根據(jù)建筑物的性質(zhì)、工作環(huán)境、用途等,建筑物的防雷一般分為三類。第一類防雷建筑物,因電火花而引起爆炸,會造成巨大破壞和人身傷亡,具有氣體爆炸、粉塵爆炸危險環(huán)境的建筑物,如制造、使用或儲存炸藥、火藥、起爆藥、化工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物;第二類防雷建筑物,國家級重點文物保護的建筑物、如國家級的會堂和大型火車站等具有特別重要用途的建筑物,國家級計算中心等對國民經(jīng)濟有重要意義且裝有大量電子設(shè)備的建筑物,具有氣體爆炸危險的可能且電火花不易引起爆炸的建筑物,工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐,年預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.06次的辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物,年預(yù)計雷擊次數(shù)大于0.3次的住宅和辦公樓等一般性民用建筑物;第三類防雷建筑物,省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館,年預(yù)計雷擊次數(shù)在0.012~0.06次之間的辦公建筑物及其他重要或人員密集的公共建筑物,年預(yù)計雷擊次數(shù)在0.06~0.3次之間的辦公樓等一般性民用建筑物,年預(yù)計雷擊次數(shù)大于等于0.06次的一般性工業(yè)建筑物,在平均雷暴日大于15天/年的地區(qū),高度在15m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑物,或在平均雷暴日小于或等于15天/年的地區(qū),高度在20m及以上的煙囪、水塔等孤立的高聳建筑。
1、直擊雷過電壓的防護
避雷針及其保護范圍。避雷針由承受雷擊的接閃器、支持構(gòu)架、接地引下線和接地體四部分構(gòu)成。所謂“滾球法”,就是選擇一個半徑為hr的球體,滾球半徑見表1所示,沿需要防護直擊雷的部位滾動。如果球體只接觸到避雷針(線)與地面,而不觸及需要保護的部位,則該部位就在避雷針(線)的保護范圍之內(nèi)。
表1 按建筑物防雷類別確定滾球半徑和避雷網(wǎng)格尺寸
建筑物防雷類別
第一類
第二類
第三類
滾球半徑hr/m
30
45
60
避雷網(wǎng)格尺寸(不大于)/m
5×5
或6×4
10×10
或12×8
20×20
或24×16
避雷帶和避雷網(wǎng)主要用來保護其所處的整幢高層建筑物免遭雷擊;還可安裝消雷器,其保護范圍為抑制和消除上行雷、中和雷云電荷和抑制下行雷主放電電流。
2、防護雷電流反擊的措施
如圖1所示,當(dāng)雷擊避雷針以后,雷電流沿接地引下線入地,在a、b兩點產(chǎn)生高電位。若避雷針與被保護物之間的空中距離sa或它們的接地體在土壤中的距離se不能承受a、b兩點的高電位,就會造成sa或se間隙擊穿或閃絡(luò),這種現(xiàn)象稱為反擊。為了防止反擊的發(fā)生,避雷針必須與被保護物之間保持一定的安全距離。
圖1 避雷針與被保護物的距離
3、感應(yīng)雷過電壓的保護
安裝避雷器可有效防止感應(yīng)雷過電壓事件。避雷器通常分為保護間隙避雷器、管型避雷器、閥型避雷器和金屬氧化物避雷器等四種。保護間隙又稱放電間隙,是最簡單的防雷保護裝置,它由主間隙、輔助間隙和支持瓷瓶組成。主間隙按結(jié)構(gòu)型式不同,分為棒型、環(huán)型和角型。保護間隙構(gòu)造簡單,成本低廉,維護方便,但由于無專門滅弧裝置,滅弧能力很差。規(guī)程規(guī)定,在具有自動重合閘的線路中和管型避雷器或閥型避雷器的參數(shù)不能滿足安裝地點的要求時,可以采用保護間隙。當(dāng)供電系統(tǒng)遭到大氣過電壓時,保護間隙作為一個薄弱環(huán)節(jié)首先擊穿,并將雷電流釋放到地中。
管型避雷器由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙三部分組成。產(chǎn)氣管由纖維、有機玻璃或塑料制成;內(nèi)部間隙裝在產(chǎn)氣管內(nèi)部,一個電極為棒形,另一個電極為環(huán)形;外部間隙設(shè)在避雷器和帶電的導(dǎo)體之間,其作用是保證正常時避雷器與電網(wǎng)的隔離,避免纖維管受潮漏電。由于管型避雷器伏秒特性較陡,不易與變壓器的伏秒特性相配合,且在動作時有氣體噴出,因此,管型避雷器主要用于室外線路上。
閥型避雷器由裝在密封磁套管中的火花間隙組和具有非線性電阻特性的閥片串聯(lián)組成?;鸹ㄩg隙組是根據(jù)額定電壓的不同采用若干個單間隙疊合而成;每個間隙由兩個黃銅電極和一個云母墊圈組成。由于兩黃銅電極間間距小、面積較大,因而電場較均勻,可得到較平緩的放電伏秒特性。閥片是由金剛砂和結(jié)合劑在一定的高溫下燒結(jié)而成,具有良好的非線性特性和較高的通流能力。閥片的電阻值隨著所加電壓變化而變化,當(dāng)閥片上所加電壓增大時,電阻值減小;當(dāng)閥片上電壓減小時,電阻值增大。這樣,在通過較大雷電流時,使避雷器上出現(xiàn)的殘壓不會過高,對較小的工頻續(xù)流又能加以限制,為火花間隙的切斷續(xù)流創(chuàng)造了良好的條件。由于閥型避雷器具有伏秒特性比較平緩、殘壓較低的特點,因此,常用來保護變電所中的電氣設(shè)備。
金屬氧化物避雷器,又稱壓敏避雷器。它在結(jié)構(gòu)上沒有火花間隙,由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的壓敏電阻片(閥片)組成。這種避雷器的閥片具有優(yōu)異的非線性伏安特性,在工頻電壓下閥片具有極大的電阻,呈絕緣狀態(tài),能迅速有效的阻斷工頻續(xù)流,因此無需火花間隙來熄滅工頻電壓引起的電弧;當(dāng)電壓超過一定值(稱為起動電壓)時,閥片“導(dǎo)通”,呈低阻狀態(tài),將大電流泄入地中;當(dāng)危險過電壓消失以后,閥片迅速恢復(fù)高阻絕緣狀態(tài)。
金屬氧化物避雷器具有無間隙、無續(xù)流、通流量大、殘壓低、體積小、重量輕等優(yōu)點,因此很有發(fā)展前途,世界上許多國家都已用它取代了碳化硅閥式避雷器。
4、內(nèi)部過電壓的防護
內(nèi)部過電壓的防護主要采用滅弧能力強的快速高壓斷路器,在斷路器主觸頭上并聯(lián)約3000ω電阻,在并聯(lián)電阻上串聯(lián)一個輔助觸頭,以減少電弧重燃的次數(shù),控制操作過電壓的倍數(shù);其次裝設(shè)磁吹避雷器或氧化鋅避雷器;另外對于對地電容電流大的網(wǎng)絡(luò),中性點經(jīng)消弧線圈接地,限制電弧接地過電壓;也可以通過增加對地電容或減少系統(tǒng)中電壓互感器中性點接地的臺數(shù),即增加母線對地的感抗,從而減小固有自振頻率,避免因系統(tǒng)擾動而發(fā)生母線鐵磁諧振過電壓。
限制諧振過電壓的措施主要有三點,一是提高開關(guān)動作的同期性,由于許多諧振過電壓是在非全相運行條件下引起的,因此提高開關(guān)動作的同期性,防止非全相運行,可以有效防止諧振過電壓的發(fā)生;二是在并聯(lián)高壓電抗器中性點加裝小電抗,用這個措施可以阻斷非全相運行時工頻電壓傳遞及串聯(lián)諧振;三是破壞發(fā)電機產(chǎn)生自勵磁的條件,防止參數(shù)諧振過電壓。