提要：針對小型化變電站的設計（即全戶內設計或主變布置在戶外而其它設備布置在戶內的半戶內設計），由于該設計的占地面積小，為其防雷接地設計帶來一定的困難，本文根據相關的規程規范及以往的設計經驗，談小型化變電站的防雷接地設計方法。
　　關鍵詞：小型化變電站的防雷接地、設計方法
　　一、前言
　　隨著國民經濟的飛速發展，很多地區的城市化程度越來越高，使得變電站的征地也越來越困難。變電站的大容量化、集約化設計逐漸成為至關重要的課題。由此產生小型化變電站的設計（即全戶內設計或主變布置在戶外而其它設備布置在戶內的半戶內設計），該型式的變電站確實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困難，本文僅就如何解決小型化變電站的防雷接地問題提出其相應的設計方法。
　　二、解決防雷接地的設計方法
　　簡單來說，解決防雷接地的設計方法，無非解決以下幾個問題：
　　①接閃器的設計。接閃器的設計目的是控制雷擊的位置，把閃擊引導至無害的位置，避免雷電擊在危險的部位。
　　②接地網的設計。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的結構與接地電阻值設計好，使地網既滿足電氣設備的接地要求，也要滿足防雷要求。
　　③在雷電流通過建筑物的接地裝置流入地下時，如何防止高電位反擊。
　　④如何防止通過金屬線路引入雷電高電壓，防止擊壞用電設備和通信器材。
　　（一）接閃器的設計
　　（1）接閃器的設計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設計。對于全戶內變電站，由于只有一座綜合樓，完全滿足《建筑物防雷設計規范》第三類建筑防雷設計，應使用滾球法。
　　但對于半戶內變電站，除了建筑物按第三類建筑防雷設計以外，由于主變及主變構架均為裸露，依據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》的要求，主變構架上不應設置避雷裝置，因此，保護主變的防雷針一般情況設置在與主變緊鄰的樓頂上。在這種情況下，應考慮不同的避雷針高度采用不同的設計方法。根據以往的經驗及查核相關的資料，比較折線法與滾球法的區別如下（按第三類建筑防雷）：當避雷針的高度h≤24米時，折線法比滾球法的保護范圍要小；當h≥24米時，滾球法比折線法的保護范圍要小。因此，設計應根據避雷針的高度利用對應的方法，以便使設備的防雷設計處于較為苛刻的條件下。
　　（2）接閃器的選擇。依據《建筑物防雷設計規范》的第三類建筑防雷設計，接閃器的選擇應為建筑物上的避雷帶（網）或避雷針或由這兩種的接閃器的組合接閃器。而依據《全國民用建筑工程設計技術措施-2009》的要求，除規范要求的接閃器外，還可以利用屋頂上的永久性金屬物、混凝土構件內鋼筋。設計可根據屋面的情況，利用避雷帶（網）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件內鋼筋作為接閃器，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，其網格不大于20m*20m或24m*16m。
　　（二）接地網的設計
　　（1）對于小型化變電站來說，應首先考慮地網采用銅材，其原因是考慮將來檢修地網時，挖開小型化變電站的地網是十分困難的，因此考慮利用抗腐蝕性強一點的材料是利于地網的長久安全運行。
　　（2）變電站的接地設計的一般方法可按DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》規范中均有計算方法。本文只對高土壤電阻率地區的地網相關的降阻措施進行敘述。
　　①對于高土壤電阻率的地網，地網應考慮使用雙層地網。其中下層地網應考慮放置在含水量高一些的深度，兩層地網之間應有多點連接（不小于4點），兩層地網之間的距離應有不小于5米的距離，此值為經驗值，由于目前沒有相關的標準與規范核實其合適的距離，為減小屏蔽效應，兩網之間應盡可能離開。
　　②若地質十分惡劣，地網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大散流面積。由于垂直深井或斜井方法在施工技術方面有較大差異，一般來說，斜井的施工技術要求較高。設計應根據站址的地質情況選用，即若站址深層的地下水較為豐富應選用垂直深井，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電體打到周邊的含水地區。
　　③若站址處于花崗巖等非常高電阻率地區，可使用高科技產品等離子接地極及降阻劑，進一步降低地網導體周圍土壤的電阻率。其中等離子接地極應與深井配合使用，降阻劑應敷設在水平接地網的導體周圍。此方法的最終的效果只是加大散流導體的截面，對地網本身的散流效果影響不大。本文推薦在使用第①點與第②點方法的情況下，第③點的方法配合使用。
　　（3）地網的接地電阻應滿足：R≤2000/I（式1）
　　式中：R－考慮到季節變化的最大接地電阻，Ω。I－計算用的流經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，具體的計算如下：Ri=1/η1[｛（R1/N1）*R2｝/｛（R1/N1）+R2｝]
　　式中：Ri－地網的沖擊電阻；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－垂直接地極數量；η1－垂直接地極沖擊利用系數。
　　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－水平接地極數量；η2－水平接地極沖擊利用系數。
　　（三）在雷電流通過建筑物的接地裝置流入地下時，如何防止高電位反擊。
　　根據《建筑物防雷設計規范》的規定，為防止雷電流流經引下線和接地裝置時產生的高電位對附近金屬物或電氣線路的反擊，應考慮兩者之間的接地裝置是否連接，來決定兩者之間的空間距離。本文認為，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等電位體，金屬物或電氣線路與防雷裝置的接地裝置應共用。同時，小型化變電站的各層應形成一個法拉第籠結構的等電位體，如圖1所示。
　　
　　圖1
　　（1）地下地網一般距地面0.8米～0.9米左右，即地網離一層的樓板（為考慮防止發生沉降的現象，現在首層一般也做樓板）還有0.8米～0.9米左右距離，考慮加強均壓效果，應在一層的樓板加均壓網。
　　（2）均壓網的做法：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，為均壓網的有效性帶來潛在的威脅，另外建筑內的電氣接地往往需另外設置接地線并通過引下線與本層的均壓網連在一起，以達到等電位連接效果。②不用樓板的鋼筋作均壓，電氣專業另設置均壓網在樓板上，并兼做電氣設備的接地裝置。這種做法保證了均壓網施工的有效性，也做到防雷裝置與電氣設備的等電位連接，缺點是投資稍大。
　　從保證人身安全，設備安全的角度考慮，本文推薦按方法②設置均壓網。
　　(3)屋面避雷網的做法：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，兩者加起來厚度約60mm，若使用屋面樓板的鋼筋做接閃器，會破壞防水層與隔熱層。因此本文考慮，應在防水層與隔熱層之上設置避雷網作為屋面的接閃器，其網格不大于20m*20m或24m*16m。避雷網應與屋面的避雷帶、避雷針、均壓網及其它固定金屬物連在一起經引下線與地網連接。
　　(4)引下線的做法：按照《建筑物防雷設計規范》與《全國民用建筑工程設計技術措施-2009》的要求，引下線均可利用柱內的鋼筋。本文考慮到均壓網推薦利用電氣專業布置的專用均壓網，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）如何防止通過金屬線路引入雷電高電壓，防止擊壞用電設備和通信器材。
　　在《建筑物防雷設計規范》中關于防止雷電波侵入的措施中對電纜進出線、低壓架空進出線及進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、結束語
　　綜上所述，上述的防雷接地做法均為本人根據相關的規程規范及在工程設計的經驗編制而成。小型化變電站的防雷接地是保證站內設備安全運行的重要因素，要把防雷接地做好，必須把站址的地質情況了解清楚，把防雷措施做足，把接地做細。
　　參考文獻
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　　【2】DL/T621-1997交流電氣裝置的接地，02～05
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　　【4】住房和城鄉建設部工程質量安全監管司編著，《全國民用建筑工程設計技術措施（電氣）-2009》中國建筑標準設計研究院出版，中國計劃出版社，171～191
　　【5】蘇邦禮等編著，《雷電與避雷工程》中山大學出版社出版，45～102