建筑物过电压的防护措施

　　根据建筑物的性质、工作环境、用途等，建筑物的防雷一般分为三类。第一类防雷建筑物，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡，具有气体爆炸、粉尘爆炸危险环境的建筑物，如制造、使用或储存炸药、火药、起爆药、化工品等大量爆炸物质的建筑物;第二类防雷建筑物，国家级重点文物保护的建筑物、如国家级的会堂和大型火车站等具有特别重要用途的建筑物，国家级计算中心等对国民经济有重要意义且装有大量电子设备的建筑物，具有气体爆炸危险的可能且电火花不易引起爆炸的建筑物，工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐，年预计雷击次数大于0.06次的办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物，年预计雷击次数大于0.3次的住宅和办公楼等一般性民用建筑物;第三类防雷建筑物，省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆，年预计雷击次数在0.012～0.06次之间的办公建筑物及其他重要或人员密集的公共建筑物，年预计雷击次数在0.06～0.3次之间的办公楼等一般性民用建筑物，年预计雷击次数大于等于0.06次的一般性工业建筑物，在平均雷暴日大于15天/年的地区，高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物，或在平均雷暴日小于或等于15天/年的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑。

　　1、直击雷过电压的防护

　　避雷针及其保护范围。避雷针由承受雷击的接闪器、支持构架、接地引下线和接地体四部分构成。所谓“滚球法”，就是选择一个半径为hr的球体，滚球半径见表1所示，沿需要防护直击雷的部位滚动。如果球体只接触到避雷针(线)与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针(线)的保护范围之内。

　　表1 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸

　　避雷带和避雷网主要用来保护其所处的整幢高层建筑物免遭雷击;还可安装消雷器，其保护范围为抑制和消除上行雷、中和雷云电荷和抑制下行雷主放电电流。

　　2、防护雷电流反击的措施

　　如图1所示，当雷击避雷针以后，雷电流沿接地引下线入地，在A、B两点产生高电位。若避雷针与被保护物之间的空中距离Sa或它们的接地体在土壤中的距离Se不能承受A、B两点的高电位，就会造成Sa或Se间隙击穿或闪络，这种现象称为反击。为了防止反击的发生，避雷针必须与被保护物之间保持一定的安全距离。

　　图1 避雷针与被保护物的距离

　　3、感应雷过电压的保护

　　安装避雷器可有效防止感应雷过电压事件。避雷器通常分为保护间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器和金属氧化物避雷器等四种。保护间隙又称放电间隙，是最简单的防雷保护装置，它由主间隙、辅助间隙和支持瓷瓶组成。主间隙按结构型式不同，分为棒型、环型和角型。保护间隙构造简单，成本低廉，维护方便，但由于无专门灭弧装置，灭弧能力很差。规程规定，在具有自动重合闸的线路中和管型避雷器或阀型避雷器的参数不能满足安装地点的要求时，可以采用保护间隙。当供电系统遭到大气过电压时，保护间隙作为一个薄弱环节首先击穿，并将雷电流释放到地中。

　　管型避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成;内部间隙装在产气管内部，一个电极为棒形，另一个电极为环形;外部间隙设在避雷器和带电的导体之间，其作用是保证正常时避雷器与电网的隔离，避免纤维管受潮漏电。由于管型避雷器伏秒特性较陡，不易与变压器的伏秒特性相配合，且在动作时有气体喷出，因此，管型避雷器主要用于室外线路上。

　　阀型避雷器由装在密封磁套管中的火花间隙组和具有非线性电阻特性的阀片串联组成。火花间隙组是根据额定电压的不同采用若干个单间隙叠合而成;每个间隙由两个黄铜电极和一个云母垫圈组成。由于两黄铜电极间间距小、面积较大，因而电场较均匀，可得到较平缓的放电伏秒特性。阀片是由金刚砂和结合剂在一定的高温下烧结而成，具有良好的非线性特性和较高的通流能力。阀片的电阻值随着所加电压变化而变化，当阀片上所加电压增大时，电阻值减小;当阀片上电压减小时，电阻值增大。这样，在通过较大雷电流时，使避雷器上出现的残压不会过高，对较小的工频续流又能加以限制，为火花间隙的切断续流创造了良好的条件。由于阀型避雷器具有伏秒特性比较平缓、残压较低的特点，因此，常用来保护变电所中的电气设备。

　　金属氧化物避雷器，又称压敏避雷器。它在结构上没有火花间隙，由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的压敏电阻片(阀片)组成。这种避雷器的阀片具有优异的非线性伏安特性，在工频电压下阀片具有极大的电阻，呈绝缘状态，能迅速有效的阻断工频续流，因此无需火花间隙来熄灭工频电压引起的电弧;当电压超过一定值(称为起动电压)时，阀片“导通”，呈低阻状态，将大电流泄入地中;当危险过电压消失以后，阀片迅速恢复高阻绝缘状态。

　　金属氧化物避雷器具有无间隙、无续流、通流量大、残压低、体积小、重量轻等优点，因此很有发展前途，世界上许多国家都已用它取代了碳化硅阀式避雷器。

　　4、内部过电压的防护

　　内部过电压的防护主要采用灭弧能力强的快速高压断路器，在断路器主触头上并联约3000Ω电阻，在并联电阻上串联一个辅助触头，以减少电弧重燃的次数，控制操作过电压的倍数;其次装设磁吹避雷器或氧化锌避雷器;另外对于对地电容电流大的网络，中性点经消弧线圈接地，限制电弧接地过电压;也可以通过增加对地电容或减少系统中电压互感器中性点接地的台数，即增加母线对地的感抗，从而减小固有自振频率，避免因系统扰动而发生母线铁磁谐振过电压。

　　限制谐振过电压的措施主要有三点，一是提高开关动作的同期性，由于许多谐振过电压是在非全相运行条件下引起的，因此提高开关动作的同期性，防止非全相运行，可以有效防止谐振过电压的发生;二是在并联高压电抗器中性点加装小电抗，用这个措施可以阻断非全相运行时工频电压传递及串联谐振;三是破坏发电机产生自励磁的条件，防止参数谐振过电压。