【正文】 蘭州交通大學 成人高等教育畢業(yè)設計（論文） 題 目 牽引變配電所的防雷 專 業(yè) 電氣化鐵道技術 班 級 電氣化 1 3 學 生 指導教師 2021年 10 月 摘 要 電能是現代工業(yè)生產的主要能源和動力，隨著現代文明的發(fā)展與進步，社會生產和生活對電能供應的質量和管理提出了越來越高的要求。電能既易于由其它形式的能量轉換而來，又易于轉換為其它形式的能量以供 應用 ；電能的輸送的分配既簡單 經濟 ，又便于控制、調節(jié)和測量，有利于實現生產過程自動化；電能在工業(yè)生產中的重要性，在于工業(yè)生產實現電氣化以后可以大大增加產量，提高產品質量，提高勞動生產率，降低生產成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現生產過程自動化。 變電站作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經濟運行。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，擔負著工廠供電的重要任務。工廠變電站的安全，不僅增強了工廠電網的網絡結構，而且為該工廠生產提供了足夠的電能，從而達到使工廠電網安全、可靠、經濟地運行的 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部位。 雷電具有很強的危害性，因此應該重視工廠變配電所雷電的防護。 如果變配電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給社會生產和人民生活帶來不便，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程，并給出了雷電參數，闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原理以及保護范圍，給出了直擊雷和感應雷的防護方案，介紹了目前我國牽引變電所防雷接地設計中常用的幾種措施，如：架設避雷針，同時對幾種防雷措施進行了深入的論述和定量的計算分析。通過對牽引變電所的防雷接地設計，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，減少雷電對電網安全運行的影響。 關鍵詞：雷電 參數 避雷針 避雷器 防雷 接地； 目 錄 一、雷電的來由及防護 ................................... 1 1 雷電 ........................................................... 1 ...................................................... 1 ........................................................ 1 ...................................................... 2 2 防護措施 ....................................................... 3 ...................................................... 3 ........................................................ 4 二、防雷裝置選擇 ....................................... 6 ....................................................... 6 ................................................ 6 ........................................................... 7 2 保護原理 ...................................................... 10 三、避雷器，避雷針和避雷線保護范圍的確定 ............... 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)格的計算 .............................. 27 .................................... 27 .............................. 28 ................................................. 28 ................................................... 28 ...................................... 29 3．接地尺寸的計算 ............................................... 31 結 論 ............................................... 33 致 謝 .............................................. 35 參 考 文 獻 ........................................... 37 蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 1 一 、 雷電的來由及防護 1 雷電 雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現象，在某種大氣和大地條件下，潮濕的熱氣流進入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的雷云底部大多數帶負電，它在地面上感應出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強大的電場，隨著雷云的發(fā)展和運動，當空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度時，就會發(fā)生雷云之間或雷云對地的放電，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。 主放電時電流可達數千安，最大可達 200 ~ 300kA。余輝 ,雷云中剩下的電 荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱為余輝放電階段。余輝放電電流僅數百安，但持續(xù)的時間可達 ~ s。 雷電放電是由帶電荷的雷云引起的放電現象。一般認為雷云是在某種大氣和大地條件下，由強大的潮濕的熱氣流不斷上升進入稀薄的大氣層冷凝的結果。強烈的上升氣流穿過云層，水滴被撞分裂帶電。輕微的水沫帶負電，被風吹得較高，形成大塊的帶負電的雷云；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。雷云的底部大多數是帶負電，它在地面上會感應出大量的正電荷。這樣，在帶有大量不同極性或不同數量電荷蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 2 的雷云之間，或者雷云和大地之間就形成了強大的電場，其電位差可達幾兆伏甚至幾十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強 度超過大氣游離放電的臨界電場強度時，就會發(fā)生雷云之間或雷云對地的放電。大多數雷電放電發(fā)生在雷云之間，對地面上的設備和建筑沒有什么直接影響。雷云對地的放電雖占少數，但危害是十分嚴重的，是造成雷電事故的主要因素。要避免產生雷電事故，就必須對雷電的放電過程、活動規(guī)律和雷電參數加以研究。 雷電是自然界存在的物理現象，打雷是指帶正負電荷的雷云之間或是帶電荷的雷云對大地快速放電而產生的聲和光。雷云之間正負電荷放電現象，就是我們平時看到天空閃光和隨之而來的巨大隆隆聲。天空打雷對現代微電子的電氣設備有傷害，但對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大地放電。這種強烈直擊雷，不僅產生刺眼閃光和巨大雷聲，而且打雷所產生的強大雷電流 (幾十 KA～幾百 KA)、熾熱高溫 (6000~10000℃ )。猛烈沖擊波，對打雷附近的人畜生命安全造成嚴重威脅，使建筑房屋損壞，森林著火，石油、電力、氣象、通信 、航空航天建筑設施造成嚴重破壞。沿著雷電流流動方向，使周圍數公里空間造成強大劇變電磁場，靜電場和強烈電磁輻射等物理效應。把感應出來雷電壓、雷電流通過供電線路、信號線路和各種金屬管線傳到各家各戶造成人員傷亡，特別對微電子設備 (計算機、電視、通信設備、電氣設備等 )造成嚴重破壞，導致重大經濟損失，打雷是年年重復發(fā)生的自然現象，根據有關方面統(tǒng)計資料報告，全球每年因雷電災害造成的損失高達數十億美元。我國每年因雷擊造成傷亡人員達一萬多人，造成蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 3 的各種經濟損失也達數億人民幣。 2 防護措施 雷電災害年年有，我們人類對雷電防護認識和經驗也是逐年提高。 200 多年前，美國科學家富蘭克林發(fā)明了避雷針 (實際上是引雷針，使雷電沿引雷針引入地下 )，開創(chuàng)了人類雷電防護新紀元。由避雷針、避雷帶、引下線、接地網構成了建筑防雷措施，大大減少了建筑物因雷擊造成的損失。隨著科學技術發(fā)展，新型電子設備廣泛應用，雷電流引起的感應雷擊已成為電子時代的一大公害，上面提到全球每年因雷擊造成經濟損失達數十億美元，電子設備損壞占絕大部分。因此，我國上世紀 90 年代就頒發(fā)了中華人民共和國國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》，同時通信、電力、廣 播電視、石油和鐵路等電子產品密集部門，根據國家防雷規(guī)范，結合自身情況又制定出更加具體的行業(yè)防雷技術標準規(guī)范和要求。 1999 年我國又頒布《中華人民共和國氣象法》，要求各級氣象主管機構要統(tǒng)一領導協調全國對雷電災害防御工作的組織管理?，F代防雷技術原則是全方位防護，綜合治理。把防雷減災工程看作是一個系統(tǒng)工程。不但建筑物樓房要做好防雷電的直接雷擊，而且還要在供電線路、通信線路上做好防護，防止由雷電引起感應雷對我們各種各樣電子設備 (計算機、電視、通信設備、電氣設備等 )損壞。這方面防護首先盡可能將供電線路、通信線路由明線 改為埋地電纜。由地下引到各樓內。其次，再在供電線路、信號線路上加裝防雷器件，防止雷電流電磁感應而引起感應雷通過電源線、信號線傳入電子設備，把電子設備損壞。第三，將建筑防雷地，供電交流接蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 4 地，電氣設備安全保護地和通信及計算機系統(tǒng)接地 (也稱邏輯接地 )組成聯合接地系統(tǒng)。雷擊時，使和電子設備相連接的地都處在同一電位 (消除地的電位差 )。所有電氣設備都應使用有安全保護地電源插座 (若電源插座帶有防過電壓裝置更好 )。在防雷問題上我們大家都要按照國家和行業(yè)規(guī)范去做，就可以確保建筑樓房、電子設備、人員的安全。 另外，應大力宣傳雷 電防護知識，增強自我保護意識。打雷時，不在室外打手機，不要靠近高大建筑物，不在大樹下避雨，不在公園靠近建筑物的防雷針、引下線旁坐著休息，就可以免除雷電對我們造成的意外傷害。 雷電放電是由雷云引起的放電現象。所謂雷云是指帶有電荷的云，云是如何帶點的呢？ 地面的水分在太陽的照射下受熱化為水蒸汽，形成上升的熱氣流。由于太陽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成水滴，在足夠冷的高空，水滴會進一步冷卻成冰晶。水滴和冰晶因其復雜的電荷分離過程及強烈 氣流的作用更使會形成帶電的雷云。 避雷針，避雷線，避雷網，避雷帶及避雷器都是經常采用的防雷裝置。避雷針主要用來保護露天變配電設備及保護建筑物：避雷線主要用來保護輸電線路：避雷網和避雷帶主要是用來保護建筑物：避雷器則主要用來保護電力設備，屬一種專用的防雷設備。牽引變電所通常一般采用下列防雷措施。 (1).裝設避雷針 蘭州交通大學繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計論文 5 為保護整個變電所設備和建筑物免遭受直接雷擊，變電所內應裝設避雷針。避雷針的功能實質是引雷作用，它能使雷電產生畸變，從而將雷云放電通道由原來可能向被保護物體發(fā)展的方向吸引到避雷針本身，然后經與避雷針相連接的引下線與接地裝置將雷電流泄放到大地中去，使被保護物免受直接雷擊，變電所通常裝設多根避雷