110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范

kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范范圍本文件規(guī)定了110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站（以下簡稱“金屬結(jié)構(gòu)變電站”）雷電防護(hù)設(shè)計(jì)的總體要求、直擊雷防護(hù)、雷擊電磁脈沖防護(hù)。本文件適用于新建110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護(hù)設(shè)計(jì)。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T21431建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范GB/T37047—2022基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則GB/T50064—2014交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范GB/T50065—2011交流電氣裝置接地設(shè)計(jì)規(guī)范術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。

全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站indoorpowersub-stationswithmetalstructure屋面、梁、柱、墻體等主體結(jié)構(gòu)采用金屬預(yù)制件裝配而成，主變及配電裝置均在戶內(nèi)布置的變電站。

雷擊電磁脈沖lightningelectromagneticimpulse；LEMP雷電流經(jīng)電阻、電感、電容耦合產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，包含閃電電涌和輻射電磁場。[來源：GB50057—2010，2.0.25]

強(qiáng)雷區(qū)severekeraunicregion近5年年平均地閃密度超過7.98次/（km2·a）的地區(qū)。[來源：GB/T50064—2014，2.0.9，有修改]共用接地系統(tǒng)commonearthingsystem將防雷系統(tǒng)的接地裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護(hù)線（PE）、等電位連接端子板或連接帶、設(shè)備保護(hù)地、屏蔽體接地、防靜電接地、功能性接地等連在一起構(gòu)成的接地裝置。[來源：GB/T19663—2022，5.2.27]

沖擊接地電阻impulseearthingresistance根據(jù)通過接地極流入地中沖擊電流求得的接地電阻（接地體上對地電壓的峰值與電流峰值之比）。[來源：GB/T50065—2011，2.0.15]

雷電防護(hù)區(qū)lightningprotectionzone；LPZ規(guī)定雷電電磁環(huán)境的區(qū)域，又稱防雷區(qū)。注1：LPZ可分為LPZ0A、LPZ0B、LPZ1、LPZ2……、LPZn區(qū)。注2：雷電防護(hù)區(qū)的區(qū)界面不一定是實(shí)物界面。[來源：GB/T19663—2022，5.1.1，有修改]

無間隙金屬氧化物避雷器metal-oxidesurgearresterwithoutgaps由裝在具有電氣和機(jī)械連接端子外套中的非線性金屬氧化物電阻片串聯(lián)和（或）并聯(lián)組成且無并聯(lián)或串聯(lián)放電間隙的避雷器。[來源：GB/T11032—2020，3.1]總體要求金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)做到安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理。金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)采取直擊雷防護(hù)措施和雷擊電磁脈沖防護(hù)措施。金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護(hù)措施應(yīng)按第二類防雷建筑物設(shè)計(jì)。金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其所在地的雷電活動頻次和土壤電阻率情況，處于強(qiáng)雷區(qū)且土壤電阻率較高（XX地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時應(yīng)區(qū)別制定雷電防護(hù)設(shè)計(jì)方案。地閃密度應(yīng)按照GB/T37047—2022第4.2條的要求進(jìn)行計(jì)算。土壤電阻率應(yīng)按照GB/T21431中附錄B的要求進(jìn)行測量。直擊雷防護(hù)接閃器金屬結(jié)構(gòu)變電站宜利用其金屬屋面作為自然接閃器。金屬屋面作為自然接閃器時，可由多塊金屬板拼接而成，板間應(yīng)確保電氣貫通，屋面整體過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。當(dāng)采用卷邊壓接時，無被覆層的裸露金屬板壓接接觸長度應(yīng)不小于30mm，連接方式可參照附錄A。金屬屋面作為自然接閃器時，金屬板材質(zhì)符合以下要求：銅板厚度應(yīng)不小于0.7mm，鐵板厚度應(yīng)不小于0.8mm，鋁板厚度應(yīng)不小于0.9mm，鋅板厚度應(yīng)不小于1mm，典型材質(zhì)雷電流熱效應(yīng)理論計(jì)算過程見附錄B；采用其它金屬或合金材料宜開展直擊雷電流沖擊試驗(yàn)以確定厚度（試驗(yàn)方案可參見附錄C），或厚度不小于1.1mm；金屬板宜采用雙層結(jié)構(gòu)；金屬板應(yīng)無絕緣被覆層。薄的油漆保護(hù)層或1mm厚瀝青層或0.5mm厚聚氯乙烯層不屬于絕緣被覆層。金屬屋面作為自然接閃器時，突出屋面的天線、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、水箱等部件應(yīng)增設(shè)接閃器并在其保護(hù)范圍內(nèi)。增設(shè)的接閃器與金屬屋面之間的過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。處于強(qiáng)雷區(qū)且土壤電阻率較高（XX地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時，金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)在屋面專門設(shè)置接閃器，且接閃器應(yīng)與金屬屋面采取絕緣措施。專門設(shè)置接閃器時符合以下要求：宜采用接閃帶形式，其規(guī)格要求應(yīng)符合表1；接閃器的材質(zhì)規(guī)格要求材料結(jié)構(gòu)最小截面（mm2）備注銅單根扁銅50厚度2mm單根圓銅50直徑8mm鍍錫銅a單根扁銅50厚度2mm單根圓銅50直徑8mm鋁單根扁鋁70厚度3mm單根圓鋁50厚度8mm熱浸鍍鋅鋼b單根扁鋼50厚度2.5mm單根圓鋼50直徑8mm不銹鋼c單根扁鋼50厚度2mm單根圓鋼50直徑8mma熱浸或電鍍錫的錫層最小厚度為1μm;b熱浸鍍鋅鋼的鍍鋅層應(yīng)光滑連貫、無焊劑斑點(diǎn)，圓鋼鍍層含量至少22.7g/m2，扁鋼鍍層含量至少32.4g/m2；c不銹鋼中鉻含量大于等于18%，鎳大于等于8%，碳小于等于0.08%。接閃帶應(yīng)每隔不大于1m設(shè)固定支架，轉(zhuǎn)角處應(yīng)每隔不大于0.5m設(shè)固定支架，支架高度應(yīng)不小于150mm，支持固定卡宜采用不小于Φ12的鍍銅鋼，并應(yīng)能承受49N以上垂直拉力；接閃帶、接閃網(wǎng)應(yīng)在屋面組成不大于10m×10m或12m×8m的網(wǎng)格；突出屋面的天線、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管、水箱等金屬部件應(yīng)在接閃器保護(hù)范圍內(nèi)。引下線金屬結(jié)構(gòu)變電站宜利用其金屬框架結(jié)構(gòu)作為自然引下線。利用金屬框架結(jié)構(gòu)作為自然引下線時，變電站金屬結(jié)構(gòu)柱、梁、金屬屋面、墻面等金屬構(gòu)件之間均應(yīng)可靠電氣貫通，可采用焊接、縫接、壓接等連接方式，連接點(diǎn)距離應(yīng)不大于18m，其過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。處于強(qiáng)雷區(qū)且土壤電阻率較高（XX地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時，金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)專門設(shè)置引下線。引下線應(yīng)不少于2根，沿變電站四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距沿周長計(jì)算應(yīng)不大于18m。引下線與變電站金屬結(jié)構(gòu)（包括屋面、框架、墻面、管線等）應(yīng)采用1.2/50?沖擊電壓100kV的絕緣層隔離，宜于裝配式墻板間空腔內(nèi)敷設(shè)。引下線材質(zhì)規(guī)格應(yīng)符合表2的規(guī)定。引下線的材質(zhì)規(guī)格要求材料結(jié)構(gòu)最小截面（mm2）備注熱浸鍍鋅鋼a單根扁鋼50厚度2.5mm不銹鋼b單根扁鋼50厚度2mm單根圓鋼50直徑8mm鍍銅鋼單根圓鋼50直徑8mm，鍍銅厚度不小于70μm單根扁鋼50厚度2.5mm，鍍銅厚度不小于70μma熱浸鍍鋅鋼的鍍鋅層應(yīng)光滑連貫、無焊劑斑點(diǎn)，圓鋼鍍層含量至少22.7g/m2，扁鋼鍍層含量至少32.4g/m2；b不銹鋼中鉻含量大于等于18%，鎳大于等于8%，碳小于等于0.08%。防雷接地采用金屬屋面和金屬框架結(jié)構(gòu)作為接閃器和引下線時，宜就近與變電站主接地網(wǎng)連接，接地系統(tǒng)布置樣圖參見附錄D中圖D.1。專門設(shè)置接閃器和引下線時，引下線接地點(diǎn)應(yīng)外引至變電站接地網(wǎng)的最外側(cè)，并在連接處加裝垂直接地極，引下線接地點(diǎn)與35kV以下電氣設(shè)備的接地點(diǎn)間沿接地體的長度應(yīng)不小于15m，接地系統(tǒng)布置樣圖參見附錄D中圖D.2。金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)，采用大地網(wǎng)測試儀測得的接地電阻應(yīng)滿足式（1）。 （AUTONUM）式中：R——考慮季節(jié)變化的最大接地電阻，單位：歐姆（Ω）IG——經(jīng)接地網(wǎng)入地的最大故障電流有效值，單位：安培（A），按GB/T50065—2011中附錄B計(jì)算。電纜接地線應(yīng)采用銅絞線或鍍錫銅編織線與電纜屏蔽層連接，其截面積應(yīng)符合表3的要求，銅絞線或鍍錫銅編織線應(yīng)加包絕緣層。電纜接地線規(guī)格要求電纜截面積（mm2）接地線截面積（mm2）S≤16不小于電纜芯線截面積16＜S≤120≥16S≥150≥25雷擊電磁脈沖防護(hù)金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護(hù)區(qū)劃分應(yīng)符合GB50057—2010中第6.2條的規(guī)定。400V及以下低壓電纜、控制電纜穿越雷電防護(hù)區(qū)時，其屏蔽層應(yīng)在雷電防護(hù)區(qū)交界面處作等電位連接，其過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。金屬結(jié)構(gòu)變電站的窗宜敷設(shè)不大于200mm×200mm的金屬網(wǎng)格，并與變電站框架結(jié)構(gòu)作可靠電氣連接。進(jìn)入變電站的供配電線纜及其它金屬線纜宜采用穿金屬管埋地敷設(shè)，其金屬屏蔽層、金屬管在入口處應(yīng)就近可靠接地。架空線路進(jìn)入變電站時應(yīng)在進(jìn)線端加裝無間隙金屬氧化物避雷器，其接地端應(yīng)與電纜的金屬外皮連接，選型及安裝位置應(yīng)符合GB/T50064—2014第5.4.13條的規(guī)定。

（資料性）

屋面金屬板壓接圖例金屬結(jié)構(gòu)變電站屋面由多塊金屬板壓接時，連接方式可參照圖A.1。屋面金屬板壓接圖例

（資料性）

典型材質(zhì)雷電流熱效應(yīng)理論計(jì)算當(dāng)雷電擊中金屬屋面時，雷電流電弧底部產(chǎn)生大量的熱量作用于金屬表面，造成屋面材料熔化、氣化?？蓪⒃撨^程的熱效應(yīng)簡化處理為：電弧底部的能量轉(zhuǎn)換由電荷與電壓降的乘積產(chǎn)生。該過程中電壓降一般作常數(shù)，因而電弧底部的能量轉(zhuǎn)換主要與雷電流電荷有關(guān)。假設(shè)該能量未被傳遞，只用于熔化金屬，導(dǎo)致熔化的體積可如式（B.1）計(jì)算： ??????????????????????????.????????4 （B.1）式中，V為熔化的體積（mm3）；Ua，c為電壓降（V）；QUOTEQ為雷電流電荷量（C）；γ為材料密度（kg/m3）；Cw為熱容量[J/（kg·K）]；θs為熔點(diǎn)（℃）；θu為環(huán)境溫度（℃）；Cs為熔化潛熱（J/kg）。根據(jù)GB50057-2010第4.1.4條，雷擊點(diǎn)加熱面積的直徑一般為50～100mm，對應(yīng)加熱面積為1963～7854mm2。當(dāng)在雷電流注入電弧觸點(diǎn)的能量一定時，加熱點(diǎn)面積越小，金屬板熔化的厚度越深，為了計(jì)算最大熔化深度，此處計(jì)算選取加熱面積最小值1963mm2。將上述選取的數(shù)值依次代入式（B.1）和（B.2）中，即可計(jì)算得到雷擊金屬板時的熔化厚度： ??????????????????????????.????????4 （B.2）式中，H為熔化厚度（mm）；S為雷電流電弧加熱點(diǎn)面積（mm2）。雷電流分別取100kA和150kA，根據(jù)GB50057—2010中表F.0.1-4，上述電流值的長時間閃擊分別攜帶電荷100C和150C電荷，代入計(jì)算典型金屬材料熔化厚度如表B.1。由于該算法假設(shè)弧底產(chǎn)生的所有能量只用于金屬熔化，未考慮能量耗散，因此其估算的熔化體積和厚度大于實(shí)際值，計(jì)算結(jié)果明顯偏于安全側(cè)。典型金屬材料熔化厚度金屬材質(zhì)雷電流幅值（kA）熔穿厚度（mm）鋁1000.581500.87銅1000.451500.67鋅1000.621500.93

（資料性）

金屬屋面直擊雷電流沖擊試驗(yàn)方案為了模擬雷電流擊中金屬屋面產(chǎn)生的電弧對屋面金屬板的熱效應(yīng)，可采用如圖C.1所示的試驗(yàn)方案。試驗(yàn)方案布置圖本方案中，10/350?沖擊電流發(fā)生裝置作為電流源，當(dāng)沖擊電流發(fā)生裝置產(chǎn)生脈沖電流時，脈沖電流通過導(dǎo)流條進(jìn)入放電探針，放電探針靠近待測試金屬板樣品，當(dāng)放電探針尖端電場達(dá)到空氣擊穿電場時，放電探針向樣品放電。試驗(yàn)通過不同幅值脈沖電流，檢驗(yàn)金屬屋面耐受沖擊電流的能力。試驗(yàn)中，為獲得實(shí)際電流幅值，利用電流探頭和示波器對放電電流進(jìn)行采集；為觀察試驗(yàn)過程，采用視頻記錄設(shè)備對放電探針作用點(diǎn)進(jìn)行拍攝。主要試驗(yàn)設(shè)備見表C.1。主要試驗(yàn)設(shè)備序號設(shè)備名稱參數(shù)指標(biāo)1沖擊電流發(fā)生器輸出波形符合GB18802.1-2011規(guī)定的10/350?雷電流波形要求；10/350?波形空載放電電流不小于50kA2數(shù)顯卡尺（0-150）mm3數(shù)字示波器帶寬不小于100MHz；垂直靈敏度不小于2mV-5V/div

（資料性）

接地系統(tǒng)布置樣圖采用金屬屋面和金屬框架結(jié)構(gòu)作為接閃器和引下線時，就近接地系統(tǒng)可參照圖D.1布置。專門設(shè)置接閃器和引下線時，外引接地系統(tǒng)可參照圖D.2布置。就近接地系統(tǒng)樣圖外引接地系統(tǒng)樣圖參考文獻(xiàn)[1]GB/T11032—2020交流無間隙金屬氧化物避雷器[2]GB/T17949.1—2000接地系統(tǒng)的土壤電阻率、接地阻抗和地面電位測量導(dǎo)則