提要：針對(duì)小型化變電站的設(shè)計(jì)（即全戶內(nèi)設(shè)計(jì)或主變布置在戶外而其它設(shè)備布置在戶內(nèi)的半戶內(nèi)設(shè)計(jì)），由于該設(shè)計(jì)的占地面積小，為其防雷接地設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難，本文根據(jù)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范及以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，談小型化變電站的防雷接地設(shè)計(jì)方法。
　　關(guān)鍵詞：小型化變電站的防雷接地、設(shè)計(jì)方法
　　一、前言
　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，很多地區(qū)的城市化程度越來(lái)越高，使得變電站的征地也越來(lái)越困難。變電站的大容量化、集約化設(shè)計(jì)逐漸成為至關(guān)重要的課題。由此產(chǎn)生小型化變電站的設(shè)計(jì)（即全戶內(nèi)設(shè)計(jì)或主變布置在戶外而其它設(shè)備布置在戶內(nèi)的半戶內(nèi)設(shè)計(jì)），該型式的變電站確實(shí)滿足高容量輸變電及占地面積小的要求，但卻為變電站的防雷接地帶來(lái)困難，本文僅就如何解決小型化變電站的防雷接地問(wèn)題提出其相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。
　　二、解決防雷接地的設(shè)計(jì)方法
　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，解決防雷接地的設(shè)計(jì)方法，無(wú)非解決以下幾個(gè)問(wèn)題：
　　①接閃器的設(shè)計(jì)。接閃器的設(shè)計(jì)目的是控制雷擊的位置，把閃擊引導(dǎo)至無(wú)害的位置，避免雷電擊在危險(xiǎn)的部位。
　　②接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)。在接閃器把雷電引至建筑物后，需把雷電流安全地送至地下，那重要的是把接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與接地電阻值設(shè)計(jì)好，使地網(wǎng)既滿足電氣設(shè)備的接地要求，也要滿足防雷要求。
　　③在雷電流通過(guò)建筑物的接地裝置流入地下時(shí)，如何防止高電位反擊。
　　④如何防止通過(guò)金屬線路引入雷電高電壓，防止擊壞用電設(shè)備和通信器材。
　　（一）接閃器的設(shè)計(jì)
　　（1）接閃器的設(shè)計(jì)包括布置方法與接閃器的選擇，其中接閃器的布置方法可利用折線法與滾球法來(lái)設(shè)計(jì)。對(duì)于全戶內(nèi)變電站，由于只有一座綜合樓，完全滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第三類建筑防雷設(shè)計(jì)，應(yīng)使用滾球法。
　　但對(duì)于半戶內(nèi)變電站，除了建筑物按第三類建筑防雷設(shè)計(jì)以外，由于主變及主變構(gòu)架均為裸露，依據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》的要求，主變構(gòu)架上不應(yīng)設(shè)置避雷裝置，因此，保護(hù)主變的防雷針一般情況設(shè)置在與主變緊鄰的樓頂上。在這種情況下，應(yīng)考慮不同的避雷針高度采用不同的設(shè)計(jì)方法。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)及查核相關(guān)的資料，比較折線法與滾球法的區(qū)別如下（按第三類建筑防雷）：當(dāng)避雷針的高度h≤24米時(shí)，折線法比滾球法的保護(hù)范圍要小；當(dāng)h≥24米時(shí)，滾球法比折線法的保護(hù)范圍要小。因此，設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)避雷針的高度利用對(duì)應(yīng)的方法，以便使設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)處于較為苛刻的條件下。
　　（2）接閃器的選擇。依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的第三類建筑防雷設(shè)計(jì)，接閃器的選擇應(yīng)為建筑物上的避雷帶（網(wǎng)）或避雷針或由這兩種的接閃器的組合接閃器。而依據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-2009》的要求，除規(guī)范要求的接閃器外，還可以利用屋頂上的永久性金屬物、混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋。設(shè)計(jì)可根據(jù)屋面的情況，利用避雷帶（網(wǎng)）與避雷針、屋頂上的永久性金屬物作為接閃器。值得一提的是，若利用屋面的混凝土構(gòu)件內(nèi)鋼筋作為接閃器，需考慮鋼筋與屋面的距離，距離越小，雷擊洞就越小，一般6cm～7cm為宜，若有防水層和隔熱層，建議另敷一層安裝的避雷網(wǎng)，其網(wǎng)格不大于20m*20m或24m*16m。
　　（二）接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)
　　（1）對(duì)于小型化變電站來(lái)說(shuō)，應(yīng)首先考慮地網(wǎng)采用銅材，其原因是考慮將來(lái)檢修地網(wǎng)時(shí)，挖開小型化變電站的地網(wǎng)是十分困難的，因此考慮利用抗腐蝕性強(qiáng)一點(diǎn)的材料是利于地網(wǎng)的長(zhǎng)久安全運(yùn)行。
　　（2）變電站的接地設(shè)計(jì)的一般方法可按DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》規(guī)范中均有計(jì)算方法。本文只對(duì)高土壤電阻率地區(qū)的地網(wǎng)相關(guān)的降阻措施進(jìn)行敘述。
　　①對(duì)于高土壤電阻率的地網(wǎng)，地網(wǎng)應(yīng)考慮使用雙層地網(wǎng)。其中下層地網(wǎng)應(yīng)考慮放置在含水量高一些的深度，兩層地網(wǎng)之間應(yīng)有多點(diǎn)連接（不小于4點(diǎn)），兩層地網(wǎng)之間的距離應(yīng)有不小于5米的距離，此值為經(jīng)驗(yàn)值，由于目前沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范核實(shí)其合適的距離，為減小屏蔽效應(yīng)，兩網(wǎng)之間應(yīng)盡可能離開。
　　②若地質(zhì)十分惡劣，地網(wǎng)的四周可利用垂直深井或斜井方法，把雷電流引至含水的底層并有效擴(kuò)大散流面積。由于垂直深井或斜井方法在施工技術(shù)方面有較大差異，一般來(lái)說(shuō)，斜井的施工技術(shù)要求較高。設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)站址的地質(zhì)情況選用，即若站址深層的地下水較為豐富應(yīng)選用垂直深井，若站址深層沒有地下水或地下水比較小，可考慮利用斜井把導(dǎo)電體打到周邊的含水地區(qū)。
　　③若站址處于花崗巖等非常高電阻率地區(qū)，可使用高科技產(chǎn)品等離子接地極及降阻劑，進(jìn)一步降低地網(wǎng)導(dǎo)體周圍土壤的電阻率。其中等離子接地極應(yīng)與深井配合使用，降阻劑應(yīng)敷設(shè)在水平接地網(wǎng)的導(dǎo)體周圍。此方法的最終的效果只是加大散流導(dǎo)體的截面，對(duì)地網(wǎng)本身的散流效果影響不大。本文推薦在使用第①點(diǎn)與第②點(diǎn)方法的情況下，第③點(diǎn)的方法配合使用。
　　（3）地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)滿足：R≤2000/I（式1）
　　式中：R－考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻，Ω。I－計(jì)算用的流經(jīng)接地裝置的入地短路電流，A。
　　（4）除滿足第3條的接地電阻外，還要滿足第三類建筑防雷的沖擊電阻要求，即沖擊電阻宜不大于10Ω，具體的計(jì)算如下：Ri=1/η1[｛（R1/N1）*R2｝/｛（R1/N1）+R2｝]
　　式中：Ri－地網(wǎng)的沖擊電阻；R1－每根垂直接地極的沖擊電阻，Ω。R2－水平接地極的沖擊電阻，Ω；N1－垂直接地極數(shù)量；η1－垂直接地極沖擊利用系數(shù)。
　　其中R2＝(R3/N2)*1/η2，（式2）
　　式中：R3－每根水平接地極的沖擊電阻，Ω；N2－水平接地極數(shù)量；η2－水平接地極沖擊利用系數(shù)。
　　（三）在雷電流通過(guò)建筑物的接地裝置流入地下時(shí)，如何防止高電位反擊。
　　根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，為防止雷電流流經(jīng)引下線和接地裝置時(shí)產(chǎn)生的高電位對(duì)附近金屬物或電氣線路的反擊，應(yīng)考慮兩者之間的接地裝置是否連接，來(lái)決定兩者之間的空間距離。本文認(rèn)為，為降低接地裝置的沖擊電阻，使得金屬物或電氣線路與防雷裝置都處于同一個(gè)等電位體，金屬物或電氣線路與防雷裝置的接地裝置應(yīng)共用。同時(shí)，小型化變電站的各層應(yīng)形成一個(gè)法拉第籠結(jié)構(gòu)的等電位體，如圖1所示。
　　
　　圖1
　　（1）地下地網(wǎng)一般距地面0.8米～0.9米左右，即地網(wǎng)離一層的樓板（為考慮防止發(fā)生沉降的現(xiàn)象，現(xiàn)在首層一般也做樓板）還有0.8米～0.9米左右距離，考慮加強(qiáng)均壓效果，應(yīng)在一層的樓板加均壓網(wǎng)。
　　（2）均壓網(wǎng)的做法：一般有兩種做法：①利用每層樓板的鋼筋；這種做法在一定程度上節(jié)約了投資，但必須依賴土建施工的可靠性，而土建施工人員往往不懂電氣原理，不能把鋼筋的連接按照防雷接地的要求做好可靠的電氣連接，為均壓網(wǎng)的有效性帶來(lái)潛在的威脅，另外建筑內(nèi)的電氣接地往往需另外設(shè)置接地線并通過(guò)引下線與本層的均壓網(wǎng)連在一起，以達(dá)到等電位連接效果。②不用樓板的鋼筋作均壓，電氣專業(yè)另設(shè)置均壓網(wǎng)在樓板上，并兼做電氣設(shè)備的接地裝置。這種做法保證了均壓網(wǎng)施工的有效性，也做到防雷裝置與電氣設(shè)備的等電位連接，缺點(diǎn)是投資稍大。
　　從保證人身安全，設(shè)備安全的角度考慮，本文推薦按方法②設(shè)置均壓網(wǎng)。
　　(3)屋面避雷網(wǎng)的做法：按照目前變電站建筑物的要求及做法，屋面都要求做防水層與隔熱層，兩者加起來(lái)厚度約60mm，若使用屋面樓板的鋼筋做接閃器，會(huì)破壞防水層與隔熱層。因此本文考慮，應(yīng)在防水層與隔熱層之上設(shè)置避雷網(wǎng)作為屋面的接閃器，其網(wǎng)格不大于20m*20m或24m*16m。避雷網(wǎng)應(yīng)與屋面的避雷帶、避雷針、均壓網(wǎng)及其它固定金屬物連在一起經(jīng)引下線與地網(wǎng)連接。
　　(4)引下線的做法：按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》與《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施-2009》的要求，引下線均可利用柱內(nèi)的鋼筋。本文考慮到均壓網(wǎng)推薦利用電氣專業(yè)布置的專用均壓網(wǎng)，那么引下線采用專用的引下線也是合理的，而且采用專用的引下線可選擇明敷或暗敷，安裝比較靈活。
　　（四）如何防止通過(guò)金屬線路引入雷電高電壓，防止擊壞用電設(shè)備和通信器材。
　　在《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中關(guān)于防止雷電波侵入的措施中對(duì)電纜進(jìn)出線、低壓架空進(jìn)出線及進(jìn)出建筑物的架空金屬管道的接地要求都有明確的做法，本文不做論述。
　　三、結(jié)束語(yǔ)
　　綜上所述，上述的防雷接地做法均為本人根據(jù)相關(guān)的規(guī)程規(guī)范及在工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)編制而成。小型化變電站的防雷接地是保證站內(nèi)設(shè)備安全運(yùn)行的重要因素，要把防雷接地做好，必須把站址的地質(zhì)情況了解清楚，把防雷措施做足，把接地做細(xì)。
　　參考文獻(xiàn)
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