【文章內容簡介】 本課題的主要工作 研究目標 本課題是針對我國農村 35KV 變電站進行防雷接地保護設計；根據變電站國家防雷接地標準，結合 35KV 變電站電氣接線圖以及具體情況，學習利用各種防雷接地裝置等，實現 ? 6 ? 對變電站的直擊雷防 護、雷電侵入波防護以及變電站的接地保護設計，具有一定廣泛性。 主要研究內容 對雷電的產生、參數、危害等做到一個系統(tǒng)化了解掌握；學習各種用于變電站的防雷裝置，包括避雷針、避雷線、避雷器等，它們的原理、作用以及保護范圍。 采用各種相應的防雷裝置，結合變電站實際情況，實現對變電站直擊雷防護和雷電侵入波防護的設計。 了解基本接地常識，結合變電站基本情況，實現對變電站的接地保護設計。 變電站防雷接地國家相關標準 變電站是保證國民經濟生產所需電能的供應 中心，是要害部門，一旦遭受雷擊破壞，其后果相當嚴重。故應按國家第一類建筑物標準作防雷保護。 應裝設獨立避雷針或架空避雷線 (網 )，使被保護的建筑物及風帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器的保護范圍內。架空避雷網的網格尺寸不應大于 5m 5m或 6m 4m。 獨立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網的各支柱處應至少設一根引下線。對用金屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網的桿塔、支柱，宜利用其作為引下線 獨立避雷針和架空避雷線 (網 )的支柱及其接地裝置至被保護建筑物及與其有聯(lián)系的管道 、電纜等金屬物之間的距離，應符合下列表達式的要求，但不得小于 3m： 地上部分：當 hx5Ri 時， Sa1≥ (Ri+) 當 hx≥ 5Ri 時， Sa1≥ (Ri+hx) 地下部分： Se≥ 式中 Sa1— 空氣中距離 (m)； Se1— 地中距離 (m)； Ri— 獨立避雷針或架空避雷線 (網 )支柱處接地裝置的沖擊接地電阻 (Ω )； Hx— 被保護物或計算點的高度 (m)。 獨立避雷針、架空避雷線或架空避雷網應有獨立的接地裝置，每一引下線的沖擊接地電阻不宜大于 10Ω。在土壤電阻率高的地區(qū) ，可適當增大沖擊接地電阻。 建筑物內的設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的放散管、風管等金屬物，均應接到防雷電感應的接地裝置上。金屬屋面周邊每隔 18～24m應采用引下線接地一次。 平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于 100mm 時應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于 30m；交叉凈距小于 100mm時，其交叉處亦應跨接。 當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于 ，連接處應用金屬線跨接。對有不少于 5 根螺栓連接的法蘭 盤，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。 防雷電感應的接地裝置應和電氣設備接地裝置共用，其工頻接地電阻不應大于 10Ω。屋內接地干線與防雷電感應接地裝置的連接，不應少于兩處。 低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設，在入戶端應將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應的接地裝置上。當全線采用電纜有困難時，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔的架空線，并應使用一段金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管直接埋地引人，其埋地長度應符合下列表達式的要求，但不應小于 15m：在電纜與架空線連接處，尚應裝設避雷器。避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和 絕緣子鐵腳、金具等應連在一起接地，其沖擊接地電阻不應大于 10Ω。 架空金屬管造，在進出建筑物處，應與防雷電感應的接地裝置相連。距離建筑物 100m內的管道，應每隔 25m 左右接地一次，其沖擊接地電阻不應大于 20Ω，并宜利用金屬支架或鋼筋混凝土支架的焊接、綁扎鋼筋網作為引下線，其鋼筋混凝土基礎宜作為接地裝置。 本論文涉及的 35KV 變電站 變電站的概況 此變電站為降壓變電站與我國大多數農村變電站相似，建在視野開闊的偏僻地區(qū)，附近無高層建筑。占地面積長為 50m,寬為 40m。變 電站最高點為 20m，且當地平均雷電日為 ? 7 ? 40。有三種規(guī)格的變壓，分別為 35/（主變壓器） 、 35/ 與 。 變電站相關參數 名稱 型號規(guī)格 單位 容量（ KVA） 數量 變壓器 （主） 臺 2500 1 變壓器 臺 50 1 變壓器 臺 30 1 氧化鋅 避雷器 Y5WZ42/135G 只 3 電壓互 感器 JDJ235 35/ 只 1 第 2 章 雷電與防雷裝置 雷電 雷電及其放電過程 雷電是一種恐怖而又壯觀的自然現象，這不僅在于它那劃破長空的耀目閃電和令人震耳欲聾的雷鳴，重要的是它給人類生活帶來巨大的影響。且不說雷電促成有機物質的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位，以及雷電引起的森林火災可能啟發(fā)了遠古人類對火的發(fā)現和利用；僅在現代生活中，雷電威脅人類的生命安全，常使航空、通訊、電力、建筑等許多部門遭受破壞，就一直引起人們對于雷電活動及其防護問題的關注。 雷電放電是一種氣體放電現象，由其引起的過電壓，叫做大氣過電壓。它可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種基本形式 。 雷電放電是由于帶電荷的雷云引起的。雷云帶電原因的解釋很多，但還沒有獲得比較滿意的一致的認識。一般認為雷云是在有利的大氣和大地條件下，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，形成一些局部帶正電的區(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的 ? 8 ? 雷云之間，或者雷云和大地之間形成了強大的電場，其電位差可達數兆伏甚至數十兆伏。隨著雷云的發(fā)展和運動，一旦空間電場強度超 過了大氣游離放電的臨界電場強度（大氣中約 30kV/cm，有水滴存在時約 10kV/cm）時，就會發(fā)生云間或對大地的火花放電；放出幾十乃至幾百安的電流；產生強烈的光和熱（放電通道溫度高達 15000℃至 20200℃），使空氣急劇膨脹振動，發(fā)生霹靂轟鳴。這就是閃電伴隨雷鳴，叫做雷電之故。 大多數雷電發(fā)生在雷云之間，它對地面沒有什么直接影響。雷云對大地的放電雖然只占少數，但是一旦發(fā)生就有可能帶來嚴重的危險。這正是我們主要關心的問題。 實測表明，對地放電的雷云絕大多數帶負電荷，根據放電雷云的極性來定義，此時雷電流的 極性也為負電荷。雷云中的負電荷逐漸積聚，同時在附近地面上感應出正電荷。當雷云與大地之間局部電場強度超過大氣游離臨界場強時，就開始有局部放電通道自雷云邊緣向大地發(fā)展。這一放電階段稱為先導放電。先導放電通道具有導電性，因此雷云中的負電荷沿通道分布，并繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應正電荷也逐漸增多，先導通道發(fā)展臨近地面時，由于局部空間電場強度的增加，常在地面突起處出現正電荷的先導放電向天空發(fā)展，稱為迎面先導。 當先導通道到達地面或者與迎面先導相遇以后，就在通道端部因大氣強烈游離而產生高密度的等離子區(qū)，此區(qū)域自下而 上迅速傳播，形成一條高導電率的等離子通道，使先導通道以及雷云中的負電荷與大地的正電荷迅速中和，這就是主放電過程。 與先導放電和主放電對應的電流變化同時表示時，先導放電發(fā)展的平均速度較低，約 105m/s，表現出的電流不大，約為數百安。由于主放電的發(fā)展速度很高，約為 2 107～ 108m/s，所以出現甚強的脈沖電流，可達幾十乃至二、三百千安。 以上描述的是雷云負電荷向下對地放電的基本過程，可稱為下行負閃電。在地面高聳的突起處（如尖塔或山頂），也可能出現從地面開始的上行正先導向云中的負電荷區(qū)域發(fā) 展的放電，稱為上行負閃電。與上面的情況類似，帶正電荷的雷云對地放電，也可能是下行正閃電，或上行正閃電。 雷電觀測表明，先導放電不是一次貫通全部空間，而是間歇性的脈沖發(fā)展過程，稱為分級先導。每次間隙時間大約幾十微秒。而且，人們眼睛觀察到的一次閃電，實際上往往包含多次先導 主放電的重復過程，一般為 2~3 次，最多可達 40 多次。 發(fā)生多重雷電放電的原因可作如下解釋。雷云是一塊大介質，電荷在其內部不容易運動，因此如前所述，在雷云積聚電荷的過程中，就可能形成若干個密度較高的電荷中心。第一次先導 — 主放電沖擊，主要是泄 放第一個電荷中心及其已傳播到先導通道中的負電荷，這時第一次沖擊放電過程雖已結束，但是雷云內兩個電荷中心之間的流注放電已開始，由于主放電通道仍然保持著高于周圍大氣的導電率，由第二個及多個電荷中心發(fā)展起來的先導— 主放電以更快的速度沿著先前的放電通道發(fā)展，這就出現了多次重復的沖擊放電。實際觀測表明，第二次及以后的沖擊放電的先導階段發(fā)展時間較短，沒有分叉。觀測還表明，第一次沖擊放電的電流幅值最高，第二次及以后的電流幅值都比較低，但對 GIS 變電站的運行可能造成一定程度的危險；而且它們增加了雷云放電的總持續(xù)時間，對電力 系統(tǒng)的運行同樣會帶來不利的影響。 帶有大量電荷的雷云（實測表明多為負極性），在其周圍的電場強度達到使空氣絕緣破壞的程度（約 25～ 30kV/cm），空氣開始游離，形成導電性的通道，通道從云中帶電中心向地面發(fā)展。在先導通道發(fā)展的初級階段，其方向受偶然的因素