【正文】 研究電氣事故的機(jī)理、原因、構(gòu)成、 選某某 變電站 作為設(shè)計(jì)對(duì)象，變電站防雷接地技術(shù) 5 分析該變電站的防雷接地 設(shè)計(jì)。 變電站防雷接地技術(shù) 6 2 變電站的防雷保護(hù) 雷電是一種大氣里的放電現(xiàn)象 ， 它產(chǎn)生在積雨里 。 在主要放電階段中 ， 由于不同種電荷進(jìn)行劇烈中和 ， 往往此時(shí)會(huì)出現(xiàn)非常大的雷電流 (一般為在幾百千安到幾千千安之間 )， 并且隨后會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電及巨大的響聲 ， 從而形成了雷電 。 變電站接地技術(shù)是用來防止電力設(shè)備和電子設(shè)備遭到雷擊從而采取的基礎(chǔ)性的保護(hù)措施，它的目的是把由雷電產(chǎn)生的巨大的雷擊電流引到大地中，進(jìn)而起到保護(hù)變電站的作用。在實(shí)際不同的電網(wǎng)中，我們應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的雷電的形式、雷電的頻率、電流強(qiáng)度和需要保護(hù)的設(shè)施重要性，來采取符合需要的保護(hù)措施。 對(duì)于浪涌現(xiàn)象的保護(hù)方法主要是在變電站系統(tǒng)內(nèi)加裝浪涌的二次保護(hù)器。這時(shí)， GDT 呈現(xiàn)低阻的狀態(tài)，它的兩端僅僅只有 20~40V 的電弧電壓，所以可以避免因?yàn)檫^電壓的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)進(jìn)而把 TVS 燒毀。 變電所避雷器 避雷器能夠把侵入變電所中的雷電流降低至電氣裝置的絕緣強(qiáng)度允許范圍以內(nèi)。此外，夏天時(shí)高壓室里的溫度比較高， RTU 的子站 (或者一體化的微機(jī)二次保護(hù)裝置等 )內(nèi)部因?yàn)闊崃窟^高而產(chǎn)生的干擾噪聲現(xiàn) 象不容忽視。一般來講，單點(diǎn)的接地常常用于簡(jiǎn)單線路，、以及頻率較低 (f2MHz)的電子線路。對(duì)于全站接地網(wǎng)， 影響其工頻接地電阻值大小的主要取決于水平接地體，而垂直接地能有效地加強(qiáng)沖擊電流的擴(kuò)散，為避免其相互之間的屏蔽作用，在接地網(wǎng)的邊緣設(shè)置垂直接地極，且垂直接地極相互間的間距應(yīng)大于垂直接地體長(zhǎng)度的 2 倍。 變電站的直擊雷保護(hù) 直擊雷的影響 直擊雷是指雷雨云對(duì)大地和建筑物放電的現(xiàn)象 。 假定雷擊的瞬間兩導(dǎo)體的電流 1i 和 2i 都等于 100kA，兩導(dǎo)體的距離 d 為 50cm，計(jì)算結(jié)果表明，這兩根導(dǎo)體每米都受到 408kg 的力。所以接閃器及其引下線不應(yīng)出現(xiàn)銳角的拐彎，在不得已采用直角拐彎時(shí)應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)件強(qiáng)度。 如果雷電擊在電弱電設(shè)備上，由于雷電流很大，通過的時(shí)間極短，被擊得物體瞬間產(chǎn)生巨大熱量，又來不及散發(fā)，將產(chǎn)生巨大的爆炸力。 雷電流沖擊波的破壞作用 雷電通道的 溫度高達(dá)幾千度至幾萬(wàn)度，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的空氣被強(qiáng)烈壓縮，形成“激波”。這種“激波”在空氣中傳播，會(huì)使其附近的電力線路、電氣設(shè)備受到破壞。顯然感應(yīng)雷危害是大面積的，是危害電子設(shè)備的主要干擾源。雷電感應(yīng)是雷電流的強(qiáng)大電場(chǎng)以及磁場(chǎng)變化時(shí)產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)造成 的。這個(gè)對(duì)地電位差稱為靜電感應(yīng)電壓。當(dāng)雷云對(duì)放電體放電時(shí)，雷電通道中的電荷猛烈中和，線路上的束縛電荷變?yōu)樽杂呻姾刹⑾驅(qū)Ь€兩邊流動(dòng)，形成感應(yīng)過電壓波。如果回路中有些地方接觸不良，就會(huì)產(chǎn)生局部 發(fā)熱或放電現(xiàn)象。帶電雷云飄浮在地表上空，地表帶上極性與雷云極性相反的等量電荷。 為了使雷電流能夠順利下泄 ， 必須有良好的導(dǎo)電通道。閥型避雷器的基本元件為火花間隙 和非線性電阻。 避雷器實(shí)質(zhì)上是一種放電器 (或稱限壓器 )， 并聯(lián)在被保護(hù)設(shè)備附近。 目前使用的避雷器主要有四種類型 ， 即保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。工程上常用沖擊系數(shù)。 變電站的進(jìn)線段保護(hù) 要限制流經(jīng)避雷器的雷電電流幅值和雷電波的波度，就必須對(duì)變電站進(jìn)線實(shí)施保護(hù)。變電站進(jìn)線保護(hù)是在靠近變電站出線架1～ 2km 線路上所采取的可靠的防雷保護(hù)措施，變電站進(jìn)線保護(hù)具體措施視變電站的線路情況而定。 二、全線架設(shè)避雷線的變電所進(jìn)線段保護(hù) 圖 全線架設(shè)避雷線的變電所進(jìn)線段保護(hù) 三、 35kV 小容量變電所的簡(jiǎn)化進(jìn)線保護(hù) 圖 35kV 小容量變電所的簡(jiǎn)化進(jìn)線保護(hù) 四、用電抗線圈代替進(jìn)線段的保護(hù)接線 圖 用電抗線圈代替進(jìn)線段的保護(hù)接線 變電站防雷接地技術(shù) 14 避雷針與避雷線的保護(hù)范圍的計(jì)算 雷擊只能通過攔截導(dǎo)引措施改變其入地路徑。當(dāng)然由于雷電的路徑是受很多偶然因素的影響 ， 要保證被保護(hù)物絕對(duì)不受直接雷擊是不現(xiàn)實(shí)的 ， 因此保護(hù)范圍是按照 %的保護(hù)概率而定 的。 為保證兩針聯(lián)合保護(hù)效果，兩針間距離與針高之比 D/h 不宜大于 5。避雷線對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)畸變的影響比避雷針小 ， 所以其引雷作用和保護(hù)寬度比避雷針要小。 變電站防雷接地技術(shù) 16 3 變電站的防雷接地 接地裝置的設(shè)計(jì)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。工作接地即為電力系統(tǒng)電氣裝置中，為運(yùn)行需要所設(shè)的接地；保護(hù)接地即為電氣裝置的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架和線路桿塔等，由于絕緣損壞有可能帶電，為防止其危及人身和設(shè)備的安全而設(shè)的接地；雷電保護(hù)接地即為為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地。避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導(dǎo)體埋在地中部分在土壤中的距離必須大于三米，變電所電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng)，水平接地極采用扁鋼 50mm5mm，垂直接地極采用角 鋼 50mm 5mm，垂直接地極間距 5m～ 6m，主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于 4Ω，主接地網(wǎng)埋于凍土層 1m 以下。 接地概述 接地就是將電力或建筑電氣裝置、設(shè)施中某些導(dǎo)電部分，經(jīng)接地線接至接地極。 變電站防雷接地技術(shù) 17 2．防雷接地 為了避免雷電的危害，避雷針、避雷線和避雷器等防雷設(shè)備都必須配以相應(yīng)的接地裝置以便將雷電流引入大地。 如果地面上的金屬物體與大地牢固連接 ， 在沒有電流流通的情況下金屬物體與大地之間也是等電位的 ， 該金屬物體就具有了大地的零電位，這就是接地。如果設(shè)土壤的電阻率為 p，大地中的電流密度為 J，則大地中必然產(chǎn)生相應(yīng)的電場(chǎng)分布，其電場(chǎng)強(qiáng)度為 E=pJ。 所以最大限度地降低接地電阻非常重要 。根據(jù)規(guī)程規(guī)定，主要是以發(fā)生接地故障時(shí)，接地電位的升高不超過 2020V 進(jìn)行控制，其次以接地電阻不大于 5Ω進(jìn)行要求。 接地體 接地體可分為自然接地體和人工接地體，設(shè)計(jì)中通常采用人工接地體，以便達(dá)到所規(guī)定的接地電阻，并避免外界其他因素的影響。接地體與道路或通道出入口的距離不小于 3m，當(dāng)小于 3m 時(shí)，接地體的頂部處應(yīng)埋深 1m 以上，或采用瀝青砂石鋪路面，寬度超過 2m。 防雷接地裝置的接地線即防雷接閃裝置的引下線，可采用圓鋼或扁鋼，兩端按規(guī)定的搭接長(zhǎng)度焊接達(dá)到電連接。 接地體本身的電阻，其電阻也與接地體的幾何尺寸和材質(zhì)有關(guān)。 垂直接地體 的最佳埋置深度是指能使散流電阻盡可能不而又易于達(dá)到的埋置深度。 變電站防雷接地技術(shù) 20 4 變電所防雷接地設(shè)計(jì)實(shí)例 變電所的規(guī)模 擬建的 35KV 變電所位于 我國(guó)大多數(shù)農(nóng)村，采用設(shè)計(jì)安裝避雷針針對(duì)變電站直擊雷的保護(hù)，而對(duì)變電站雷電侵入波的防護(hù)則設(shè)計(jì)安裝避雷器。根據(jù)對(duì)農(nóng)村 35KV 變電站防雷保護(hù)與接地裝置設(shè)計(jì)的實(shí)踐體會(huì)，就變電站防雷保護(hù)與接地裝置設(shè)計(jì)中存在的主要問題進(jìn)行探討。在土壤電阻率不大于 500Ω為便于進(jìn)線防 雷保護(hù)避雷線的安裝，要求線路終端塔與母線門型架不帶角度 (小于 05 )，但在以前完成的 35kv 變電站設(shè)計(jì)中，這個(gè)問題常被忽視。變電站防雷接地技術(shù) 21 變電站最高點(diǎn)為 20m，且當(dāng)?shù)仄骄纂娙諡?40。 cm，中等含水量，土壤熱阻系數(shù) 80℃ 圖 為根據(jù)水利電力部，西北電力設(shè)計(jì)院編的電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)，電氣一次部分折線法計(jì)算方法所確定的保護(hù)范圍 (如黑色的粗線所示 ) ，從圖中保護(hù)范圍可見，可以滿足該變電站防雷保護(hù)要求。增加一根避雷針，則需增加投資近 萬(wàn)元 ， 這就造成了不必要的浪 費(fèi)。對(duì)于設(shè)有獨(dú)立避雷針的變電所，獨(dú)立避雷針與配電裝置帶電部分和設(shè)備、構(gòu)架接地部分的空氣距離以及它們的接地裝置的地中距離均應(yīng)滿足規(guī)程要求，一般空氣中距離不小于 5m，地中距離不小于 3m。 接地裝置計(jì)算 ： 單根垂直接地體的接地電阻 計(jì)算為 （ 42） 初定垂直接地體根數(shù)，確定屏蔽系數(shù)因閉合 接地裝置的周長(zhǎng) L=[(2+50)+( 2+40)] 2=192m，接地體間距 a=6～ 7m，故垂直接地體根數(shù)約為 ?????? ??? 2d llR cd ??變電站防雷接地技術(shù) 23 n=L/a=32～ 根 ， 實(shí)取 n=30 根 。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合 , 外緣各角應(yīng)做成圓弧形。 針對(duì)我國(guó)農(nóng)村 35KV 變電站進(jìn)行防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)變電站防雷接地技術(shù) 25 參考文獻(xiàn) [1] 變電所防雷接地施工手冊(cè) [2] 韶廣潤(rùn)．電力系統(tǒng)過電壓 [M]．北京：水利電力出版 .1985， 76（ 57）： 4446． [3] 楊金夕 .防雷 /接地及電氣安全技術(shù) [J].機(jī)械工業(yè)出版社 . 2020， 54(36):6669. 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