【文章內(nèi)容簡介】 全導(dǎo)入地中，避雷針由接閃器（針頭）、引下線和接地裝置三部分構(gòu)成。避雷線本身就相當(dāng)于接閃器，它也必須經(jīng)引下線與接地裝置可靠連接。 避雷針和避雷線 [5]可以防止雷電直接擊中被保護物體，因此也稱為直擊雷保護。 避雷針（ 線）的保護范圍是指被保護物在此空間范圍內(nèi)不致遭受雷擊。我國標(biāo)準(zhǔn)DL/ 中使用的避雷針（線）保護范圍的計算方法，是根據(jù)雷電沖擊小電流下的模擬實驗研究確定的，并以多年運行經(jīng)驗做了校驗。保護范圍是按保護概率 %確定的。實踐證明，此雷擊概率是可 以接受的。 由于雷電的路徑受到很多偶然因素的影響，因此要保證被保護物絕對不受直接雷擊是不現(xiàn)實的，一般，保護范圍是指具有 %左右雷擊概率的空間范圍，實踐證實，此概率是可以被接受的。 1）單支避雷針的保護范圍是一個以避雷針為軸的近似錐形的空間。她的側(cè)面邊界原為一根曲線，《規(guī)程》中近似地用折線代替，如圖 。 圖 單支避雷針的保護范圍 高度為 Xh 的被保護物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在 xh 高度截面的保護半徑 Xr 可按下式計算： 當(dāng) 12Xhh?時 ()X X ar h h p h p? ? ? （ ） 當(dāng) 12Xhh?時 ( 2 )XXr h h p?? （ ） 式中 h ─避雷針的高度； 蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 10 ah ─避雷針的有效高度， aXh h h?? ； p ─考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù)， 30hm? ， 1p? ， 30 120hm?? 時，30 h h?? （ ） 2）兩支等高避雷針 當(dāng)兩根避雷針距離不太遠(yuǎn)時，由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護范圍比單針時有所擴大。圖 。兩針外側(cè)的保護范圍 Xr 按式 和式 計算。兩針間保護范圍的上部邊緣應(yīng)按通過兩針頂點及中間最低點 O的圓弧確定。O點的高度 0h 按式 。 0 7Dhhp?? （ ） 式中 D ─兩針的距離， m。 圖 高度為 h的二等高避雷針保護范圍 兩針間 Xh 水平面上保護范圍一側(cè)的保護范圍最小處的最大保護寬度 Xb 按式 。 ( )XXb h h?? （ ） 為了保證兩針聯(lián)合保護的效果，《規(guī)程》建議兩支避雷針之間的距離不宜大于 5h 。 3）兩支不等高避雷針 其保護范圍按下法確定：如圖 1的保護范圍，然后經(jīng)過較低針 2的頂點作水平線與之交于點 3，再設(shè)點 3為一假想針的頂點，做出兩等高 2和 3的保護范圍，圖中 39。7Df p?，二針外側(cè)的保護范圍仍按單針計算。 hhxhar xooRD/7Ph 0h/2D b xr xh x 水平面上保護范圍的截面蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 兩支不等高避雷針保護范圍 4）多支等高避雷針 三支等高避雷針的保護見圖 ，三針?biāo)纬傻娜切? 3的外側(cè)保護范圍分別按兩支等高的針的計算方法確定，如在三角形內(nèi)被保護物最大高度 Xh 的水平面上各自相鄰避雷針間保護范圍的一側(cè)寬度 0Xb? 時，則全部面積受到保護。 圖 三支等高避雷針的保護范圍圖 5）避雷線 因為避雷線對雷云與大地間電場畸變的影響比避雷針小，所以其引雷作用和保護寬度比避雷針要小。但因避雷線的保護長度是與線等長的，故特別適于保護架空線路及 大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國家已轉(zhuǎn)而用避雷線來保護 500kV大型超高壓變電站。 單根避雷線的保護范圍如圖 所示。在 Xh 水平面上每側(cè)保護范圍的寬度，可按下列公式計算 : D39。D12 3fh1h2D12bx12D 23b x23 rx蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 單根避雷線的保護范圍 當(dāng) 2X hh ?時 ( )XXr h h P?? （ ） 當(dāng) 2X hh ?時 ( )XXr h h P?? （ ） 式中 Xr — 每側(cè)保護范圍的寬度， m。 兩根等高避雷線外側(cè)的保護范圍仍按單根避雷線時確定。兩避雷線間橫截面的保護范圍應(yīng)由通過兩避雷線 2及保護范圍邊緣最低點 o的圓弧確定， o點的高度應(yīng)按式 。 0 4Dhhp?? （ ） 式中 0h — 兩避雷線間保護范圍上部邊緣最低點的高度， m； D — 兩避雷線間的距離， m； h — 避雷線的高度， m。 圖 中 ? 稱為避雷線的保護角，它是桿塔上避雷線的鉛垂線同桿塔處避雷線與導(dǎo)線連線間所組成的夾角，保護角愈小，避雷線就愈可靠地保護導(dǎo)線免受雷擊。單根避雷線的保護角不能做的太小，一般在 020 ～ 030 。 220～ 330kV雙避雷線線路，一般采用 020 左右， 500kV一般不大于 015 。 圖 兩根平行避雷線的保護范圍 r xr xhhxhah/2h h在h x 水平面上保護范圍的截面Df=D/5a蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 13 四、 接地方案 的確定 1749 年富蘭克林發(fā)明第一支避雷針，開創(chuàng)了人類有意識防雷的歷史。自此，避雷針及其派生出的避雷帶、避雷網(wǎng)、避雷線、法拉第等傳統(tǒng)避雷裝置，以“引雷燒身”的大無畏精神，伴隨人類度過了兩個半世紀(jì)。近代，隨著科技進步，人工建筑的高度越來越高，電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，由于避雷針保護范圍具有不確定性，引雷過程中產(chǎn)生電磁感應(yīng)過電壓，雷電反擊產(chǎn)生二次雷擊和跨步電壓等，避雷針已跟不上時代的步伐。避雷針的安裝本身，可能導(dǎo)致感應(yīng)雷害的增加。 目前已投入使用的各種防雷裝置，各有所長，也都各有局限性。對于現(xiàn)代建筑和電子設(shè)備，進雷通道 不外乎三個方面： 。 、管道感應(yīng)或引進的感應(yīng)雷。 。 那么，按照“系統(tǒng)論”的觀點，建立一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng) [2]，就能實現(xiàn)有效的防雷安全。一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng)包括： ①架設(shè)避雷針，避雷線防直擊雷。 ②地面或室內(nèi)外各種天線、信號線、電源線進入室內(nèi)或設(shè)備前，裝設(shè)線路避雷器。 ③各種金屬管線入戶處進行接地處理。 ④埋地電纜用金屬裸線平行屏蔽。 ⑤具有良好的接地裝置，包括盡可能小的接地沖擊阻抗、接地體的有效屏蔽及各種接地的聯(lián)通。 所謂接地 [7]，就是把設(shè)備與電位參照點的地球作為電氣上的連接，使其對地保持一個低的電位差。其辦法是在大地表面土層中埋設(shè)金屬電極，這種埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體，叫做接地體，有時也稱為接地裝置。 按其目的接地可 分為四種： (1)工作接地：電力系統(tǒng)為了運行的需要，將電網(wǎng)某一點接地，其目的是為了穩(wěn)定對地電位與繼電保護上的需要。 (2)保護接地：為了保護人身的安全，防止因電氣設(shè)備絕緣劣化，外殼可能帶電而危及工作人員安全。 (3)靜電接地：在可燃物場所的金屬物體，蓄有靜電后，往往爆發(fā)火 花，以致造成火災(zāi)。因此要對這些金屬物（如儲油罐等）接地。 (4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，以消除過電壓對設(shè)備的危害。 顧名思義，防雷接地裝置的作用用于防雷保護中，防雷接地裝置性能的好壞將直接影響到被保護設(shè)備的耐雷水平和防雷保護的可靠性。 我們知道避雷針或避雷器因雷擊而動作時，幅值極高的雷電流將經(jīng)過避雷針或避雷器及蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 14 其接地裝置而流入大地，如果接地裝置不符合要求，接地電阻過大時，被擊物（如避雷針、避雷線等）仍將會有很高的電位，以致被保護設(shè)備有可能遭到反擊，因此防雷接地裝置起著十分重要的作用。下面將重點討論防雷接地。 雙繞組變壓器的防雷保護 雙繞組變壓器在正常運行時，高壓側(cè)與低壓側(cè)斷路器都是閉合的，兩側(cè)都應(yīng)該裝設(shè)避雷器。所以一側(cè)有雷電波入侵，傳遞到另一側(cè)去的電壓也不會對繞組造成損害，無須再加其他的保護。 三繞變壓器的防雷保護 110kV以上的變電所有的采用三繞組變壓器，即具有高壓、中壓和低壓三個繞組。當(dāng)高壓側(cè)雷電流入侵時，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合租用，會使低壓側(cè)出現(xiàn)過電壓。三繞組變壓器在正常運行時，可能出現(xiàn)只有高、中壓繞組工作，低壓繞組開路的情況。此時，在高壓或中壓側(cè)有雷電波的作用時，由于低壓繞組對地電容較小，開路的低壓繞組上的靜電感應(yīng)分量可達(dá)很高的數(shù)值以至危及低壓繞組的絕緣。由于靜電感應(yīng)分量將使低壓繞組三相的電位同時升高，故為了限制這種過電壓，只要在任一相低壓繞組直接出口處對地架裝一個避雷器即可。中壓繞組雖也有開路的可能 ，但其絕緣水平較高，一般不裝。 自藕變壓器的防雷保護 自藕變壓器除有高、中壓自耦繞組外，還采用三角形連接的低壓非自藕繞組，以減小零序阻抗和改善電壓波形。在低壓非自藕繞組上，為限制靜電感應(yīng)電壓需裝一臺避雷器。此外，當(dāng)雷電波從高、中壓繞組的一側(cè)侵入而另一側(cè)開路時，將在開路側(cè)出現(xiàn)過電壓，因此，必須在自藕變壓器的兩個自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器，此避雷器應(yīng)該裝在自藕變壓器和斷路器之間。如圖 。 圖 自藕變壓器的防雷保護接線圖 自藕變壓器過度過程如下：當(dāng)無窮長直角波 0U 加在高壓端 A 點時，則由于中壓開路，電 位起始分布、穩(wěn)態(tài)分布以及最大包絡(luò)線都和中性點接地的繞組相同，如圖 （ a ） 所FZ 3FZ 2FZ 1AA39。蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 15 示。 在開路的中壓端 39。A 上出現(xiàn)的最高電位（即對地電壓）約為高壓側(cè)電壓 0U 的 2k 倍（ k 是高壓側(cè)與中壓側(cè)的變比），這可能使處于開路狀態(tài)的中壓端套管閃絡(luò)。因此中壓端與斷路器之間應(yīng)裝設(shè)一組避雷器進行保護。 當(dāng)高壓側(cè)開路，中壓端子上出現(xiàn)幅值為 39。0U 的侵入波時，繞組電位的起始分布如圖 中 （ b） 曲線 1，穩(wěn)態(tài)分布曲線如曲線 2所示。由 39。A 到 0 這段繞組的電位穩(wěn)態(tài)分布和末端接地的變壓器繞組相同。由 39。A 到 A 這段繞組的電壓穩(wěn)態(tài)分布是由與 39。A 到 0段穩(wěn)態(tài)分布的電磁感應(yīng)所行成的，高電壓的穩(wěn)態(tài)分布為 0kU 。在震蕩過程中 A 點的電位最高可達(dá)到 39。02kU ，這將危及處于開路狀態(tài)的高壓端絕緣套管，因此在高壓端與斷路器之間也裝設(shè)一組避雷器。 另外，當(dāng)中壓側(cè)有出線時，由于出線才波阻抗較變壓器要小的多，當(dāng)高壓側(cè)有雷電時， 39。A 端相當(dāng)與接地，雷電波大部分加在自藕變壓器繞組的 39。AA 之間，可能使其絕緣破壞，同理，當(dāng)高壓側(cè)有出線時，而中壓側(cè)有侵入波時也有類似的情況，這中情況在變比越小的自藕變壓器中越嚴(yán)重。因此，當(dāng)變比小于 時，在 39。AA 間還應(yīng)該裝一組避雷器如圖 中虛線的3FZ。3FZ的滅弧電壓應(yīng)大 于高壓或者中壓側(cè)接地短路條件下 39。AA 的 出線的最高工頻電壓。 變壓器中性點的防雷保護 1）中性點絕緣水平 中性點絕緣水平可分為全絕緣和分級絕緣 [11]兩種。凡中性點絕緣與相線端的絕緣水平相等，叫全絕緣。一般在 60kV及以下的電力變壓器的中性點是全絕緣的。如果中性點絕緣低于相線端絕緣水平，叫分級絕緣。一般在 110kV及以上時，大多中性點是分級絕緣的。本次設(shè)計中平北站中變壓器中性點即為分級絕緣。 2）不同電壓等級的中性點保護 （ 1） 60kV及以下的電網(wǎng)中的變壓器 我國 60kV及以下的電網(wǎng)，變壓器的中性點是非直接接地的。這種電網(wǎng)因額定電壓較低，所以線路絕緣不高，加上 35kV 及以下的線路又不架避雷線，所以常有沿線路三相來雷電波的機會，這理論上會造成威脅。但運行經(jīng)驗表明，這種電網(wǎng)的雷害故障一般每一百臺一年只有 ，實際上是可以接受的。 35～ 60kV中性點雷害之所以較少，是由于以下幾方面的原因： ① 流過避雷起器的雷電流小于 5kV，一般只有 ～ ； ② 實際上變電所進線不只是一條，它是多路進線，一條線的來波可由其他的線路流走一部分電流，這就減少了流經(jīng)避雷器的雷電流； ③ 大多數(shù)來波是以線路遠(yuǎn)處襲來的，其陡度很小； ④ 變壓器絕緣有一定的裕度； ⑤ 避雷器到變壓器的距離實際值比允許值近一些； ⑥ 三相來波的概率很小。 因此我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 36～ 60kV變壓器中性點一般不需要保護。 蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 對于多雷區(qū)、單路進線的中性點非直接接地的變電所，宜在中性點上加裝避雷妻保護。避雷器可任選金屬氧化物避雷器或者閥式避雷器。 （ 2） 110kV及以上電網(wǎng) 我國 110kV以上的電網(wǎng)的中性點一般是直接接地的，但為了繼電保護的需要，其中一部分變壓器的中性點是不接地 的，如中性點采用分級絕緣且未裝設(shè)保護間隙，應(yīng)在中性點加裝避雷器，且宜選變壓器中性點金屬氧化物避雷器。如果變壓器的中性點是全絕緣的，但變電