35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)

35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:35KV變電站防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)摘要雷電事故是對(duì)變電站、發(fā)電廠安全的主要威脅，如何有效、合理對(duì)變電站、發(fā)電廠采取防雷接地保護(hù)措施有著十分重要的意義。本文就以農(nóng)村某35KV變電站為研究對(duì)象，以國(guó)家《防雷接地標(biāo)準(zhǔn)》為依據(jù)且結(jié)合變電站具體情況，對(duì)變電站的防雷接地進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，具有一定代表性。首先根據(jù)變電站的電氣主接線圖等實(shí)際情況，在了解雷電參數(shù)、雷電機(jī)理以及學(xué)習(xí)各種防雷裝置的基礎(chǔ)上，采用設(shè)計(jì)避雷針并計(jì)算驗(yàn)證其保護(hù)范圍實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站直擊雷的防護(hù)；對(duì)變電站雷電侵入波的防護(hù)實(shí)現(xiàn)，則通過(guò)選擇安裝避雷器型號(hào)和設(shè)計(jì)變電站進(jìn)線段的保護(hù)接線。最后在了解接地基本知識(shí)后，計(jì)算其接地電阻、最大土壤電阻率、垂直接地體根數(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)此35KV變電站的接地保護(hù)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：35KV變電站；直擊雷防護(hù)；雷電侵入波防護(hù)；接地保護(hù)35KVsubstationlightningprotectiondesignofgroundprotectionAbstract：Lightningincidentonthesubstation,powerplants,themainthreattosecurity,howtoeffectivelyandrationallytothesubstations,powerplants,lightningprotectiongroundingprotectionmeasurestakenisveryimportant.Thisarticleona35KVsubstationinruralareasforthestudytostate"Lightninggroundingstandards"basedonspecificconditionsandcombinationofsubstation,thesubstationgroundingprotectionlightningprotectiondesign,hasacertainrepresentation.Firstofall,accordingtothemainelectricalsubstationwiringdiagramoftheactualsituation,etc.,intheunderstandingoflightningparameters,themechanismoflightning,aswellaslearningavarietyoflightningprotectiondevicesonthebasisofthecalculationusedtoverifythedesignofalightningrodanditsscopeofprotectiontoachievetheprotectionofthesubstationdirectstroke;ofSubstationlightninginvasionwavetoachievetheprotection,surgearrestersareinstalledbyselectingthetypeanddesignofsubstationprotectionofwiringintothesegment.Finally,groundinginthebasicknowledgetounderstand,calculatethegroundingresistance,soilresistivityofthelargestverticalrootnumber,suchasgrounding,toachievethisprotection35KVsubstationgroundingdesign.Keywords:35KVSubstation;Directstrokeprotection;Invasivewavelightningprotection;GroundProtection目錄TOC\o"1-3"\h\u9908摘要 115295目錄 320046第1章前言 4897課題的提出和意義 414198國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 64702本課題的主要工作 62303研究目標(biāo) 63070主要研究?jī)?nèi)容 76030變電站防雷接地國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 77077本論文涉及的35KV變電站 811712變電站的概況 89275變電站相關(guān)參數(shù) 925239變電站電氣主接線圖 92449第2章雷電與防雷裝置 1122565雷電 119422雷電及其放電過(guò)程 1119672雷電參數(shù) 1317694雷擊過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理 1731694防雷裝置 1826405避雷針 1827929避雷線 2024772避雷帶和避雷網(wǎng) 217391避雷器 2127688第3章變電站直擊雷的防護(hù) 2422709變電站直擊雷防護(hù)概述 245186建、構(gòu)筑物年預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù) 2427823年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式 242204235KV變電站年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N 2517905反擊 259626反擊的產(chǎn)生 257877反擊的防止 251478435KV變電站對(duì)直擊雷防護(hù)的設(shè)計(jì) 2710380采用兩根等高避雷針進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì) 2725437采用四根等高避雷針進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì) 282560第4章變電站雷電侵入波防護(hù) 312758變電站對(duì)雷電侵入波防護(hù)概述 313189535KV變電站對(duì)雷電侵入波的防護(hù) 315160避雷器的防護(hù)距離 3127157變電站的雷電侵入波防護(hù)接線 3310078變電站的進(jìn)線段雷電防護(hù) 3313191雷電侵入波防護(hù)要素 3632623避雷器與35KV變壓器的最大電氣距離 3621823雷雨季節(jié)在運(yùn)行方式上盡量保證母線并列運(yùn)行 3718218電纜進(jìn)出線有利于降低雷電侵入波的幅值和陡度 3730601第5章接地的基本常識(shí) 3929561接地、接地電阻及接地裝置 3914897接地概念及分類 3920828接地電阻與對(duì)地電壓 4014613接地裝置 4127820接觸電壓和跨步電壓 4131312工頻接地電阻、沖擊接地電阻和沖擊系數(shù) 4224092接地體工頻接地電阻計(jì)算 4315046自然接地體及其工頻接地電阻計(jì)算 4316907人工接地體及工頻接地電阻計(jì)算 4429727第6章變電站的接地 4626410變電站接地裝置的型式 463945變電站的接地裝置要求 4631485接地電阻值的要求 464602變電站主接地網(wǎng)的均壓要求及計(jì)算 482758835KV變電站接地設(shè)計(jì) 4915956致謝 5312880參考文獻(xiàn) 54第1章前言課題的提出和意義在現(xiàn)代社會(huì)里，電力已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活必不可少的二次能源，它在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ罴案鱾€(gè)領(lǐng)域中已獲得了廣泛應(yīng)用。離開了電力，要想實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的物質(zhì)文明和精神文明是根本不可能的；供不好電力，要實(shí)現(xiàn)國(guó)家的現(xiàn)代化也是辦不到的。我國(guó)城鄉(xiāng)各行各業(yè)廣泛使用的電力，絕大部分由電網(wǎng)供給，所以，“電業(yè)事故是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的一大災(zāi)難”。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，對(duì)安全供電的要求也越來(lái)越高。為了防止各種電氣事故，保障人民生產(chǎn)、生活的正常有序進(jìn)行，電氣安全已成為社會(huì)關(guān)注對(duì)象，各種電氣安全措施也正在建立與完善。電氣安全工作是一項(xiàng)綜合性的工作，有工程技術(shù)的一面，也有組織管理的一面。工程技術(shù)和組織管理相輔相成，有著十分密切的聯(lián)系。電氣安全工作主要有兩方面的任務(wù)。一方面是研究各種電氣事故，研究電氣事故的機(jī)理、原因、構(gòu)成、特點(diǎn)、規(guī)律和防護(hù)措施；另一方面是研究用電氣的方法解決各種安全問(wèn)題，即研究運(yùn)用電氣監(jiān)測(cè)、電氣檢查和電氣控制的方法來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性或獲得必要的安全條件。防雷接地技術(shù)不僅是電氣安全工程技術(shù)的一方面，更是電氣安全工作的重中之重。變電站是電力系統(tǒng)的心臟和樞紐，一旦遭受雷擊，引起變壓器等重要電氣設(shè)備絕緣毀壞，不但修復(fù)困難，而且造成大面積、長(zhǎng)時(shí)間停電，必然給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，跟人民生活帶來(lái)諸多不便。因此，變電站的防雷接地保護(hù)技術(shù)必須十分可靠。由于我國(guó)農(nóng)村變電站大多建于曠野開闊的偏僻地區(qū)，附近高層建筑較少，是雷電的多發(fā)區(qū)，加之農(nóng)村變電站一般是110KV以下的小型變電站，對(duì)變電站設(shè)計(jì)重視不夠，考慮問(wèn)題不盡全面，造成農(nóng)村變電站成為易受雷擊的“重災(zāi)區(qū)”。近年來(lái)在農(nóng)村變電站中多次發(fā)生因雷電而造成設(shè)備破壞、爆炸甚至引起“火燒連營(yíng)”的事故：例如，2004年8月6日，某35KV變電站在雷電活動(dòng)時(shí)造成該綜合自動(dòng)化插件損壞，并使35KV開關(guān)誤動(dòng)；2002年7月20日，某110KV變電站遭受雷擊，高壓設(shè)備安然無(wú)恙，該站保護(hù)裝置電源模塊損壞；2001年8月2日，某山區(qū)35KV變電站遭雷擊，導(dǎo)致35KV母線避雷器爆炸，進(jìn)線也有多處放電痕跡。像此類變電站遭受雷擊例子還有很多，因此很有必要對(duì)農(nóng)村變電站在目前防雷接地保護(hù)措施上，進(jìn)行更系統(tǒng)化的防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)。本論文就以農(nóng)村某35KV變電站為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行防雷接地保護(hù)的設(shè)計(jì)。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在雷電活動(dòng)規(guī)律、雷擊線路物理過(guò)程方面做了大量的研究工作，建立起較為完善的輸電線路防雷理論體系。雷電流幅值、波形、地閃密度以及線路落雷次數(shù)對(duì)于分析線路防雷性能極為重要。上世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來(lái)的基于磁場(chǎng)定位和時(shí)差定位原理的雷電定位系統(tǒng)，使雷電測(cè)量更為準(zhǔn)確和及時(shí)。目前，雷電定位系統(tǒng)組成的雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)已在我國(guó)和北美、日本、韓國(guó)、歐洲等世界許多國(guó)家得到運(yùn)用，它能幫助電力部門實(shí)現(xiàn)故障定位、分類、準(zhǔn)確計(jì)算地面落雷密度等雷電參數(shù)，但雷電數(shù)據(jù)分散性較大，需要長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)雷電數(shù)據(jù)。但總體上變電站的防雷安全形勢(shì)不容樂(lè)觀，主要表現(xiàn)在：一是社會(huì)公眾防雷安全意識(shí)不強(qiáng),對(duì)雷電災(zāi)害的危害性認(rèn)識(shí)不夠,存在僥幸心理；二是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,雷電災(zāi)害的危害途徑增多,防雷安全理念已發(fā)生巨大變化,不僅要有傳統(tǒng)的防御直擊雷,還要防感應(yīng)雷的新時(shí)代,而許多措施仍然停留在傳統(tǒng)的防雷階段。本課題的主要工作 研究目標(biāo)本課題是針對(duì)建在視野開闊的偏僻地區(qū)的35KV降壓變電站進(jìn)行防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)；根據(jù)變電站國(guó)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)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?jī)?nèi)容1、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。2、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)。3、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(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)變電站是保證國(guó)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(guó)家第一類建筑物標(biāo)準(zhǔn)作防雷保護(hù)。1、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。2、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3、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：1、地上部分：當(dāng)hx<5Ri時(shí)，Sa1≥(Ri+當(dāng)hx≥5Ri時(shí)，Sa1≥(Ri+hx)2、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)。4、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。5、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。6、平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)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(zhǎng)金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過(guò)渡電阻大于Ω時(shí)，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。7、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。8、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(zhǎng)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。9、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(guó)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(wú)高層建筑。占地面積長(zhǎng)為50m,寬為40m。變電站最高點(diǎn)為20m，且當(dāng)?shù)仄骄纂娙諡?0。有三種規(guī)格的變壓，分別為35/（主變壓器）、35/與的形式。變電站相關(guān)參數(shù)表1-135KV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）KVY/Δ-11臺(tái)25001變壓器KVY/Y0-12臺(tái)501變壓器KVY/Y0-12臺(tái)301氧化鋅避雷器Y5WZ-42/135G只3電壓互感器JDJ2-3535/只1變電站電氣主接線圖圖1-135KV變電站電氣接線圖第2章雷電與防雷裝置雷電雷電及其放電過(guò)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(zhǎng)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(lái)巨大的影響。且不說(shuō)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(wèn)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(guò)電壓，叫做大氣過(guò)電壓。它可以分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)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(méi)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(guò)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(guò)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烹姡环懦鰩资酥翈装侔驳碾娏?；產(chǎn)生強(qiáng)烈的光和熱（放電通道溫度高達(dá)15000℃至20000℃），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(méi)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(lái)嚴(yán)重的危險(xiǎn)。這正是我們主要關(guān)心的問(wèn)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(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)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(méi)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(lái)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影響而不定。但當(dāng)距離地面達(dá)某一高度時(shí)，先導(dǎo)通道的頭部至地面某一感應(yīng)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)了其它方向，先導(dǎo)通道大致沿其頭部至感應(yīng)電荷的集中點(diǎn)的方向連續(xù)發(fā)展，至此放電發(fā)展才有方向。如果配電網(wǎng)中的線路或設(shè)備遭受雷擊時(shí)，將通過(guò)很大的電流，產(chǎn)生的過(guò)電壓稱為直擊雷過(guò)電壓。帶有負(fù)電荷的雷云接近輸電線路時(shí)，強(qiáng)大的電場(chǎng)在導(dǎo)線上產(chǎn)生靜電感應(yīng)。由于帶有負(fù)電荷雷云的存在，束縛著導(dǎo)線上的正電荷。當(dāng)雷云對(duì)導(dǎo)線附近地面物體放電后，雷云電荷被中和而失去對(duì)導(dǎo)線上電荷的束縛作用，電荷便向?qū)Ь€兩側(cè)流動(dòng)，由此而產(chǎn)生的過(guò)電壓稱為感應(yīng)過(guò)電壓，其能量很大，對(duì)供電設(shè)備的危害也很大。雷電參數(shù)雷電參數(shù)是雷電過(guò)電壓計(jì)算和防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，參數(shù)變化，計(jì)算結(jié)果隨之而變。目前采用的參數(shù)是建立在現(xiàn)有雷電觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的，這些參數(shù)是：1、雷電日為了統(tǒng)計(jì)雷電的活動(dòng)頻繁度，采用雷電日為單位。在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷電日。每年的雪電日數(shù)相差較大，故采用的是多年平均值。我國(guó)的平均雷電日分布圖可查閱《電力設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。我國(guó)各地雷電日的多少和該地的緯度及距海洋的遠(yuǎn)近有關(guān)。海南省及雷州半島雷電活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈，平均年雷電日高達(dá)100～133，北緯度以南，一般在80以上，北緯度到長(zhǎng)江一帶約40～80，長(zhǎng)江以北大部分地區(qū)(包括東北)多在20～44。西北多數(shù)地區(qū)在24以下。我國(guó)把平均雷電日不超過(guò)15的叫少雷區(qū)，40～90的叫多雷區(qū)，超過(guò)90的叫強(qiáng)雷區(qū)。在防雷設(shè)計(jì)中，要根據(jù)雷電日的多少因地制宜。雷電流的波形和極性實(shí)測(cè)結(jié)果表明，雷電流是單極性的脈沖波，這與前述雷電放電過(guò)程的原理解釋是一致的。許多雷電流波形都是在峰值附近出現(xiàn)明顯的雙峰，波尾部分也有不太大的隆起。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，75%～90%的雷電流是負(fù)極性的。因此電氣設(shè)備的防雷保護(hù)和絕緣配合通常都是取負(fù)極性的雷電沖擊波進(jìn)行研究分析。3、雷電流的幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度對(duì)于脈沖波形的雷電流，需要三個(gè)主要參數(shù)來(lái)表征。這三個(gè)參數(shù)為:幅值、波頭和波長(zhǎng)。幅值是指脈沖電流所達(dá)到的最高值;波頭是指電流上升到幅值的時(shí)間;波長(zhǎng)是指脈沖電流的持續(xù)時(shí)間。幅值和波頭又決定了雷電流隨時(shí)間上升的變化率，稱為雷電流的陡度。雷電流陡度對(duì)過(guò)電壓有直接影響，也是常用的一個(gè)重要參數(shù)。（1）雷電流幅值的概率分布我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦按下式計(jì)算(2-1)式中：I是雷電流幅值，kA；P是幅值等于大于I的雷電流概率。例如幅值等于和超過(guò)50kA的雷電流，計(jì)算可得概率為33%。上述雷電流幅值累積概率計(jì)算公式適用于我國(guó)大部分地區(qū)。對(duì)于雷電活動(dòng)很弱的少雷地區(qū)(年平均雷電活動(dòng)20日以下)，例如陜南以外的西北地區(qū)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的部分地區(qū)。雷電流幅值概率可按以下公式求得：(2-2)（2）雷電流的波頭和波長(zhǎng)雖然雷電流幅值隨各國(guó)的自然條件不同而差別很大，但是各國(guó)側(cè)得的雷電流波形卻基本一致。據(jù)統(tǒng)計(jì)，波頭長(zhǎng)度大多在1μs～5μs的范圍內(nèi)，平均2μs～μs。我國(guó)在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中建議采用μs的波頭長(zhǎng)度。至于雷電流的波長(zhǎng)，實(shí)測(cè)表明在20μs～100μs范圍之內(nèi)，平均約為50μs,大于50μs的僅占18%～30%。根據(jù)以上分析，在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流的波形可采用50μs。(3)雷電流陡度由于雷電流的波頭長(zhǎng)度變化范圍不大，所以雷電流的陡度和幅值必然密切相關(guān)。我國(guó)采用μs的固定波頭長(zhǎng)度，即認(rèn)為雷電流的平均陡度石和幅值線性相關(guān)：(2-3)即幅值較大的雷電流同時(shí)也具有較大的陡度。雷電流的各項(xiàng)主要參數(shù)幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有很大的分散性。許多研究者發(fā)表過(guò)各種結(jié)果，雖然基本規(guī)律大體相近，但其具體數(shù)值卻有差異。其原因一方面在于雷電放電本身的隨機(jī)性受到自然條件多種因素的影響;另一方面也在于測(cè)量條件和技術(shù)水平的不同。我國(guó)幅員遼闊，各地自然條件千差萬(wàn)別。雷電觀測(cè)工作的基礎(chǔ)還比較薄弱，有待于進(jìn)一步加強(qiáng)。4、雷電流極性及波形國(guó)內(nèi)外實(shí)測(cè)結(jié)果表明，75%～90%的雷電流是負(fù)極性，加之負(fù)極性的沖擊過(guò)電壓波沿線路傳播衰減，因此電氣設(shè)備的防雷保護(hù)中一般按負(fù)極性進(jìn)行分析研究。在電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)計(jì)算中，要求將雷電流波形用公式描述，以便處理,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化和典型化可得以下三種常用的計(jì)算波形，如圖2-1所示。tT1tT1iI0tT1iI0tT2T1iI0(a)標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形(b)等值斜角波頭(c)等值半余弦波頭圖2-1雷電流的等值波形圖2-1(a)標(biāo)準(zhǔn)波形，它是由雙指數(shù)公式所表示的波形（2-4）這種表示是與實(shí)際雷電流波形最為接近的等值波形，但比較繁瑣。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻R時(shí)，作用在R上的電壓波形u和電流波形i是相同的。雙指數(shù)波形也取作沖擊絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓的波形，對(duì)它定出標(biāo)準(zhǔn)波前和波長(zhǎng)為50μs。圖2-2-1（b）為斜角平頂波，其陡度α可由給定的雷電流幅值I和波前時(shí)間定。斜角波的數(shù)學(xué)表達(dá)式最簡(jiǎn)單，便于分析與雷電流波前有關(guān)的波程，并且斜角平頂波用于分析發(fā)生在10μs以內(nèi)的各種波過(guò)程，有很好的等值性。圖2-2-1（c）為等值半余弦波，雷電流波形的波前部分，接近半余弦波，可用下式表達(dá)：（2-5）這種波形多用于分析雷電流波前的作用，因?yàn)橛糜嘞液瘮?shù)波前計(jì)算雷電流通過(guò)電感支路所引起壓降比較方便。還有在設(shè)計(jì)特高桿塔時(shí)，采用此種表示將使計(jì)算更加接近于實(shí)際。5、雷電波阻抗(Z0)雷電通道在主放電時(shí)如同導(dǎo)體，使雷電流在其中流動(dòng)同普通分布參數(shù)導(dǎo)線一樣，具有某一等值波阻抗，稱為雷電波阻抗(Z0)。也就是說(shuō)，主放電過(guò)程可視為一個(gè)電流波阻抗Z0的雷電投射到雷擊點(diǎn)A的波過(guò)程。若設(shè)這個(gè)電流入射波為I0，則對(duì)應(yīng)的電壓入射波。根據(jù)理論研究和實(shí)測(cè)分析，我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議Z0取300Ω左右。6、地面落雷密度雷云對(duì)地放電的頻繁和強(qiáng)烈程度，由地面落雷密度來(lái)表小。是指每個(gè)雷電日每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。實(shí)際上，值與年平均雷電日有關(guān)。一般，大的地區(qū)，其值也較大。關(guān)于地面落雷密度與雷電日數(shù)的關(guān)系，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦采用國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議推薦標(biāo)準(zhǔn):（2-6）式中，Ng為每年每平方公里地面落雷數(shù)；Td雷電日數(shù)；由此可得：（2-7）對(duì)的地區(qū)，按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取值。雷擊過(guò)電壓產(chǎn)生的機(jī)理云對(duì)地放電的實(shí)質(zhì)是雷云電荷向大地的突然釋放。盡管雷云有很高的初始電位(估可達(dá)幾百兆伏)，可能使大氣擊穿，形成先導(dǎo)主放電，但是地而被擊物體的電位并不取決于這一初始電位，而是取決于雷電流與被擊物體阻抗的乘積(被擊物體阻抗是指被擊點(diǎn)與大地零電位參考點(diǎn)之間的阻抗)。所以，從電源的性質(zhì)看，這相當(dāng)于一個(gè)電流源的作用過(guò)程。雷電放電的物理過(guò)程雖然是很復(fù)雜的，但是從地而感受到的實(shí)際效果和防雷保護(hù)的工程角度，還是可以把它看成是一個(gè)沿著一條固定波阻抗的雷電通道向地而傳播的電磁波過(guò)程，據(jù)此建立計(jì)算模型。在雷電放電過(guò)程中，人們能夠測(cè)知的電量，主要是雷擊地而時(shí)流過(guò)被擊物體的電流i，然后再根據(jù)計(jì)算模型反推出雷電波的參數(shù)。如圖2-2的雷電流源等值電路，有:ZZZZ0i=2i0雷擊流源被擊電路圖2-2雷電流等值電路（2-8）顯然i與Z有關(guān)。當(dāng)Z=Z0時(shí)，恰好i=i0，這種巧合實(shí)際上是不可能的；當(dāng)Z=0時(shí)，i=2i0，事實(shí)上Z又不可能為零；但若Z<<Z0，仍可測(cè)得。在雷電流的實(shí)際測(cè)量中，一般都能滿足條件Z<<Z0，例如，Z0估計(jì)為300Ω,Ω即可。所以國(guó)際上都習(xí)慣把雷擊低于接地阻抗(或Z<<Z0。)物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流定義為雷電流。應(yīng)當(dāng)特別注意的是:定義中的雷電流i恰好等于沿雷電通道傳播而來(lái)的雷電流波的兩倍。因而在防雷保護(hù)計(jì)算的彼德遜等值電路中，如圖2-1-3所示，等值雷電流源通常就直接用雷電流來(lái)表示。防雷裝置避雷針避雷針是防直接雷擊的有效裝置。它的作用是將雷電吸引到自身并泄放入地中，從而保護(hù)其附近的建筑物、構(gòu)筑物和電氣設(shè)備等免遭雷擊。1、避雷針的結(jié)構(gòu)和保護(hù)原理避雷針是由接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地體四部分構(gòu)成。（1）接閃器是避雷針頂端1～2m長(zhǎng)的一段鍍鋅圓鋼或焊接鋼管。圓鋼直徑應(yīng)大于12～16mm；鋼管直徑應(yīng)大于20～25mm。通過(guò)接閃器和雷云發(fā)生閃絡(luò)放電。（2）支持構(gòu)架高度在15～20m一下的獨(dú)立避雷針可采用水泥桿；較高時(shí)宜采用鋼結(jié)構(gòu)支柱；110KV及以上電壓級(jí)變電站，當(dāng)條件允許時(shí)，可將避雷針安裝在高壓門型構(gòu)上；對(duì)于建筑物或構(gòu)筑物可裝于頂部。（3）引下線采用經(jīng)過(guò)防腐處理的圓鋼或扁鋼。圓鋼直徑不得小于8～12mm；扁鋼截面不得小于12mm×4mm。引下線應(yīng)沿支持構(gòu)架及建筑物外墻以最短路徑入地，以便盡可能減小雷電流通過(guò)時(shí)在引下線上產(chǎn)生的電感下降。（4）接地體埋于地下的各種型鋼，工程中多采用垂直打入地中的鋼管、角鋼或水平埋設(shè)扁鋼、圓鋼。入L50×50×5，長(zhǎng)的角鋼和截面為4mm×25mm的扁鋼。接地體是直接泄放雷電流的，所以其選用既要考慮經(jīng)濟(jì)，又要滿足接地電阻值的規(guī)定要求。避雷針的保護(hù)原理是：當(dāng)雷云中的先導(dǎo)放電向地面發(fā)展，距離地面一定高度時(shí)，避雷針能使先導(dǎo)通道所產(chǎn)生的電場(chǎng)發(fā)生畸變，此時(shí)，最大電場(chǎng)強(qiáng)度的方向?qū)⒊霈F(xiàn)在從雷電先導(dǎo)到避雷針頂端（接閃器）的連線上，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。2、避雷針的保護(hù)范圍（1）單根針的保護(hù)范圍如圖2-3所示。hxhx45°h/2hahABhx水平面上保護(hù)范圍的截面rx圖2-3單根避雷針的保護(hù)范圍由上圖有，在被保護(hù)高度為hx水平面上,其保護(hù)半徑rx為當(dāng)時(shí)，（2-9）當(dāng)時(shí)，（2-10）式中，為考慮避雷針太高時(shí)，保護(hù)半徑不成正比增大的系數(shù)。當(dāng)m時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)m時(shí)，按120m計(jì)算。兩根等高避雷針的保護(hù)范圍如圖2-4所示。bbxhxD/7ph0bxbxrxDh/2R0rxhahxh12hx水平面上保護(hù)范圍的截面h0O-O`截面圖2-4兩根等高避雷針的保護(hù)范圍圖2-4兩根等高避雷針的保護(hù)范圍首先根據(jù)被保護(hù)物的長(zhǎng)、寬和高度及避雷針理想的安裝位置等客觀情況，初步確定兩等高針之間的距離，并按照，初步選取ha。根據(jù)D和ha，進(jìn)行兩等高針聯(lián)合保護(hù)范圍驗(yàn)算：兩針之間保護(hù)范圍如圖2-4所示，計(jì)算公式有：（2-11）（2-12）式中:h0——為等高雙針的聯(lián)合保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度(m)，p同上。避雷線避雷線是由懸掛在保護(hù)物上空的鍍鋅鋼絞線（即接閃器，截面不得小35mm2）、接地引下線和接地體組成。（1）單根避雷線的保護(hù)范圍如圖2-5所示。hhhh/2hhahx250圖2-5單根避雷線的保護(hù)范圍單根避雷線的一側(cè)，在高度為hx平面上的保護(hù)寬度rx按下式計(jì)算：當(dāng)時(shí)，（2-13）當(dāng)時(shí)，（2-14）（2）兩條平行架設(shè)的避雷線的保護(hù)范圍hhDhrxh/2hxhaR01D/4p2圖2-6雙避雷線的保護(hù)范圍在兩根避雷線的外側(cè)的保護(hù)范圍按單根線方法確定；而兩避雷線內(nèi)側(cè)保護(hù)范圍的橫截面，是由通過(guò)避雷線1和2及保護(hù)范圍上部邊緣的最低點(diǎn)O的圓弧來(lái)確定，O點(diǎn)的高度（h為避雷線懸掛高度；D為兩避雷線的水平間距；p的意義同前）。兩避雷線端部的保護(hù)范圍分別按單根避雷線確定端部的保護(hù)范圍，兩線間端部保護(hù)范圍最小寬度有：（2-15）bx為兩避雷線端部最小保護(hù)寬度；hx為被保護(hù)物高度；h0為兩避雷線間保護(hù)最低點(diǎn)高度。避雷器避雷器是用來(lái)限制沿線路侵入的雷電壓（或因操作引起的內(nèi)過(guò)電壓）的一種保護(hù)設(shè)備。避雷器的連接如圖2-7所示：被保護(hù)設(shè)備被保護(hù)設(shè)備避雷器過(guò)電壓波線路圖2-7避雷器的連接為了使避雷器能夠達(dá)到預(yù)想的保護(hù)效果，必須滿足如下兩點(diǎn)基本要求。具有良好的伏秒特性，以實(shí)現(xiàn)與被保護(hù)電氣設(shè)備絕緣的合理配合。如圖2-8所示utut123圖2-8避雷器與電氣設(shè)備的伏秒特性合理配合1-電氣設(shè)備的伏秒特性；2-避雷器的伏秒特性；3-電器上可能出現(xiàn)的最高工頻電壓伏秒特性，是表達(dá)絕緣材料（或空氣間隙）在不同幅值的沖擊電壓作用下，其沖擊放電電壓值與對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。間隙絕緣強(qiáng)度自恢復(fù)能力要好，以便快速切斷工頻續(xù)流，保證電力系統(tǒng)繼續(xù)正常工作。對(duì)于有間隙的避雷器以上兩條都適宜，這類避雷器主要有保護(hù)間隙、管式避雷器及帶間隙的閥式避雷器。對(duì)于無(wú)間隙的金屬氧化物避雷器，基本技術(shù)要求則不同，它沒(méi)有滅弧問(wèn)題，相應(yīng)的卻產(chǎn)生了獨(dú)特的熱穩(wěn)定性問(wèn)題。目前大部分變電站防雷電侵入波使用的氧化鋅避雷器的保護(hù)效果如圖2-9所示：uuu1u2tSiC避雷器限制的過(guò)電壓ZnO避雷器限制的過(guò)電壓侵入的雷電過(guò)電壓圖2-9氧化鋅避雷器的保護(hù)效果第3章變電站直擊雷的防護(hù)變電站直擊雷防護(hù)概述裝設(shè)避雷針是直擊雷防護(hù)的主要措施,避雷針是保護(hù)電氣設(shè)備、建筑物不受直接雷擊的雷電接受器。它將雷吸引到自己的身上,并安全導(dǎo)人地中,從而保護(hù)了附近絕緣水平比它低的設(shè)備免遭雷擊。變電站裝設(shè)避雷針時(shí),應(yīng)該使站內(nèi)設(shè)備都處于避雷針保護(hù)范圍之內(nèi)。此外,裝設(shè)避雷針時(shí)對(duì)于35KV變電站必須裝有獨(dú)立的避雷針,并滿足不發(fā)生反擊的要求；對(duì)于110KV及以上的變電站,由于此類電壓等級(jí)配電裝置的絕緣水平較高,可以將避雷針直接裝設(shè)在配電裝置的架構(gòu)上,因此,雷擊避雷針?biāo)a(chǎn)生的高電位不會(huì)造成電氣設(shè)備的反擊事故。建、構(gòu)筑物年預(yù)計(jì)年雷擊次數(shù)年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)計(jì)算公式建、構(gòu)筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N計(jì)算如下式（3-1）其中，當(dāng)H<100m時(shí)（3-2）當(dāng)H100m時(shí)（3-3）式中，為與建筑物接收相同雷擊次數(shù)的等效面積，km2；為當(dāng)?shù)啬昶骄纂娙諗?shù)；為建筑物所在地區(qū)雷擊大地年平均密度，單位次/(km)2·a；L、W、H為建筑物的長(zhǎng)、寬及最高點(diǎn)，m；k為校正系數(shù)，位于曠野的孤立建筑物取2，金屬屋面的磚木結(jié)構(gòu)建筑物取，位于河邊、湖邊、山坡下或山地中土壤電阻率較小處、地下水露頭處、土山頂處、山谷風(fēng)口處的建筑物及特別潮濕的建筑物取，除此之外一般取1即可。35KV變電站年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N由于35KV變電站，占地面積長(zhǎng)50m，寬40m,變電站的最高點(diǎn)高度為20m,當(dāng)?shù)啬昶骄纂娙諡?0，故有：據(jù)=k=1；Td=40；==故N=×1××=次/a由于年/次，即該變電站可能平均運(yùn)行14年就要遭受一次雷擊。反擊反擊的產(chǎn)生21h21hGiSkSdAL反擊的防止圖3-1雷擊獨(dú)立避雷針時(shí)的高電位分析如圖3-3-2所示，高度為h的A點(diǎn)電位記為Uk，避雷針輔助接地裝置上的電位記為Ud，則有：（3-4）（3-5）式中，i為雷電流，kA，幅值取150kA，斜角波長(zhǎng)μs；Rch為獨(dú)立避雷針輔助接地裝置的沖擊接地電阻，Ω；L為A點(diǎn)到地面，接地引下線h長(zhǎng)度上的電感,μH,可取L0=μH/m，L=L0h。為防止發(fā)生反擊，避雷針距金屬物體空間間隙Sk應(yīng)滿足：（3-6）避雷針輔助接地裝置與其他接地裝置的地中間隙Sd應(yīng)滿足：（3-7）和分別為空氣間隙和土壤的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，單位kV/m，可取Ek=500kV/m，Ed=300kV/m?！稑?biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：（3-8）（3-9）一般情況下，要求；。對(duì)于35KV及以下電壓級(jí)的配電裝置和土壤電阻率大于500Ω·m的地區(qū)，不宜采用構(gòu)架式避雷針。裝設(shè)避雷針的構(gòu)架應(yīng)埋設(shè)輔助集中接地裝置。輔助接地裝置與變電站的主接地網(wǎng)相連接時(shí)，其連接點(diǎn)距離變壓器與主接地網(wǎng)的連接點(diǎn)不得小于15m，目的是保證雷擊避雷針時(shí)，在接地裝置上產(chǎn)生的高電壓波經(jīng)過(guò)這段距離的衰減，傳播到變壓器連接點(diǎn)不會(huì)對(duì)變壓器造成反擊。特別指出，變壓器的進(jìn)線門型構(gòu)不允許裝設(shè)避雷針，因?yàn)樽儔浩魇亲冸娬镜闹匾姎庠O(shè)備，其絕緣較弱，萬(wàn)一發(fā)生反擊，必將造成嚴(yán)重后果。35KV變電站直擊雷防護(hù)的避雷針設(shè)計(jì)變電站所處地區(qū)土壤電阻率2×102Ω·m，雖然不大于500Ω·m，但由于是35KV電壓級(jí)的配電裝置，故不宜采用構(gòu)架式避雷針。采用兩根等高避雷針進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)由于此35KV變電站，占地面積長(zhǎng)50m，寬40m,變電站的最高點(diǎn)高度為20m,在變電站寬兩側(cè)對(duì)稱位置上距5m處設(shè)立兩等高避雷針。如圖3-2所示。母線架母線架變配電裝置35KV母線架門型框架50m60m避雷針1避雷針220m20m圖3-2兩等高避雷針位置圖據(jù)題有：兩針間距D=5+50+5=60m。設(shè)避雷針高度為h，又變電站的最高點(diǎn)為20m，故hx=20m。在避雷針1或2的一側(cè)按單避雷針來(lái)計(jì)算顯然有hx<h/2且要m，故m。在避雷針1號(hào)2號(hào)之間，D12=60m,兩等高避雷針針在hx=20m高度處的最小保護(hù)寬度有，故有m；又且所以m。綜上所述，只用兩根等高避雷針實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的直擊雷防護(hù)，需要求避雷針高度不小于56m。由于不宜采用構(gòu)架式避雷針，只能用兩根60m的避雷針按圖3-4-1設(shè)計(jì)聯(lián)合保護(hù)。其中支架高58m，接閃器選2m長(zhǎng)，直徑為12～16mm的圓鋼，引下線選截面12mm×4mm扁鋼。接閃器和引下線要做防腐處理。采用四根等高避雷針進(jìn)行防護(hù)設(shè)計(jì)變電站的最高建筑物是門型框架，高度為20m，35KV與母線架高度都為15m,變電裝置屋高為8m。采用四根等高避雷針對(duì)變電站進(jìn)行防護(hù)，避雷針1號(hào)與2號(hào)，3號(hào)與4號(hào)處于水平位置上，如圖3-3所示。避雷針1避雷針1避雷針2避雷針3避雷針42m母線架變配電裝置35KV母線架門型框架50m60m2m圖3-3四等高避雷針的位置圖（1）門型框架兩側(cè)，1號(hào)和2號(hào)針之間，假設(shè)選高度為40m的避雷針，即40m,20m。顯然hx=h/2故1號(hào)2號(hào)單根保護(hù)半徑rx為：=（40-20）×=兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D12=60mh0=40-60/(7×=bx=×=（2）35KV側(cè)，3號(hào)和4號(hào)之間，選用40m高的避雷針即h=40m,hx=15m。顯然hx<h/2故3號(hào)4號(hào)單根保護(hù)半徑rx為：=（×40-2×15）×=兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D34=60mh0=40-60/(7×=bx=×=（3）35KV與同一側(cè)，2號(hào)與4號(hào)避雷針之間，選用40m高的避雷針即h=40m,hx=15m。顯然hx<h/2故2號(hào)4號(hào)單根保護(hù)半徑rx為：=（×40-2×15）×=兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D24=36mh0=40-36/(7×=bx=×=（4）35KV與對(duì)角線一側(cè)，2號(hào)和3號(hào)針之間,選用40m高的避雷針即h=40m，hx=15m。顯然hx<h/2故2號(hào)3號(hào)單根保護(hù)半徑rx為：=（×40-2×15）×=兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D24=62mh0=40-62/(7×=bx=×=由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn),這四根針可以將整個(gè)變電站站都保護(hù)到位。所以可選四根40m的避雷針按圖3-4-2設(shè)計(jì)聯(lián)合保護(hù)。其中支架高，接閃器選長(zhǎng)，直徑為12～16mm的圓鋼，引下線選截面12mm×4mm扁鋼。接閃器和引下線要做防腐處理。第4章變電站雷電侵入波防護(hù)變電站對(duì)雷電侵入波防護(hù)概述雷擊輸電線路的次數(shù)遠(yuǎn)多于雷擊變電站，所以沿線路侵入變電站的雷電侵入波較常見(jiàn)。再加上輸電線路的絕緣水平（即絕緣子串50%沖擊放電電壓U50%）比變壓器及其他電氣設(shè)備的沖擊絕緣水平高得多，因此，變電站對(duì)雷電侵入波的防護(hù)顯得很重要。在變電站內(nèi)裝設(shè)避雷器是變電站對(duì)侵人波防護(hù)的主要措施?，F(xiàn)階段,大部分變電站都采取使用氧化鋅避雷器代替原來(lái)的閥型避雷器。主要由于氧化鋅避雷器除具有較理想的非線性伏安特性外,還有無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流、電氣所受過(guò)電壓可以降低和通流容量大,可以用來(lái)限制內(nèi)部過(guò)電壓等等優(yōu)點(diǎn)。然而，要有效及經(jīng)濟(jì)地保護(hù)變電站所有電氣設(shè)備，不僅要正確選擇避雷器，還要合理地確定避雷器的接線；同時(shí)還要限制由線路傳來(lái)的雷電波陡度及流過(guò)避雷器的雷電流幅值。避雷器的設(shè)計(jì)避雷器的防護(hù)距離以主變壓器為保護(hù)對(duì)象，雷電波沿變電站進(jìn)線侵入，避雷器連接點(diǎn)距離變壓器連接點(diǎn)的最大允許電氣距離。在此稱為避雷器的防護(hù)距離，參見(jiàn)圖4-1。atat2TF1圖4-1分析避雷器保護(hù)距離的簡(jiǎn)單回路當(dāng)雷電波入侵時(shí),變壓器上的電壓具有振蕩性質(zhì),其振蕩軸為避雷器的殘壓。主要原因是由于避雷器動(dòng)作后產(chǎn)生的電壓波在避雷器和變壓器之間多次反射引起,因此,只要變壓器離避雷器有一段距離,變壓器所受沖擊電壓的最大值必然要超過(guò)避雷器的殘壓,有時(shí)會(huì)對(duì)變壓器絕緣造成威脅,因此變壓器與避雷器之間的安裝距離要進(jìn)行限制,該距離不能太遠(yuǎn)；變壓器上所受沖擊電壓的最大值。（4-1）（4-2）式中，波速為定值；a為侵入波的時(shí)間陡度（kV/s）；為侵入波的空間陡度（kV/m）。在平常的設(shè)計(jì)要求中,根據(jù)上述公式,只要距離滿足要求即認(rèn)可,但是,隨著變電站設(shè)備的老化,其耐雷水平或承受過(guò)電壓的能力都會(huì)存在不同程度的下降,對(duì)變電站來(lái)說(shuō),最重要的設(shè)備是變壓器,其承受過(guò)電壓的能力相應(yīng)低于其他設(shè)備,因此,在電氣設(shè)備的絕緣配合中,通常應(yīng)以變壓器作為絕緣配合的核心,站內(nèi)母線避雷器的安裝,要盡可能做到與主變壓器之間的距離最短；在一些變電站,比如10kV(35kV)母線避雷器與TV安裝于同一間隔內(nèi),該間隔可以安裝于該母線段的任何位置,但從其與主變最小距離考慮,該間隔盡可能做到挨著主變側(cè)開關(guān)間隔安裝,在實(shí)際設(shè)計(jì)、施工中也是容易做到的,對(duì)保護(hù)變壓器側(cè)的絕緣是有好處的。以此35kV電壓等級(jí)為例進(jìn)行說(shuō)明:由于此變電站1km進(jìn)線段有避雷線，若取a0=kV/m,若與變壓器減小5m,則變壓器所受沖擊電壓將減少10kV,這對(duì)保護(hù)變壓器的絕緣是很有利的。同時(shí),還應(yīng)對(duì)被保護(hù)設(shè)備與避雷器之間的安裝距離進(jìn)行校核,即雷電防護(hù)要有一定裕度。（4-3）而不應(yīng)當(dāng)用公式來(lái)校核,因?yàn)橹灰槐Ｗo(hù)設(shè)備與避雷器有一定距離,被保護(hù)設(shè)備上的電壓明顯要高于,若用進(jìn)行校核,在較大的情況下可能存在沒(méi)有保護(hù)裕度。K—是一個(gè)大于1的配合系數(shù),可取～；—被保護(hù)設(shè)備的雷電沖擊耐受電壓；—避雷器的雷電沖擊殘壓；—設(shè)備上所受沖擊電壓的最大值。避雷器與變壓器的最大電氣距離35KV變壓器允許的距離當(dāng)運(yùn)行進(jìn)線為1條時(shí)：根據(jù)，令（35KV變壓器的雷電沖擊耐受電壓為185kV，35KV進(jìn)線1km有避雷線，其陡度取m）。185=134+2×1×=25（m）35KV進(jìn)線2km或全線有避雷線，其陡度取m。185=134+2××=51（m）當(dāng)進(jìn)線數(shù)增加時(shí)，可參考表4-1的數(shù)據(jù)。表4-1進(jìn)線數(shù)與的關(guān)系進(jìn)線避雷線長(zhǎng)度（km）進(jìn)線路數(shù)123>=41254050552(全線)507590105變壓器允許的距離當(dāng)運(yùn)行進(jìn)線為1條時(shí)：根據(jù)，令（10kV變壓器的雷電沖擊耐受電壓為75kV,10kV全線無(wú)避雷線,其陡度a0取1kV/m）。75=45+2×1×=15(m)當(dāng)進(jìn)線增加，參照表4-2的數(shù)據(jù)表4-2進(jìn)線數(shù)與的關(guān)系雷季經(jīng)常運(yùn)行的進(jìn)線數(shù)123>=4最大電氣距離（m）15232740故由計(jì)算可知，在35KV變電站里面距變壓器（35/、35/）25m內(nèi)必須要安裝避雷器，距變壓器（）15m內(nèi)須安裝避雷器。依據(jù)分析和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于本35KV電壓級(jí)的變電站，實(shí)際上只要保證在每一段（包括分段母線）可能單獨(dú)運(yùn)行的母線上都裝設(shè)一組避雷器，就可以使整個(gè)變電站得到保護(hù)。變電站的進(jìn)線段雷電防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)線段防護(hù)必要性當(dāng)一經(jīng)確定，為使避雷器能可靠地保護(hù)設(shè)備，還必須設(shè)法限制侵入波陡度。對(duì)于已安裝好的電氣距離，可求出最大允許陡度。同時(shí)，應(yīng)限制流過(guò)避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其不能超過(guò)避雷器的額定通流能力，否則避雷器就會(huì)燒壞。變電站因雷電侵入波形成的雷害事故有50%是離變電站1km以內(nèi)雷擊線路引起的，約有71%是3km以內(nèi)雷擊線路引起的。說(shuō)明加強(qiáng)變電站進(jìn)線段的雷電防護(hù)的必要性和重要性。雷電侵入波沿導(dǎo)線傳播時(shí)有損耗。具體是雷電壓在線路上感應(yīng)產(chǎn)生的地點(diǎn)離變電站愈遠(yuǎn)，它流動(dòng)到變電站時(shí)的損耗就愈大，其波陡度和幅值就降得愈低。為此，可以在變電站進(jìn)線段，即距變電站1～2km的這段線路上加強(qiáng)防雷保護(hù)。對(duì)全線無(wú)架設(shè)避雷線的，應(yīng)在這段線路增設(shè)避雷線；當(dāng)全線有避雷線時(shí)，應(yīng)使該段線路具有更高的耐壓水平，減少進(jìn)線段內(nèi)繞擊和反擊形成侵入波的概率。這樣，侵入變電站的雷電過(guò)電壓波主要來(lái)自進(jìn)線段外，并經(jīng)過(guò)1～2km線路的沖擊電暈影響，不但削弱了侵入波的幅值和陡度，而且因進(jìn)線段波阻抗的作用，也限制了通過(guò)避雷器的雷電流，使其不超過(guò)規(guī)定值，保證了避雷器的良好配合，這一措施就是變電站進(jìn)線段保護(hù)。進(jìn)線保護(hù)段接線設(shè)計(jì)圖4-235KV進(jìn)線保護(hù)段接線圖由于此35KV變電站全線無(wú)避雷線線路，故變電站進(jìn)線保護(hù)段接線方案可根據(jù)圖4-2設(shè)計(jì)。方案中架設(shè)1～2km避雷線可防止進(jìn)線段遭受直接雷擊和屏蔽雷電感應(yīng)。圖中管型避雷器GB1和GB2在一般線路不必裝設(shè)，但對(duì)于沖擊絕緣強(qiáng)度特別高的木桿線路或者鋼筋混凝土桿木橫擔(dān)線路，應(yīng)在進(jìn)線保護(hù)段首端加裝一組管型避雷器GB1，其工頻接地電阻一般不得超過(guò)10Ω。GB1的作用是限制從進(jìn)線段外沿導(dǎo)線侵入的雷電流幅值。在進(jìn)線保護(hù)末端裝設(shè)一組GB2的目的是保護(hù)斷路器QF。當(dāng)雷雨季節(jié)，QF處于開斷狀態(tài)，且線路側(cè)帶工頻電壓，無(wú)GB2保護(hù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)較高的折射波電壓（2倍的侵入波電位），引起觸頭閃絡(luò)，甚至燒壞觸頭。母線上裝設(shè)一組閥型避雷器FZ的作用是保護(hù)變壓器及其他電氣設(shè)備。QFQFTFZGB2或JXGB1或JX150~200m150~200mQFQFTFZJX150~200m圖4-33150kV·A以下35KV變電站的簡(jiǎn)化進(jìn)線保護(hù)由于此變電站容量在3150kV·A以下（本變電站容量為2560kV·A），可采用圖4-3兩種簡(jiǎn)化接線。管型避雷器GB1、GB2可采用保護(hù)間隙JX代替，其工頻接地電阻應(yīng)小于或等于5Ω。假設(shè)對(duì)此35KV變電站，當(dāng)在進(jìn)線區(qū)域架設(shè)避雷線較困難，為此不能保證要求的耐雷水平。在這種情況下，可以在進(jìn)線終端桿上安裝一組1000μH的電抗器（L），以限制雷電侵入波的陡度a`和雷電流幅值I，起到進(jìn)線段保護(hù)的作用。接線見(jiàn)圖4-4所示。另外，35KV變電站有進(jìn)線段采用電纜線路，在電纜線與架空線連接處，考慮波過(guò)程可能產(chǎn)生過(guò)電壓，故應(yīng)裝設(shè)一組避雷器保護(hù)，并且使避雷器的接地端與電纜的金屬外皮連接。如圖4-5所示。QFTQFTFZGBL圖4-4用電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)QFTQFTF2F1圖4-535KV變電站電纜進(jìn)線段的保護(hù)接線運(yùn)行方式的設(shè)計(jì)雷雨季節(jié)在運(yùn)行方式上盡量保證母線并列運(yùn)行根據(jù)波的理論,一路進(jìn)波的情況下,母線上的電壓是入侵波幅值的2/N倍，母線并列運(yùn)行時(shí)，總的線路條數(shù)N就越大，對(duì)降低母線過(guò)電壓幅值是有利的，同時(shí)I、II段母線上均裝有避雷器,也使避雷的可靠性得到保證(可能存在某段母線某只避雷器失效的可能)。UUNi條圖4-6變電站一條線路落雷示意圖2U2U1ZZZZU2Z圖4-7變電站一條線路落雷等值計(jì)算電路（4-4）可見(jiàn),連接于母線的出線愈多(N愈大),母線上的過(guò)電壓就愈低,對(duì)變電站降低雷過(guò)電壓愈有利。電纜進(jìn)出線有利于降低雷電侵入波的幅值和陡度從原理上分析,采用電纜進(jìn)線或電纜出線對(duì)降低雷電入侵波的幅值和陡度有益,因?yàn)殡娏﹄娎|的波阻抗比架空線路的波阻抗小,約為架空線路波阻抗的十分之一,且電力電纜對(duì)地電容較大,根據(jù)波的折反射理論,對(duì)降低來(lái)波的陡度和幅值有益,但存在施工難度大、造價(jià)高的特點(diǎn)。原理如下：LL1線路Z1L2電纜Z2圖4-8架空線路與電力電纜連接示意圖2U2U1Z1Z2U2圖4-9架空線路與電力電纜等值計(jì)算電路若L1，L2均為架空線路，（4-5）若L1為架空線路，L2為電纜，設(shè)（4-6）可見(jiàn),采用電纜進(jìn)出線,明顯可以降低母線上雷電波的幅值(小電流接地系統(tǒng)若大量采用電纜出線,同時(shí)會(huì)存在接地故障時(shí)電容電流過(guò)大的情況,但應(yīng)從防過(guò)電壓角度進(jìn)行綜合考慮,對(duì)易擊線路可以采取這種方式)。第5章接地的基本常識(shí)接地、接地電阻及接地裝置接地概念及分類大地是一個(gè)導(dǎo)體，在其中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，整個(gè)大地是等電位的。因此，人們就把大地視為零電位，即作為工程上電位的參考點(diǎn)。如果地面上的金屬物體與大地可靠連接，當(dāng)金屬物體中沒(méi)有電流或只有微小的電流流過(guò)時(shí)，該金屬物體與大地之間沒(méi)有電位差，此金屬物體就具有大地的電位——零電位，這就是接地。換句話說(shuō)，接地就是將地面上的金屬物體或電路中的某結(jié)點(diǎn)用導(dǎo)線與大地可靠地連接起來(lái)，使該物體或結(jié)點(diǎn)與大地保持同電位。接地按其作用分兩類，一位功能（或工作）接地，二為保護(hù)接地。功能接地為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行需要設(shè)置的接地，如三相交流系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)和變壓器中性點(diǎn)接地，雙極直流輸電系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地等。保護(hù)接地，也稱為安全接地，是為保證人身和設(shè)備安全，將電氣設(shè)備的金屬外殼、底座。配電裝置的金屬框架和輸電線路桿塔等外露導(dǎo)電部分接地，防止一旦絕緣損壞或產(chǎn)生漏電，人員觸及發(fā)生電擊。保護(hù)接地，是在故障條件下發(fā)揮作用的。對(duì)于大家熟悉的防雷接地來(lái)說(shuō)，既是功能接地，又具有保護(hù)接地的作用。防雷接地是防雷保護(hù)裝置中不可缺少的組成部分，它可將雷電流順利地泄放入地，以減少雷電流引起的電壓，防止雷電流使人受到電擊或財(cái)產(chǎn)遭受破壞等。另外，屬于功能接地范疇的還有：在電子設(shè)備中，為獲得穩(wěn)定的參考電位（零電位）所設(shè)置的邏輯接地；為防止電磁干擾的屏蔽接地；為保證信號(hào)有穩(wěn)定基準(zhǔn)電位所設(shè)置的信號(hào)接地。而屬于接地保護(hù)的還有防靜電接地（將靜電聚積電荷引入大地）和防電蝕接地（在地下埋設(shè)金屬體作為犧牲陽(yáng)極或犧牲陰極，以保護(hù)與其連接的金屬體）等。接地電阻與對(duì)地電壓大地并非理想的導(dǎo)體，它具有一定的電阻率。所以當(dāng)外界強(qiáng)制施加于大地內(nèi)部某一電流時(shí)，大地就不能保持等電位。流進(jìn)大地的電流經(jīng)過(guò)接地線、接地體注入大地后，以電流場(chǎng)的形式向周圍遠(yuǎn)處擴(kuò)散，如圖5-1所示。圖5-1半球接地極的電流場(chǎng)設(shè)接地裝置（接地體）為一半徑為r0的半球體，并認(rèn)為接地體周圍土質(zhì)均勻，其電阻率為ρ，當(dāng)電流Id接地體注入地中時(shí)，電流Id將從半球表面均勻地散流出去，在接地半球表面上的電流密度為：（5-1）而在距半球球心為x的球面上，電流密度為：（5-2）于是，大地中呈現(xiàn)出相應(yīng)的電場(chǎng)分布，其電場(chǎng)強(qiáng)度為：（5-3）在地中沿電流散流方向，在dx段內(nèi)的電壓降落為：（5-4）所以，在距離球心為x的球面上的電位為：（5-5）而在半球接地體表面上的電位應(yīng)為：（5-6）故散流電阻為：Rd=Ud/Id（5-7）由此可知，距離接地體（即電流注入點(diǎn)）越遠(yuǎn)，電流密度越小，電場(chǎng)強(qiáng)度越弱，電位越低。若在相當(dāng)遠(yuǎn)處（一般距球心20m以外），地中電流密度很?。山茷榱悖?，電場(chǎng)強(qiáng)度可視為零，則該處的電位仍保持為零電位。接地裝置接地裝置是由埋入地中的接地體（即金屬導(dǎo)體）和連接接地體與電氣設(shè)備金屬外殼（或電路中某一節(jié)點(diǎn)）的導(dǎo)線所組成的裝置。最簡(jiǎn)單的接地裝置就是單根埋設(shè)的接地體，如圖5-1所示，又稱為接地極。接地體分為人工接地體和自然接地體。人工接地體是人為地埋入地中的各種型鋼，如圓鋼、扁鋼、鋼管及角鋼等；自然接地體有地下的金屬水管、建筑物及構(gòu)筑物混凝土基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋、埋地電纜的金屬外皮和穿導(dǎo)線的金屬管等。但埋在地下的易燃、易炸的液體或氣體管道嚴(yán)禁用做接地體。接地體及接地線要進(jìn)行防腐蝕處理。接地線還必須滿足機(jī)械強(qiáng)度及短路電流通過(guò)時(shí)的發(fā)熱穩(wěn)定性要求。接觸電壓和跨步電壓正常情況下都要求電氣設(shè)備外漏導(dǎo)電部分和接地裝置相連接（即接PE線或PEN線），使電氣設(shè)備金屬外殼保持和大地同為零電位。但如果電氣設(shè)備內(nèi)某一相的絕緣損壞，設(shè)備外殼帶電，則有接地電流Id經(jīng)過(guò)設(shè)備外殼入地，于是在接地裝置周圍地面上就有對(duì)地電位分布[],而且電氣設(shè)備金屬外殼、接地線和接地體的對(duì)地電位最高，即為。倘若此時(shí)有人站在該設(shè)備前面（設(shè)距離設(shè)備外殼,而手觸及到帶電的設(shè)備外殼，由于手接觸的電位為Ud，而身體站立處的電位為U1[]。所以，施加在人體上的電壓為：（5-7）式中，稱為接觸電壓，也就是說(shuō)，當(dāng)電氣設(shè)備因絕緣損壞外殼帶電時(shí)，有可能施加與人體的電壓。為保證人身安全，接觸電壓在任何情況下都不允許超過(guò)安全電壓（V）。還有，若此時(shí)有人向設(shè)備走來(lái)，雖然并未觸及該設(shè)備，但由于人在跨步過(guò)程中，兩只腳所處的位置不同（人的夸距取，牲畜取1m），假設(shè)前腳電位為U2，后腳電位為U3，則施加在人體上的電壓為：（5-8）式中，稱