1 雷云的形成和雷電發(fā)展

雷電是大氣中自然放電現(xiàn)象，一般叫閃電，它的形狀分為線狀、帶狀、片狀和球狀。按空間位置可分為雷云之間和雷云對大地之間兩類。前者發(fā)生在高空，對人類危害較小，后者為發(fā)生在雷云對大地間的落地雷，尤其是負(fù)極性落地雷，對人體和設(shè)備危害最大，是造成煤礦變電所雷擊事故的主要來源。雷電與雷云的存在分不開，在天氣悶熱時(shí)，熱空氣上升到高空遇到冷空氣，水蒸汽結(jié)成水滴，在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，與繼續(xù)上升的熱空氣發(fā)生碰撞出現(xiàn)水滴分離形成微細(xì)水滴，這些水滴隨風(fēng)吹聚形成帶負(fù)電的雷云，雷云是產(chǎn)生雷電放電的前提。負(fù)極性的落地雷的發(fā)展可分為以下三個(gè)階段。

1．1 先導(dǎo)放電

當(dāng)天空中有帶負(fù)電電荷的雷云時(shí)，由于感應(yīng)作用，地面和地面物體都帶上正電荷，雷云中某處電荷較多就使該處附近電場強(qiáng)度增大，增大到一定值時(shí)，就使空氣絕緣被破壞，開始出現(xiàn)游離，形成先導(dǎo)放電通路，方向從雷云向大地逐級發(fā)展（放電速度約數(shù)10km/s），向下發(fā)展到一定高度時(shí)，地面物體可能產(chǎn)生向上的先導(dǎo)，它影響下行先導(dǎo)的發(fā)展方向和雷擊點(diǎn)的方位。

1．2 主放電

下行先導(dǎo)的極高電位和上行先導(dǎo)的感應(yīng)電荷與大地距離較小，在電場強(qiáng)度足夠大時(shí)，就使剩余的空氣隙被擊穿，游離出來的電子很快流入大地，大量地面電荷迅速?zèng)_向雷云，就會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的光亮和巨大的雷聲。主放電電流極大，大多數(shù)雷電流瞬間幅值約數(shù)10kA，少數(shù)可達(dá)數(shù)百千安。劇變的雷電流產(chǎn)生過渡過程，形成雷電沖擊波，使雷擊點(diǎn)周圍的磁場出現(xiàn)很大的變化。雖然主放電時(shí)間只有幾十微秒，但破壞作用極大，造成人畜傷亡、建筑物和設(shè)備損壞及引起火災(zāi)。

1．3 余輝放電

主放電后，雷云中的剩余電荷按通路持續(xù)流入大地，形成余輝放電，放電電流隨時(shí)間的延長而快速減小，只需幾毫秒放電就結(jié)束了。在存在多個(gè)雷云中心時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)重復(fù)放電，只是放電電流小多了。

2 雷電活動(dòng)規(guī)律和雷電流幅值概率

人們在長期實(shí)踐中總結(jié)出雷電活動(dòng)的規(guī)律。按地理環(huán)境的分布規(guī)律是：山區(qū)和熱而潮濕的地區(qū)雷暴高于平原和冷而干燥的地區(qū)，內(nèi)陸多于沿海。按地質(zhì)條件易遭雷擊的地點(diǎn)為：土壤電阻小，地表土壤中粘土電導(dǎo)率高；地下埋有金屬礦床等；高聳突出或孤立的建筑物；高壓輸電線路轉(zhuǎn)角等。雷電活動(dòng)時(shí)間大多在白天下午1至9時(shí)，雷暴的高峰月為七八月。

3 變電所雷擊類型及防雷的首要任務(wù)

煤礦變電所遭受雷擊事故的類型分為三類：一是輸電線路受雷擊時(shí)沿線路向變電所入侵的雷電波；二是雷擊輸電線路附近地面的感應(yīng)雷；三是雷直擊變電所內(nèi)線路和設(shè)備的直擊雷。雷電波與感應(yīng)雷的陡度大、幅值高，危害嚴(yán)重，不采用防雷措施就使變電所的電器設(shè)備絕緣擊穿。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國110~220kV的變電所因雷電波引起的事故率約0.5次/百所.年，直配電機(jī)的損壞率約1.25次/百所.年。

變電所防范雷電波和感應(yīng)雷是防雷的首要任務(wù)，對直擊雷要采取合理的防雷措施，對高壓輸電線路要用耐雷水平和雷擊跳閘率來衡量防雷性能優(yōu)劣，確保煤礦變電所安全正常運(yùn)行。

4 煤礦變電所對直擊雷的防護(hù)措施

變電所防護(hù)直擊雷的有效措施就是在變電所安裝避雷裝置。避雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。接閃器采用避雷針、帶、線和網(wǎng)。引下線要保證接閃器與大地間有良好連接，接地裝置的電阻應(yīng)不大于10Ω。

在避雷針高于被保護(hù)設(shè)備時(shí)，它的保護(hù)范圍包括變電所廠房及室外所有設(shè)備。避雷針就像一把傘，只要把被保護(hù)設(shè)備置于傘蓋的范圍內(nèi)，它就能將雷電吸引到自身上，就能把極大的雷電流通過引下線引入地下的接地裝置，盡快散逸到大地并與異種電荷中和，可以保護(hù)設(shè)備雷擊概率小于0.1%。要防止它們之間造成反擊事故。在采用滾球法計(jì)算時(shí)，避雷針保護(hù)范圍縮小，可在建筑物上安裝避雷帶（網(wǎng)）。

5 煤礦變電所對雷電波的防護(hù)措施

5．1 變電所內(nèi)防護(hù)雷電波措施

變電所內(nèi)的主變電壓最重要，應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)。利用變電所母線安裝閥型避雷器，把它接在主變壓器旁邊。在雷電波入侵到主變壓器時(shí)，產(chǎn)生全反射使它們身上的電壓升高，雷電波電壓曲線與閥型避雷器的較平坦的伏秒特性相交，使避雷器動(dòng)作。對有正常防雷的110~220kV變電所，流過避雷器的雷電流不大于5kA，在主變壓器沖擊耐壓大于避雷器沖擊放電電壓時(shí)，主變壓器得到可靠保護(hù)。要選擇好安裝避雷器的位置，它與主變壓器及其它設(shè)備的距離都應(yīng)小于最大允許電氣距離。一組不滿足要求時(shí)可再增一組。

5．2 輸電線路防護(hù)雷電波措施

35~110kV無避雷線的輸電線路，當(dāng)進(jìn)線段遭雷擊時(shí)，雷電波的幅值和陡度會(huì)超過變電所設(shè)備的耐壓值。在接近變電所1~2km的進(jìn)線段處安裝避雷線就能降低雷電波的陡度，限制流過變電所閥型避雷器中的雷電流不大于5kA，使進(jìn)線段內(nèi)出現(xiàn)雷電波的概率大為減小，即使出現(xiàn)也只能在進(jìn)線段外。對重雷區(qū)及雨季經(jīng)常合閘的情況，還應(yīng)該在進(jìn)線段保護(hù)的首端各安裝一組管型避雷器。

5．3 各種變壓器防護(hù)雷電波措施

（1） 三相繞組變壓器只須在低壓繞組某相出口處加裝一只避雷器；

（2） 自耦變壓器可在高壓、中壓側(cè)與斷路器之間各安裝一組避雷器；

（3） 35kV變壓器中性不用保護(hù)，110kV變壓器中性接避雷器；

（4） 3~10kV配電變壓器采用閥型避雷器，對多雷區(qū)還要在低壓側(cè)安裝一組氧化鋅避雷器。

5．4 直配電機(jī)防護(hù)雷電波措施

在每臺(tái)電機(jī)出線的母線處安裝一組磁吹避雷器，再采用進(jìn)線段保護(hù)措離來限制流入磁吹避雷器中的雷電流不大于3kA；在電機(jī)母線上安裝電容器，也能限制雷電波陡度，降低幅值，保護(hù)直配電機(jī)匝間及中性點(diǎn)絕緣。

（白安林 任建華）