【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 9 避雷針（線）是防止直擊雷的主要設(shè)備，它的作用是將雷吸引到金屬針（線）上并安全導(dǎo)入地中，從而保護(hù)附近的被保護(hù)物免受雷擊。 為了有效地引雷并將雷電流安全導(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(hù)物體，因此也稱為直擊雷保護(hù)。 避雷針（ 線）的保護(hù)范圍是指被保護(hù)物在此空間范圍內(nèi)不致遭受雷擊。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DL/ 中使用的避雷針（線）保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)雷電沖擊小電流下的模擬實(shí)驗(yàn)研究確定的，并以多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做了校驗(yàn)。保護(hù)范圍是按保護(hù)概率 %確定的。實(shí)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(hù)物絕對(duì)不受直接雷擊是不現(xiàn)實(shí)的，一般，保護(hù)范圍是指具有 %左右雷擊概率的空間范圍，實(shí)踐證實(shí)，此概率是可以被 接受的。 1）單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)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(hù)范圍 高度為 Xh 的被保護(hù)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(hù)半徑 Xr 可按下式計(jì)算： 當(dāng) 12Xhh?時(shí) ()X X ar h h p h p? ? ? （ ） 當(dāng) 12Xhh?時(shí) ( 2 )XXr h h p?? （ ） 式中 h ─避雷針的高度； 蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)，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(shí)，由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)有所擴(kuò)大。圖 。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍 Xr 按式 和式 計(jì)算。兩針間保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn) O 的圓弧確定。O點(diǎn)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(hù)范圍 兩針間 Xh 水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的保護(hù)范圍最小處的最大保護(hù)寬度 Xb 按式 。 ( )XXb h h?? （ ） 為了保證兩針聯(lián)合保護(hù)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(hù)范圍按下法確定：如圖 1的保護(hù)范圍，然后經(jīng)過較低針 2的頂點(diǎn)作水平線與之交于點(diǎn) 3，再設(shè)點(diǎn) 3為一假想針的頂點(diǎn)，做出兩等高 2和 3的保護(hù)范圍，圖中 39。7Df p?，二針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針計(jì)算。 hhxhar xooRD/7Ph 0h/2D b xr xh x 水平面上保護(hù)范圍的截面蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 兩支不等高避雷針保護(hù)范圍 4）多支等高避雷針 三支等高避雷針的保護(hù)見圖 ，三針?biāo)纬傻娜切? 3的外側(cè)保護(hù)范圍分別按兩支等高的針的計(jì)算方法確定，如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度 Xh 的水平面上各自相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)寬度 0Xb? 時(shí)，則全部面積受到保護(hù)。 圖 三支等高避雷針的保護(hù)范圍圖 5）避雷線 因?yàn)楸芾拙€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。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的，故特別適于保護(hù)架空線路及 大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國(guó)家已轉(zhuǎn)而用避雷線來保護(hù) 500kV大型超高壓變電站。 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖 所示。在 Xh 水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，可按下列公式計(jì)算 : D39。D12 3fh1h2D12bx12D 23b x23 rx蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 單根避雷線的保護(hù)范圍 當(dāng) 2X hh ?時(shí) ( )XXr h h P?? （ ） 當(dāng) 2X hh ?時(shí) ( )XXr h h P?? （ ） 式中 Xr — 每側(cè)保護(hù)范圍的寬度， m。 兩根等高避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單根避雷線時(shí)確定。兩避雷線間橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過兩避雷線 2及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn) o的圓弧確定， o點(diǎn)的高度應(yīng)按式 。 0 4Dhhp?? （ ） 式中 0h — 兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)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(hù)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(hù)角愈小，避雷線就愈可靠地保護(hù)導(dǎo)線免受雷擊。單根避雷線的保護(hù)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(hù)范圍 r xr xhhxhah/2h h在h x 水平面上保護(hù)范圍的截面Df=D/5a蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)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(gè)半世紀(jì)。近代，隨著科技進(jìn)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(hù)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(shí)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(zhǎng)，也都各有局限性。對(duì)于現(xiàn)代建筑和電子設(shè)備，進(jìn)雷通道 不外乎三個(gè)方面： 。 、管道感應(yīng)或引進(jìn)的感應(yīng)雷。 。 那么，按照“系統(tǒng)論”的觀點(diǎn)，建立一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng) [2]，就能實(shí)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(hào)線、電源線進(jìn)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(jìn)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。 與防雷接地 所謂接地 [7]，就是把設(shè)備與電位參照點(diǎn)的地球作為電氣上的連接，使其對(duì)地保持一個(gè)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(shí)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(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對(duì)地電位與繼電保護(hù)上的需要。 (2)保護(hù)接地：為了保護(hù)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(chǎng)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(duì)這些金屬物（如儲(chǔ)油罐等）接地。 (4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，以消除過電壓對(duì)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(hù)中，防雷接地裝置性能的好壞將直接影響到被保護(hù)設(shè)備的耐雷水平和防雷保護(hù)的可靠性。 我們知道避雷針或避雷器因雷擊而動(dòng)作時(shí)，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)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)，被擊物（如避雷針、避雷線等）仍將會(huì)有很高的電位，以致被保護(hù)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(diǎn)討論防雷接地。 雙繞組變壓器的防雷保護(hù) 雙繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，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(huì)對(duì)繞組造成損害，無須再加其他的保護(hù)。 三繞變壓器的防雷保護(hù) 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(gè)繞組。當(dāng)高壓側(cè)雷電流入侵時(shí)，通過繞組間的靜電耦合和電磁耦合租用，會(huì)使低壓側(cè)出現(xiàn)過電壓。三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，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(shí)，在高壓或中壓側(cè)有雷電波的作用時(shí)，由于低壓繞組對(duì)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(shí)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(duì)地架裝一個(gè)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(hù) 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(tái)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(shí)，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(gè)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(hù)接線圖 自藕變壓器過度過程如下：當(dāng)無窮長(zhǎng)直角波 0U 加在高壓端 A 點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)接地的繞組相同，如圖 （ a ） 所FZ 3FZ 2FZ 1AA39。蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 示。 在開路的中壓端 39。A 上出現(xiàn)的最高電位（即對(duì)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(jìn)行保護(hù)。 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(shí)，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(diǎn)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(shí)，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(shí)， 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(shí)，而中壓側(cè)有侵入波時(shí)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(shí)，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(diǎn)的防雷保護(hù) 1）中性點(diǎn)絕緣水平 中性點(diǎn)絕緣水平可分為全絕緣和分級(jí)絕緣 [11]兩種。凡中性點(diǎn)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(diǎn)是全絕緣的。如果中性點(diǎn)絕緣低于相線端絕緣水平，叫分級(jí)絕緣。一般在 110kV 及以上時(shí)，大多中性點(diǎn)是分級(jí)絕緣的。本次設(shè)計(jì)中平北站中變壓器中性點(diǎn)即為分級(jí)絕緣。 2）不同電壓等級(jí)的中性點(diǎn)保護(hù) （ 1） 60kV及以下的電網(wǎng)中的變壓器 我國(guó) 60kV及以下的電網(wǎng)，變壓器的中性點(diǎn)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(jī)會(huì)，這理論上會(huì)造成威脅。但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種電網(wǎng)的雷害故障一般每一百臺(tái)一年只有 ，實(shí)際上是可以接受的。 35～ 60kV 中性點(diǎn)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(shí)際上變電所進(jìn)線不只是一條，它是多路進(jìn)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(shí)際值比允許值近一些； ⑥ 三相來波的概率很小。 因此我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定， 36～ 60kV變壓器中性點(diǎn)一般不需要保護(hù)。 蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 對(duì)于多雷區(qū)、單路進(jìn)線的中性點(diǎn)非直接接地的變電所，宜在中性點(diǎn)上加裝避雷妻保護(hù)。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(guó) 110kV以上的電網(wǎng)的中性