35kv變電所接地裝置與防雷的設(shè)計(jì)

35kv變電所接地裝置與防雷的設(shè)計(jì)工學(xué)院機(jī)械系09電氣090128045黃旭一、前言變電所是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所,是聯(lián)系發(fā)電廠與電力用戶的紐帶,擔(dān)負(fù)著電壓變換和電能分配的重要任務(wù)。如果變電所發(fā)生雷擊事故,會(huì)給國(guó)家和人民造成巨大的損失。所以變電所的防雷是不可忽視的問題。隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展,使得電能這一清潔能源在人民生產(chǎn)、生活中得到了普遍使用。但當(dāng)高壓輸電網(wǎng)在為人們提供動(dòng)力和照明時(shí),不能忽視自然界產(chǎn)生的雷電對(duì)高壓輸變電設(shè)備產(chǎn)生的大量危害。因此,必須加強(qiáng)變電所雷電防護(hù)問題的認(rèn)識(shí)與研究。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高，對(duì)安全供電的要求也越來越高。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評(píng)價(jià)系統(tǒng)的安全性或獲得必要的安全條件。二、設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)針對(duì)35KV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)。三、設(shè)計(jì)方案及相關(guān)計(jì)算3.1雷電參數(shù)3.1.1雷電流的幅值、波頭、波長(zhǎng)和陡度（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）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～2.5μs。我國(guó)在防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中建議采用2.6μs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2.6/50μs。(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2.6μs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)：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)。3.1.2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)過簡(jiǎn)化和典型化可得以下三種常用的計(jì)算波形，如圖3-1所示。T1tT1tiI0.5I0tT2T1iI0.5I0T1iI0(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3-1雷電流的等值波形圖3-1(a)標(biāo)準(zhǔn)波形，它是由雙指數(shù)公式所表示的波形這種表示是與實(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1.2/50μs。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)的各種波過程，有很好的等值性。圖3-2-1（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)：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。3.1.3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，主放電過程可視為一個(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。3.1.4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):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：對(duì)的地區(qū)，按我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)取值。3.2變電所遭受雷擊的主要原因

供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí),電氣設(shè)備的絕緣處于電網(wǎng)的額定電壓作用之下,但是由于雷擊的原因,供配電系統(tǒng)中某些部分的電壓會(huì)大大超過正常狀態(tài)下的數(shù)值,通常情況下變電所雷擊有兩種情況:一是雷直擊于變電所的設(shè)備上;二是架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。其具體表現(xiàn)形式如下:

（1）直擊雷過電壓。雷云直接擊中電力裝置時(shí),形成強(qiáng)大的雷電流,雷電流在電力裝置上產(chǎn)生較高的電壓,雷電流通過物體時(shí),將產(chǎn)生有破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。

（2）感應(yīng)過電壓。當(dāng)雷云在架空導(dǎo)線上方,由于靜電感應(yīng),在架空導(dǎo)線上積聚了大量的異性束縛電荷,在雷云對(duì)大地放電時(shí),線路上的電荷被釋放,形成的自由電荷流向線路的兩端,產(chǎn)生很高的過電壓,此過電壓會(huì)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)造成危害。

因此,架空線路的雷電感應(yīng)過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所,是導(dǎo)致變電所雷害的主要原因,若不采取防護(hù)措施,勢(shì)必造成變電所電氣設(shè)備絕緣損壞,引發(fā)事故。

3.3變電所防雷的原則

針對(duì)變電所的特點(diǎn),其總的防雷原則是將絕大部分雷電流直接接閃引入地下泄散(外部保護(hù));阻塞沿電源線或數(shù)據(jù)、信號(hào)線引入的過電壓波(內(nèi)部保護(hù)及過電壓保護(hù));限制被保護(hù)設(shè)備上浪涌過壓幅值(過電壓保護(hù))。這三道防線,相互配合,各行其責(zé),缺一不可。應(yīng)從單純一維防護(hù)(避雷針引雷入地———無源保護(hù))轉(zhuǎn)為三維防護(hù)(有源和無源防護(hù)),包括:防直擊雷,防感應(yīng)雷電波侵入,防雷電電磁感應(yīng)等多方面系統(tǒng)加以分析。（1）外部防雷和內(nèi)部防雷

避雷針或避雷帶、避雷網(wǎng)引下線和接地系統(tǒng)構(gòu)成外部防雷系統(tǒng),主要是為了保護(hù)建筑物免受雷擊引起火災(zāi)事故及人身安全事故;而內(nèi)部防雷系統(tǒng)則是防止雷電和其它形式的過電壓侵入設(shè)備中造成損壞,這是外部防雷系統(tǒng)無法保證的。為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部防雷,需要對(duì)進(jìn)出保護(hù)區(qū)的電纜,金屬管道等都要連接防雷、及過壓保護(hù)器,并實(shí)行等電位連接。

（2）防雷等電位連接

為了徹底消除雷電引起的毀壞性的電位差,就特別需要實(shí)行等電位連接,電源線、信號(hào)線、金屬管道等都要通過過電壓保護(hù)器進(jìn)行等電位連接,各個(gè)內(nèi)層保護(hù)區(qū)的界面處同樣要依此進(jìn)行局部等電位連接,各個(gè)局部等電位連接棒互相連接,并最后與主等電位連接棒相連。

3.4變電站防雷具體措施分類3.4.1避雷針或避雷線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)2.5m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3-2所示。hxhx45°0.75hh/2hahAB1.5hhx水平面上保護(hù)范圍的截面rx圖3-2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)，當(dāng)時(shí)，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3-3所示。bbxhxD/7ph0bxbxrx1.5hDh/2R0rxhahxh12hx水平面上保護(hù)范圍的截面h01.5h0O-O`截面圖3-3兩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：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。3、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3-4所示。hhhh/2hhahx250圖3-4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)，hDhrxh/2hDhrxh/2hxhaR01D/4p2（2）兩條平行架設(shè)的避雷線的保護(hù)范圍圖3-5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：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。3.4.2避雷器避雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。我國(guó)主要是采用金屬氧化物避雷器（MOA）。被保護(hù)設(shè)備避雷器過電壓波被保護(hù)設(shè)備避雷器過電壓波線路圖3-6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3-7所示utut123圖3-7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)于無間隙的金屬氧化物避雷器，基本技術(shù)要求則不同，它沒有滅弧問題，相應(yīng)的卻產(chǎn)生了獨(dú)特的熱穩(wěn)定性問題。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3-8所示：uuu1u2tSiC避雷器限制的過電壓ZnO避雷器限制的過電壓侵入的雷電過電壓圖3-8氧化鋅避雷器的保護(hù)效果3.4.3直擊雷防護(hù)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。年預(yù)計(jì)累計(jì)次數(shù)計(jì)算假設(shè)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)=0.024104k=1；Td=40；=401.3=120.97故N=0.024×1×120.97×0.0241=0.0700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。反擊所謂反擊是指雷擊避雷針（線）瞬間，強(qiáng)大的雷電流通過避雷針頂端的接閃器及引下線和接地體向大地泄放時(shí)產(chǎn)生的高電位。如果避雷針（線）與附近的金屬物體的空間距離，或者其接地裝置與其他接地裝置之間的地中距離不符合要求，將會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，成為反擊或?yàn)槟骈W絡(luò)。2121hGiSkSdAL圖3-9雷擊獨(dú)立避雷針時(shí)的高電位分析如圖3-9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：式中，i為雷電流，kA，幅值取150kA，斜角波長(zhǎng)2.6μs；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=1.6μH/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：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：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：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。(3)35kv變電站直擊雷防護(hù)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。①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3-10所示。10.5KV母線架變配電裝置10.5KV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3-10兩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。②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10.5KV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3-11所示。避雷針1避雷針1避雷針2避雷針3避雷針42m10.5KV母線架變配電裝置35KV母線架門型框架50m60m2m圖3-11四等高避雷針的位置圖門型框架兩側(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）×0.79=15.8m兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D12=60mh0=40-60/(7×0.79)=29.2mbx=1.5×(29.2-20)=13.8m35KV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：=（1.5×40-2×15）×0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D34=60mh0=40-60/(7×0.79)=29.2mbx=1.5×(29.2-15)=21.3m35KV與10.5KV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：=（1.5×40-2×15）×0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D24=36mh0=40-36/(7×0.79)=33.5mbx=1.5×(33.5-15)=27.8m35KV與10.5KV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：=（1.5×40-2×15）×0.79=23.7m兩等高避雷針針聯(lián)合保護(hù)范圍D24=62mh0=40-62/(7×0.79)=28.8mbx=1.5×(28.8-15)=20.7m由以上計(jì)算結(jié)果可見,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38.5m，接閃器選1.5m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。3.4.4變電站雷電侵入波防護(hù)（1）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。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,還有無間隙、無續(xù)流、電氣所受過電壓可以降低和通流容量大,可以用來限制內(nèi)部過電壓等等優(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的雷電波陡度及流過避雷器的雷電流幅值。（2）避雷器的設(shè)計(jì)①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，參見圖3-12。atat2TF1圖3-12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。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電壓的能力都會(huì)存在不同程度的下降,對(duì)變電站來說,最重要的設(shè)備是變壓器,其承受過電壓的能力相應(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)行說明:由于此變電站1km進(jìn)線段有避雷線，若取a0=1.0kV/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。而不應(yīng)當(dāng)用公式來校核,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有保護(hù)裕度。K—是一個(gè)大于1的配合系數(shù),可取1.05～1.1；—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。②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1.0kV/m）。185=134+2×1×=25（m）35KV進(jìn)線2km或全線有避雷線，其陡度取0.5kV/m。185=134+2×0.5×=51（m）當(dāng)進(jìn)線數(shù)增加時(shí)，可參考表3-1的數(shù)據(jù)。表3-1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)50759010510.5KV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3-2的數(shù)據(jù)表3-2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（35/10.5KV、35/0.4KV）25m內(nèi)必須要安裝避雷器，距變壓器（10.5/0.4KV）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)。3.4.5變電站的進(jìn)線段雷電防護(hù)設(shè)計(jì)①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)限制流過避雷器的雷電流的大小，以降低殘壓，尤其不能超過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電壓波主要來自進(jìn)線段外，并經(jīng)過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，也限制了通過避雷器的雷電流，使其不超過規(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)。②進(jìn)線保護(hù)段接線設(shè)計(jì)圖3-1335KV進(jìn)線保護(hù)段接線圖由于此35KV變電站全線無避雷線線路，故變電站進(jìn)線保護(hù)段接線方案可根據(jù)圖3-13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。QFTQFTFZGB2或JXGB1或JX150~200m150~200mQFTFZJX150~200m圖3-143150kV·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3-14兩種簡(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。接線見圖3-15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，考慮波過程可能產(chǎn)生過電壓，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3-16所示。QFQFTFZGBL圖3-15用電抗器代替進(jìn)線段保護(hù)QFTQFTF2F1圖3-1635KV變電站電纜進(jìn)線段的保護(hù)接線3.5接地裝置的設(shè)計(jì)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。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。1、接地計(jì)算：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3-17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：而在距半球球心為x的球面上，電流密度為：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：在地中沿電流散流方向，在dx段內(nèi)的電壓降落為：所以，在距離球心為x的球面上的電位為：而在半球接地體表面上的電位應(yīng)為：故散流電阻為：Rd=Ud/Id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），地中電流密度很小（可近似為零），電場(chǎng)強(qiáng)度可視為零，則該處的電位仍保持為零電位。假設(shè)條件：土壤電阻率取280歐·米，考慮季節(jié)系數(shù)K=2，土壤電阻率按560歐·米考慮。變電站最大短路電流為三相短路電流20.45kA；最大接地短路電流Imax為單相接地短路電流15.04kA（有效值）；最大接地短路電流時(shí)，流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)的最大接地短路電流為3.88kA（有效值）。根據(jù)公式I=(Imax-In)Kf，（Kf取0.5）求得入地短路電流為5.58kA，再由公式R=2000/I可得，變電站接地電阻應(yīng)不大于0.36歐姆。根據(jù)《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》(電氣一次部分)912頁(yè)表16-8的估算公式：R=0.5×計(jì)算（=560，S=62*44=2728平米），求得變電站復(fù)合接地網(wǎng)自身接地電阻為5.36歐姆，大于0.36歐姆，達(dá)不到要求,必須采取降阻措施。因?yàn)樽冸娬久娣e只有62米*44米共2、跨步電壓及接觸電位允許值計(jì)算計(jì)算接觸電位差和跨步電位差允許值：式中：Ut——接觸電位差，V；Us——跨步電位差，V；t——人腳站立處地表面的土壤電阻率，歐·m；t——接地短路(故障)電流的持續(xù)時(shí)間，s。t取值：為保護(hù)動(dòng)作時(shí)間加相應(yīng)的斷路器全分閘時(shí)間。取1.12s。t取值：在未做任何提高接觸電壓和跨步電位允許值的措施之前，變電站的土壤電阻率實(shí)測(cè)為280歐·m，考慮季節(jié)系數(shù)后取560歐·m。經(jīng)計(jì)算=254.4(V)（允許值）=534.8(V)（允許值）3、接地方案及計(jì)算從降低工程造價(jià)以及技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合的角度出發(fā)，變電站接地電阻設(shè)計(jì)值為1歐，全所接地網(wǎng)沿水平接地體、垂直接地體敷設(shè)降阻劑，必要時(shí)可加打垂直接地樁；全所做絕緣高阻地面，以滿足接觸電位差及跨步電位差的要求。=1\*GB3①施加降阻劑后的接地電阻：在具體施工中施加降阻劑后，有效地?cái)U(kuò)大接地體與土壤接觸面積，施加CFJ-1型降阻劑，按18公斤/米計(jì)算，按接地極總長(zhǎng)度1563米計(jì)算，約需根據(jù)：ρ：平均土壤電阻率………………560Ω·m。L：接地極的總長(zhǎng)度……………..水平加垂直L=1563m。d：接地極的等效直徑……………0.025mh：接地極的埋深………………...0.8mη：降阻劑的利用率……………….50℅。R=2.12(Ω)=2\*GB3②加打接地深井后的接地電阻：在站內(nèi)與復(fù)合接地網(wǎng)配合，在四個(gè)邊的中間打4×40米的深井接地，深井直徑200mm，接地極熱鍍鋅鋼管Ф=100mm，側(cè)壁鉆Ф=根據(jù)公式：ρ：深40米土壤電阻率估計(jì)…………1200Ω·m。L：深井接地極的總長(zhǎng)度……………..40m。d：深井接地極的等效直徑……………0.20mh：深井接地極的埋深………………..0.8mn：深井?dāng)?shù)………………4口。R=10.994(Ω)。并接水平地網(wǎng)后，根據(jù)：（k為屏蔽系數(shù)，取1.1）R=1.95(Ω)=3\*GB3③外沿接地體后的接地電阻：在站內(nèi)四個(gè)角加打4口5米深的外沿接地井，后采用鉆探配合，探頭感應(yīng)的方法施工，分別向6個(gè)方向斜向外沿（其中有兩個(gè)角同時(shí)向二個(gè)方向外沿），使原有接地網(wǎng)等效半徑增加3—4倍，在變電站內(nèi)向外延伸的深埋接地極（變電站內(nèi)采用機(jī)械施工，無需站外開挖），每根長(zhǎng)度約80米。接地井均灌注降阻劑，深井降阻劑用量約采用鉆孔深度5米外延接地網(wǎng)80米、孔徑Φ300mm，放置Φ＝ρ:深層土壤在考慮季節(jié)系數(shù)后土壤的電阻率取560Ω·mρ1:降阻劑的電阻率0.4Ω·md1:圓柱形的等效直徑0.3md：接地體（圓鋼管）的直徑0.1mk1、k2:為接地體和降阻劑的計(jì)算系數(shù)，從有關(guān)列表中查得k1=0.98，k2=1。L:接地體埋設(shè)在地面下的長(zhǎng)度6根×5m/根＝30m，外延6根×80m/根=480合計(jì)510m深井地網(wǎng)與原變電站地網(wǎng)并接后根據(jù)：（k為屏蔽系數(shù)，取1.1）R=0.95(Ω)=4\*GB3④并接部分模塊：考慮在實(shí)際施工中存在不良因素，確保接地電阻達(dá)到R≤1.0Ω,并且在20～30年保持穩(wěn)定性,在水平接地網(wǎng)中并接部分模塊，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算：選用FMY-1209型模塊約150個(gè)。4、變電所的接地設(shè)計(jì)（1）在變電站集中安裝了最重要的電氣設(shè)備和電氣裝置，如變壓器、斷路器及各種控制屏、保護(hù)柜等。這些設(shè)備需要避雷針（線）和避雷器來實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)；同時(shí)，這些電氣設(shè)備帶電運(yùn)行時(shí)，還要考慮值班人員的人身安全。因此，在變電站就需要有良好的接地裝置，以實(shí)現(xiàn)綜合滿足工作接地、保護(hù)接地及防雷接地等的要求。在實(shí)際工程中，為保證安全及工作需要，一般是統(tǒng)一敷設(shè)——接地網(wǎng)，而在避雷針（線）和避雷器附近下面，在加設(shè)一組集中的防雷接地體，加強(qiáng)泄放雷電流作用，從而構(gòu)成了變電站完整的接地裝置。變電站的接地裝置要充分利用自然接地體，若自然接地體滿足不了接地電阻值要求，則要加設(shè)人工接地體，而且多數(shù)是敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地體。對(duì)大電流接地系統(tǒng)的變電站，不管自然接地體情況如何，必須裝設(shè)人工接地體。對(duì)面積較大的接地網(wǎng)來說，裝設(shè)水平人工接地體對(duì)均壓、散流、降阻以及減小跨步電壓和接觸電壓效果最好。變電站的接地網(wǎng)常采用40mm×4mm的扁鋼或直徑為20mm的圓鋼排列成方孔形或長(zhǎng)孔形，埋地0.6～0.8m，在北方應(yīng)埋在凍土層以下，其面積與變電站的面積相同或稍大，埋在變電站的圍墻外側(cè)，距墻1.5～2m，四周外緣應(yīng)閉合，外緣各角做成圓弧形，圓弧的半徑不宜小于接地網(wǎng)內(nèi)均壓帶間距的一半。網(wǎng)內(nèi)敷設(shè)的均壓帶間距一般取3～10m，可以等間距布置，也可以不等間距布置，但應(yīng)按一定規(guī)律變化。（2）變電所的設(shè)計(jì)要求在中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)低電阻接地的變電站中，保護(hù)接地電阻要求：式中，為考慮季節(jié)變化時(shí)的最大接地電阻值，Ω；I為流經(jīng)接地裝置入地的計(jì)算短路電流，A，其大小按下式計(jì)算。當(dāng)變電站內(nèi)發(fā)生接地短路時(shí)，流經(jīng)接地裝置的入地電流為：式中，為接地短路電流的最大值，A；為發(fā)生最大接地短路電流時(shí)，流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)的最大接地短路電流，A；為變電站內(nèi)發(fā)生接地短路時(shí)避雷線的工頻分流系數(shù)。當(dāng)在變電站外發(fā)生接地故障時(shí)，流經(jīng)接地裝置入地的短路電流為：式中，為發(fā)生最大短路電流時(shí)，流經(jīng)變電站接地中性點(diǎn)的最大短路電流，A；為在變電站外發(fā)生接地短路時(shí)避雷線的工頻分流系數(shù)。在中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地的變電站中，保護(hù)接地電阻應(yīng)符合如下要求。當(dāng)高、低壓電氣裝置及設(shè)備共用接地裝置時(shí)：且應(yīng)使Ω。僅供高壓電氣裝置接地保護(hù)用時(shí)：且要求Ω。兩式中，都是考慮季節(jié)變化時(shí)的最大接地電阻值，Ω；I為經(jīng)接地裝置入地的計(jì)算短路電流，A，有：式中，為相電壓，kV；為有電氣連接的電纜線路總長(zhǎng)，km；為有電氣連接的架空線路總長(zhǎng)，km。對(duì)變電站電氣裝置及設(shè)備防雷保護(hù)接地電阻要求：獨(dú)立避雷針（線）在一般土壤電阻率地區(qū)（Ω·m）其沖擊電阻應(yīng)滿足：Ω但在高土壤電阻率地區(qū)，接地電阻達(dá)到要求值很有困難，允許采用較高電阻值，但必須滿足：獨(dú)立避雷針與電氣裝置帶電部分及電氣設(shè)備接地部分和構(gòu)架接地部分的空間距離為：同時(shí)，獨(dú)立避雷針的集中接地體與變電站接地網(wǎng)之間的地中距離應(yīng)為：兩式中，為防雷電過電壓的沖擊接地電阻值，Ω；為防雷電反擊的空間距離，m；為防雷電反擊的地中距離，m；h為避雷針上用來校驗(yàn)反擊的高度，m。（3）35KV變電站接地設(shè)計(jì)該35KV變電站主變壓器容量2500kV·A，電壓為35/10.5kV，中性點(diǎn)不接地，經(jīng)消弧線圈接地。最大運(yùn)行方式下，低壓母線三相短路電流為4.25kA，單相短路電流為10.8kA。低壓側(cè)主保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為0.7s。變電站范圍為長(zhǎng)為50m,寬為40m。變電站電源進(jìn)線為一回35KV架空線路，導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)J-95，3km長(zhǎng)。電源變電站35KV母線最大運(yùn)行方式下短路容量500MV·A，單相接地電容電流為15A。35kV出線繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限為1.4s。功率因數(shù)要求不小于0.9。1.5m1.5m1.5m變壓器室值班室工具間高壓配電室低壓配電室水平接地體及均壓帶；垂直接地體；接地線圖3-1835/10.5KV變電站接地網(wǎng)示意圖最熱月平均溫度27.9oC，最熱月平均最高溫度31.9oC，極端最高溫度38.9oC，極端最低溫度-9.4oC，最熱月地下0.8m深處平均溫度27.2oC，年平均雷電日數(shù)40日/年。土壤電阻率2×104Ω·cm，中等含水量，土壤熱阻系數(shù)80oC·cm/W。接地設(shè)計(jì)步驟如下。①接地電阻要求值因?yàn)橹行渣c(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線圈接地，僅供高壓電氣裝置接地保護(hù)用時(shí)，要求，Ω②確定土壤電阻率考慮季節(jié)變化，土壤電阻率應(yīng)乘以季節(jié)系數(shù)，所以最大電阻率為：Ω·cm③選擇接地體及確定接地裝置型式選角鋼L50×50×5，長(zhǎng)3.5m做垂直接地體；并選扁鋼40mm×5mm做水平接地體，構(gòu)成以垂直接地體為主的復(fù)式接地裝置。接地裝置在距變電站建筑物外墻1.5m處，呈環(huán)路閉合的長(zhǎng)孔型布置，中間加一條均勻帶。垂直接地體間距取6～7m，沿閉合環(huán)路垂直打入地中，上端用扁鋼連接，扁鋼埋地0.5～0.7m。高、低壓配電裝置角鋼基礎(chǔ)及變壓器底部鋼軌均通過不少于2根的接地線連接到接地裝置上。變電站各室出入口敷設(shè)帽檐式均壓帶或鋪設(shè)瀝青路面（變電站無自然接地體）。④接地裝置計(jì)算1）單根垂直接地體的接地電阻=68.72Ω2）初定垂直接地體根數(shù)，確定屏蔽系數(shù)因閉合接地裝置的周長(zhǎng)L=[(1.5×2+50)+(1.5×2+40)]×2=192m，接地體間距a=6～7m，故垂直接地體根數(shù)約為n`=L/a=32～27.5根實(shí)取n=30根按n=30及，查得⑤接地裝置的接地線（即連接扁鋼）熱穩(wěn)定性校驗(yàn)mm2實(shí)選接地線40×5=200mm2>Smin合格⑥防雷接地35KV變電站用獨(dú)立避雷針,避雷針接地引下線埋在地中部分與配電裝置構(gòu)架的接地導(dǎo)體埋在地中部分在土壤中的距離大于3m,變電站電氣裝置的接地裝置采用水平接地極為主的人工接地網(wǎng),水平接地極采用扁鋼50mm×5mm,垂直接地極采用角鋼50mm×5mm,垂直接地極間距5m～6m,主接地網(wǎng)接地裝置電阻不大于4Ω,主接地網(wǎng)埋于凍土層1m以下。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合,外緣各角應(yīng)做成圓弧形。5、接地網(wǎng)的腐蝕由于地網(wǎng)腐蝕引起的安全事故屢有發(fā)生,如接地引下線斷開使高壓運(yùn)行設(shè)備處于無接地狀態(tài),地下主網(wǎng)腐蝕斷裂使地網(wǎng)分割成幾塊,發(fā)生接地時(shí)使二次設(shè)備燒壞等。另外,由于地網(wǎng)屬隱蔽工程,埋于地下后不易檢查、修復(fù)等,因此,從設(shè)計(jì)的角度應(yīng)加大對(duì)地網(wǎng)腐蝕的調(diào)查研究,以便有利于系統(tǒng)的安全運(yùn)行。一般變電所的設(shè)計(jì)年限按25～30年考慮,但地網(wǎng)的實(shí)際安全壽命只有10～15年左右,與變電所的設(shè)計(jì)年限極不配套。加之,由于系統(tǒng)容量的增加,短路水平的提高,腐蝕后的地網(wǎng)更不能滿足安全運(yùn)行的要求。接地網(wǎng)的防腐設(shè)計(jì)接地網(wǎng)的材料一般為扁鋼和圓鋼,其腐蝕狀態(tài)應(yīng)根據(jù)變電所當(dāng)?shù)氐母g參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。但一般情況下其腐蝕參數(shù)很難測(cè)定。因此,在工程設(shè)計(jì)沒有實(shí)際數(shù)據(jù)時(shí)(參見表1：接地線和接地體年平均最大腐蝕速度(總厚度)土壤電阻率(Ω.m)腐蝕速度(mm/a)扁鋼圓鋼熱鍍鋅扁鋼50—3000.2—0.10.3—0.20.065>3000.1—0.070.2—0.070.065)。在計(jì)算時(shí),還應(yīng)考慮不同敷設(shè)部位腐蝕情況不同的影響,可參考表2有關(guān)數(shù)據(jù)。（表2采用扁鋼接地網(wǎng)的年腐蝕率接地網(wǎng)部位水平接地體設(shè)備引下線電纜溝中的接地帶年腐蝕率mm/a(總厚度)0.1～0.120.2～0.30.47）。對(duì)于一般變電所地網(wǎng)的設(shè)計(jì)年限不應(yīng)小于30年,對(duì)于重要樞紐變電站的地網(wǎng)壽命應(yīng)按50年考慮。這兩種情況都不大于規(guī)程規(guī)定的設(shè)計(jì)年限,但更接近于實(shí)際。關(guān)于地網(wǎng)材料的選用問題,常規(guī)選用扁鋼和圓鋼兩種,相同截面的扁鋼與圓鋼與周圍土壤介質(zhì)的接觸面不一致,扁鋼約為50%左右,但由于其腐蝕機(jī)理不完全一致,腐蝕結(jié)果基本上一致。這從陜西電網(wǎng)和青海電網(wǎng)地網(wǎng)腐蝕調(diào)查中已得到確認(rèn),而且規(guī)程中也提供了不同的腐蝕數(shù)據(jù)。因此,關(guān)于接地材料選用扁鋼還是圓鋼沒有很大差別。關(guān)于防腐的設(shè)計(jì)問題,一般應(yīng)考慮在設(shè)計(jì)年限內(nèi),采用熱鍍鋅材料。6、接地網(wǎng)敷設(shè)深度接地網(wǎng)敷設(shè)深度對(duì)最大接觸系數(shù)的影響最大接觸電勢(shì)是地網(wǎng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù),地網(wǎng)設(shè)計(jì)的問題之一就是如何降低地網(wǎng)的最大接觸電勢(shì)。地網(wǎng)的接觸電勢(shì)的最大接觸系數(shù)Kjm與地網(wǎng)的埋深有如圖2所示的關(guān)系。從圖2可以看出,接地網(wǎng)的埋深由零開始增加時(shí),其接觸系數(shù)是減少的,但埋深超過一定范圍后,Kjm又開始增大。這是因?yàn)榈鼐W(wǎng)圖2最大接觸系數(shù)Kjm和埋深h的關(guān)系曲線(接地網(wǎng)面積A=40×40m2,接地體直徑d=0.01m,網(wǎng)孔個(gè)數(shù)n=400個(gè))敷設(shè)深度的不同,在網(wǎng)孔中心地面上產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的變化決定的,引起網(wǎng)孔中心地面與地網(wǎng)之間產(chǎn)生的電位差不同。當(dāng)埋深增加到一定深度后,電流趨向于地層深處流動(dòng),地面上的電流密度越來越小,因而網(wǎng)孔中心地面與地網(wǎng)之間的電位差又開始增大,因此,規(guī)程中規(guī)定的敷設(shè)深度是合理的。敷設(shè)深度對(duì)接地電阻的影響目前所遇到的變電所一般都是處于季節(jié)性凍土地區(qū)。如按規(guī)程規(guī)定,將地網(wǎng)敷設(shè)在0.6m深度時(shí),冬季將使地網(wǎng)處于凍土層中。由于土壤凍結(jié)后其電阻率將增大為原來的3倍以上,對(duì)地網(wǎng)接地電阻有一定的影響。目前采用的地網(wǎng)是以水平接地線為主邊緣帶有垂直接地極的復(fù)合型地網(wǎng),冬季垂直接地極大部分伸于下層非凍結(jié)土壤中。此時(shí)土壤結(jié)構(gòu)可以等效為兩層電阻率不同的土壤結(jié)構(gòu)。有研究表明,對(duì)于處于雙層土壤介質(zhì)中的垂直電極,其各部分的散流密度與周圍介質(zhì)的電阻率成反比,除了在電極尖端處,具有ρiJi=常數(shù)(其中Ji為處于電阻率為ρi土壤中的電極部分的散流密度)。此時(shí),當(dāng)電極有一部分進(jìn)入下層土壤時(shí),整個(gè)電極的散流電阻將主要取決于下層土壤。此時(shí)地網(wǎng)的接地電阻也將主要取決于地網(wǎng)的非凍結(jié)土壤。因此,在季節(jié)性凍土地區(qū),采用這種帶有垂直接地極的復(fù)合型地網(wǎng)是有很大的優(yōu)點(diǎn)的,如果在冬季由于土壤的凍結(jié),而對(duì)接地電阻沒有很大的影響時(shí),就沒有必要把地網(wǎng)都埋于凍土層以下。將地網(wǎng)埋于凍土層以下,對(duì)地網(wǎng)的接地電阻來講肯定是有利的。如果結(jié)合變電所基礎(chǔ)的開挖敷設(shè)地網(wǎng)還可以,如果凍土深度為2m,如大武變電所等最大凍土深度為2.4m,單純?yōu)榈鼐W(wǎng)敷設(shè),將使工程開挖土方量大大增加,施工困難。工程造價(jià)也隨之上升。規(guī)程中還規(guī)定,接地電阻應(yīng)滿足一年四季變化的要求,這在實(shí)際工程中很難做到,冬季土壤的凍結(jié)對(duì)接地電阻肯定有影響,但可通過其安全要求的各種因素進(jìn)行綜合比較,合理控制。因此,在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)合理的確定地網(wǎng)的埋設(shè)深度。7、關(guān)于接地引下線發(fā)生接地短路時(shí),首先通過接地電流的就是設(shè)備接地引下線。接地線截面的熱穩(wěn)定校驗(yàn)根據(jù)熱穩(wěn)定條件,接地線的最小截面應(yīng)符合下式要求:S≥Igt/c式中:S——接地線的最小截面mm2Ig——流過接地線的短路電流穩(wěn)定值A(chǔ)c——材料熱穩(wěn)定系數(shù)(鋼c=70)t——短路等效持續(xù)時(shí)間s對(duì)于引下線可按上式校驗(yàn),對(duì)于主網(wǎng),考慮主網(wǎng)的分流作用,可按上式的0.7倍考慮。關(guān)于短路等效持續(xù)時(shí)間的取值問題,也是近年來引起爭(zhēng)論的問題之一。t值取值的合理與否,對(duì)材料使用量有較大的影響。目前各類變電所保護(hù)配置不同,是否考慮主保護(hù)失靈,采用后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,以及主保護(hù)拒動(dòng)與接地短路同時(shí)發(fā)生的概率等,都是值得探討的問題。參照有關(guān)方面的規(guī)定及專題研究,建議對(duì)于100kV變電所,取t=1.0s。其次,主網(wǎng)的截面略小些也比較合理,這也是合理設(shè)計(jì)地網(wǎng)的一種措施。接地引下線設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（1）接地引下線應(yīng)就近入地,并以最短的距離與地中的主網(wǎng)相連。設(shè)備引下線不應(yīng)與電纜溝中的通長(zhǎng)扁鋼連接,因其敷設(shè)于電纜溝內(nèi)壁表面的混凝土上,不起散流作用。發(fā)生短路時(shí),易造成局部電位升高,引起電纜絕緣破壞等。（2）帶有二次回路的電氣設(shè)備如CT、PT等,為減小接地引下線的阻抗,保證與主網(wǎng)可靠連接,應(yīng)采用兩根截面相同的,每根都能滿足熱穩(wěn)定和腐蝕要求的接地線,在不同的部位與主網(wǎng)連接。（3）加強(qiáng)主控室及弱電系統(tǒng)與地網(wǎng)連接的可靠性。（4）不得使用鋼筋混凝土電桿中