電力防雷系統(tǒng)的設(shè)計概述

年5月29日電力防雷系統(tǒng)的設(shè)計概述文檔僅供參考電力防雷系統(tǒng)的設(shè)計摘要面對科技化的社會、國際化的中國,電力事業(yè)所占比重越來越大。電在日常生活中愈來愈重要。面對科技化的社會、國際化的中國,電力事業(yè)所占比重越來越大。電在日常生活中愈來愈重要。但自然現(xiàn)象雷電卻威脅著世界上所有的高層建筑物和供電系統(tǒng),不但會使電力系統(tǒng)設(shè)備損壞,有時甚至還可能讓整個電力系統(tǒng)癱瘓,造成難以估量的損失,會給人們的生活工作出行帶來極其嚴(yán)重的影響。直到現(xiàn)在,為了減少雷電事故的發(fā)生,提高供電的安全性和穩(wěn)定性,人們積極采用多種防雷措施對電力系統(tǒng)進行保護。常見的措施有架設(shè)避雷線、安裝避雷針和避雷器或采用接地保護,限制、降低、轉(zhuǎn)移雷電事故發(fā)生時所產(chǎn)生的雷電過電壓或過電流,從而保護建筑物和電力系統(tǒng)免遭雷擊毀壞。在高層建筑物上安裝避雷裝置不但增加了其安全性還提高了土地的利用率,對于電力系統(tǒng)的防雷,不同的電力設(shè)備采用的相對應(yīng)的防雷措施,既保證各設(shè)備安全穩(wěn)定運行,又避免了各種雷擊事故。提供優(yōu)質(zhì)、可靠、安全穩(wěn)定的電能,為社會的進步、國家的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:雷電;雷電過電壓;防雷保護裝置;電力系統(tǒng);DesignoflightningprotectionsystemforelectricpowersystemabstractInthefaceofscienceandtechnologysociety,theinternationalizationofChina,theproportionofthepowerindustryisgrowing.Electricityisbecomingmoreandmoreimportantinourdailylife.Inthefaceofscienceandtechnologysociety,theinternationalizationofChina,theproportionofthepowerindustryisgrowing.Electricityisbecomingmoreandmoreimportantinourdailylife.Butnaturallightningphenomenonisathreattotheworldallhigh-risebuildingsandpowersupplysystem,itwillnotonlydamagethepowersystemequipment,andsometimesmayevenparalyzethewholepowersystemandcauseincalculableloss,willbringveryseriousinfluencetopeople'slifeandworktravel.Untilnow,inordertoreducetheoccurrenceoflightningaccidents,improvethesecurityandstabilityofpowersupply,peopleactivelyuseavarietyoflightningprotectionmeasuresfortheprotectionofthepowersystem.Commonlyusedmeasureshaveerectedoverheadgroundwire,andlightningarresterinstallationorusegroundingprotectionlimit,reduce,transferlightningaccidentarisingfromlightningovervoltageorovercurrent,soastoprotectthebuildingsandpowersystemfromlightningdamage.Lightningprotectiondeviceisarrangedonthehigh-risebuildingsnotonlyincreasesthesafetybutalsoimprovetheutilizationrateofland,forlightningprotectionofpowersystem,differentpowerequipmentusesthecorrespondinglightningprotectionmeasures,bothtoensurethesafeandstableoperationoftheequipment,andavoidthelightningaccident.Providehighquality,reliable,safeandstablepower,fortheprogressofthesociety,thedevelopmentofthecountryhaslaidagoodfoundation.Keywords:lightning;lightningovervoltage;lightningprotectiondevice;powersystem;目錄TOC\o"1-3"\h\u電力防雷系統(tǒng)的設(shè)計 1摘要 1abstract 2目錄 3引言 41雷電放電和雷電過電壓 51.1雷電的形成和危害 51.2雷電的種類 51.2.1直擊雷 51.2.2傳導(dǎo)雷 61.2.3感應(yīng)雷 61.3雷電過電壓的形成 61.3.1雷電波的侵入過程 61.3.2綜合設(shè)備屢遭雷害的原因 62防雷保護裝置 82.1避雷裝置的種類 82.2避雷針防雷原理及其保護范圍 82.2.1避雷線防雷原理及其保護范圍 122.2.2避雷器工作原理及其常見類型 143電力系統(tǒng)防雷保護 163.1輸電線路的防雷保護 163.1.1輸電線路的耐雷水平和雷電跳閘率 163.1.2輸電線路的防雷措施 193.2發(fā)電廠和變電所的防雷保護 203.2.1發(fā)電廠、變電所的雷電侵入過電壓保護 203.2.2變電所的進線段保護 213.3變電所防雷的幾個具體問題 214接地保護 254.1接地的概念及分類 254.2防雷接地保護系統(tǒng)的整體概念 254.2.1接地電阻、接觸電壓和跨步電壓 264.2.2接地和接零保護 26總結(jié)與展望 28致謝 29主要參考文獻 30引言1.選題的目的意義就像生活中總會遇見一些我們意想不到的人和事,對于雷電的產(chǎn)生我們也總是被動的。我們雖不能徹底消除它的發(fā)生,但我們能夠試著預(yù)測和預(yù)防。以至于當(dāng)它真正來的時候不會讓我們措手不及。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展人們的生活和工作方式都發(fā)生了很大的改變,這樣的改變有好處可也有其不好之處。科技的發(fā)展給人們的日常生活和工作帶去了福音的同時,對人們的要求也相應(yīng)的提高了。就如現(xiàn)實生活中,自動控制系統(tǒng)是一種新的科技創(chuàng)造,電力的工作人對這種新型自動控制系統(tǒng)的防雷意識不足。因此一旦有雷電波入侵自動控制系統(tǒng),可能會使整個電力系統(tǒng)癱瘓,造成不可估量的損失給電力生產(chǎn)和日常人們的生活帶諸多不便,人們生活節(jié)奏就會擾亂。這就有必要要求人們應(yīng)該提高防雷意識增加防雷知識,游刃有余的面對雷擊事故的發(fā)生。2.現(xiàn)間段國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀關(guān)于防雷問題一直備受關(guān)注,長期以來為了預(yù)防減少雷害事故,提高供電的可靠性穩(wěn)定性,人們借助各種防雷的方法措施對電力系統(tǒng)進行防雷保護。雷電放電是大自然對外界的一種信號發(fā)射,隨時隨地都有可能發(fā)生,產(chǎn)生的雷電過電壓可高達數(shù)百千伏,只有采取相應(yīng)的防雷避雷措施才能將損失降到最低,保證人們?nèi)粘Ｉ畹姆€(wěn)定節(jié)奏,國民經(jīng)濟的快速蓬勃。在國際上雷電已被列為最大危害的十種災(zāi)害之一,當(dāng)前人們對雷害主要是設(shè)法去躲避和限制其的破壞性。避雷設(shè)備的發(fā)展眾所周知,在實際生活應(yīng)用人們經(jīng)常采用的避雷裝置有避雷器、避雷線、避雷針,當(dāng)面對不同的保護對象應(yīng)采取與之相對應(yīng)的避雷設(shè)備,綜合考慮各種實際情況和經(jīng)濟運行條件,做到投資少效果好。與此同時為了提高避雷設(shè)備的靈敏度和安全性,避雷設(shè)備的結(jié)構(gòu)一直在不斷的改進、創(chuàng)新。接地材料的發(fā)展在接地電阻方面,首先要考慮的是導(dǎo)體的熱穩(wěn)定性與在土壤中的耐腐能力以及導(dǎo)電性和其經(jīng)濟因素。隨著社會的發(fā)展科學(xué)的進步接地材料的選擇范圍原來越廣,為了降低接地電阻,增大接地體與土壤的有效接觸面積,一般都是使用低電阻率的材料來做接地材料。人們利用各種材料進行接地,最常見的就屬銅材、鋼材、熱鍍鋅等材料。1雷電放電和雷電過電壓1.1雷電的形成和危害\t"C:/Users/Better.it/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$2/51902-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"雷電極其壯觀而又十分恐怖,它是伴有閃電和雷鳴的一種放電現(xiàn)象。\t"C:/Users/Better.it/AppData/Local/Temp/360zip$Temp/360$2/51902-%E6%A3%80%E6%B5%8B%E6%8A%A5%E5%91%8A/htmls/detail_report/right"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(fēng)和暴雨,有時還伴有冰雹和龍卷風(fēng)。富蘭克林(Franklin)、黎赫曼(Phxmah)等眾多著名科學(xué)家經(jīng)過大量的實驗證明闡述了雷電的形成,并建立了現(xiàn)代雷電學(xué)說。雷電放電是一種自然力量的爆發(fā)造成的破壞性是不可估計的,且對人的生命、財產(chǎn)安全造成極大危害。早在1987年雷電就被列為危害最大的十種災(zāi)害之一。隨著社會的發(fā)展人類走進電氣化時代,對電的需求明顯增大的同時,雷電的破壞范圍也越來越大。地球上每年因雷害造成的損失巨大。當(dāng)人們步入了電氣時代之后,雷災(zāi)出現(xiàn)并對人類的有害影響可分為以下幾種:(1)受災(zāi)面擴大,從電力電網(wǎng)和高層建筑物這兩個主要傳統(tǒng)領(lǐng)域擴大到幾乎覆蓋任何一個行業(yè),特別是與高新技術(shù)關(guān)系最為密切的關(guān)鍵領(lǐng)域。(2)危及空間領(lǐng)域擴大,從最初的閃電直擊和過電壓波沿線路傳輸改變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場,急速入侵到每一個角落造成災(zāi)害。從最開始的防直擊雷、感應(yīng)雷發(fā)展到防雷電電磁脈沖(LEMP)。(3)造成的經(jīng)濟損失劇增,就雷電本身而言可能就是受雷設(shè)備自身被破壞,其經(jīng)濟損失并沒有多大,可之后帶來的一系列的問題卻有可能造成難以估計的巨大的損失。甚至影響社會發(fā)展。我們都知道一直以來,作為雷電本身它并沒有變它一直存在,且影響巨大。伴隨著科技的發(fā)展與進步,人類的日常生活工作在享受其帶來的方便與享受的同時,也讓電在日常生活中扮演著越來越重要的角色。人們沉浸在電力系統(tǒng)增加自動控制系統(tǒng)帶來的便捷的同時,對自動控制系統(tǒng)的安全防雷知識和意識卻非常模糊,一旦無孔不入的雷電波入侵微電子器件時,很容易造成微電子設(shè)備的失控或者損壞。為了保證我們的日常生活能正常穩(wěn)定進行不受雷電影響,我們應(yīng)該加強對雷電的預(yù)防和保護電氣設(shè)備不受損壞的意識。我們應(yīng)該站在科學(xué)技術(shù)的最前沿爭當(dāng)?shù)谝蝗?減少雷電事故的發(fā)生為人類帶來福音。1.2雷電的種類1.2.1直擊雷雷擊直接發(fā)生在被損壞的物體上的雷擊事件稱為直擊雷,由于直擊雷本身就具有較大的破壞力且蘊含著極大的能量,直擊雷放電電流可達200KA以上,電壓峰值一般可達幾萬伏甚至幾百萬伏,因為它釋放能量其持續(xù)時間一般只有幾us到幾百us就釋放出來,從瞬間功率來講,是巨大的,破壞不言而喻了。1.2.2傳導(dǎo)雷所謂傳導(dǎo)雷就是雷害要經(jīng)過一定的載體傳輸?shù)奖粨p壞的設(shè)備上去,一般雷擊現(xiàn)象產(chǎn)生較大的高電壓,由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象使室外電源線路的急劇變化,會在附近線路的導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓,由通信線路傳至室內(nèi),損壞電氣設(shè)備。與直擊雷不同的是傳導(dǎo)雷雷擊發(fā)生時落雷設(shè)備和被雷擊損壞的設(shè)備不是同一個設(shè)備。1.2.3感應(yīng)雷雷電發(fā)生時由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象在其空間范圍產(chǎn)生了強大的電磁場,即形成強大的電磁波,使附近輸電線路的導(dǎo)線上產(chǎn)生較高的過電壓有時可達數(shù)萬伏,侵入電力系統(tǒng)使用電設(shè)備遭受損壞。1.3雷電過電壓的形成由于雷云的放電而使電力設(shè)備承受的電壓,即為雷電過電壓,也稱為大氣過電壓或外部過電壓。一般雷電過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。直擊雷過電壓是指發(fā)生直接雷擊時流入被擊物的過電壓;感應(yīng)雷過電壓是指發(fā)生雷擊時由于電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的過電壓。這兩種過電壓對電力系統(tǒng)和電力設(shè)備設(shè)備造成很大的威脅、影響人們的正常生活,而且會造成一系列的停電事故。1.3.1雷電波的侵入過程雷電波的侵入過程一般都是先經(jīng)過變電所的輸電線路入侵到母線,然后由于變電所中變壓器耦合作用再使雷電波侵入電氣設(shè)備。一般這個侵入的雷電波都經(jīng)過了變電所內(nèi)設(shè)備所裝設(shè)的避雷器的限壓作用,和變電所內(nèi)變壓器低壓側(cè)的平波作用,雖然能夠減小雷電過電壓的幅值。但由于雷電產(chǎn)生的過電壓的幅值高且具有高能量,一般閥式避雷器所能起的作用微乎其微雷電波仍可能在較短時間內(nèi)以較高的過電壓經(jīng)過變壓器的低壓出線端,侵入到變電所內(nèi)部造成系統(tǒng)的損壞。1.3.2綜合設(shè)備屢遭雷害的原因由于雷害所產(chǎn)生的過電流、過電壓是很難控制和預(yù)測,這就需要我們加強對電力系統(tǒng)防雷措施的了解并加以運用。關(guān)于雷害首先考慮的應(yīng)該是電源:自從電力系統(tǒng)實現(xiàn)自動化后,電力系統(tǒng)調(diào)度的遠動載波系統(tǒng)顯得尤為重要,而其正常工作的前提是必須有獨立的小容量UPS(不間斷電源)進行供電,而這些UPS是使用壓敏電阻進行保護。但壓敏電阻在防雷和限幅上的能力有一定的局限性,自我保護都做不到,對于其它后接的設(shè)備基本起不了作用,以至于實際運用中UPS雷擊燒毀現(xiàn)象時常發(fā)生。其次考慮的是信號方面:信號是連接一切設(shè)備的橋梁,在電力系統(tǒng)中起關(guān)鍵性的作用。一旦失去信號的正常傳遞所有電力系統(tǒng)系統(tǒng)將無法正常工作。實際上現(xiàn)階段大多數(shù)的變電所內(nèi)部電子設(shè)備之間還沒有使用屏蔽電纜相連接,而且內(nèi)部也沒裝什么防雷設(shè)備,又處在雷電多發(fā)地區(qū),因此很容易造成設(shè)備遭受雷擊事件而損壞。2防雷保護裝置2.1避雷裝置的種類為了使我們的日常生活得以正常進行,保證國家經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定運行面對雷電我們因該采取一定的防護措施。雷電是自然界中不可預(yù)測和消除的客觀現(xiàn)象,當(dāng)前人們只能限制其破壞性來防護設(shè)備,現(xiàn)在最常見的就是裝設(shè)避雷針、避雷線、避雷器、防雷接地等防雷保護裝置。日常應(yīng)用中,為了防止直擊雷過電壓而產(chǎn)生的危害一般會在電氣設(shè)備上架設(shè)避雷針、避雷線;而為了防止感應(yīng)雷過電壓的危害則一般安裝避雷器。2.2避雷針防雷原理及其保護范圍(1)避雷針防雷原理避雷針是指具有較強的導(dǎo)電性且上部較窄如針狀一般由圓鋼或鋼管制成,下部較粗出的金屬棒。在制作避雷針時頂尖越窄就越好,它的主要目的是將雷電引于自身,并將雷擊產(chǎn)生的過電流迅速轉(zhuǎn)入大到地,從而使被保護物體免遭雷擊損壞。下部要比上部粗是因為避雷針需要有足夠截面積的接地引下線和良好的接地裝置,以便能將雷電流安全可靠引入大地而防止雷電損壞建筑物。實際應(yīng)用中,為了真正起到防雷保護作用在選擇避雷針時一般要比被保護建筑物高。當(dāng)有雷擊事件發(fā)生時,避雷針由于所處地理位置較高且接地良好,在避雷針的頂端因靜電感應(yīng)而吸引了較多的電荷,而這些電荷的極性與放電通道內(nèi)電荷的極性相反,這就使其周圍形成一個較強的局部電場,該電場將會控制雷擊放電的方向,因此就將雷擊放電的方向引向避雷針,同時帶電云層與避雷針形成通路,而避雷針又是接地的,避雷針就能夠把云層上的電荷導(dǎo)入大地,使其不對電氣設(shè)備造成危險,保證其安全。(2)避雷針的保護范圍對避雷針的保護范圍的確定,一般都借助保護范圍的概念來加以詮釋,注意其具有相對性。在一定空間內(nèi)確定物體不會遭到直擊雷的損壞,就可稱此空間為避雷針的保護范圍。在實際應(yīng)用中對避雷針保護范圍的計算如下:

(一)單支避雷針的保護范圍的確定能夠按下式計算:粗略計算公式:r0＝1．5h(m)式中:h表示避雷針的高度(m);r0為避雷針在地面上的保護半徑;高度為水平面上的保護半徑可按下式計算:當(dāng)≥h時=p(h—)當(dāng)≤h時=p(1．5h—2)式中:p表示高度影響系數(shù);當(dāng)h≤30m,p=1;當(dāng)30m<h≤120m,p=5．5/圖2—1單支避雷針的保護范圍

由上面的式子中能夠得出,單支避雷針的保護范圍與被保護物體的高度有關(guān),高度越高保護范圍越小。因此經(jīng)過增加避雷針的高度能夠擴大避雷針的保護范圍,架設(shè)時安裝在被保護物的縱向也能夠使起保護范圍得到擴大。(二)兩支等高避雷針的保護范圍根據(jù)實際需要必須要采用兩支等高避雷來針進行防護時,我們主要考慮的有兩個問題一是避雷針之間的保護范圍二是它們外側(cè)的保護范圍。確定兩避雷針的外側(cè)保護范圍時按單確定支避雷針的保護范圍來,而兩支等高避雷針之間的保護范圍,就要根據(jù)它們的高度和它們之間的距離來確定。兩針間的保護范圍由于相互屏蔽的效果而使保護范圍增大,其范圍按經(jīng)過兩針頂點及保護范圍上部邊緣最低處點O的圓弧確定如圖2-2所示,設(shè)圓弧的半徑為R,O點可假設(shè)為避雷針的針尖,兩針間保護范圍邊緣最低點的高度計算式為:當(dāng)h≤30mm時,h0=h—當(dāng)h>30mm時,h0=h—式中:h為避雷針的高度(m);D為兩針間的距離(m);h0為兩針間保護范圍邊緣最低點的高度(m);K為兩針影響系數(shù);兩避雷針間水平面上每側(cè)的最小保護寬度為:=1．5(h0—)其中:為兩針間在h高度的水平面上中心線每側(cè)最小的保護寬度(m)。綜合上式可知,兩避雷針之間的距離為增至7kh時,h0=0,此時兩避雷針間將不再構(gòu)成聯(lián)合保護也不能達到最好的防雷效果。因此,要讓防雷保護范圍最大且得到最大極限的保護,要求兩避雷針間距離不要太大,具體范圍以兩避雷針間距離與避雷針的高度之比來確定,比值最好不要超過5。

圖2—2兩支等高避雷針的保護范圍

(三)兩支不等高避雷針保護范圍兩支不等高避雷針的保護范圍的確定與確定兩支等高避雷針的保護范圍大致相似,最大的差別在于其確定根據(jù)依小不依大的原則來更準(zhǔn)確更有效的來確定其保護范圍。(如圖2—3所示)其中最低點高度為:h0=hB—D′／7k式中:hB表示較低避雷針的高度;D′表示較低避雷針與等效避雷針之間的距離;圖2—3兩支不等高避雷針的保護范圍(四)多支避雷針保護范圍1.由于發(fā)電廠與變電所占地面積一般會比較大,因此實際中大多都回采用多支等高避雷針進行防雷保護。當(dāng)在多支避雷針成直線布置安裝時,首先應(yīng)考慮的是等高避雷針還是不等高避雷針,然后再分別按照相應(yīng)的計算公式計算其保護范圍。2.實際中如果架設(shè)了三支避雷針成三角形布置的防雷裝置時,要求計算其保護范圍時,首先考慮是等高還是不等高,然后再做其它考慮。一般三角形的內(nèi)側(cè)保護范圍,按相鄰兩支等高或不等高避雷針的方法來確定;特別注意:當(dāng)兩支避雷針的最小保護寬度≥0時其保護面積能夠達到最大,如圖2—4所示。3.在實際生活中如果要架設(shè)四支及以上避雷針進行保護時,最常見的是成四角形或多角形的布置架設(shè)。如果要求計算其保護范圍時能夠?qū)⑵浞譃槎鄠€三角形,然后按三支避雷針布置的三角形的情況,來確定其保護的范圍;為了使被保護設(shè)備得到最好的保護,應(yīng)該要讓最小保護寬度≥0。

圖2—4多支避雷針保護范圍

2.2.1避雷線防雷原理及其保護范圍一般所說的地線就是避雷線,一般避雷線和導(dǎo)線一起架設(shè)使用因此又稱架空地線。避雷線的防雷原理與避雷針大致相同,只不過避雷線能夠從多角度來降低雷電所產(chǎn)生的雷電過電壓或過電流。避雷線有防止雷電直擊導(dǎo)線,具有分流作用,還能夠經(jīng)過減小經(jīng)過桿塔流入地的雷電流從而降低塔頂電位,而且避雷線對導(dǎo)線有耦合作用還能降低輸電導(dǎo)線上的感應(yīng)雷電過電壓。因此避雷線主要運用于輸電線路的保護,實際中在發(fā)電廠和變電所內(nèi)也有架設(shè)使用。

(一)單根避雷線保護范圍單根避雷線保護范圍圖見2—5。圖2—5單根避雷的保護范圍

單根避雷線保護范圍計算按下式計算:b＝1．2h式中:b表示避雷線在地面上投影線每側(cè)的最小保護寬度(m);H表示避雷線最大弧垂點的高度(m);避雷線在高度上的水平面上投影線每側(cè)的保護范圍按下面式子確定。當(dāng)≥1／2h時,=0.47(h－)k當(dāng)<1／2h時,=(1．2h—1．7)k

(二)兩根平行等高避雷線保護范圍和避雷針的分析過程相似,當(dāng)在實際中遇到兩根等高平行避雷線共同保護時也要考慮它的外側(cè)保護范圍與兩避雷線之間的保護距離。一般來言兩根避雷線的外側(cè)保護范圍是按照單根避雷線確定的。而兩避雷線間的保護范圍的確定按下圖2—6所示。設(shè)O點是兩線間保護范圍邊緣的最低點,那么高度h0應(yīng)按下式計算。當(dāng)h≤30m時,h0=h—當(dāng)h＞30m時,h0=h—式中:D——兩線間的距離(m);h0——兩根避雷線間的保護范圍邊緣最低點的高度(m);

圖2—6兩根平行等高避雷線保護范圍實際應(yīng)用中還有更簡單的表示方式,來表示避雷線的保護范圍。就是用保護角表示,保護角就是避雷線與外側(cè)導(dǎo)線的連線與避雷線的垂線之間的夾角。保護角的大小與避雷線保護導(dǎo)線免遭雷擊的可靠性成反比,即是保護角越小防雷的可靠性越高。保護角的取值與所保護的對象和所處地理環(huán)境的不同而有所差別,在確定保護角時應(yīng)該綜合考慮各種因素最后合理取值。2.2.2避雷器工作原理及其常見類型(1)避雷器的工作原理避雷器的工作原理實際就是壓敏電阻的工作情況,靠壓敏電阻的特性曲線實現(xiàn),電壓達到其拐點電壓時,避雷器開始導(dǎo)通,隨著電壓增大,電流開始劇增,從而限制過電壓值,從而起到保護電氣設(shè)備的作用。由此可見,為了使避雷器達到較為理想的防雷保護效果,選擇正確的合理避雷器顯得十分重要。在選擇避雷器時首先確定避雷器具有要有良好的伏秒特性曲線,并與被保護設(shè)備的伏秒特性曲線能夠相互配合;其次避雷器還必須有快速切斷工頻續(xù)流,且能快速自動恢復(fù)絕緣強度的能力。只有同時滿足這些要求,避雷器才能夠真正安全可靠的保護電氣設(shè)備免遭雷擊破壞。(2)避雷器的類型1.保護間隙:間隙保護就是當(dāng)有雷電流入侵時,先擊穿間隙后所謂間隙保護就是當(dāng)雷電流侵入時,擊穿間隙后經(jīng)過接地線將雷電流引入大地。一般情況下如果保護間隙擊穿后形成了工頻續(xù)電流,如果此時間隙能夠自動熄弧,系統(tǒng)恢復(fù)正常運行;如若間隙不能自動熄滅弧則將會引起斷路器跳閘,因此大多數(shù)情況下電路都會安裝自動重合閘來防止雷電事故的發(fā)生。保護間隙的形式有好多種,在實際應(yīng)用大多采用的都是角形間隙主要是由于單相間隙動做時有利于滅弧。2.排氣式避雷器:當(dāng)線路上遭到雷擊或感應(yīng)雷時,過電壓使排氣式避雷器的外部間隙和內(nèi)部間隙被擊穿,強大的雷電流經(jīng)過接地裝置入地,從而避免電氣設(shè)備遭受雷電過電壓的入侵,由于其性質(zhì)的特殊性當(dāng)前大多廣泛應(yīng)用于輸電線路保護和發(fā)電廠、變電所的進線段保護。3.閥式避雷器:由間隙和電阻相串聯(lián)組成了的閥式避雷器。在電力系統(tǒng)正常工作時,避雷器一般接于帶電導(dǎo)線和地之間,與被保護設(shè)備并聯(lián)。閥片和輸電線路都受到保護,而當(dāng)有雷電流入侵時,由于雷電產(chǎn)生的過電壓較大,使間隙被擊穿,帶走雷電流。保護了設(shè)備不受雷電損壞。4.金屬氧化物避雷器:由一定數(shù)量的氧化鋅閥片密封在瓷套內(nèi)組成就組成了結(jié)構(gòu)較為簡單的金屬氧化物避雷器。與其它避雷器相比它具有較好的非線性伏安特性。3電力系統(tǒng)防雷保護228773.1輸電線路的防雷保護 在實際應(yīng)用中,電力系統(tǒng)以對輸電線路的防雷問題最為常見且要求較為嚴(yán)格,這不但僅是因為輸電線路延綿數(shù)千里、地處曠野、難于保護,而且避雷針常常是處于周邊地面上的最高位置,因此遭受雷擊的概率較大。另外,輸電線路遭受雷擊后會沿線路侵入發(fā)電廠、變電所里的雷電波也是威脅設(shè)備安全、造成發(fā)電廠、變電所事故的主要因素之一。因此,只有不斷提高輸電線路的防雷性能,才能減少雷擊輸電線路引起的雷害事故,保證發(fā)電廠、變電所電氣設(shè)備的正常安全穩(wěn)定運行。一般我們會用耐雷水平和雷擊跳閘率衡量輸電線路防雷性能的高低。當(dāng)雷擊中線路時不會使絕緣發(fā)生閃絡(luò)時的最大雷電過電流的幅值,即稱為線路的耐雷水平;一般情況只有當(dāng)雷擊產(chǎn)生的雷電電流高于耐雷水平值時,就會發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象,反之,則不會發(fā)生閃絡(luò)。雷擊跳閘率就是雷暴日為40的標(biāo)準(zhǔn)條件下,每年100km的線路因雷擊而引起的跳閘次數(shù)。輸電線路時傳送電流的載體,只有保護好它我們才能夠使用它送來的電。因此保護輸電線路免遭雷擊非常非常重要,但還是不可能達到絕正確防雷效果。就當(dāng)前來看對輸電線路防雷保護的主要考慮的問題在于:首先考慮輸電線路經(jīng)過地區(qū)的地形和壞境因素、輸電線路運行的可靠性實用性以及其所能提供的經(jīng)濟價值,綜合各種因素選擇合理的方案在滿足其耐壓水平、減少跳閘率的同時真正起到防雷的作用,確保輸電線路正常工作。3.1.1輸電線路的耐雷水平和雷電跳閘率(一)耐雷水平在我們國家若輸電線路輸送110kv及以上的高壓電時,一般輸電線路都必須要全線都裝設(shè)避雷線,如若傳送35kv及以下高壓電時,輸電線路一般不需要裝設(shè)避雷線。實際應(yīng)用中,在架設(shè)有避雷線的輸電線路遭受直接擊雷一般就以下三種情況:(1)雷擊桿塔的塔頂;(2)雷擊避雷線;(3)雷擊(繞過避雷線)導(dǎo)線。如圖3-1所示。圖3-1雷擊避雷線線路的三種情況如圖所示1.雷擊發(fā)生時落雷電在桿塔的塔頂時:一般而言桿塔遭受雷擊的概率,跟所架設(shè)的避雷線的根數(shù)和避雷線所經(jīng)過的地區(qū)的壞境有關(guān),一般桿塔被雷擊的次數(shù)和線路遭受雷擊的次數(shù)之比稱為擊桿率,下表形象的解釋了與擊桿率相關(guān)的因數(shù)。(見表3-1)。表3-1擊桿率g避雷線根數(shù)地區(qū)012平原山區(qū)1/21/41/6—1/31/42.雷擊事故發(fā)生時落雷點在輸電導(dǎo)線時的:在日常生活中有時雖然裝設(shè)避雷線進行防雷,但也有雷電繞過避雷線而擊毀線路的可能性,雖概率較小,可是一旦出現(xiàn)此情況,則會引起線路絕緣子的閃絡(luò),造成雷電事故。如圖3-2所示。圖3-2雷擊(繞過避雷線)于導(dǎo)線示意圖和等值電路3.雷擊現(xiàn)象在避雷線上落雷時:這是雷擊事故中最嚴(yán)重的一種,一般不常見我們也該避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。如圖3-3所示。圖3-3雷擊擋距中央的避雷線示意圖(2)雷擊跳閘率:綜合發(fā)生過的雷擊輸電導(dǎo)線的雷電事故來看,當(dāng)遭受雷擊的輸電線路流入的雷電過電流遠遠超過輸電線路的耐雷值,則輸電線路的絕緣將會發(fā)生沖擊閃絡(luò),這時,雷電流沿閃絡(luò)通道入地,由于持續(xù)時間僅有幾十微秒,線路開關(guān)還來不及動作。而如果沿閃絡(luò)通道流過工頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒,線路將會跳閘,從而保護了輸電線路不受損壞。線路因雷擊而跳閘,有可能是反擊引起的,也可能是由繞擊造成的,因此以這兩種作為分析對象。下面就用架設(shè)有避雷線的輸電線路為例進行雷擊跳閘率的分析:1.雷擊桿塔的跳閘率設(shè)架設(shè)避雷線的輸電線路,長度為100km是其每年落雷次數(shù)能夠下式計算可得:次(為避雷線相對于地的平均高度m)當(dāng)擊桿率為g,輸電線路每年遭受雷擊桿塔的次數(shù)為:次設(shè)雷擊塔桿時的耐雷水平,雷電流幅值超過的概率是,建弧率(發(fā)生閃絡(luò)并產(chǎn)生工頻電弧的概率)為η,輸電線路每年遭受雷擊桿塔的跳閘次數(shù)為:(3-2)式中=雷擊塔桿次數(shù)和雷擊線路總數(shù)的比例(見表3-1)。2.繞擊跳閘率設(shè)繞擊率為,輸電線路每年的繞擊次數(shù)為:假設(shè)發(fā)生繞擊時耐雷水平為,雷電流幅值超過的概率為,建弧率為η,則輸電線路每年繞擊跳閘次數(shù)為:(3-3)3.線路雷擊跳閘率輸電線路的雷擊跳閘率為反擊跳閘率和繞擊跳閘率的和即(3-4)注意:在中性點非直接接地的電網(wǎng)中,一般不架設(shè)避雷線的輸電線路的雷擊跳閘率可用下式計算(3-5)其中為上導(dǎo)線平均高度(m);η為建弧率;為雷擊線路一相導(dǎo)線與桿塔閃絡(luò)之后,再向第二相導(dǎo)線反擊時的雷電流幅值超過耐雷水平的概率;3.1.2輸電線路的防雷措施輸電線路是電力系統(tǒng)輸送電力的紐帶。有著不可或缺的作用,因此保護輸電線路是非常非常重要的。由眾多資料顯示,輸電線路遭受的雷害主要以直擊雷和遭受雷害后發(fā)生的絕緣閃絡(luò)為主。因此在對輸電線路防雷方案進行設(shè)計時,主要以這兩個方面為主,當(dāng)然還要考慮可行性以及其經(jīng)濟價值。就當(dāng)下而言,對輸電線路的防雷的主要措施有以下幾種:架設(shè)避雷線:實際應(yīng)用中避雷線是防雷擊最有效的,最常被采用的防雷措施,而且避雷針還有分流的作用,能減小雷電流入塔桿的過電流,從而保護輸電線路不受雷擊。因此在高壓輸電線路中經(jīng)常能夠看到避雷線的身影,只為了方便有效的防止雷擊。(2)減小桿塔接地電阻:實際中,可降低桿塔接地電阻的方法來防雷,不但能提高線路耐壓水平、而且還能夠有效防的防止反擊。架設(shè)耦合接地線:對于某些建成投運后雷擊故障頻發(fā)的線段,能夠采用在導(dǎo)線下方架設(shè)地線的措施。一方面增加避雷線與導(dǎo)線間的耦合作用,以降低絕緣子串上的電壓;另一方面耦合地線還可增加對雷電流的分流作用,從而能夠更好地保護輸電線路免遭雷電破壞。(4)采用不平衡絕緣方式:如今有越來越多雙回路輸電線路被架設(shè)使用,對于這類型輸電線路一般的防雷措施不能滿足其對防雷保護的要求,一般大都是采用不平衡絕緣方式來降低雙同路雷擊同時跳閘率,以保證不中斷供電。(5)采用中性點非有效接地方式:在實際應(yīng)用中,是否要對中性點接地要看具體情況,一般對于35kv及以下的線路,采用經(jīng)消弧線圈接地或中性點不接地的方式進行防雷保護。(6)裝設(shè)避雷器:裝設(shè)避雷器來減少輸電線路交叉處和在高桿塔上被雷擊而跳閘的次數(shù),因為在雷電活動強烈、土壤電阻率很高或降低桿塔接地電阻有困難等地區(qū),裝設(shè)重量較輕的復(fù)合絕緣外套氧化物避雷器更實際且防雷可靠性高。(7)加強絕緣:現(xiàn)實生活中,有些桿塔上所架設(shè)的輸電線路的電壓較高,因此為了安全起見,其架設(shè)的桿塔相對要高很多。隨之而來遭受雷擊的概率更高了,一般可采用在桿塔上增加絕緣子片數(shù)的方法來防雷,且適當(dāng)增加輸電導(dǎo)線與避雷線間空氣距離,減少保護角等措施,對于35kv及其以下的線路,可采取瓷橫擔(dān)子絕緣子來提高沖擊閃絡(luò)電壓。(8)裝設(shè)自動重合閘裝置:裝設(shè)有自動重合閘時,當(dāng)發(fā)生雷擊造成閃絡(luò)時,斷路器可在跳閘后恢復(fù)絕緣性較高,且重合閘成功率較高,因此各級電壓的輸電線路在不影響其正常工作的前提下都應(yīng)盡量裝設(shè)自動重合閘裝置。135793.2發(fā)電廠和變電所的防雷保護發(fā)電廠和變電所構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要部分,對于電力系統(tǒng)而言發(fā)電廠和變電所是其大腦是整個電網(wǎng)的樞紐中心。實際中由于在發(fā)電廠和變電所的在地面積有限,在內(nèi)其部各個設(shè)備的安裝空間更是有限,造成電力設(shè)備大多數(shù)被集中安裝,因此一旦發(fā)生雷害事故,不但會導(dǎo)致發(fā)電機、變壓器的損壞,甚至?xí)绊懼茉獾碾娏υO(shè)備不同程度的損壞。讓更換和修復(fù)難度加大,還造成大面積停電,影響人民的日常生活,影響社會的和諧穩(wěn)定發(fā)展造成混亂。由此可見對發(fā)電廠和變電所的防雷保護措施的設(shè)計工作十分重要。當(dāng)有雷擊事件在發(fā)電廠、變電所內(nèi)發(fā)生時,一般都是雷直擊到發(fā)電廠或變電所要么就直擊于輸電線路而后會產(chǎn)生的雷電波沿著導(dǎo)線侵入發(fā)電廠、變電所。這是造成發(fā)電廠和變電所遭受雷擊的主要的兩個因素。面對直擊雷變電所和發(fā)電站一般會采用架設(shè)避雷線或避雷針來進行防雷保護。但在眾多雷擊事件中有一部分是由雷電波侵入變電所、發(fā)電廠的,因此對變電所和發(fā)電廠的防雷措施中最常見的方法是在變電所和發(fā)電廠內(nèi)安裝合適的避雷器以限制電氣設(shè)備上的雷電過電壓,同時設(shè)置進線段保護段以限制雷電流幅值和降低侵入波陡度,以保護變電所、發(fā)電廠免遭雷擊。18933.2.1發(fā)電廠、變電所的雷電侵入過電壓保護在發(fā)電廠和變電所里絕大多數(shù)是經(jīng)過裝設(shè)避雷器來限制過電壓雷電的侵入,因此準(zhǔn)確選擇避雷器的型號、參數(shù)、合理確定避雷器的安裝數(shù)量和安裝位置變得十分重要。在發(fā)電廠、變電所內(nèi)裝設(shè)有很多電力系統(tǒng)的一次設(shè)備、二次設(shè)備且需要對其裝設(shè)1防雷裝置進行防雷。而在發(fā)電廠和變電所內(nèi)很多電氣設(shè)備都是分散布置的,且變電所內(nèi)安裝避雷器既要求盡可能減少避雷器的組數(shù),又要保證保護好全部電氣設(shè)備的安全,這就給裝設(shè)避雷器帶來了很多不便,特別是使布線難度增大因此在發(fā)電廠、變電所內(nèi)安裝避雷器要綜合考慮各種因素以及運行經(jīng)濟性,爭取用最少的投資,獲得最大的保護收到最好的效果。一般閥式避雷器在變電所中進行防雷保護時,閥式避雷器和被保護設(shè)備絕緣間的連線一般不接在同一個點上,它是被安裝在母線上的,這樣既經(jīng)濟又能夠是防雷效果最好。當(dāng)有雷電波的侵入時,就使避雷器和被保護設(shè)備之間產(chǎn)生一個波過程,使的避雷器動作。因為變壓器的電壓超過它的沖擊耐壓值時,避雷器就會失去保護作用,變壓器會被雷擊產(chǎn)生的雷電流損壞。因此在使用避雷器時要合理選擇,不同類型避雷器的殘壓值是不同的。223743.2.2變電所的進線段保護

變電所進線段保護的目的是防止進入變電所的架空線路在近區(qū)遭受直接雷擊,并對由遠方輸入的雷電侵入波經(jīng)過避雷器或電纜線路、串聯(lián)電抗器將其過電壓幅值和陡度限制到一個對電氣設(shè)備沒有危險的較小數(shù)值。實際生活中,變電所進線段的設(shè)置是防止雷電侵入波進入變電所損壞電氣設(shè)備的一個重要防雷措施。變電所進線段的保護就是加強了對接近變電所的一段輸電線路的防雷保護。如果在整段輸電線路上都沒架設(shè)了避雷線進行防雷,那么在接近變電所的這段輸電線路必須架設(shè)避雷線;如果輸電線路本身就架設(shè)了避雷線,那么此時就只能經(jīng)過提高線路的耐壓水平來改進防雷效果。其接線圖如圖3-4所示。圖3-4變電所進線段的保護接線(a)35-110kV線路未沿全線架設(shè)避雷線(b)全線有避雷線3.3變電所防雷的幾個具體問題1.自耦變壓器和三繞組變壓器保護在變電所內(nèi)的自耦變壓器的使用大多數(shù)都是高壓自耦變壓器、中壓自耦變壓器,當(dāng)然有時為了減小零序阻抗和改進電壓波形也使用三角形接線的低壓非自耦繞組。經(jīng)常在自耦變電所中被使用的高壓自耦變壓器、中壓自耦變壓器得工作原理圖如圖(3-5)所示。圖3-5變壓器自耦繞組的電位分布(a)高壓端U進波;(b)中壓端U′進波1—電壓起始分布;2—電壓穩(wěn)態(tài)分布;3—最大電壓包絡(luò)線在實際運行中,可能出現(xiàn)多種情況:想要出現(xiàn)如圖3-5(a)所示的波形圖,就要讓雷電波由高壓側(cè)U侵入,且中壓側(cè)U′繞組處于開路狀態(tài)上其繞組上還會出現(xiàn)數(shù)值為U0的2/k的過電壓,(k為高壓側(cè)與中壓側(cè)繞組的變比),此時閃絡(luò)可能會發(fā)生在中壓側(cè)套管上。為安全起見應(yīng)該在中壓側(cè)U＇與斷路器之間安裝一組避雷器(圖3-6中的FV2)進行防雷保護?？磮D3-5(b)所示能夠發(fā)現(xiàn),當(dāng)雷電波從中壓側(cè)U′入侵時,此時高壓側(cè)U點的最大電壓幅值可高達2kU0′,而此處于開路狀態(tài)的高壓繞組將受到過電壓的威脅,因此在高壓斷路器的內(nèi)側(cè)必須裝一組避雷器(圖3-6FV1)保護其穩(wěn)定運行。如果高壓側(cè)有雷電波入侵時,而中壓側(cè)接有出線則此時高壓側(cè)的電壓為零。大部分雷電壓加在UU′繞組上,可能使其遭到損壞。與之相同的,如果中壓側(cè)有雷電侵入時,而高壓側(cè)又出現(xiàn)時,大部分雷電壓加也在UU′繞組上。因此應(yīng)在UU′之間裝一組避雷器(圖3-6中的FV3)進行保護。圖3-6自耦變壓器的典型保護接線只要低壓側(cè)處于開路狀態(tài)時,不論雷電波是從高壓側(cè)侵入還是中壓側(cè)侵入,都會由于高壓側(cè)和低壓側(cè)間的靜電耦合的作用,使低壓繞組上出現(xiàn)較高的過電壓,使低壓側(cè)受到過電壓的損壞。為了保護低壓側(cè)不收雷電損壞只要在任一相低壓繞組的出線端對地裝設(shè)一臺避雷器。三繞組變壓器的中壓繞組雖然也會有開路運行的可能性,但其絕緣水平較高,一般靜電耦合分量不會損壞中壓繞組,不必加裝限制該類過電壓的避雷器。2.變壓器中性點保護為了保護變壓器避免遭受雷擊,應(yīng)該對變壓器進行保護。但實際應(yīng)用中是否對需要對變壓器中性點進行保護,應(yīng)根據(jù)其對地的絕緣能力來確定。一般來說當(dāng)使用變壓器中那些中性點不接地或經(jīng)大電感接地電網(wǎng)中的變壓器,其中性點就是全絕緣的,一般不需要進行接地保護。對變壓器進行防雷保護除了中性點接地保護,還能夠用避雷器進行保護。在這種運行方式下,由于雷擊、單相接地短路故障等會造成中性點過電壓,而且變壓器大多是分級絕緣,因此過電壓對中性點的絕緣造成很大威脅,必須對其設(shè)置保護裝置防止事故發(fā)生。。3.配電變壓器的保護當(dāng)雷電入侵高壓繞組時,避雷器動作由于電磁耦合作用在高壓繞組上產(chǎn)生一個較強的過電壓。又因為高壓側(cè)的電壓受到避雷器的限制,因此過電壓只能分散在高壓繞組上,當(dāng)?shù)竭_中性點時過電壓的幅值達到最大,很有可能會使周圍設(shè)備受到損壞。因此在配電變壓器的高壓側(cè)裝避雷器,還不能使變壓器免除雷害事故,一般都必須在低壓側(cè)裝設(shè)一組避雷器,以保證配電變壓器安全穩(wěn)定運行。如圖3-7所示為保護配電變壓器的接線圖,一般情況下,在配電變壓器的保護中,避雷器的接地線應(yīng)與配電變壓器外殼和低壓側(cè)的中性點連接在一起然后進行接地。避雷器和變壓器之間的連線應(yīng)該盡可能的短,這樣能夠減小雷電流產(chǎn)生的壓降。圖3-7配電變壓器的保護接線61084接地保護4.1接地的概念及分類接地就是為了保證電力系統(tǒng)能安全穩(wěn)定的運行和保護電力工作者的人身安全,要將電力系統(tǒng)中的經(jīng)常帶電的電氣設(shè)備的某些導(dǎo)電部分與接地線連接,從而將電流送入大地,保護設(shè)備不被過電壓損壞,且保證需要接觸設(shè)備的工作人員的人身安全。其中與接地線相連埋入大地的裝置稱之為接地極,設(shè)備與接地極間的連線稱為接地線。接地極和接地線合稱為接地裝置。人們根據(jù)接地的原因?qū)⒔拥胤譃?(1)工作保護:是為了保證電力系統(tǒng)正常運行所需要的接地;(2)保護接地:也稱安全接地,是為了人身安全而設(shè)置的接地。(3)防雷接地:是針對防雷保護的需要而設(shè)置的接地。例如避雷針,避雷器的接地,目的是使雷電流順利導(dǎo)入大地,以利于降低雷過電壓,故又稱過電壓保護接地。(4)靜電接地:為防止易燃易爆物體,在靜電環(huán)境下發(fā)生燃燒或爆炸而引起一系列事故物體所設(shè)置的接地。4.2防雷接地保護系統(tǒng)的整體概念圖4-1雷電保護示意4.2.1接地電阻、接觸電壓和跨步電壓大地作為自然界的良導(dǎo)電體,當(dāng)沒有電流流過時是等電位的,也就是一般人們認(rèn)為的零電位;接地電阻是電流由接地裝置流入大地再經(jīng)大地流向另一接地體或向遠處擴散所遇到的電阻。接地電阻值體現(xiàn)電氣裝置與"地"接觸的良好程度。接地裝置上所承受的電壓與經(jīng)過接地線流入大地的電流的比值就叫接地電阻。所謂的分布電位區(qū)域是指在一定區(qū)域內(nèi)存在一定的電壓,當(dāng)人在分布電位區(qū)域內(nèi)兩腿分開有一定距離時,兩腿間的電位差就形成了所謂的跨步電壓。所謂的接觸電壓是指,人在接觸到漏電的用電設(shè)備或其它導(dǎo)體時,在人和手形成之間的電壓,4.2.2接地和接零保護1.發(fā)電廠、變電所的接地保護一般在電力系統(tǒng)中工作接地、保護接地和防雷接地是相輔相成讓你、緊密合作的。例如在發(fā)電廠、變電所中的接地網(wǎng)實際就是將工作接地、保護接地和防雷接地結(jié)合而成的良好的接地裝置。一般除利用自然接地極以外,根據(jù)保護接地和工作接地要求架設(shè)一個統(tǒng)一的接地網(wǎng),根據(jù)需要有時也在避雷針和避雷器架設(shè)處增加安裝處3～5個接地極來達到防雷接地的要求,提高防雷可靠性。當(dāng)在發(fā)電廠、變電所中需要架設(shè)工作接地時,其接地電阻值應(yīng)該滿足:R≤/I其中R為綜合考慮各種因素的最大接地電阻值,單位Ω;I經(jīng)接地線流入地的短路電流,單位A;如若接地電阻不滿足上面的式子,能夠適當(dāng)?shù)脑龃蠼拥仉娮?一般不能夠超過5Ω.在變電所、發(fā)電廠中一般接地電網(wǎng)以水平接地極為主,為保護其受到損壞都將其埋入地表。接地網(wǎng)中兩水平接地區(qū)域之間的距離一般取為3～10m為宜,如若不合適按保護接地的