【正文】 ，直接影響整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運行。 1 成人高等教育 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 變配電所的防雷 專 業(yè) 電氣化鐵道技術(shù) 班 級 電氣化 1231 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2021 年 10 月 2 摘 要 電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會生產(chǎn)和生活對電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了越來越高的要求。 電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來，又易于轉(zhuǎn)換為其它形式的能量以供 應(yīng)用 ；電能的輸送的分配既簡單 經(jīng)濟(jì) ，又便于控制、調(diào)節(jié)和測量，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化 ； 電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)電氣化以后可以大大增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動強度，改善工人的勞動條件，有利于實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。工廠變 電站，在工廠電力系統(tǒng)中起著匯聚和分配電能的作用，擔(dān)負(fù)著工廠供電的重要任務(wù)。工廠供電系統(tǒng)的核心部分是變電所， 因此，它是防雷的重要保護(hù)部位。 如果變配電所發(fā)生雷擊事故，將造成大面積的停電，給社會生產(chǎn)和人民生活帶來不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。通過對牽引變電所的防雷接地設(shè)計，全面剖析了電力系統(tǒng)中如何讓提高牽引變電所的防雷水平，從而有效地降低牽引變電所的雷擊事故，減少雷電對電網(wǎng)安全運行的影響。按其發(fā)展方向可分 為下行雷和上行雷。 主放電時電流可達(dá)數(shù)千安，最大可 達(dá) 200 ~ 300kA。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時間可達(dá) ~ s。一般認(rèn)為雷云是在某種大氣和大地條件下，由強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。輕微的水沫帶負(fù)電，被風(fēng)吹得較高，形成大塊的帶負(fù)電的雷云；大滴水珠帶正電，凝聚成雨下降，或懸浮在云中，形成一些帶正電的區(qū)域。這樣，在帶有大量不同極性或不同數(shù)量電荷的雷云之間，或者雷云和大地之間就形成了強大的電場，其電位差可達(dá)幾兆伏甚至幾十兆伏。大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，對地面上的設(shè)備和建筑沒有什么直接影響。要避免產(chǎn)生雷電事故，就必須對雷電的放電過程、活動規(guī)律和雷電參數(shù)加以研究。雷云之間正負(fù)電荷放電現(xiàn)象，就是我們平時看到天空閃光和隨之而來的巨大隆隆聲。但是天空中帶電荷的雷云對大地放電。猛烈沖擊波，對打雷附近的人畜生命安全造成嚴(yán)重威脅，使建筑房屋損壞，森林著火，石油、電力、氣象、通信、航空航天建筑設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。把感應(yīng)出來雷電壓、雷電流通過供電線路、信號線路和各種金屬管線傳到各家各戶造成人員傷亡，特 別對微電子設(shè)備 (計算機、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等 )造成嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失，打雷是年年重復(fù)發(fā)生的自然現(xiàn)象，根據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 資料報告，全球每年因雷電災(zāi)害造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。 2 防護(hù)措施 雷電的防護(hù) 雷電災(zāi)害年年有，我們?nèi)祟悓纂姺雷o(hù)認(rèn)識和經(jīng)驗也是逐年提高。由避雷針、避雷帶、引下線、接地網(wǎng)構(gòu)成了建筑防雷措 施，大大減少了建筑物因雷擊造成的損失。因此，我國上世紀(jì) 90 年代就頒發(fā)了中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》，同時通信、電力、廣播電視、石油和鐵路等電子產(chǎn)品密集部門，根據(jù)國家防雷規(guī)范，結(jié)合自身情況又制定出更加具體的行業(yè)防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和要求?，F(xiàn)代防雷技術(shù)原則是全方位防護(hù)，綜合治理。不但建筑物樓房要做好防雷電的直接雷擊，而且還要在供電線路、通信線路上做好防護(hù)，防止由雷電引起感應(yīng)雷對我們各種各樣電子設(shè)備 (計算機、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等 )損壞。由地下引到各樓內(nèi)。第三，將建筑防雷地，供電交流接地，電氣設(shè)備安全保護(hù)地和通信及計算機 系統(tǒng)接地 (也稱邏輯接地 )組成聯(lián)合接地系統(tǒng)。所有電氣設(shè)備都應(yīng)使用有安全保護(hù)地電源插座 (若電源插座帶有防過電壓裝置更好 )。 另外，應(yīng)大力宣傳雷電防護(hù)知識，增強自我保護(hù)意識。 雷電放電是由雷云引起的放電現(xiàn)象。由于太陽不能直接使空氣變熱，所以空氣每上升 1km，溫度就下降 10℃。水滴和冰晶因其復(fù)雜的電荷分離過程及強烈氣流的作用更使會形成帶電的雷云。裝設(shè)閥式避雷器是變電站對雷電過電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施 ,它的保護(hù)作用主要是限制過電壓波的幅值 .但是為 了使閥式避雷器不至與負(fù)荷過重 (流過的沖擊電流過大 )和有效的發(fā)揮其保護(hù)功能 ,還需要有”進(jìn)線段保護(hù)”與之配合 ,這是現(xiàn)代變電站防雷接線的基本思路。 二、 防雷裝置選擇 1．雷電參數(shù) 雷擊時的等值電路 雷擊地面由先導(dǎo)放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^程可以用一根已經(jīng)充電的垂直導(dǎo)線突然于被擊物體接同來比擬，如圖 （ a） 所示。當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與地面目標(biāo)上發(fā)出迎面先導(dǎo)相遇時，主放電即開始，相當(dāng)于開關(guān) S合上。與此同時，主放電電流即雷電流 i 流過雷擊點 A并通過阻抗 Z ，此時 A點電位 u也突然升至 u iZ? 。因為先導(dǎo)通道的電荷密度很難測定，主 放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測大體判斷，唯一容易側(cè)知的量是主放電以后（相當(dāng)于 S合上以后）流過阻抗 Z 的電流 i 。圖 (c)、 (d)中 Z 為主放電通道的波阻抗。 (a)模擬電路 （ b） 主放電電路 （ c） 主放電通道電路 （ d） 等值電路 圖 雷擊放電計算模型 雷電流 因為雷電波流經(jīng)被擊物體時的電流與被擊物體的波阻抗 Z 有關(guān)，因此，我們把流經(jīng)被擊物體的波阻抗為零時的電流被定義為“雷電流”，用 i 來表示。 雷電流 i 為一非周期的沖擊波，它與氣象、自然等條件有關(guān)，是一個隨機變量。 1）幅值 雷電流的幅值與氣象、自然等條件等有關(guān)，只有通過大量實測才能正確估計其概率分布規(guī)律。 例如，當(dāng)雷擊時，出現(xiàn)大于 88kA的雷電流幅值的概率 p約為 10%。s的范圍內(nèi)變化， 多為 ～ ；波長在 20～ 100181。s左右。 在線路防雷計算時，規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭的時間為 ，波長對防雷計算結(jié)果幾乎無影響，為簡化計算，一般可視為無限長。雷電流的陡度對雷擊過電壓影響很大，也是一個常用參數(shù)。一般認(rèn)為陡度超過 50kA/181。 3）波形 實測結(jié)果表明，雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次不同，但都是單極性的脈沖波，電力設(shè)備的絕緣強度實驗和電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達(dá)、便于計算的波形。 蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 5 ti0τ tτ f （ a） 0tiτ f (b) 0 tiτ f (c) 圖 雷擊主放電時的電流波形 圖 （ a） 是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為 0 ()tti I e e ??? ???。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻 R時，作用在 R上的電壓波形 u于電流波形 i 相同。我過采用國際電工委員會（ IEC）國際標(biāo)準(zhǔn)。這樣，α可取為 I/圖 (c)為等值余弦波，雷電流波形的波頭部分，接近半弦波，其表達(dá)式為 蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 6 ? ?1 cos2Iit??? （ ） 式中： I 為雷電流幅值， kA； ω為角頻率， 61/ 1 .2 1 0f s? ? ? ?? ? ?,f?為波頭時間（ s? ）。此時最大陡度出現(xiàn)波頭中間，即 2ft ??,其值為 m ax m ax() 2Ididt ?? ?? （ ） 2 保護(hù)原理 避雷針（線）的保護(hù)原理可歸納為：能使雷云電場發(fā)生突變，使雷電先導(dǎo)的發(fā)展沿著避雷 針的方向發(fā)展， 直擊于其上，雷電流通過避雷針（線）及接地裝置瀉入大地而防止避雷針（線）周圍的設(shè)備受到雷擊。 避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電站，可根據(jù)不同情況將避雷針或裝設(shè)在配電構(gòu)架上或獨立架設(shè)。 三、 避雷針和避雷線保護(hù)范圍的確定 1． 避雷器的分類及比較 目前使用的避雷器主要有四種類型：①保護(hù)間隙；②排氣式避雷器；③閥式避雷器；④金屬氧化物避雷器。表 。它分普通型和磁吹型兩大類。 1）普通型閥式避雷器 結(jié)構(gòu)與工作原理 閥式避雷器是由火花間隙和非線性電阻這兩基本部件組成。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流入大地，從而使設(shè)備得到保護(hù)。這樣，避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流的切斷不超過半個周期，而且工 頻續(xù)流數(shù)值也不大，繼電保護(hù)來不及動作系統(tǒng)就已恢復(fù)正常。與普通型相比較，它具有更高的熄弧能力和較低的殘壓，因此它更合適用于電壓等級較高的變電所電氣設(shè)備的保護(hù)以及絕緣水平較低的旋轉(zhuǎn)電機的保護(hù)。它是由許多單個間隙串聯(lián)而成的，它利用磁場對電弧的電動力，迫使間隙中的電弧加快運動并延伸，使間隙的去游離作用增強，從而提高了滅弧能力。氧化鋅避雷器是由氧化鋅非線性電阻片組成的。 金屬氧化物避雷器的主要優(yōu)點： 與普通閥型避雷器相比，氧化鋅避雷器具有優(yōu)越的保護(hù)性能： (1)保護(hù)性能好。由于沒有間隙，金屬氧化物避雷器在陡波頭下伏秒特性上翹要比炭化硅型避雷器小的多，這樣在陡波頭下的沖擊放電電壓的升高也小很多。 (2)無續(xù)流和通流容量大。再加上閥片通流能力要比炭化硅閥片大 4～ 倍，又沒有共頻續(xù)流引起串聯(lián)間隙燒傷的制約，金屬氧化物避雷器的通流能力很大，所以金屬氧化物避雷器具有耐受重復(fù)雷和重復(fù)動作的操作過電壓或一定持續(xù)時間短時過電壓的能力。 (3)無間隙。有間隙的閥式避雷器瓷套在嚴(yán)重污穢，或在帶電水沖洗時，由于瓷套表面電位分布的不均勻或發(fā)生局部閃絡(luò)，通過電容耦合，使瓷套內(nèi)部間隙放電電壓降低，甚至此時在工作電壓下動作，不能熄滅電弧而爆炸。因為直流續(xù)流不象工頻續(xù)流那樣會自然過零，而金屬氧化物避雷器當(dāng)電壓恢復(fù)到正常時，其電流非常 小，所以只要改進(jìn)閥片電阻的配合以使其能長期陳承受直流電壓作用，就可以制成直流避雷器。 蘭州交通大學(xué)?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 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。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（ 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。保護(hù)范圍是按保護(hù)概率 %確定的。 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)物絕對不受直接雷擊是不現(xiàn)實的，一般，保護(hù)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。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 。兩針間保護(hù)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。 0 7Dhhp?? （ ） 式中 D ─兩針的距離， m。 ( )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 。7Df p?，二針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針計算。 圖 三支等高避雷針的保護(hù)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(hù)寬度比避雷針要小。 單根避雷線的保護(hù)范圍如圖 所示。D12 3fh1h2D12bx12D 23b x23 rx蘭州交通大學(xué)專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 單根避雷線的保護(hù)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(hù)范圍的寬度， m。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 o的圓弧確定， o點的高度應(yīng)按式 。 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。 220～ 330kV雙避雷線線路，一般采用 020 左右， 500kV一般不大于 015 。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)。避雷針的安裝本身，可能導(dǎo)致感應(yīng)雷害的增加。對于現(xiàn)代建筑和電子設(shè)備，進(jìn)雷通道 不外乎三個方面： 。 。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。 ③各種金屬管線入戶處進(jìn)行接地處理。 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。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。 (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。因此要對這些金屬物（如儲油罐等）接地。 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