【正文】 蘭州交通大學(xué) 成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目 牽引變配電所的防雷 專(zhuān) 業(yè) 電氣化鐵道技術(shù) 班 級(jí) 電氣化 1 3 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2021年 10 月 摘 要 電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)和生活對(duì)電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了越來(lái)越高的要求。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供 應(yīng)用 ；電能的輸送的分配既簡(jiǎn)單 經(jīng)濟(jì) ，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化；電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。 變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。工廠變電站，在工廠電力系統(tǒng)中起著匯聚和分配電能的作用，擔(dān)負(fù)著工廠供電的重要任務(wù)。工廠變電站的安全，不僅增強(qiáng)了工廠電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為該工廠生產(chǎn)提供了足夠的電能，從而達(dá)到使工廠電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的 目的。工廠供電系統(tǒng)的核心部分是變電所， 因此，它是防雷的重要保護(hù)部位。 雷電具有很強(qiáng)的危害性，因此應(yīng)該重視工廠變配電所雷電的防護(hù)。 如果變配電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。 本文講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過(guò)程，并給出了雷電參數(shù)，闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原理以及保護(hù)范圍，給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方案，介紹了目前我國(guó)牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)中常用的幾種措施，如：架設(shè)避雷針，同時(shí)對(duì)幾種防雷措施進(jìn)行了深入的論述和定量的計(jì)算分析。通過(guò)對(duì)牽引變電所的防雷接地設(shè)計(jì)，全面剖析了電力系統(tǒng)中如何讓 提高牽引變電所的防雷水平，從而有效地降低牽引變電所的雷擊事故，減少雷電對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。 關(guān)鍵詞：雷電 參數(shù) 避雷針 避雷器 防雷 接地； 目 錄 一、雷電的來(lái)由及防護(hù) ................................... 1 1 雷電 ........................................................... 1 ...................................................... 1 ........................................................ 1 ...................................................... 2 2 防護(hù)措施 ....................................................... 3 ...................................................... 3 ........................................................ 4 二、防雷裝置選擇 ....................................... 6 ....................................................... 6 ................................................ 6 ........................................................... 7 2 保護(hù)原理 ...................................................... 10 三、避雷器，避雷針和避雷線(xiàn)保護(hù)范圍的確定 ............... 11 ............................................ 11 ................................................ 14 ...................................................... 14 四、接地方案的確定 .................................... 20 ................................................ 20 ............................................ 20 ................................................. 21 .................................. 22 ........................................ 22 .......................................... 22 .......................................... 23 ........................................ 25 五、接地尺寸及規(guī)格的計(jì)算 .............................. 27 .................................... 27 .............................. 28 ................................................. 28 ................................................... 28 ...................................... 29 3．接地尺寸的計(jì)算 ............................................... 31 結(jié) 論 ............................................... 33 致 謝 .............................................. 35 參 考 文 獻(xiàn) ........................................... 37 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 一 、 雷電的來(lái)由及防護(hù) 1 雷電 雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，在某種大氣和大地條件下，潮濕的熱氣流進(jìn)入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的雷云底部大多數(shù)帶負(fù)電，它在地面上感應(yīng)出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電，形成雷電。按其發(fā)展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是在雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行雷是接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)起的。 主放電時(shí)電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá) 200 ~ 300kA。余輝 ,雷云中剩下的電 荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱(chēng)為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá) ~ s。 雷電放電是由帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象。一般認(rèn)為雷云是在某種大氣和大地條件下，由強(qiáng)大的潮濕的熱氣流不斷上升進(jìn)入稀薄的大氣層冷凝的結(jié)果。強(qiáng)烈的上升氣流穿過(guò)云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負(fù)電，被風(fēng)吹得較高，形成大塊的帶負(fù)電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些帶正電的區(qū)域。雷云的底部大多數(shù)是帶負(fù)電，它在地面上會(huì)感應(yīng)出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 2 的雷云之間，或者雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)幾兆伏甚至幾十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，一旦空間電場(chǎng)強(qiáng) 度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電。大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，對(duì)地面上的設(shè)備和建筑沒(méi)有什么直接影響。雷云對(duì)地的放電雖占少數(shù)，但危害是十分嚴(yán)重的，是造成雷電事故的主要因素。要避免產(chǎn)生雷電事故，就必須對(duì)雷電的放電過(guò)程、活動(dòng)規(guī)律和雷電參數(shù)加以研究。 雷電是自然界存在的物理現(xiàn)象，打雷是指帶正負(fù)電荷的雷云之間或是帶電荷的雷云對(duì)大地快速放電而產(chǎn)生的聲和光。雷云之間正負(fù)電荷放電現(xiàn)象，就是我們平時(shí)看到天空閃光和隨之而來(lái)的巨大隆隆聲。天空打雷對(duì)現(xiàn)代微電子的電氣設(shè)備有傷害，但對(duì)自然界生物和凈化空氣十分有好處。但是天空中帶電荷的雷云對(duì)大地放電。這種強(qiáng)烈直擊雷，不僅產(chǎn)生刺眼閃光和巨大雷聲，而且打雷所產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電流 (幾十 KA～幾百 KA)、熾熱高溫 (6000~10000℃ )。猛烈沖擊波，對(duì)打雷附近的人畜生命安全造成嚴(yán)重威脅，使建筑房屋損壞，森林著火，石油、電力、氣象、通信 、航空航天建筑設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。沿著雷電流流動(dòng)方向，使周?chē)鷶?shù)公里空間造成強(qiáng)大劇變電磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)和強(qiáng)烈電磁輻射等物理效應(yīng)。把感應(yīng)出來(lái)雷電壓、雷電流通過(guò)供電線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路和各種金屬管線(xiàn)傳到各家各戶(hù)造成人員傷亡，特別對(duì)微電子設(shè)備 (計(jì)算機(jī)、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等 )造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失，打雷是年年重復(fù)發(fā)生的自然現(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)資料報(bào)告，全球每年因雷電災(zāi)害造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。我國(guó)每年因雷擊造成傷亡人員達(dá)一萬(wàn)多人，造成蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 3 的各種經(jīng)濟(jì)損失也達(dá)數(shù)億人民幣。 2 防護(hù)措施 雷電災(zāi)害年年有，我們?nèi)祟?lèi)對(duì)雷電防護(hù)認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)也是逐年提高。 200 多年前，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明了避雷針 (實(shí)際上是引雷針，使雷電沿引雷針引入地下 )，開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)雷電防護(hù)新紀(jì)元。由避雷針、避雷帶、引下線(xiàn)、接地網(wǎng)構(gòu)成了建筑防雷措施，大大減少了建筑物因雷擊造成的損失。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新型電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，雷電流引起的感應(yīng)雷擊已成為電子時(shí)代的一大公害，上面提到全球每年因雷擊造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億美元，電子設(shè)備損壞占絕大部分。因此，我國(guó)上世紀(jì) 90 年代就頒發(fā)了中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，同時(shí)通信、電力、廣 播電視、石油和鐵路等電子產(chǎn)品密集部門(mén)，根據(jù)國(guó)家防雷規(guī)范，結(jié)合自身情況又制定出更加具體的行業(yè)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和要求。 1999 年我國(guó)又頒布《中華人民共和國(guó)氣象法》，要求各級(jí)氣象主管機(jī)構(gòu)要統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)全國(guó)對(duì)雷電災(zāi)害防御工作的組織管理。現(xiàn)代防雷技術(shù)原則是全方位防護(hù)，綜合治理。把防雷減災(zāi)工程看作是一個(gè)系統(tǒng)工程。不但建筑物樓房要做好防雷電的直接雷擊，而且還要在供電線(xiàn)路、通信線(xiàn)路上做好防護(hù)，防止由雷電引起感應(yīng)雷對(duì)我們各種各樣電子設(shè)備 (計(jì)算機(jī)、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等 )損壞。這方面防護(hù)首先盡可能將供電線(xiàn)路、通信線(xiàn)路由明線(xiàn) 改為埋地電纜。由地下引到各樓內(nèi)。其次，再在供電線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路上加裝防雷器件，防止雷電流電磁感應(yīng)而引起感應(yīng)雷通過(guò)電源線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)傳入電子設(shè)備，把電子設(shè)備損壞。第三，將建筑防雷地，供電交流接蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 4 地，電氣設(shè)備安全保護(hù)地和通信及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地 (也稱(chēng)邏輯接地 )組成聯(lián)合接地系統(tǒng)。雷擊時(shí)，使和電子設(shè)備相連接的地都處在同一電位 (消除地的電位差 )。所有電氣設(shè)備都應(yīng)使用有安全保護(hù)地電源插座 (若電源插座帶有防過(guò)電壓裝置更好 )。在防雷問(wèn)題上我們大家都要按照國(guó)家和行業(yè)規(guī)范去做，就可以確保建筑樓房、電子設(shè)備、人員的安全。 另外，應(yīng)大力宣傳雷 電防護(hù)知識(shí)，增強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)。打雷時(shí)，不在室外打手機(jī)，不要靠近高大建筑物，不在大樹(shù)下避雨，不在公園靠近建筑物的防雷針、引下線(xiàn)旁坐著休息，就可以免除雷電對(duì)我們?cè)斐傻囊馔鈧Α? 雷電放電是由雷云引起的放電現(xiàn)象。所謂雷云是指帶有電荷的云，云是如何帶點(diǎn)的呢？ 地面的水分在太陽(yáng)的照射下受熱化為水蒸汽，形成上升的熱氣流。由于太陽(yáng)不能直接使空氣變熱，所以空氣每上升 1km，溫度就下降 10℃。熱氣流上升到一定的高度后，因溫度降低是水蒸氣凝結(jié)成水滴，在足夠冷的高空，水滴會(huì)進(jìn)一步冷卻成冰晶。水滴和冰晶因其復(fù)雜的電荷分離過(guò)程及強(qiáng)烈 氣流的作用更使會(huì)形成帶電的雷云。 避雷針，避雷線(xiàn)，避雷網(wǎng)，避雷帶及避雷器都是經(jīng)常采用的防雷裝置。避雷針主要用來(lái)保護(hù)露天變配電設(shè)備及保護(hù)建筑物：避雷線(xiàn)主要用來(lái)保護(hù)輸電線(xiàn)路：避雷網(wǎng)和避雷帶主要是用來(lái)保護(hù)建筑物：避雷器則主要用來(lái)保護(hù)電力設(shè)備，屬一種專(zhuān)用的防雷設(shè)備。牽引變電所通常一般采用下列防雷措施。 (1).裝設(shè)避雷針 蘭州交通大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 5 為保護(hù)整個(gè)變電所設(shè)備和建筑物免遭受直接雷擊，變電所內(nèi)應(yīng)裝設(shè)避雷針。避雷針的功能實(shí)質(zhì)是引雷作用，它能使雷電產(chǎn)生畸變，從而將雷云放電通道由原來(lái)可能向被保護(hù)物體發(fā)展的方向吸引到避雷針本身，然后經(jīng)與避雷針相連接的引下線(xiàn)與接地裝置將雷電流泄放到大地中去，使被保護(hù)物免受直接雷擊，變電所通常裝設(shè)多根避雷