雷电危害和感应雷击坏弱电设备的途径

本文针对雷电的危害和雷电入侵设备的途径进行探讨，提高大家对雷电的认知，在以后的防雷工程中可以更好的设计方案。

一、雷电的危害
        雷电从形式上可分为直击雷和感应雷。直击雷是雷云之间或雷云对地面上某一点（如树木、建筑物等）直接放电，感应雷是雷云放电时,在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，其中对地雷击由于距雷击点较近,产生的感应浪涌电压较大,作用半径也大,作用范围内的电子设备均是破坏对象。雷击对电力系统的危害是非常巨大的，直击雷可以造成线路跳闸、开发、TV、TA及其它一次设备故障、爆炸。感应雷主要危害变电站的通信、调度、载波、继保系统及监控设备。这些设备对雷电等电磁脉冲和过电压过电流的耐受能力很低，而且由于电力系统二次防雷工作滞后，这些设备遭受雷击损坏极高，后果也越来越严重。

二、雷电入侵变电站建筑物内设备的途径分析
        变电站内建筑物一般不超过3层，属二类防雷建筑物，但由于变电站设备处在一个强电和弱电系统形成的错综复杂的电磁环境中，高压开关设备的操作切换，雷电闪击，一次设备短路接地，二次回路切换，人员及邻近物体的静电放电和无线电辐射等产生的电磁干扰可能通过各种耦合进入二次系统形成浪涌和过电压。其中雷击在线路上引起的上万伏的过电压、过电流及极强的交变电磁场是损坏建筑物内设备的主要原因，雷电入侵建筑物内设备的途径有配电线路、通信线路、雷击电磁场、地反击等四种途径，具体分析如下：

1.雷电电磁场
　    上述两条途径是有型的看到的途径，而电磁场是空间传播的看不到的东西，这里的雷电电磁场是指雷击引起的室内的电磁场，该电磁场使室内的线路感应到过电压，该过电压直接传到设备，该电磁场也可使设备内的PCB板上的线路或器件感应到过电压，使设备损坏。实验表明，设备（包括设备近距离的连接线）处在2.4GS的电磁场中时设备会永久性损坏，设备（包括设备的近距离连接线）处在0.07GS的电磁场中时设备会产生误动作。说到底，雷电电磁场的危害最终还是使设备及线路感应到过电压。对于电力系统来讲，电力建筑物内的钢筋（当作引下线用）、变电站布线层内进出高压场地的各种线路都是雷电电磁场的产生源。
2.地反击
        当变电站或线路遭受雷击后， 雷电流会经避雷装置流人接地网，如果接地网的接地电阻偏大或接地网的均压效果不好时，在强大的雷电流作用下，会使接地网的局部电位显著抬高，并由此导致电地位对设备反击而损坏设备。
从安全及运行稳定等角度来考虑，电气设备必须接地，如果雷击时，设备的接地线路为高电位，而设备的某处因某种原因为低电位，则地线对设备上该点的电位差全部由设备承受，这实际上是地线对设备某点的过电压，该过电压也是轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。这里必须说明的是，地反击是设备接地线路对设备某点的电位差，如果，设备不存在低电位点则不存在电位差，单是地线高电位只能说是“水涨船高”，没有电位差也就没有过电压（在电磁学里，电位差称电压），当然设备也就不会损坏。单独的一台设备与外部没有任何导体连接时为高阻状态，此时，设备接地线为高电位，也不会存在电位差。一般来讲设备接地线高电位对设备外接的配电线路、通信线等有电位差。说到底，地反击实际上是地线与电源等线路之间产生了过电压。对于电力系统来讲，因采用共用接地方式，不存在地与地之间反击，但地线对电源线、通信线之间是存在反击的,这也相当于电源与通信线引入雷电。

 
3.通信线路引入雷击
        通信线路（通信线路一般包括一般有载波线、电话线、控制线等）由于变电站的通信电缆出线较长，感应雷电通过远控系统电缆及信号电缆侵入,以很高的电压直接加在二次设备上,该过电压轻则使设备加速老化，重则直接将设备损坏。对于电力系统来讲，RS485、RJ45网线、GPS及微波载波等馈线等都是引入雷电的通信线路。大部分通信线路主要是在室内被其他线路上的过电压感应。
 
4.配电线路引入的雷电过电压
　    雷电波通常是通过变电站临近的线路侵入母线，再经过变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，进入低压出线， 途中经过了线路避雷器，母线避雷器等多级削峰，再经过变压器低压出线的平波作用， 电压幅值大为下降。但由于雷电波的波峰幅值和能量很大， 虽然雷电波在经过上述避雷器后，大部分能量得以消除，但仍有部分雷电波以幅值相对很高且作用时间很短的低能量尖峰脉冲的形式通过变压器的低压出线，加到变电站内所有的380 V交流回路中。
220V等直流线路因进出高压场等原因也是引入雷电的主要线路。
 
总结以上经验，防雷是一个系统工程，不能对任何地方有疏漏，不然会造成严重的损失。