【文章內(nèi)容簡介】 本課題的主要工作 研究目標(biāo) 本課題是針對(duì)我國農(nóng)村 35KV 變電站進(jìn)行防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)；根據(jù)變電站國家防雷接地標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合 35KV 變電站電氣接線圖以及具體情況，學(xué)習(xí)利用各種防雷接地裝置等，實(shí)現(xiàn) ? 6 ? 對(duì)變電站的直擊雷防 護(hù)、雷電侵入波防護(hù)以及變電站的接地保護(hù)設(shè)計(jì)，具有一定廣泛性。 主要研究內(nèi)容 對(duì)雷電的產(chǎn)生、參數(shù)、危害等做到一個(gè)系統(tǒng)化了解掌握；學(xué)習(xí)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(hù)范圍。 采用各種相應(yīng)的防雷裝置，結(jié)合變電站實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站直擊雷防護(hù)和雷電侵入波防護(hù)的設(shè)計(jì)。 了解基本接地常識(shí)，結(jié)合變電站基本情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的接地保護(hù)設(shè)計(jì)。 變電站防雷接地國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 變電站是保證國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)所需電能的供應(yīng) 中心，是要害部門，一旦遭受雷擊破壞，其后果相當(dāng)嚴(yán)重。故應(yīng)按國家第一類建筑物標(biāo)準(zhǔn)作防雷保護(hù)。 應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針或架空避雷線 (網(wǎng) )，使被保護(hù)的建筑物及風(fēng)帽、放散管等突出屋面的物體均處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。架空避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸不應(yīng)大于 5m 5m或 6m 4m。 獨(dú)立避雷針的桿塔、架空避雷線的端部和架空避雷網(wǎng)的各支柱處應(yīng)至少設(shè)一根引下線。對(duì)用金屬制成或有焊接、綁扎連接鋼筋網(wǎng)的桿塔、支柱，宜利用其作為引下線 獨(dú)立避雷針和架空避雷線 (網(wǎng) )的支柱及其接地裝置至被保護(hù)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(yīng)符合下列表達(dá)式的要求，但不得小于 3m： 地上部分：當(dāng) hx5Ri 時(shí)， Sa1≥ (Ri+) 當(dāng) hx≥ 5Ri 時(shí)， 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(dú)立避雷針或架空避雷線 (網(wǎng) )支柱處接地裝置的沖擊接地電阻 (Ω )； Hx— 被保護(hù)物或計(jì)算點(diǎn)的高度 (m)。 獨(dú)立避雷針、架空避雷線或架空避雷網(wǎng)應(yīng)有獨(dú)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(dāng)增大沖擊接地電阻。 建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)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(fēng)管等金屬物，均應(yīng)接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。金屬屋面周邊每隔 18～24m應(yīng)采用引下線接地一次。 平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距小于 100mm 時(shí)應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于 30m；交叉凈距小于 100mm時(shí)，其交叉處亦應(yīng)跨接。 當(dāng)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(yīng)用金屬線跨接。對(duì)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(yīng)的接地裝置應(yīng)和電氣設(shè)備接地裝置共用，其工頻接地電阻不應(yīng)大于 10Ω。屋內(nèi)接地干線與防雷電感應(yīng)接地裝置的連接，不應(yīng)少于兩處。 低壓線路宜全線采用電纜直接埋地敷設(shè)，在入戶端應(yīng)將電纜的金屬外皮、鋼管接到防雷電感應(yīng)的接地裝置上。當(dāng)全線采用電纜有困難時(shí)，可采用鋼筋混凝土桿和鐵橫擔(dān)的架空線，并應(yīng)使用一段金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜穿鋼管直接埋地引人，其埋地長度應(yīng)符合下列表達(dá)式的要求，但不應(yīng)小于 15m：在電纜與架空線連接處，尚應(yīng)裝設(shè)避雷器。避雷器、電纜金屬外皮、鋼管和 絕緣子鐵腳、金具等應(yīng)連在一起接地，其沖擊接地電阻不應(yīng)大于 10Ω。 架空金屬管造，在進(jìn)出建筑物處，應(yīng)與防雷電感應(yīng)的接地裝置相連。距離建筑物 100m內(nèi)的管道，應(yīng)每隔 25m 左右接地一次，其沖擊接地電阻不應(yīng)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(wǎng)作為引下線，其鋼筋混凝土基礎(chǔ)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(shù)農(nóng)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(diǎn)為 20m，且當(dāng)?shù)仄骄纂娙諡? ? 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(guān)參數(shù) 名稱 型號(hào)規(guī)格 單位 容量（ KVA） 數(shù)量 變壓器 （主） 臺(tái) 2500 1 變壓器 臺(tái) 50 1 變壓器 臺(tái) 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(xiàn)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(jī)物質(zhì)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(zāi)可能啟發(fā)了遠(yuǎn)古人類對(duì)火的發(fā)現(xiàn)和利用；僅在現(xiàn)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(duì)于雷電活動(dòng)及其防護(hù)問題的關(guān)注。 雷電放電是一種氣體放電現(xiàn)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(yīng)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(rèn)識(shí)。一般認(rèn)為雷云是在有利的大氣和大地條件下，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，形成一些局部帶正電的區(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)量電荷的 ? 8 ? 雷云之間，或者雷云和大地之間形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)數(shù)兆伏甚至數(shù)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 過了大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度（大氣中約 30kV/cm，有水滴存在時(shí)約 10kV/cm）時(shí)，就會(huì)發(fā)生云間或?qū)Υ蟮氐幕鸹ǚ烹?；放出幾十乃至幾百安的電流；產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá) 15000℃至 20200℃），使空氣急劇膨脹振動(dòng)，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(shù)雷電發(fā)生在雷云之間，它對(duì)地面沒有什么直接影響。雷云對(duì)大地的放電雖然只占少數(shù)，但是一旦發(fā)生就有可能帶來嚴(yán)重的危險(xiǎn)。這正是我們主要關(guān)心的問題。 實(shí)測(cè)表明，對(duì)地放電的雷云絕大多數(shù)帶負(fù)電荷，根據(jù)放電雷云的極性來定義，此時(shí)雷電流的 極性也為負(fù)電荷。雷云中的負(fù)電荷逐漸積聚，同時(shí)在附近地面上感應(yīng)出正電荷。當(dāng)雷云與大地之間局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過大氣游離臨界場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，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(dǎo)放電。先導(dǎo)放電通道具有導(dǎo)電性，因此雷云中的負(fù)電荷沿通道分布，并繼續(xù)向地面延伸，地面上的感應(yīng)正電荷也逐漸增多，先導(dǎo)通道發(fā)展臨近地面時(shí)，由于局部空間電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，常在地面突起處出現(xiàn)正電荷的先導(dǎo)放電向天空發(fā)展，稱為迎面先導(dǎo)。 當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或者與迎面先導(dǎo)相遇以后，就在通道端部因大氣強(qiáng)烈游離而產(chǎn)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(dǎo)電率的等離子通道，使先導(dǎo)通道以及雷云中的負(fù)電荷與大地的正電荷迅速中和，這就是主放電過程。 與先導(dǎo)放電和主放電對(duì)應(yīng)的電流變化同時(shí)表示時(shí)，先導(dǎo)放電發(fā)展的平均速度較低，約 105m/s，表現(xiàn)出的電流不大，約為數(shù)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(xiàn)甚強(qiáng)的脈沖電流，可達(dá)幾十乃至二、三百千安。 以上描述的是雷云負(fù)電荷向下對(duì)地放電的基本過程，可稱為下行負(fù)閃電。在地面高聳的突起處（如尖塔或山頂），也可能出現(xiàn)從地面開始的上行正先導(dǎo)向云中的負(fù)電荷區(qū)域發(fā) 展的放電，稱為上行負(fù)閃電。與上面的情況類似，帶正電荷的雷云對(duì)地放電，也可能是下行正閃電，或上行正閃電。 雷電觀測(cè)表明，先導(dǎo)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(jí)先導(dǎo)。每次間隙時(shí)間大約幾十微秒。而且，人們眼睛觀察到的一次閃電，實(shí)際上往往包含多次先導(dǎo) 主放電的重復(fù)過程，一般為 2~3 次，最多可達(dá) 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(zhì)，電荷在其內(nèi)部不容易運(yùn)動(dòng)，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(gè)密度較高的電荷中心。第一次先導(dǎo) — 主放電沖擊，主要是泄 放第一個(gè)電荷中心及其已傳播到先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷，這時(shí)第一次沖擊放電過程雖已結(jié)束，但是雷云內(nèi)兩個(gè)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(dǎo)電率，由第二個(gè)及多個(gè)電荷中心發(fā)展起來的先導(dǎo)— 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(xiàn)了多次重復(fù)的沖擊放電。實(shí)際觀測(cè)表明，第二次及以后的沖擊放電的先導(dǎo)階段發(fā)展時(shí)間較短，沒有分叉。觀測(cè)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(duì) GIS 變電站的運(yùn)行可能造成一定程度的危險(xiǎn)；而且它們?cè)黾恿死自品烹姷目偝掷m(xù)時(shí)間，對(duì)電力 系統(tǒng)的運(yùn)行同樣會(huì)帶來不利的影響。 帶有大量電荷的雷云（實(shí)測(cè)表明多為負(fù)極性），在其周圍的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到使空氣絕緣破壞的程度（約 25～ 30kV/cm），空氣開始游離，形成導(dǎo)電性的通道，通道從云中帶電中心向地面發(fā)展。在先導(dǎo)通道發(fā)展的初級(jí)階段，其方向受偶然的因素