷害引起建筑物內(nèi)電子設(shè)備的損失約
占由雷電災(zāi)害引起的總損失的80％，造成了巨大的
經(jīng)濟(jì)損失和無(wú)法估量的間接損失與杜會(huì)影響。某大
樓在2008年完工，由于建筑物較高，防雷措施不完
善，在2009-2011年問(wèn)雷雨季節(jié)出現(xiàn)過(guò)多次打壞家
電設(shè)備的情況，其中比較嚴(yán)重的是發(fā)生過(guò)兩次打壞
樓項(xiàng)風(fēng)機(jī)， 。。。次打壞大樓電梯控制柜，造成人員在
電梯內(nèi)被困長(zhǎng)達(dá)一個(gè)小時(shí)。因而，有必要對(duì)該建筑
進(jìn)行防雷問(wèn)題分析并找出防雷薄弱點(diǎn)以改進(jìn)，減少
因雷擊造成的損壞。
1 現(xiàn)有防雷措施
1．1 大樓防直擊雷措施
在直擊雷的防護(hù)上，某大樓采用在女兒墻頂部
用不銹鋼進(jìn)行包裝以形成整棟大樓的避雷帶。在避
雷帶的接地上，采用樓體鋼筋骨架作為接地引下線，
采用大樓基礎(chǔ)自然接地作為大樓防雷接地?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)
量大樓接地電阻為8Q，符合建筑物防雷設(shè)計(jì)_1]要求
中對(duì)接地的要求。
1．2 大樓其他防雷措施
大樓供電系統(tǒng)是從10kV 變電站出線后采用先
采用架空線再經(jīng)電纜引至大樓供電室，在電纜的接
頭處安裝有避雷器對(duì)電纜頭進(jìn)行保護(hù)，大樓供電采
用4臺(tái)160kVA 的變壓器對(duì)整棟大樓進(jìn)行供電，在
大樓供電室變壓器的防雷上，4臺(tái)變壓器都是僅在
高壓側(cè)裝有避雷器，低壓側(cè)在電容補(bǔ)償器側(cè)裝有
組低壓避雷器，用來(lái)限制電容補(bǔ)償器在投切時(shí)產(chǎn)生
的過(guò)電壓，如果低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置退出運(yùn)行，整個(gè)
大樓的低壓設(shè)備將失去過(guò)電壓保護(hù)。
在大樓機(jī)房的接地上，沒(méi)有采用獨(dú)立的地網(wǎng)，
也是直接采用大樓基礎(chǔ)接地，在接地上沒(méi)有采用強(qiáng)
制等電位連接。在機(jī)房電源的防雷配置上，也沒(méi)有
安裝低壓避雷器對(duì)機(jī)房電源進(jìn)行保護(hù)。
2 雷電入侵途徑
2．1 大樓避雷帶引入雷電
由于樓體較高，在附近屬于較高的建筑物，而
且大樓四用較為開(kāi)闊，當(dāng)附近有雷電活動(dòng)時(shí)，容易
造成雷電直接擊中大樓避雷帶 】，強(qiáng)大的雷電流就
會(huì)經(jīng)由接地引下線泄入大地， 由于大樓較高，接地
引下線較長(zhǎng)造成感抗較大。由于感抗較大的作用和
接地引下線較多的問(wèn)題，而使得雷電流作用下的地
電位分布極不均勻l3】， 就容易引起大樓接地局部地
區(qū)的地電位升高而在大樓內(nèi)部不同的樓層形成電位
差。同時(shí)由于接地網(wǎng)和引線附近有大量的低壓電纜、
通信等弱電設(shè)備，這個(gè)電位差在信號(hào)線纜屏蔽層產(chǎn)
生表皮電流，然后通過(guò)芯線與屏蔽層之問(wèn)的耦合對(duì)
信號(hào)線纜芯線產(chǎn)生干擾電壓【4】，造成電子設(shè)備的干
擾甚至損壞。
2．2 架空線路或配電線纜引入雷害
由于大樓供電是通過(guò)外界架空線路進(jìn)行供電，而
戶(hù)外的架空線路和的電纜極易遭雷擊或雷電感應(yīng)l5J，
在供電線路上有雷電過(guò)電壓后，雷電暫態(tài)過(guò)電壓通
過(guò)低壓變壓器之后，經(jīng)由電磁感應(yīng)或各種耦合方式
入侵到大樓低壓供電系統(tǒng)， 由于供電室和大樓機(jī)房
直接相連，雷電暫態(tài)過(guò)電壓就會(huì)危及到通信設(shè)備，
2012年第12期電 技琳I109
產(chǎn)品與解決方案
通常會(huì)造成通信設(shè)備因雷電過(guò)電壓而打壞。
2．3 大樓附近的空間電磁感應(yīng)
雷擊建筑物附近時(shí)， 由于大樓并不是一個(gè)完整
的法拉第籠，雷電電磁脈沖會(huì)通過(guò)空間輻射的方式
部分地穿透建筑物的屏蔽體而在室內(nèi)電子系統(tǒng)中產(chǎn)
生過(guò)電壓干擾。
3 雷電防雷不足之處
3．1 大樓樓頂線路防感應(yīng)雷措施不完善
大樓樓頂風(fēng)機(jī)和裝飾供電線路都是裝在PVC
管內(nèi)的，裝飾電源選用的為防雨電源，防雨電源最
大的特點(diǎn)是產(chǎn)品采用密閉灌封方式，防水防潮。但
并不具有防雷的功能。
當(dāng)雷電在大樓附近活動(dòng)時(shí)，流過(guò)避雷帶的雷電
流在避雷帶附近的平行金屬導(dǎo)線導(dǎo)體上產(chǎn)生的感應(yīng)
過(guò)電壓可用下式表示L6J：
： 0．2f In一1000一 ] ×10—6
a 2 出
式中，a為平行金屬導(dǎo)體相對(duì)避雷帶的距離，單位m；
一
一tit為雷電流的幅度與前沿之比，通常稱(chēng)之J,j雷電流
d
的陡度，di單位kA，dt單位its；vj為和避雷針平行
的金屬導(dǎo)線導(dǎo)體上因避雷針的二次雷擊效應(yīng)而產(chǎn)生
的感應(yīng)過(guò)電壓，kV／m。
從上式可以看出，雷電流陡度越大，產(chǎn)生的感
應(yīng)過(guò)電壓越大，前沿越窄的雷電波的破壞性也越大。
隨著距離a的增加，感應(yīng)過(guò)電壓逐步減小。
從現(xiàn)場(chǎng)情況可知，由于大樓樓頂線路裝在PVC
管而不是金屬管中，當(dāng)雷電直擊大樓防雷帶或大樓
附近有雷電活動(dòng)時(shí)，而且由于大樓避雷帶上就裝有
導(dǎo)線，相當(dāng)于(7／為0， 由于電磁耦合會(huì)在大樓樓頂
線路上產(chǎn)生較高的感應(yīng)過(guò)電壓，相當(dāng)于雷電直擊于
線路，將會(huì)直接打環(huán)裝飾用的直流電源。而且風(fēng)機(jī)
電源沒(méi)有過(guò)電壓防護(hù)措施，風(fēng)機(jī)供電線路中的過(guò)電
壓將直接傳輸?shù)脚潆婇g，將對(duì)整個(gè)大樓的供電安全
造成威脅。
3．2 低壓線路防雷措施不完善
由前面的分析可知， 由于大樓樓頂供電線路未
采取限制雷電過(guò)電壓和防雷電感應(yīng)過(guò)電壓措施，這
樣當(dāng)沒(méi)有進(jìn)行屏蔽處理供電線路受到感應(yīng)雷的襲擾
后， 由于沒(méi)有安裝避雷器，在供電線路}二產(chǎn)生的感
應(yīng)過(guò)電壓會(huì)沿著400V 低壓線路傳遞到大樓配電問(wèn)
時(shí)，也會(huì)在沿大樓樓頂24V裝飾供電線路進(jìn)入到大
110}電al~／lt 2012年第12期
樓樓頂裝飾用供電電源盒內(nèi)。雷電入侵到400V 線
路后會(huì)沿400V 線路傳播，可能會(huì)打壞樓頂風(fēng)機(jī)或
者大樓內(nèi)辦公設(shè)備，同時(shí)由于變壓器低壓側(cè)沒(méi)有安
裝避雷器，沿400V 供電線路傳播的過(guò)電壓會(huì)通過(guò)
電容耦合和電磁感應(yīng)的方式傳遞至變壓器的高壓
側(cè)，可能會(huì)對(duì)配電變壓器高壓側(cè)絕緣構(gòu)成威脅。由
于大樓裝飾供電電源沒(méi)有采取任何防雷措施且其耐
沖擊電壓水平很低，只有2000V左右， 由前面對(duì)樓
頂感應(yīng)過(guò)電壓的分析可知，這樣很容易造成裝飾供
電電源打壞。
3．3 配電室和機(jī)房接地不完善
由于機(jī)房接地沒(méi)有合理的等電位聯(lián)接，如果發(fā)
生雷擊大樓避雷帶， 由于多根接地引下線泄流不平
均，在機(jī)房?jī)?nèi)不同的接地點(diǎn)之間必定會(huì)出現(xiàn)電位差，
由于機(jī)房設(shè)備耐沖擊水平不是很高，這個(gè)電位差很
容易造成機(jī)房?jī)?nèi)二次設(shè)備損壞。
4 防雷改造措施
4．1 對(duì)樓頂線路進(jìn)行穿鋼管防護(hù)
屏蔽是采用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧献龀善帘误w，將要
保護(hù)的設(shè)備放在屏蔽體內(nèi)，并將屏蔽體良好接地。
這樣在屏蔽體外側(cè)存在電磁干擾時(shí)，由于屏蔽體的
屏蔽和接地的作用，電磁干擾在傳輸?shù)狡帘误w時(shí)，
會(huì)由于屏蔽體的接地作用泄放掉部分干擾能量，使
外界干擾能量不容易從屏蔽體的外側(cè)傳輸?shù)狡帘误w
內(nèi)側(cè)，進(jìn)而可以對(duì)屏蔽體內(nèi)的物體進(jìn)行保護(hù)以免受
外界電磁干擾的影響。由于大樓樓頂導(dǎo)線沒(méi)有采取
防雷措施，而且導(dǎo)線直接位于大樓的避雷帶上，由
前面的分析可知，在雷擊大樓時(shí)，樓頂導(dǎo)線會(huì)極容
易感應(yīng)出過(guò)高的過(guò)電壓而對(duì)整個(gè)大樓的供電系統(tǒng)造
成危害。采用穿鋼管技術(shù)，可以將導(dǎo)線在空問(wèn)上與
電磁脈沖輻射環(huán)境相隔離，進(jìn)而極大減小電磁脈沖
場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線的耦合，降低外界電磁干擾在供電線路上
產(chǎn)生的過(guò)電壓，進(jìn)而保護(hù)配電設(shè)備不受損壞。對(duì)樓
頂暴露在外面的導(dǎo)線進(jìn)行穿鋼管是實(shí)施樓頂線路電
磁脈沖防護(hù)的重要手段之一，也是屏蔽的主要目的。
4．2 增強(qiáng)低壓供電線路的防護(hù)力度
為了降低入侵到配電室和機(jī)房的雷電過(guò)電壓，
按照國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC1312．1技術(shù)要求和SPD安裝
原理，機(jī)房和配電室應(yīng)當(dāng)采用三級(jí)防雷保護(hù)方式[ 。
即變壓器兩側(cè)作為第一級(jí)防雷，直流電源兩側(cè)為第
一級(jí)防雷，電源輸入終端作為第三級(jí)防雷。三級(jí)防
雷叮以把能量逐級(jí)泄放掉，也可以減小由于低壓侵
入的雷電波對(duì)電源系統(tǒng)的影響，三級(jí)防雷保護(hù)SPD
安裝如圖1所示。在SPD的選擇上，可以根據(jù)要安
裝地方不同和被保護(hù)設(shè)備耐沖擊電壓不同選擇相對(duì)
型號(hào)的SPD，具體選擇何種型號(hào)的SPD在這里不在
敘述。
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圖1 低壓電源系統(tǒng)防雷保護(hù)的配置圖
在SPD 的接線方式選擇上，由于要安裝SPD
的地方較多，如果SPD 的接線LI+L2的長(zhǎng)度小于
1m，可能采用圖2中上方接線方式，否則應(yīng)當(dāng)采取
圖2正文的“V”形接線方式。
圖2 兩種SPD接線方式
4．3 完善變壓器防雷措施
由前面的分析可知， 由于大樓的配電變壓器僅
采用了在高壓側(cè)安裝避雷器的措施， 由低壓側(cè)傳來(lái)
的過(guò)電壓將對(duì)變壓器的正常運(yùn)行造成威脅。在此建
議在變壓器的低壓側(cè)也安裝一組避雷器， 以防止低
壓側(cè)過(guò)電壓傳遞到高壓側(cè)而對(duì)變壓器的高壓側(cè)絕緣
構(gòu)成危脅。
同時(shí)由于大樓現(xiàn)有供電采用的變壓器為普通變
壓器，耐雷電沖擊水平較低。在這里建議對(duì)于重要
設(shè)備供電的電源，如大樓風(fēng)機(jī)、電梯及其他重要用
電設(shè)備等， 可以選用耐雷電沖擊水平相對(duì)普通變壓
器較高的高耐雷變壓器， 以保證重要設(shè)備的供電可
靠性。在高耐雷變壓器的選擇上， 可以選用雙曲折
防雷變壓器，其相對(duì)普通變壓器的耐雷電沖擊水平
可提高30％左右。
同時(shí)， 由于變壓器的高低壓側(cè)都裝有避雷器，
其接地方式相對(duì)于原來(lái)僅在高壓側(cè)安裝避雷器的接
地方式有所改變。此變壓器的接地應(yīng)當(dāng)采用“四點(diǎn)
共地” 的接線方式。如圖3所示，采取這種接地保
產(chǎn)品與解決方案
護(hù)方式時(shí)，變壓器絕緣在避雷器動(dòng)作時(shí)僅承受避雷
器的殘壓，免受了避雷器殘壓加接地引下線上電壓
對(duì)變壓器主絕緣的沖擊， 問(wèn)接提高了變壓器的耐雷
電沖擊水平。在雙曲折變壓器的接地上，也應(yīng)當(dāng)采
用此種方式。在接地引下線方面， 接地引下線應(yīng)盡
可能短，且采用鍍鋅材料以起到防腐蝕作用。
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圖3 采用雙曲折聯(lián)接及外部保護(hù)采用
“四點(diǎn)共地”法保護(hù)
4．4 等電位連接的完善措施
1)為了使配電室內(nèi)設(shè)備在有故障電流或雷電流
流入地網(wǎng)時(shí)由于地電位不等而不造成損壞， 因此，
要在配電室進(jìn)行接地母線設(shè)計(jì)， 以確保室內(nèi)所有設(shè)
備一直處于相同的電位上。在室內(nèi)等電位環(huán)形接地
母線的設(shè)計(jì)上，可在采用截面積不應(yīng)小于的扁銅在
配電問(wèn)內(nèi)距地面15~30cm 高鋪設(shè)。在接地母線的
接地上，采用截面積為40mm×4mm 扁鋼與接地網(wǎng)
可靠連接，在與地網(wǎng)的連接上，母線每隔2～4m就
應(yīng)有一個(gè)與地網(wǎng)的連接點(diǎn)，在連接點(diǎn)應(yīng)采取一定的
防腐措施。將接地母線做好后，將配電間內(nèi)所有用
電設(shè)備及自來(lái)水管道、暖氣管道、金屬門(mén)窗等均與
接地母線相連。在設(shè)備與接地母線的連接上，為了
防止由于接地引下線過(guò)長(zhǎng)造成接地感抗過(guò)大而造成
設(shè)備上電壓過(guò)高，應(yīng)使接地引下線做的盡可能短。
同時(shí)，為防止雷電流入地時(shí)在配電間形成的跨步電
壓的威脅，在配電間巡視過(guò)道上應(yīng)鋪一定厚度的橡
膠絕緣墊。
2)由于大樓機(jī)房面積相對(duì)較小，只有二十幾平
方米，而且都是采用的機(jī)柜，要接地的設(shè)備較少。因
此，在機(jī)房?jī)?nèi)的等電位接地設(shè)計(jì)上，宜采用s型等電
位連接。如圖4所示。由圖中可以看出，S型等電位
連接只有一個(gè)點(diǎn)連接到大樓共用接地系統(tǒng)中，各設(shè)備
都直接按星形結(jié)構(gòu)與基準(zhǔn)點(diǎn)相連，避免了感應(yīng)環(huán)路的
產(chǎn)生。且由于所選用材料為銅，電阻較小，所以各設(shè)
備基本上位于同一電位點(diǎn)，因此不會(huì)有與雷電關(guān)聯(lián)的
低頻干擾進(jìn)行到機(jī)房的信息系統(tǒng)。同時(shí)此基準(zhǔn)點(diǎn)也是
機(jī)房?jī)?nèi)安裝浪涌保護(hù)器的基準(zhǔn)點(diǎn)。 (下轉(zhuǎn)第122頁(yè))
I
2012年第12期電||l技柬c111
產(chǎn)品與解決方案
最后我們和廠家共同商議，一致同意采取了措施
2)、3)，對(duì)該類(lèi)型保護(hù)裝置進(jìn)行原件版本升級(jí)，在實(shí)
驗(yàn)室對(duì)升級(jí)過(guò)后的保護(hù)裝置試驗(yàn)，保護(hù)動(dòng)作正確。
2 問(wèn)題拓展
此次故障發(fā)生后，我們按照繼電保護(hù)動(dòng)作分析
擴(kuò)大化機(jī)制，對(duì)本地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)同型號(hào)設(shè)備進(jìn)行全面
檢查，對(duì)所有CSC．213保護(hù)的版本進(jìn)行升級(jí)，并對(duì)
升級(jí)后完成光差保護(hù)的對(duì)調(diào)試驗(yàn)，認(rèn)真分析其動(dòng)作
情況，確保裝置行為正確、可靠運(yùn)行。
3 結(jié)論
短線 采用光纖差動(dòng)保護(hù)后主要體現(xiàn)以下優(yōu)點(diǎn)：
1)低壓側(cè)出線如采用電流保護(hù)受系統(tǒng)方式影響
較大，當(dāng)出線距離較短時(shí)， 由于定值計(jì)算時(shí)考慮最
大運(yùn)行方式，校驗(yàn)靈敏度考慮最小運(yùn)行方式，使得
短線路電流保護(hù)沒(méi)有靈敏度，采用瞬時(shí)速動(dòng)的光差
保護(hù)很容易解決此問(wèn)題。
2)如低壓側(cè)出線考慮和下一段保護(hù)配合要將保
護(hù)范圍延伸至下～ 段時(shí)，要增加本保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，
在主變發(fā)生近區(qū)短路時(shí)，動(dòng)作時(shí)限過(guò)長(zhǎng)，對(duì)主變的
安全極為不利，同樣如采用瞬時(shí)全線速動(dòng)的光差保
護(hù)很容易解決此問(wèn)題。不用考慮與其他段保護(hù)的配
合問(wèn)題。
因此，在這種背景下，低壓側(cè)出線廣泛配置光
差保護(hù)，截止到2012年8月，我地區(qū)共配有低壓線
路光差保護(hù)(82套)，從一段時(shí)間的運(yùn)行情況來(lái)看，
整體運(yùn)行情況良好，但是也出現(xiàn)過(guò)幾次誤動(dòng)作，經(jīng)
過(guò)本文的分析，我們了解到，應(yīng)用新型保護(hù)時(shí)，應(yīng)
特別注意此項(xiàng)技術(shù)帶來(lái)的新問(wèn)題。一方面要注意到
本文提到的抗干擾問(wèn)題(由于低電壓等級(jí)較之于高
電壓等級(jí)電能質(zhì)量更差，設(shè)備停送電以及運(yùn)行當(dāng)中
受到干擾的可能性更大)，希望保護(hù)研發(fā)人員和現(xiàn)場(chǎng)
運(yùn)行人員對(duì)此持續(xù)關(guān)注， 以期找到最終解決辦法；
另一方面， 由于光差保護(hù)需要線路兩側(cè)實(shí)時(shí)交換數(shù)
據(jù)，對(duì)通信通道的維護(hù)也要特別加以注意，防止通
道損害造成保護(hù)退出的對(duì)電網(wǎng)造成不利影響。
參考文獻(xiàn)
【1] 邵玉槐．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理【M]北京：中國(guó)電力出
版社．2008．6．
[2] CSC．213型光纖差動(dòng)保護(hù)說(shuō)明書(shū)．北京四方繼保電氣
有限公司．
作者簡(jiǎn)介
馬春(1980一)，工學(xué)碩士，晉城供電公司繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)工程師、技師。
(上接第l11頁(yè))
圖4 S形等電位連接方式
5 結(jié)論
本文對(duì)某大樓雷害事故較多的原因進(jìn)行了分
析，并采取適當(dāng)?shù)姆览状胧?duì)該大樓進(jìn)行了防雷改
造，取得了較好的防雷效果。同時(shí)對(duì)大樓防雷有以
下建議。
1)對(duì)整個(gè)大樓供電系統(tǒng)采用三級(jí)防雷措施，確
保入侵的雷電過(guò)電壓在設(shè)備的承受范圍以?xún)?nèi)。
2)為了保證大樓內(nèi)重要用電設(shè)備供電可靠，建
議用雙曲折防雷變壓器對(duì)大樓內(nèi)重要設(shè)備供電。
3)完善配電室、機(jī)房用各樓層的等電位連接，
防止因電位不等造成對(duì)設(shè)備的危害。
I
122I電 技術(shù)2012年第12期
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作者簡(jiǎn)介
王世榮(1973-)，女，河南信陽(yáng)人，大學(xué)本科，河南省電力公司漯河供電
公司工作，主要從事變電運(yùn)行與管理工作。
Ⅲ

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