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煤矿变电所的防雷措施

1 雷云的形成和雷电发展  
    雷电是大气中自然放电现象，一般叫闪电，它的形状分为线状、带状、片状和球状。按空间位置可分为雷云之间和雷云对大地之间两类。前者发生在高空，对人类危害较小，后者为发生在雷云对大地间的落地雷，尤其是负极性落地雷，对人体和设备危害最大，是造成煤矿变电所雷击事故的主要来源。雷电与雷云 的存在分不开，在天气闷热时，热空气上升到高空遇到冷空气，水蒸汽结成水滴，在重力作用下向下运动，与继续上升的热空气发生碰撞出现水滴分离形成微细水滴，这些水滴随风吹聚形成带负电的雷云，雷云是产生雷电放电的前提。负极性的落地雷的发展可分为以下三个阶段。  
    1．1 先导放电  
    当天空中有带负电电荷的雷云时，由于感应作用，地面和地面物体都带上正电荷，雷云中某处电荷较多就使该处附近电场强度增大，增大到一定值时，就使空气绝缘被破坏，开始出现游离，形成先导放电通路，方向从雷云向大地逐级发展（放电速度约数10km/s），向下发展到一定高度时，地面物体可能产生向上的先导，它影响下行先导的发展方向和雷击点的方位。  
    1．2 主放电  
    下行先导的极高电位和上行先导的感应电荷与大地距离较小，在电场强度足够大时，就使剩余的空气隙被击穿，游离出来的电子很快流入大地，大量地面电荷迅速冲向雷云，就会产生很强的光亮和巨大的雷声。主放电电流极大，大多数雷电流瞬间幅值约数10kA，少数可达数百千安。剧变的雷电流产生过渡过程，形成雷电冲击波，使雷击点周围的磁场出现很大的变化。虽然主放电时间只有几十微秒，但破坏作用极大，造成人畜伤亡、建筑物和设备损坏及引起火灾。  
     1．3 余辉放电  
     主放电后，雷云中的剩余电荷按通路持续流入大地，形成余辉放电，放电电流随时间的延长而快速减小，只需几毫秒放电就结束了。在存在多个雷云中心时，还会出现重复放电，只是放电电流小多了。  
     2 雷电活动规律和雷电流幅值概率  
     人们在长期实践中总结出雷电活动的规律。按地理环境的分布规律是：山区和热而潮湿的地区雷暴高于平原和冷而干燥的地区，内陆多于沿海。按地质条件易遭雷击的地点为：土壤电阻小，地表土壤中粘土电导率高；地下埋有金属矿床等；高耸突出或孤立的建筑物；高压输电线路转角等。雷电活动时间大多在白天下午1至9时，雷暴的高峰月为七八月。  
     3 变电所雷击类型及防雷的首要任务  
     煤矿变电所遭受雷击事故的类型分为三类：一是输电线路受雷击时沿线路向变电所入侵的雷电波；二是雷击输电线路附近地面的感应雷；三是雷直击变电所内线路和设备的直击雷。雷电波与感应雷的陡度大、幅值高，危害严重，不采用防雷措施就使变电所的电器设备绝缘击穿。据统计，我国110~220kV 的变电所因雷电波引起的事故率约0.5 次/百所.年，直配电机的损坏率约1.25 次/百所.年。变电所防范雷电波和感应雷是防雷的首要任务，对直击雷要采取合理的防雷 措施，对高压输电线路要用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量防雷性能优劣，确保煤矿变电所安全正常运行。  
    4 煤矿变电所对直击雷的防护措施  
    变电所防护直击雷的有效措施就是在变电所安装避雷装置。避雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器采用避雷针、带、线和网。引下线要保证接闪器与大地间有良好连接，接地装置的电阻应不大于10Ω。在避雷针高于被保护设备时，它的保护范围包括变电所厂房及室外所有设备。避雷针就像一把伞，只要把被保护设备置于伞盖的范围内，它就能将雷电吸引到自身上，就能把极大的雷电流通过引下线引入地下的接地装置，尽快散逸到大地并与异种电荷中和，可以保护设备雷击概率小于0.1%。要防止它们之间造成反击事故。在采用滚球法计算时，避雷针保护范围缩小，可在建筑物上安装避雷带（网）。  
    5 煤矿变电所对雷电波的防护措施  
    5．1 变电所内防护雷电波措施  
    变电所内的主变电压最重要，应重点保护。利用变电所母线安装阀型避雷器，把它接在主变压器旁边。在雷电波入侵到主变压器时，产生全反射使它们身上的电压升高，雷电波电压曲线与阀型避雷器的较平坦的伏秒特性相交，使避雷器动作。对有正常防雷的110~220kV 变电所，流过避雷器的雷电流不大于5kA， 在主变压器冲击耐压大于避雷器冲击放电电压时，主变压器得到可靠保护。要选择好安装避雷器的位置，它与主变压器及其它设备的距离都应小于最大允许电气距离。一组不满足要求时可再增一组。  
    5．2 输电线路防护雷电波措施  
35~110kV 无避雷线的输电线路，当进线段遭雷击时，雷电波的幅值和陡度会超过变电所设备的耐压值。在接近变电所1~2km 的进线段处安装避雷线就能降低雷电波的陡度，限制流过变电所阀型避雷器中的雷电流不大于5kA， 使进线段内出现雷电波的概率大为减小，即使出现也只能在进线段外。对重雷区及雨季经常合闸的情况，还应该在进线段保护的首端各安装一组管型避雷器。  
    5．3 各种变压器防护雷电波措施  
    （1） 三相绕组变压器只须在低压绕组某相出口处加装一只避雷器；  
    （2） 自耦变压器可在高压、中压侧与断路器之间各安装一组避雷器；  
    （3） 35kV 变压器中性不用保护，110kV变压器中性接避雷器；  
    （4） 3~10kV 配电变压器采用阀型避雷器，对多雷区还要在低压侧安装一组氧化锌避雷器。  
     5．4 直配电机防护雷电波措施  
     在每台电机出线的母线处安装一组磁吹避雷器，再采用进线段保护措离来限制流入磁吹避雷器中的雷电流不大于3kA； 在电机母线上安装电容器，也能限制雷电波陡度，降低幅值，保护直配电机匝间及中性点绝缘。