變電站防雷與接地

1、1變電站防雷與接地2主要內容w第一節(jié) 接地概述w第二節(jié) 雷電的形成及危害w第三節(jié) 防雷裝置w第四節(jié) 輸電線路和變電所防雷w第五節(jié) 工廠供電系統(tǒng)的防雷w第六節(jié) 建筑配電系統(tǒng)的防雷3第一節(jié) 接地概述w一、工作接地w二、保護接地w三、防雷接地4一、工作接地w電力系統(tǒng)的中性點是指星形連接的變壓器或發(fā)電機的中性點。工作接地指電力系統(tǒng)中性點接地方式，也就是常說的電力系統(tǒng)中性點運行方式。w我國電力系統(tǒng)中普遍采用的中性點運行方式：中性點直接接地、中性點不接地、中性點經消弧線圈接地等三種。 5 1、中性點直接接地電力系統(tǒng) 主要優(yōu)點是：單相接地時，其中性點電位不變，非故障相對地電壓接近于相電壓（可能略有增大），因

2、此降低了電力網絕緣的投資，而且電壓越高，其經濟效益也越大。6w2、中性點不接地電力系統(tǒng) 主要優(yōu)點是運行可靠性高。單相接地時，不能構成短路回路，接地相電流不大，電力網線電壓的大小和相位關系仍維持不變，但非接地相的對地電壓升為線電壓。 7w3、中性點經消弧線圈接地電力系統(tǒng) 當中性點不接地系統(tǒng)單相接地電流較大時，可采用中性點經消弧線圈接地。根據消弧線圈的電感電流對接地電容電流補償程度，有三種補償方式：（1）全補償；（2）欠補償；（3）過補償。 8二、保護接地二、保護接地w1、人體的觸電w2、保護接地的作用 作用如下圖所示：9w3對接地裝置接地電阻值的要求 單相接地時，接地網電壓規(guī)定不得超過2000V

3、，其接地裝置的接地電阻為2000EERI當接地裝置僅用于高壓設備時，規(guī)定接地電壓不得超過250V，即250EERI10w當接地裝置為高低壓設備共用時，考慮到人與低壓設備接觸的機會更多，規(guī)定接地電壓不得超過120V，即120EERI1000V以下中性點直接接地系統(tǒng)的接地電阻一般不宜大于4；當變壓器容量不超過100kVA時，中性點接地裝置的接地電阻可不大于10。1000V以下中性點不接地系統(tǒng)的接地電阻一般不應大于10。11w4跨步電壓 當人在分布電壓區(qū)域內跨開一步，兩腳間（相距0.8m）所承受的電壓稱為跨步電壓。 在大接地短路電流系統(tǒng)中， 2500.25touUt250sUt在小接地短路電流系統(tǒng)中

4、， 500.25touU500.2sU12w5保護接零 在中性點直接接地的三相四線制380/220V電力網中，保證維護安全的方法是采用保護接零，即將用電設備的金屬外殼與電源（發(fā)電機或變壓器）的接地中性線作金屬性連接，并要求供電給用電設備的線路，在用電設備一相碰殼時，能夠在最短的時限內可靠地斷開。 13w保護接地和保護接零的適用范圍如下：（1）額定電壓為1000V及以上的高壓配電裝置中的設備，在一切情況下均應采用保護接地。（2）額定電壓為1000V以下的低壓配電裝置中的設備，在中性點不接地電網中，應采用保護接地；在中性點直接接地的電網中，應采用保護接零。在沒有中性線的情況下，亦可采用保護接地。1

5、4三、防雷接地三、防雷接地w這是針對防雷保護的需要而設置，目的是減小雷電流通過接地裝置時的地電位升高。主要特點是雷電流的幅值大和雷電流的等值頻率高。15w1、輸電線路的防雷接地 高壓輸電線路在每一桿塔下一般都設有接地裝置，并通過引線與避雷線相連，其目的是使擊中避雷線的雷電流通過較低的接地電阻而進入大地。 高壓線路桿塔都有混凝土基礎，它也起著接地體的作用，稱為自然接地電阻。大多數情況下單純依靠自然接地電阻是不能滿足要求的，需要裝設人工接地裝置。 16w2、變電所的防雷接地 一般是根據安全和工作接地要求敷設一個統(tǒng)一的接地網，然后在避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷接地的要求。接地網的總接地電阻

6、可按下式估算：0.440.5( )RLSS17第二節(jié)第二節(jié) 雷電的形成及危害雷電的形成及危害w一、雷電的形成w二、雷電過電壓w三、雷電的危害18一、雷電的形成w雷電產生原因的解釋很多，現象也比較復雜。幾個主要名次如下：（1）雷云 （2）導電通道 （3）先導放電 （4）主放電階段（回擊放電） 19二、雷電過電壓二、雷電過電壓w雷電過電壓又稱為大氣過電壓或外部過電壓，它是由于變配電系統(tǒng)內的設備或建筑物遭受到來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。w雷電過電壓有兩種基本形式：一種是直擊雷或直接雷擊；另一種雷電過電壓稱為雷電感應或感應雷。20三、雷電的危害三、雷電的危害w1、雷電的熱效應和機械效應

7、遭受直接雷擊的樹木、電桿、房屋等，因通過強大的雷電流會產生很大的熱量，但在極短的時間內又不易散發(fā)出來，所以會使金屬熔化，使樹木燒焦。同時由于物體的水分受高熱而汽化膨脹，將產生強大的機械力而爆炸，使建筑物等遭受嚴重的破壞。21w2、雷電的磁效應 在雷電流通過的周圍，將有強大的電磁場產生，使附近的導體或金屬結構以及電力裝置中產生很高的感應電壓，可達幾十萬伏，足以破壞一般電氣設備的絕緣；在金屬結構回路中，接觸不良或有空隙的地方，將產生火花放電，引起爆炸或火災。22第三節(jié)第三節(jié) 防雷裝置防雷裝置w一、避雷針一、避雷針w二、避雷線（又稱架空地線）二、避雷線（又稱架空地線）w三、避雷器三、避雷器23一、避

8、雷針一、避雷針w1、用途 為了防止設備免受直接雷擊，通常采用裝設避雷針或避雷線的措施，避雷針高于被保護物，其作用是將雷電吸引到避雷針本身上來并安全地將雷電流引入大地，從而保護了設備。24w2、避雷針的保護范圍w（1）單支避雷針25按下式計算 ：()2(1.52)2xxxxxxhhrhhphhrhhp當時，當時，3015.530120hmphmph時，時，P計算如下：26w（2）雙支等高避雷針27w兩針外側的保護范圍可按單針計算方法確定，兩針間的保護范圍應按通過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧來確定，O點的高度按下式計算 07Dhhp截面中高度為hx的水平面上保護范圍的一側寬度可按下式計

9、算 ：01.5()xxbhh28w（3）兩支不等高避雷針 其保護范圍按下法確定，兩針內側的保護范圍先按單針作出高針1的保護范圍，然后經過較低針2的頂點作水平線與之交于點3，再設點3為一假想針的頂點，作出兩等高針2和3的保護范圍。兩針外側的保護范圍仍按單針計算。29二、避雷線（又稱架空地線）二、避雷線（又稱架空地線）w1、用途 避雷線主要用于保護線路，也可用以保護發(fā)電廠、變電所。w2、保護范圍 單根避雷線的保護范圍按下式計算：0.47()22xxxxxxhhrhhphhrhp當時，當時， （h-1.53 ）30w單跟避雷線保護范圍圖如下：31w雙跟避雷線保護范圍圖如下：32w外側的保護范圍應按單

10、線計算，兩線橫截面的保護范圍可以通過兩線1、2點及保護范圍上部邊緣最低點O的圓弧所確定，O點的高度應按下式計算。04Dhhp兩不等高避雷線的保護范圍可按兩不等高避雷針的保護范圍的確定原則求得。33三、避雷器三、避雷器w避雷器的作用是限制過電壓以保護電氣設備。避雷器的類型主要有保護間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器等幾種。保護間隙和管型避雷器主要用于限制大氣過電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進線段的保護。閥型避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護。 34w1、保護間隙與管型避雷器 保護間隙由兩個電極（即主間隙和輔助間隙）組成，常用的角型間隙及其與保護設備相并聯的接線如圖所示 35w管型避雷器

11、實質上是一種具有較高熄弧能力的保護間隙 ，原理結構見圖 ：36w2閥型避雷器 閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，基本元件為間隙和非線性電阻，間隙和非線性電阻元件（又稱閥片）相串聯。如圖所示： 37w3氧化鋅避雷器 氧化鋅避雷器，其閥片以氧化鋅為主要材料，附以少量精選過的金屬氧化物，在高溫下燒結而成。氧化鋅具有很理想的非線性伏安特性。如圖所示：38第四節(jié)第四節(jié) 輸電線路和變電所防雷輸電線路和變電所防雷w一、輸電線路的防雷w二、變電所防雷保護39一、輸電線路的防雷w1、架設避雷線w2、降低桿塔接地電阻w3、架設耦合地線w4、采用不平衡絕緣方式w5、裝設自動重合閘w6、采用消弧線圈接地方式w7、裝設管

12、型避雷器w8、加強絕緣40二、變電所防雷保護二、變電所防雷保護w1、引言 變電所遭受雷害可能來自兩個方面：雷直擊于變電所；雷擊線路，沿線路向變電所入侵的雷電波。對直擊雷的保護，一般采用避雷針或避雷線。由于線路落雷頻繁，所以沿線路入侵的雷電波是變電所遭受雷害的主要原因。其主要防護措施是在變電所內裝設閥型避雷器以限制入侵雷電波的幅值 。41w2、變電所的直擊雷保護 為了防止雷直擊于發(fā)電廠、變電所，可以裝設避雷針，應該使所有設備都處于避雷針保護范圍之內，此外，還應采取措施，防止雷擊避雷針時的反擊事故。w3、變電所內閥型避雷器的保護作用 變電所內必須裝設閥型避雷器以限制雷電波入侵時的過電壓，這是變電所

13、防雷保護的基本措施之一。 42w4、變電所進線段的保護 變電所進線段保護的作用在于限制流經避雷器的雷電流和限制入侵波的陡度。w5、三相繞組變壓器的防雷保護 當變壓器高壓側有雷電波入侵時，通過繞組間的靜電和電磁耦合，在其低壓側也將出現過電壓。為了限制這種過電壓，只要在任一相低壓繞組直接出口處對地加裝一個避雷器即可，中壓繞組雖也有開路的可能，但其絕緣水平較高，一般不裝。 43第五節(jié)第五節(jié) 工廠供電系統(tǒng)的防雷工廠供電系統(tǒng)的防雷w一、架空線路的防雷w二、工廠變電所的防雷w三、廠建筑物低壓進線對高電位引入的防護44一、架空線路的防雷w工廠供電系統(tǒng)又不同于一般輸電線路，它是電力系統(tǒng)的負荷末端，又具有自己的

14、特點，諸如：（1）一般廠區(qū)架空線路都在35kV以下 （2）配電網絡一般不長 （3）對重要負荷的工廠較易實現雙電源供電和自動重合閘裝置 45w對35kV線路可以采用以下的防雷保護措施：（1）架空線路應增加絕緣子個數，采用較高等級的絕緣子，或頂相用針式而下面兩相改用懸式絕緣子，提高反擊電壓水平。（2）部分架空線裝設避雷線。（3）改進桿塔結構，譬如當應力運行時，可以采用瓷橫擔等。（4）減少接地電阻，以及采用拉線減少桿塔電感。（5）采用電纜供電。 而對610kV架空線，不須裝設避雷線，防雷方式可利用鋼筋混凝土的自然接地，必要時可采用雙電源供電和自動重合閘。46二、工廠變電所的防雷二、工廠變電所的防雷w

15、裝設避雷針或避雷線對直擊雷進行防護，是非常可靠的。由于線路落雷次數多，所以沿線路侵入雷電波所形成的雷害事故相對比較頻繁，這一方面主要依靠設置閥式避雷器來保護。對直擊雷和線路侵入沖擊波的防護應考慮： （1）對直擊雷的防護 ；（2）對線路侵入沖擊波的防護； （3）變電所防雷的進線段保護。 47三、廠建筑物低壓進線對高電三、廠建筑物低壓進線對高電位引入的防護位引入的防護w建筑物低壓進線對高電位引入的防護方法較多，現僅列出以下的兩個方面：（1）架空線進線的處理；（2）采用電纜段進線。 48第六節(jié)第六節(jié) 建筑配電系統(tǒng)的防雷建筑配電系統(tǒng)的防雷w一、建筑物的防雷分級w二、年平均雷暴日數和年預計雷擊次數w三、

16、民用建筑防直擊雷的措施和裝置w四、防止雷電波侵入的措施w五、高層建筑的防雷49一、建筑物的防雷分級w建筑物根據其重要性、使用性質、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類： w1、一類防雷建筑物 如制造、使用或貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質的建筑物等 50w2、二類防雷建筑物 如國家級重點文物保護的建筑物，國家級的會堂、辦公建筑物、大型博覽展覽建筑物、大型火車站、國賓館、國家級檔案館等。w3、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 ，省級辦公建筑物及其他總要或人員密集的公共建筑物等。 51二、年平均雷暴日數和年預計雷二、年平均雷暴日數和年預計雷擊次數擊次數w民

17、用建筑的防雷措施，原則上是以防直擊雷為主要目的，防止直擊雷的裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。w1、接閃器 接閃器包括直接接受雷擊的避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網，以及用作接閃的金屬屋面和金屬構件等。接閃器總是高出被保護物的，是與雷電流直接接觸的導體。52w2、引下線 引下線是連接接閃器和接地裝置的金屬導線，其作用是將接閃器與接地裝置連接在一起，使雷電流構成通路。 w3接地裝置 接地裝置是接地體和接地線的總和。接地體是埋入土壤中或混凝土基礎中作散流作用的導體，包括垂直接地體和水平接地體兩部分。接地線是指從引下線到斷線卡或換線處至接地體的連接導體，應與水平接地體等截面。 53四、防止

18、雷電波侵入的措施四、防止雷電波侵入的措施w雷電波的侵入，是由于雷電對架空線路或金屬管道的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內危及人身安全或損壞設備。 w對于一類防雷建筑物，為防止雷電波侵入應采取如下措施：低壓電纜宜全線采用電纜直接埋地敷設，并在入戶端將電纜的外皮、鋼管接到防雷電感應的接地裝置上。 54w對于二類防雷建筑物其防雷電波侵入的措施，應符合下列要求：（1）當全線路采用埋地電纜或敷設在架空線槽內的電纜引入時，在進戶端應將電纜金屬外皮、金屬線槽接地； （2）架空和直埋接地的金屬管道在進入建筑物處應就近與防雷的接地裝置相連；當不相連時，架空管道應接地，其接地沖擊電阻不應大于10。55w對于三類防雷建筑物其防雷電波侵入的措施，應符合下列要求：對電纜進出線，應在進出端將電纜的金屬外皮、鋼管等與電氣設備接地相連。對低壓架空進出線，應在進出處裝設避雷器，并將其與絕緣子鐵腳、金具連接在一起接地，其沖擊接地電阻不宜大于30。56五、高層建筑的防雷五、高層建筑的防雷w一類建筑和二類建筑中的高層民用建