海南電力防雷知識講座-地凱-王東升

1、 電力系統(tǒng)(din l x tn)防雷及 接地研討 廣西地凱防雷工程(gngchng)有限公司 王 東 生 共一百四十頁共一百四十頁雷電(lidin)是什么 雷電是伴有閃電和雷鳴的一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的放電現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷。云中電荷的分布較復雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個電位差。當電位差達到一定程度后，就會產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象。閃電的的平均電流是3萬安培，最大電流可達

2、30萬安培。閃電的電壓很高，約為1億至10億伏特。帶有電荷的雷云與地面的突起物接近時，它們之間就發(fā)生激烈的放電。放電過程中，由于閃道中溫度驟增，使空氣體積急劇膨脹，從而產(chǎn)生沖擊波，導致(dozh)強烈的雷鳴。在雷電放電地點會出現(xiàn)強烈的閃光和爆炸的轟鳴聲。共一百四十頁 閃電的溫度，從攝氏一萬七千度至二萬八千度不等，閃電距離近，聽到的就是尖銳的爆裂聲；如果距離遠，聽到的則是隆隆聲。你在看見閃電之后可以開動秒表，聽到雷聲后即把它按停，然后以3來除所得的秒數(shù)，即可大致知道閃電離你有幾千米。枝狀閃電的通道如被風吹向兩邊，以致看來有幾條平行的閃電時，則稱為帶狀閃電。 閃電的兩枝如果看來同時到達地面，則稱為

3、叉狀閃電。 閃電在云中陰陽電荷之間閃爍，而使全地區(qū)的天空一片光亮時，那便稱為片狀閃電。未達到地面的閃電，也就是同一云層之中或兩個云層之間的閃電，稱為云間閃電。 曲折(qzh)開叉的普通閃電稱為枝狀閃電。共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁雷電(lidin)的感應 靜電感應 電磁感應共一百四十頁共一百四十頁雷云電荷(dinh)對地面的感應共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁雷云對輸電(shdin)線路的感應共一百四十頁靜電感應對輸電線路影響雷云電荷除了對架空避雷線感應(gnyng)產(chǎn)生異性電荷外，還會對下方的輸電線路產(chǎn)生感應

4、- - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 共一百四十頁靜電感應對輸電(shdin)線路影響架空避雷線上的電荷，還會對下方的輸電線路產(chǎn)生感應- - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 共一百四十頁靜電感應(jngdin gnyng)電荷的流動共一百四十頁100kA50kA50kA50kA避雷接閃雷電(lid

5、in)后的 雷電流分布共一百四十頁100kA50kA50kA50kA避雷線接閃雷電后 的電位(din wi)分布接地(jid)電阻10鐵塔電位抬升500kV至1000kV共一百四十頁100kA50kA50kA50kA避雷線接閃雷電(lidin)后 的電位分布接地(jid)電阻10鐵塔電位抬升500kV至1000kV共一百四十頁100kA50kA避雷線接閃雷電后 避雷線電位分布避雷線的分布電感(din n)和分布電阻使得雷電在流過避雷線時會產(chǎn)生與輸電線路間的電壓差:避雷線長X100X100(V)接地(jid)電阻10共一百四十頁電磁感應(dinc-gnyng)（雷電電磁脈沖）共一百四十頁I=10

6、0kAR=1U=I*R=100kV防雷地建筑物設備(shbi)共一百四十頁共一百四十頁設備(shbi)I=100kAR=1U=I*R=100kV電源線信號線計算機設備地防雷地建筑物共一百四十頁設備(shbi)I=100kAR=1U=I*R=100kV電源線信號線計算機設備地防雷地建筑物共一百四十頁I=100kAR=1U=I*R=100kV電源線信號線計算機設備地防雷地建筑物設備(shbi)共一百四十頁設備(shbi)R=1i=100kAU=100kV3m3m設備接地(jid)與防雷接地(jid)分開共一百四十頁設備(shbi)i=100kAU=100kVU=0V220V信號線設備接地(jid)

7、與防雷接地(jid)分開的電位共一百四十頁i=100kAU=100kVU=0V220V設備(shbi)設備與防雷接地分開人身(rnshn)不安全共一百四十頁i=100kAU=100kVU=0V220V設備(shbi)設備與防雷接地(jid)分開設備損壞共一百四十頁設備(shbi)i=100kAU=100kVU=100kV220V設備采用(ciyng)共用接地方式共一百四十頁i=100kAU=100kVU=100kV220V設備(shbi)設備采用共用(n yn)接地方式共一百四十頁設備(shbi)i=100kAU=100kV220V連接SPD的等電位(din wi)防雷效果共一百四十頁直擊雷、

8、靜電感和電磁感應都會使雷電沿高壓輸電(shdin)線路引入用戶端高壓輸電線路(xinl)雷電引入共一百四十頁配電柜L1L2L3接地線10kAR=410kAU=40kV雷電(lidin)進入變壓器前端共一百四十頁配電柜L1L2L3接地線10kAR=410kAU=40kV雷電(lidin)進入變壓器前端共一百四十頁配電柜L1L2L3接地線SPDU=40kVU=40kVR=410kA10kA雷電(lidin)進入變壓器前端共一百四十頁配電柜L1L2L3接地線SPD設備(shbi)接地線信號線U=40kV雷電(lidin)進入變壓器后共一百四十頁雷電(lidin)流流向分配共一百四十頁建筑物內(nèi)有電源線

9、(三芯)和服務牲管線,設雷電(lidin)流I=100kA,雷電流50%入地,進入電源線的雷電流:I線=100/2/2/3=8.3kA雷電流流向(li xin)分配共一百四十頁 KA It us1035010/350S模擬直接雷擊(lij)流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax直接(zhji)雷擊模擬波共一百四十頁 KA It us8208/20S模擬感應(gnyng)雷電流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax雷擊(lij)過電壓是高達幾千甚至上萬伏，微秒級的電脈沖。感應雷擊模擬波共一百四十頁it20 S8 S10 S350 S從能量(nngling)守恒定律得

10、:i82 * R * t8 = i102 * R * t10Ri10/350S與8/20S的關系(gun x)共一百四十頁i對兩個(lin )電流波進行積分得: 0 i82(t) * R * dt = 0 i102(t) * R * dt解得: i8 = 5.6 i10, 取值:i8 = 6 i10Rt20 S8 S10 S350 Si共一百四十頁電源(dinyun)線路浪涌保護器標稱放電電流參數(shù)值保護分級LPZ0區(qū)與LPZl區(qū)交界處LPZl與LPZ2、LPZ2與LVZ3區(qū)交界處 直流電源標稱 放電電流(kA)第一級標稱放電電流*(kA)第二級標稱放電電流(kA)第三級標稱放電電流(kA)第四

11、級標稱放電電流(kA)8/20s10/350/s8/20s8/20s8/20s8/20sA級20804020lO lOB級15604020 直流配電系統(tǒng)中根據(jù)線路長度和工作電壓選用標稱放電電流l0kA適配的SPDC級12.55020D級l2.55010 注：SPD的外封裝材料應為阻燃型材料。 *第一級防護使用兩種波形的說明見條文說明。共一百四十頁假設：設備(shbi)與設備和配電柜的接地線是獨立分開設備A（機房）設備B(現(xiàn)場)信號線電源線電源線信號線設備A設備B電源線電源線PE-APE-BL1L2L3N配電柜PE共一百四十頁電源線電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kAii地面雷電(

12、lidin)損壞設備的路徑共一百四十頁電源線電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1SPD與設備(shbi)接地共一百四十頁電源線電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1雷電損壞(snhui)設備的兩大參數(shù)1.過電流 2.過電壓共一百四十頁電源線電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=0VU=5kVSPD與設備(shbi)接地分開的防雷效果共一百四十頁電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=VU=5kV設備電源耐壓

13、:15002500V設備(shbi)電源耐壓共一百四十頁電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=V設備電源耐壓:15002500VU=5kVSPD與設備接地連接(linji)的防雷效果共一百四十頁電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=5kV信號耐壓:100V,200VSPD等電位連接(linji)的防雷效果共一百四十頁電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=5kV信號耐壓:100V,200VSPD等電位連接(linji)的防

14、雷效果共一百四十頁電源線信號線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kV 信號耐壓:100V,200VSPD連接信號(xnho)SPD的防雷效果共一百四十頁電源線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVSPDU=5kVU=5kV連接信號(xnho)SPD的防雷效果共一百四十頁it10 S350 S設,銅導線長1m, 截面積10mm2, 電感L=1H, 電阻R=1/1000, 雷電流i=1kA, 導線兩端殘壓U1mi=1kAUU =didt* L + i * R=10310*10-6* 1*10-6 + 103

15、*10-3 = 100+1 = 100 V導線(doxin)的殘壓共一百四十頁2m SPD1000Vi=10kA2000V3000V設備(shbi)防雷工程設計定律(dngl)1m長導線 流過1kA雷電流 產(chǎn)生100V殘壓共一百四十頁電源線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1SPD2m2000V1500V100V一級SPD的防雷效果(xiogu)共一百四十頁電源線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面i1=kASPDR=11500Vi2=1kA多級SPD的防雷效果(xiogu)：前一級分流的雷電流共一百四十頁1800V電源線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA

16、地面i1=kASPDR=1i2=1kA1500V1200V多級SPD的防雷效果(xiogu)共一百四十頁1800V電源線設備A設備BPE-APE-Bi=5kA地面SPDR=11200Vi4i4=200Ai3串聯(lián)(chunlin)多級SPD的防雷效果, 安全閥值: 1500V/200A共一百四十頁設備Ai=20kASPDR=116kA4kA800A160A串聯(lián)(chunlin)電源SPD共一百四十頁 輸入接線路 輸出接設備信號(xnho)SPD共一百四十頁設備A設備BPE-APE-BSPDSPD信號電源電源、信號使用(shyng)示意共一百四十頁等電位(din wi)接地共一百四十頁SPD設備a

17、設備b設備c220VABCIG錯誤的局部(jb)串聯(lián)接地方式3mi=1kA300V共一百四十頁正確的接地(jid)方式設備a設備b設備cSPDi=1kAi共一百四十頁設備A設備BPE-BSPDSPD信號電源1m1m不正確的接地(jid)方式: 信號接地線太長共一百四十頁正確(zhngqu)的接地匯集方法共一百四十頁i設備C1設備C2PE-BSPDSPD信號電源1miiiCRPEi1i2RCRPE RPE: 1*250 mm2i1 i2 RC :2.5mm2大型機房(j fn)的接地方式共一百四十頁 變電站接地網(wǎng)接地整改理由：變電站接地網(wǎng)建設年久，接地裝置金屬材料 嚴重(ynzhng)腐蝕斷裂，

18、 接地電阻升高。目的：保證均壓以及跨步電壓和接觸電勢滿足設計 和運行要求 。辦法：按常規(guī)設計要求新增接地網(wǎng)裝置。難點：接地裝置接地電阻滿足設計要求。共一百四十頁降低(jingd)接地電阻方案共一百四十頁在高土壤電阻(dinz)率地區(qū)要降低接地電阻(dinz)，需要很大的接地面積，按接地網(wǎng)接地電阻公式： 變電站的接地面積(min j)一定,如L1=100米,L2=80米, 接地面積 S=100*80平方米設土壤接地電阻率=1000mR=0.5*1000/8000=5.6共一百四十頁 假設：變電站所在位置的土壤電阻率=1000m， 設計(shj)接地電阻R=0.5，則需接地面積S： =*=1000

19、*1000（m2）1000m1000m變電站地網(wǎng)面積(min j)共一百四十頁 傳統(tǒng)方法 擴大面積:根據(jù)公式R=0.5* /S，S，R變電站征地面積一定(ydng),擴大面積,成本高;原地(yun d)網(wǎng)擴大地網(wǎng)大擴地網(wǎng)擴大接地網(wǎng)共一百四十頁增加地網(wǎng)(d wn)的埋設深度:如深埋均壓網(wǎng)水平接地體，根據(jù)公式R=0.5* /S， ，R效果不明顯;地網(wǎng)(d wn)埋深1-3米均壓網(wǎng)增加地網(wǎng)的埋設深度共一百四十頁 利用自然接地體:變電站均壓接地網(wǎng)與控制室建筑(jinzh)基礎地網(wǎng)相連，屬站內(nèi)地網(wǎng)，基本沒有效果;均壓網(wǎng)基礎(jch)地網(wǎng)利用自然接地體共一百四十頁 換土法(tf):將變電站范圍內(nèi)的高土壤電

20、阻率土質換成低土壤電阻率土質，降低，此辦法在站內(nèi)施工，工作量大,成本高，基本沒有效果。均壓網(wǎng)高土壤(trng)電阻率土質低土壤電阻率土質換成低土壤電阻率土質共一百四十頁 傳統(tǒng)方法 化學處理:如施放(shfng)降阻劑,腐蝕性大,地網(wǎng)壽命在5年以內(nèi),成本高,效果不明顯 禁止使用降阻劑的呼聲越來越高采用降阻劑處理水平地網(wǎng)效果差： 主要作用降低接觸(jich)電阻 海勃灣220kV發(fā)電廠采用60t降阻劑處理水平地網(wǎng)，接地電阻基本沒變 膠南110kV變電站地網(wǎng)動用30萬元的降阻劑，基本沒效采用降阻劑處理接地地網(wǎng)共一百四十頁 傳統(tǒng)方法 長垂直接地極： 如：打深井或深孔爆破法，有一定效果，但不一定達到接地

21、電阻設計值，深孔爆破法的效果與地質結構(jigu)有關，成本較高打深井或深孔爆破(bop)法共一百四十頁 由于接地網(wǎng)內(nèi)的土壤電阻率極高，接地電阻很難降下來， 如果采用電阻率較低的材料如降阻劑，將接地網(wǎng)內(nèi)的所有土壤用降阻劑來替換，并輔助打多口深井，即將接地網(wǎng)等效于一個(y )半球接地體，如下圖所示： 半球接地(jid)體示意圖r為半球接地體的半徑 其接地電阻的公式：半球接地體共一百四十頁設,變電站土壤電阻率=1000m，設計接地電阻值R=0.5, 需將半球接地體的半徑r擴至：r=/(2)=1000/(23.140.5)=318(m)如用打深井放降阻劑，則應打很多個300多米深的井，這樣做成本(c

22、hngbn)很高,也不是理想的解決辦法。 318mr=318m半球接地(jid)體的 半徑與深井半球接地體的半徑與深井共一百四十頁 如果能將大于接地半球r的土壤電阻率降下來，接地電阻值R就可以降下來。我們采用(ciyng)向土壤施放電解質的方法來降低土壤電阻率。 降阻方案(fng n)共一百四十頁 DK-AG電解地極，是在銅管內(nèi)填裝無毒化合物晶體，銅管上的呼吸孔吸收土壤的水分，使化合物晶體變?yōu)殡娊赓|溶液，并向四周流入土壤，在土壤中形成了成片導電率良好的電解質離子土壤，電解質液可向砂質粘土的縱深方向和巖石表面的四周滲透，使原來導電率極差的砂巖地質結構(jigu)形成了一個良好的電解質導電通道，從

23、而大范圍地降低了土壤電阻率。電解地極(dj)降阻原理共一百四十頁最新技術(jsh)電解質電解質電解質電解質斜井口外引(wi yn)接地體電解地極降阻原理共一百四十頁DK-電解(dinji)地極共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁 設N為電解(dinji)地極的數(shù)量，由公式： R0為原地網(wǎng)（或地基）的接地電阻； R 為地網(wǎng)設計接地電阻；為土壤電阻率； k為系數(shù) 當：200.m，k取3 200500.m，k取4 5001000.m，k取4.5 1000.m，k取5電解(dinji)地極的數(shù)量共一百四十頁變電站接地(jid)共一百四十頁 在地網(wǎng)(d wn)改造的過程中做了一組

24、比較數(shù)據(jù)：斜井打完后，先放入505的熱鍍鋅扁鋼，灌水后測量接地電阻，后放置DK-AG電解地極灌水后測量接地電阻。見下表：鉆井后扁鋼與電解地極的效果比較表：鉆井編號扁鋼接地電阻（）電解地極接地電阻（）扁鋼長度（m）電解地極（套）9.51.520099.21.420098.21.03001312.51.7200911.31.620099.11.23001311.21.6200910.91.32009惠州500kV博羅(b lu)變電站地網(wǎng)改造工程共一百四十頁斜井(xi jn)施工現(xiàn)場共一百四十頁施工現(xiàn)場共一百四十頁施工現(xiàn)場共一百四十頁施工現(xiàn)場共一百四十頁施工現(xiàn)場共一百四十頁地壤電阻率的測量(cli

25、ng)原理共一百四十頁 變電站與電力(dinl)大樓 二次設備防雷技術共一百四十頁 雷電入侵樓內(nèi)設備(shbi)簡單地說有路與場兩條途徑，其中路是指設備(shbi)的配電線路、通信線路、接地線路等，場是指雷擊電磁場。引下線、附近(fjn)雷擊等引起的樓內(nèi)電磁場地線通信線配電線地網(wǎng)共一百四十頁雷電入侵變電站與電力大樓二次設備途徑電源線路：交流電源線路:380V/220V低壓配電線路直流電源線路:220V/110V直流配電線路通信線路：通信、控制、采樣、語音線路、RS485（RS232等）等數(shù)據(jù)線、RJ45以態(tài)網(wǎng)線、PT、CT、YX、YC等室內(nèi)(sh ni)線路相互感應：電源線、通信、控制、采樣線

26、路等都在電纜層布設，線與線之間可能相互感應共一百四十頁變電站與電力大樓二次設備雷電防護原理二次設備感應雷擊防護基本原理：接地與等電位，安裝SPD，屏蔽，合理布線。使得線路(xinl)與空間都“干凈”。共一百四十頁接地(jid)與等電位：C、設備就近用10mm2銅線(tn xin)接到接地母排A、采用共用接地方式， 兩條主地線， 4*40扁銅（鋼）D、SPD就近接到接地母排B、4*40扁銅作接地母排共一百四十頁直流屏380V其它(qt)設備交流(jioli)SPD直流SPD或交直流SPD測控等設備信號SPDE信號線電源線其它設備安裝SPD共一百四十頁屏蔽(pngb)：一端(ydun)接地效果差兩

27、端接地效果良好套金屬管雙層屏蔽能屏蔽90%的雷電。共一百四十頁合理(hl)布線：非屏蔽的室外可能感應(gnyng)到雷電的線路與室內(nèi)線路分開0.5米以上。非屏蔽的強弱電線路分開0.5米以上。強弱電線路各自套金屬線槽屏蔽。共一百四十頁 可能感應到雷電的交流電源安裝交流SPD,直流電源線應安裝直流SPD(或交直流共用SPD)來保護。 變電站線路特別是控制線路非常(fichng)多，不可能每條都安裝SPD保護，應在主要通道上安裝SPD來保護。 目前主要參考標準為： GB50057建筑物防雷設計規(guī)范 GB50343建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范 DL548電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)定二次設備雷電防護

28、(fngh)原則及相關標準共一百四十頁總配電、樓層配電、機房配電、 UPS輸出安裝(nzhung)電源防雷器直流輸出配電根據(jù)情況安裝電源防雷器微波饋線、栽波通信線安裝高頻信號防雷器樓內(nèi)五類線、語音線、2M口線等根據(jù)情況安裝通信防雷器各機房設置接地母排強弱電線路分開布設，并各自屏蔽，設備外殼良好接地通信中心微波信息中心自動化中心調(diào)度中心客服中心配電室380V48VUPS輸出載波光纖網(wǎng)線數(shù)據(jù)線二級交換機共一百四十頁交直流配電(pi din)線防雷方案站用變備份(bi fn)交流屏直流屏通信保護測控主控后臺監(jiān)控UPS48V整流直流母線共一百四十頁中控室主要通道(tngdo)信號線防雷方案交流(jio

29、li)屏直流屏通信保護測控主控后臺監(jiān)控PT、CTM光纖載波等GPSRJ45網(wǎng)線485CAN485語音線等CTPT去調(diào)度經(jīng)布線層等的主要通信線安裝SPD。屏內(nèi)的232等通信線不須安裝SPD共一百四十頁接地(jid)與屏蔽屏蔽(pngb)措施:機柜接地有良好的屏蔽作用,采用屏蔽電纜.C、設備及需接地的點就近接地排(槽鋼)。B、主地線4*40扁銅以上銅或鋼(2條以上)A、共用接地方式變電站地網(wǎng)共一百四十頁野外電網(wǎng)(dinwng)變壓器 防雷接地工程共一百四十頁農(nóng)村電網(wǎng)(dinwng)現(xiàn)狀共一百四十頁整改(zhn i)方案共一百四十頁共一百四十頁農(nóng)村用電變壓器防雷示意圖共一百四十頁安全防范(fngfn)工程防雷共一百四十頁 安全防范工程防雷持點安防監(jiān)控部分多數(shù)為露天安裝且線路長安防系統(tǒng)各部分的接地體相對獨立(dl)傳輸線路容易產(chǎn)生雷電感應過電流、過電壓接地電阻很難降低共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁共一百四十頁S0.3（Ri + 0.1Lx） （m）共一百四十頁有線傳輸(chun sh)信號監(jiān)控系統(tǒng)共一百四十頁光纖傳輸(chun sh)信號監(jiān)控系統(tǒng)共一百四十頁雷電(lidin)預警共一百四十頁雷電監(jiān)控及預警系統(tǒng) 雷電是一種復雜的自然現(xiàn)象，雷電形成過程中伴隨著有