1、电力系统设备综合防雷设计电力系统设备综合防雷设计一、电力系统防雷的重要性 随着电力系统容量的增加和自动化水平的不断提高， 电力自动化系统已使用 了相当数量的计算机、RTU和其它微电子设备。县级电力调度及其变电所由于所 在地土壤电阻率较高或地处山区， 其地网的接地电阻往往很难达到电力标准规范 中的要求，为防雷工作增加了许多难度。由于一些微电子器件工作电压仅几伏， 传递信息电流小至卩A级，对外界的干扰极其敏感，而雷电流产生的瞬变电磁场 对微电子设备的干扰和损害尤为严重。 在雷雨季节， 有的县电力局调度大楼和电 力局所属自动化显示系统、通讯系统（Modem载波机、程控交换机等）常常损坏， 造成较大的
2、直接和间接经济损失， 影响当地电力系统的正常调度、 工农业生产和 人民的日常生活。因此，电力系统的防雷工作非常重要。二、外部防雷1 、外部直击雷防护装置主要由接闪器、引下线、接地装置组成。 建筑 物年预计雷击次数按下式计算： N = k NgAe ；Ng =?0.024Td 1.3式中 N：建筑物预计雷击次数（次/a） ; k：雷击次数校正系数；Ng：建筑 物所处地区雷击大地的年平均密度次/ （km2 a） ; Ae：与建筑物截收相同雷 击次数的等效面积（km2 ； Td:该地区的年平均雷电日数； 广周地区年平均雷电日数为7590次/年。在下列情况下k取相应数值：a、位于旷野孤立的建筑物取2；
3、 b、金属 屋面的砖木结构建筑物取1.7 ； c、位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻 率较小处、地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的 建筑物取 1.5。依据以上计算，按照GB 50057-94建筑物防雷设计规范第2.0.3条的 要求，电力系统建筑物属于标准规定的 “对国民经济有重要意义的装有大量电子 信息系统设备的建筑物”和“预计年雷击次数大于 0.3 次/年的一般性民用建筑 物”。因此应按二类防雷建筑物进行防护。A、根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第4.1.1条的要求： 避雷针可采用圆钢或焊接钢管制成，其材料直径应符合以下要求： 针长 1 米以下：圆钢
4、直径不小于 12mm 钢管直径不小于 20mm 针长 1 米至 2 米：圆钢直径不小 于 16mm 钢管直径不小于 25mmB、 根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 4.1.2条的要求：避雷带可采用圆钢或扁钢制成，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于8mm扁钢截面积不小于48mm2厚度不小于4mm避雷带可沿建筑物四周女儿墙 上敷设，并与避雷针、引下线、天面电磁屏蔽网做良好的连接。C、 根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 4.2.1条的要求：引下线应采用圆钢或扁钢制成， 优先选用圆钢， 其材料应符合以下要求： 圆 钢直径不小于8mm扁刚截面不小于48mm2厚度不小于4mm
5、引下线设置不应 小于2根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于 18m当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时， 可按跨度设引下线， 但引下线的平 均间距不应大于18m每根引下线的冲击接地电阻不应大于 10Q。当采用多根引 下线时，应在个引下线上距地面 0.3m至1.8m之间装设断接卡。D根据GB 50057-94建筑物防雷设计规范第 431条的要求： 接地体人工垂直接地体应采用角钢、 钢管或圆钢制成， 人工水平接地体应采 用扁钢或圆钢制成，其材料应符合以下要求：圆钢直径不小于 10mm 扁钢截面 不小于 100 mm2 厚度不小于 4mm 角钢厚度不小于 4mm 圆钢壁厚不小
6、于 3.5mm人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工垂直接地体间的距离及人工水平 接地体的距离宜为 5m。建筑物电子信息系统防雷技术规范 5.2.5 规定：防雷接地与交流工作接 地、安全保护接地共用一组接地装置时， 接地装置的接地电阻值必须按接入设备 中要求的最小值确定。建筑物电子信息系统防雷技术规范 5.2.6 规定：接地装置应优先利用建 筑物的自然接地体，当自然接地体的接地电阻达不到要求时应增加人工接地体。2、建筑物接地与等电位连接A 、环行接地网接地是防雷的基础， 标准规定的接地方法是采用金属型材铺设水平或垂直地 极，在腐蚀强烈的地区可以采用镀锌和加大金属型材的截面积的方法抗腐， 更合
7、理的方法是利用建筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统，这有事半功倍之 效。 如建筑物没有基础钢筋地网， 宜在建筑物四周埋设人工垂直接地体和水平 环型接地体。环行接地体与建筑物水平距离不应小于 2m接地体的冲击接地电阻不宜大 于 4 欧姆，如达不到要求可用添加降阻剂和增加接地体数量等方法来降低阻 值。为使雷电浪涌电流泄入大地，使被保护物免遭直击雷或感应雷等浪涌过电 压、过电流的危害，所有建筑物、电气设备、线路、网络等不带电金属部分，金 属护套，避雷器，以及一切水、气管道等均应与共用接地系统作金属性连接。B、等电位连接将建筑物电气装置内外露可导电部分、 电气装置外可导电部分、 人工或自然 接地体用导
8、体连接起来以达到减少电位差称为等电位联结。在IEC和GB50057-94标准中指出等电位连接是内部防雷措施的一部分，其 目的在于减少雷电流所引起的电位差。等电位，是用连接导线或过电压（电涌） 保护器，将处在需要防雷空间内的防雷装置和建筑物的金属构架、 金属装置、 外 来导线、电气装置、电信装置等连接起来，形成一个等电位连接网络，以实现均 压等电位。 利用钢筋混凝土结构的建筑物内所有金属构件的多重连接， 建立一个 三维的连接网络是实现等电位连接的最佳选择。所有从室外进入的金属导体（包括水管、气管，电缆屏蔽层或电缆屏蔽管） 应在进入防雷区的交界处就近直接接地， 不能直接接地的导体 （如电力线、 传
9、输 线等）应通过避雷器接地，电力、通信电缆应穿金属管并埋地进入机房，穿管埋 地的距离应大于 25 米。室内设备的金属部分应可靠接地，所有的接地必须接在 同一个接地基准点上， 这个基准点在工程上称为汇流排或均压环， 这样就能保证 室内设备不会因为地电位升高而产生电位差。建筑物外部防雷装置是直接安装在建筑物顶面， 防雷装置与各种金属物体之 间的安全距离不可能得到保证。 为防止防雷装置与邻近的金属物体之间出现高电 位反击，进小其间的电位差， 除了将屋内的金属物体做好等电位连接外， 应将各 种接地（交流工作地、安全保护地、支流工作地、防雷接地等）共用一组接地装 置。上述四种接地的接地引出线可与环行接地
10、体相连形成等电位连接， 但防雷接 地在环行接地体上的接地点与其他几种接地的接地点之间的距离宜大于 10m。三、电源系统防雷1、高压电力线的防护在雷电活动频繁、 雷电强度大、 雷暴日多的地区， 当雷击建筑物附近的交流 供电线路时，为了防止雷电沿电力线路侵入建筑，可按图 42 所示方法，对高压电力线以及变压器实施保护。 GB 50057-94（2000）建筑物防雷设计规范 国家标准第三章、 第 3.3.8 条要求：在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相 连的情况下： 当低压电源线路用全长电缆或架空线换电缆引人时， 宜在电源线路 引入的总配电箱处装设过电压保护器，当 Y，yno 型或 D，yn11
11、型接线的配电变 压器设在本建筑物内或附设于外墙处时， 在高压侧采用电缆进线的情况下， 宜在 变压器高、 低压侧各相上装设避雷器， 在高压侧采用架空进线的情况下， 除按国 家现行有关规范的规定在高压侧装设避雷器外，尚宜在低压侧各相上装设避雷 器。2、建筑内配电线路及设备过电压防护1） 、引入大楼内的交流电力线宜采用地下电力电缆。 其电缆金属护套的两端 均应作良好的接地。2） 、交流供电变压器高压侧，按供电局要求安装一组 HY5WS-17/50配电型无间隙氧化锌避雷器；低压侧，安装大通流电源防雷模块（如 LDY-100B/3+NPE）或者一级电源防雷箱如 WY-380B100。变压器的机壳、低压侧
12、的交流零线，以 及与变压器相连的电力电缆的金属外护层，应就近一点接地。3） 、配电屏引出的三根相线及零线，应安装限压型电源防雷模块或者电源 防雷箱。屏内交流零线不作重复接地。 大楼内所布放的交流供电线路中的中性线 （零线）汇集排，应与机架的正常不带电金属部分绝缘。4） 、建筑的电缆金属护套在入室处应作保护接地，电缆内芯线在入室处应 加装防雷器， 电缆内的空线对亦应作保护接地。 建筑内所有交直流用电及配电设 备均应采取接地保护。 交流保护接地线应从接地汇集线上专引， 严禁采用中性线 作为交流保护接线。5） 、常用电源系统防雷设计方案A、电源一级防雷依据GB50057-94建筑物防雷设计规范第六章
13、：防雷击电磁脉冲；第四节，第641至6412条LPZ0A LPZOB区对电涌保护器（SPD的要求及GB 50054-95低压配电设计规范 第四章： 配电线路的保护中有关低压防雷的有关 规定；参照 JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范第 13 部分：电力设备防雷、 第 14 部分接地及安全以及 GBJ 64-83 工业与民用电力装置的过电压保护设计 规范第五、六、八章；DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合 第三章到第十章；DL/T621-1997交流电气装置的接地第三章、第四章、第六 章、第七章的部分条文。按照第二类建筑物雷电防护等级首次雷击参数要求， 依据雷电分流理
14、论， 可 分配到电源线路系统的最大雷电电流为 10/350卩s波形75KA则对于TN系统每 线可分配10/350卩s波形雷电流15KA因此作为系统电源进线端的第一级防雷， 需使用10/350卩s波形、通流容量大于15KA每线的电源电涌保护器将数万伏的 感应雷击过电压限制到4KV以下。通常将配电系统第一级防雷保护设计为：使用 10/350卩s波形、通流容量25KA每线，8/20卩s波形、通流容量100KA每线的B级电源电涌保护器将感应雷 击过电压限制到2000V以下。所有接线用16mm殳铜线连接，地线用25mm多股 铜线连接。可选用 GBFLDY-100B/3+NPE电源防雷模块或者 GBFWY
15、-380B1006源 防雷箱。B、电源二级防雷根据GB50057-94 （2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁 脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD的要求及GB 50054-95低压配电设计规范 第四章： 配电线路的保护中有关低压防雷的有关 规定；参照 JGJ/T 16-92 民用建筑电气设计规范第 13部分：电力设备防雷、 第 14 部分接地及安全以及 GBJ 64-83 工业与民用电力装置的过电压保护设计 规范第五章、第六章、第八章；DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和 绝缘配合第三章、第四章、第五章；DL/T621-1997交
16、流电气装置的接地第 七章、第八章的部分条文。按照第二类防雷建筑物雷电防护等级二次雷击参数要求，依据雷电分流理论，可分配到电源线路系统的雷电电流为 8/20卩s波形75KA则对于TN系统，每线可分配8/20卩s波形雷电流18.75KA，考虑到保护的裕度，作为配电系统电 源第二级防雷，需使用8/20卩s波形、通流容量40KA每线的电源电涌保护器将4KV的线路残余感应雷击过电压限制到 2KV以下。可选用GBF A200-B/3+NPE艮 压型电源防雷模块或者WY-380B40S!源防雷箱。C、电源三级防雷根据GB50057-94（ 2000版）建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁 脉冲；第四节，第6
17、.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD的要求及GB 50054-95低压配电设计规范 第四章： 配电线路的保护中有关低压防雷的有关 规定；参照 JGJ/T 16-92 民用建筑电气设计规范第 13部分：电力设备防雷、 第 14 部分接地及安全的部分条文。依据电力综合楼配电线路设计的实际情况， 考虑到机房设备的重要性， 将配 电系统第三级防雷保护设计为：使用 8/20卩s波形、通流容量20KA每线的电源 电涌保护器将感应雷击过电压限制到 1500V以下。可选用GBF A100-C/3+NPE艮 压型电源防雷模块或者WY-380C20S!源防雷箱。D电源末级防雷根据 IEC 613
18、12-3 雷电电磁脉冲的防护 第三部分：浪涌保护器的要求，在 LPZ2区内，浪涌保护器可将浪涌电压限制到一千多伏， 防雷器通流容量为（8/20卩 s）: 10KA依据电力综合楼中所使用设备的实际情况， 考虑到服务器等高价位设备的重 要性，将配电系统末级防雷保护设计为：使用 8/20卩s波形、通流容量20KA的GBF WY-P插座型电源电涌保护器将感应雷击过电压限制到 1000V以下。四、信号系统防雷 电力局综合楼智能建筑信息系统一般由建筑物自动化（ Building Automati on System， BAS、远程通信（Telecommunication System ，TCS 和办公自动
19、 化（Office Automation System ，OAS三个系统构成，这 3个系统中又包含各 自的子系统。依据GB50057-94 （2000版）建筑物防雷设计规范的规定，电 力局综合楼智能建筑属于 “重要的人员密集的公共建筑物” ，因此通常按照二类 防雷建筑设计要求进行考虑。根据 GB 50057-94 （2000版） 建筑物防雷设计规范第六章：防雷击电磁 脉冲；第四节，第6.4.1至6.4.12条LPZ1区对电涌保护器（SPD的要求及YD /T 5098-2001 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范第五部分： SPD的选择；第5.3条：信号线用SPD第5.5条：计算机、控制终端
20、、监控系统的 网络数据线用SPD的要求，参照IEC 61643-3低压系统的电涌保排器 第3 部分在电信系统中SPD的应用和IEC 61644-1 1997通信系统用SPD标准 要求，对于通信线路的防护，需对设备进线缆线使用 8/20卩s波形、通流容量3 KA的信号电涌保护器将数千伏的线路感应雷击过电压限制到设备允许值。1 、 环境控制管理子系统主要包括：暖通空调（HVAC系统控制，如对各种冷热源机组，空调机组、 新风机组控制给排水系统控制， 如各种水泵、 水箱水位控制报警。 运输系统控制， 如各个电梯、自动扶梯的控制。电气系统控制，如对变配电设备、自备发电机、 直流电源、照明、动力设备控制等
21、。按照GB50057-94建筑物防雷设计规范标准第 3.3.7条的要求，应该将 建筑物内的设备、 管道、构架等主要金属物就近接至防直击雷接地装置或电气设 备的保护接地装置上，不用另设接地装置。对于控制系统用的 12V的RS232和6V的RS485 RS422数据控制线，由于通常此类控制线的线路较长，布线比较复 杂，容易感应到雷电和工频过电压， 而数据线连接的控制主机耐压又比较低， 所 以需要在主机的各数据线输入端安装相应的数据信号浪涌保护器。RS232数据控制线可使用GBF RS232-DB09勺数据信号浪涌保护器，RS485 RS422数据控制线可使用GBFFLD-5的数据信号浪涌保护器。此
22、系列一般用于控 制回路额定的负载电流小于500mA勺功率比较小的控制系统。如果控制回路的电 压等级为12V、24V、48V双绞线，则可以选用相应 FLD-12、FLD-24、FLD-48 数据信号浪涌保护器。一般在电梯、自动扶梯、变配电设备、自备发电机、动力设备控制中，都需 要选用额定负载电流1A的数据信号浪涌保护器。额定的负载电流小的数据信号 浪涌保护器插入损耗比较小（0.1dB）,因此数据传输的损耗比较小，其浪涌保 护器（SPD内部使用电阻元件（resistor ），选型不正确的时候容易烧掉这个 电阻元件。而额定的负载电流大的数据信号浪涌保护器插入损耗比较大（ 0.2d B）,因此数据传输
23、的损耗稍微大，其浪涌保护器（SPD内部使用电感元件（i nductor ），所以安全性比较高。2、 火灾报警及消防联动控制子系统主要有火灾报警及消防联动控制系统（FAS。在建筑物内部装置感烟探测 器、感温探测器及模拟显示盘。 当发生火灾时， 它能自动喷洒水或其他灭火液体 气体。防排烟系统排除火灾时产生的烟雾并防止其漫延。火灾报警及消防联动控制系统一般使用 RS232数据控制线，从安全性和成本 考虑，通常只需要在主机的数据采集端安装数据信号浪涌保护器， 而无须在感烟 探测器、感温探测器探头处安装数据信号浪涌保护器。火灾报警及消防联动控制系统数据控制线可使用 FLD-24 的数据信号浪涌保 护器进
24、行保护。3、安全监控子系统电视监控系统（ Closed Circait Televisiow ）的防雷保护比较复杂，首先需要明确监控系统遭受雷击损害的主要原因以及雷电可能的侵入途径， 尤其是雷 击损坏较为严重的室外监控设备， 在分析其损坏原因的基础上， 以及研究和探讨 信号、电源线路的布放、 屏蔽及接地方式等， 方可以正确选择和使用监控系统设 备的防雷保护装置。电视监控系统一般由以下三部分组成： 1、前端部分。主要由黑白（彩色） 摄像机、镜头、云台、防护罩、支架等组成。 2、传输部分。使用同轴电缆、电线、多芯线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。 3、终端部分。主要由画面
25、分割器、监视器、控制设备等组成。A、前端设备的防雷：前端设备有室外和室内安装两种情况，安装在室内的 设备一般不会遭受直接雷击， 但需考虑防止雷电过电压对设备的侵害， 比如安装 在地下停车场等的摄像机等。而室外的设备则同时需考虑防止直击雷和感应雷。 前端设备如摄像头应置于接闪器（避雷针或其它接闪导体）有效保护范围之内。 为了施工方便避雷针一般架设在摄像机的支撑杆上， 引下线可直接利用金属杆本 身或选用8的镀锌圆钢或35miH同导线，此时应注意依据 GB50198-94民用 闭路监视电视系统工程技术规范 第 2 章、第 2.5 节、供电、接地与安全防护、 第2.5.4条的要求，系统采用专用接地装置
26、时，其接地电阻不得大于 4Q。为防止电磁感应， 沿杆引上摄像机的电源线和信号线应穿金属管屏蔽。 为防 止雷电波沿线路侵入前端设备， 应在设备前的每条线路上加装合适的避雷器， 如 电源线（220V或DC24V、视频线、信号线和云台控制线。这样做比较麻烦，问题比较多，且要受安装空间的限制，因此可以选择“三合一”或者“二合一”的监控摄像机多功能电涌保护器。比如 WY-CCTV3/24、WY-CCTV2/24等。B、 传输线路的防雷：CCTV系统主要是传输信号线和电源线。室外摄像机的 电源可从终端设备处引入， 也可从监视点附近的电源引入。 控制信号传输线和报 警信号传输线一般选用芯屏蔽软线，架设（或敷
27、设）在前端与终端之间。 GB501 98-94民用闭路监视电视系统工程技术规范 的规定，传输部分的线路在城市 郊区、乡村敷设时，可采用直埋敷设方式，当条件不充许时，可采用通信管道或 架空方式。 采用通信管道或架空方式时， 应注意传输线缆与其它线路的最小间距 和与其它线路共杆架设的最小垂直间距。比如与 220V交流配电线的最小间距为 0.5米，与通讯电缆的最小间距为 0.1米，与110KV电力线的最小垂直间距为 2.5米，与1KV以下电力线的最小垂直间距为1.5米，与广播线的最小垂直间距 为 1.0 米，与通信线的最小垂直间距为 0.6 米等等。直埋敷设方式防雷效果较好， 而架空线比较容易感应雷
28、击。 为避免首尾端设 备损坏，在使用架空线传输时， 应在每一支撑杆上做接地处理， 架空线缆的吊线 和架空线缆线路中的金属管道均应接地。 中间放大器输入端的信号源和电源均应 分别接入合适的避雷器。 传输线埋地敷设也并不能完全阻止雷击设备的发生， 统 计数据显示雷击造成埋地线缆故障大约占总故障的 30左右，即使雷击比较远的地方，也仍然会有部分雷电流流入电缆。 所以采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢 管埋地敷设， 保持钢管的电气连通。 对防护电磁干扰和电磁感应非常有效， 这主 要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。如电缆全程穿金属管有困难 时，可在电缆进入终端和前端设备前穿金属管埋地引入，但埋地长度
29、不得小于 1 5 米，在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。C、 终端设备的防雷：在CCTV系统中，监控室的防雷最为重要，应从直击雷防护、雷电波侵入、 等电位连接和电涌保护多方面进行。 监控室所在建筑物应有 防直击雷的避雷针、避雷带或避雷网，防直击雷措施应符合 GB 5005794建筑物防雷设计规范的规定。进入监控室的各种金属管线应接到共用的接地装置上， 易采用一点法接地。与硬盘录像机等连接且布线经过室外的信号线路主要为视频信号传输线及 云台控制线， 因此对于硬盘摄像机的信号保护， 需要在由外面进入中心监控机房 的线路接入设备之前，安装 GBF CoaxB-E2同轴通讯信号浪涌保护器
30、。按照 YD/T 5098-2001 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范第五部分： SPD 的选 择；第5.3条：信号线用SPD第5.5条：计算机、控制终端、监控系统的网络 数据线用SPD的要求规范的要求，通流容量应大于 3KA4、 电话通信子系统（ TCS）电话通信系统（TCS的功能主要有语音通信、数据通信、图形图像通信。 电话通信系统主要指以程控交换机及模块局为核心的电话、 集团电话、远端虚拟 交换机。最重要的有线话音通信系统就是程控用户交换机， 它可组成内部和外部 通信系统。 目前用户交换机已经发展为数字式交换机， 它的内部和外部线路的数 目是很重要的指标。面对种类繁多， 系统纷繁复
31、杂的通信系统， 其防雷设计显得非常复杂。 只有 依据 YD/T 5098-2001 通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范和 IEC 61 643-3 低压系统的电涌保护器两个标准，在做好机房均压、线路屏蔽等工作 的基础上， 根据系统特点选择适合和有效接地方式， 安装适合此系统线路参数使 用的电涌保护器（SPD就才能有效解决这些问题。对于有线话音通信系统， 与程控交换机连接的线路有电话外线和内线， 由于 电话线路的布线极其复杂， 分布至整幢大厦的各个位置， 每一条线路都有可能感 应到过电压， 造成对交换机的危害， 是不是每条进出线缆都需要做防雷保护呢？ 从经济实用的角度考虑这是没有必要的。 通
32、常对其进行防护只需对外线使用 GBF RJ45-TELE/4进行防护，线架和出线使用 GBF WY-TELE/1就可以了。对于拉出 建筑的电话出线， 比如门卫值班电话， 可以考虑使用 RJ45-TELE/4 进行保护。 这 样设计比较经济，从用户的角度讲是可以接受的。5、 卫星通信及有线电视子系统对于卫星通信（VSTV、有线电视（CATV、卫星电视（SATV等系统，其 卫星天线一般安装在建筑物天面， 如卫星天线未在建筑物防直击雷避雷针、 带的 保护范围之内， 需要增加接闪器作保护， 如在建筑物防直击雷避雷针、 带的保护 范围之内， 只需要将天线馈线等外设线路穿金属管屏蔽， 外端连接避雷带、 天线 支架或者引下线， 内端连接机房接地汇流排或者建筑物柱内钢筋即可起到良好的 雷电防护作用。再此基础上再在机房设备进线端安装 GBFCoaxF-SAT等通讯信号 电涌保护器就可将设备的雷击损坏风险降到极低的水平。6、计算机网络通信子系统
