畢業(yè)論文工廠變配電所的防雷保護(hù)與接地裝置

1、成人高等教育畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 變配電所的防雷 專 業(yè) 電氣化鐵道技術(shù) 班 級(jí) 電氣化 1231 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 2014年10月摘 要電能是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動(dòng)力，隨著現(xiàn)代文明的發(fā)展與進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)和生活對(duì)電能供應(yīng)的質(zhì)量和管理提出了越來(lái)越高的要求。電能既易于由其它形式的能量轉(zhuǎn)換而來(lái)，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(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，又便于控制、調(diào)節(jié)和測(cè)量，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化；電能在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性，在于工業(yè)生產(chǎn)實(shí)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(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工人的勞動(dòng)條件，有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化。變電站作

2、為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。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)。工廠變電站的安全，不僅增強(qiáng)了工廠電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且為該工廠生產(chǎn)提供了足夠的電能，從而達(dá)到使工廠電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行的目的。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。雷電具有很強(qiáng)的危害性，因此應(yīng)該重視工廠變配電所雷電的防護(hù)。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(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便，這就要求防雷措施必須十分可靠。本文講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過(guò)程，并給出了雷電參數(shù)，闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原

3、理以及保護(hù)范圍，給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方案，介紹了目前我國(guó)牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)中常用的幾種措施，如：架設(shè)避雷針，同時(shí)對(duì)幾種防雷措施進(jìn)行了深入的論述和定量的計(jì)算分析。通過(guò)對(duì)牽引變電所的防雷接地設(shè)計(jì)，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(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。關(guān)鍵詞：雷電放電；防雷接地；雷電流論文類型：應(yīng)用研究摘 要3一、雷電的來(lái)由及防護(hù)11 雷電11.1 雷電的形成11.2 雷電放電11.3 雷電的危害12 防護(hù)措施22.1 雷電的防護(hù)22.2.保護(hù)措施2二、防雷裝置選擇31雷電參數(shù)31.1雷擊時(shí)的等值電路31.2雷電流32 保護(hù)原

4、理6三、避雷針和避雷線保護(hù)范圍的確定61避雷器的分類及比較62.避雷針和避雷線93.保護(hù)范圍9四、接地方案的確定131.防雷接地的概述131.1.防雷接地的發(fā)展概況131.2.接地與防雷接地132.變電所內(nèi)變壓器的防雷接地保護(hù)142.1雙繞組變壓器的防雷保護(hù)142.2三繞變壓器的防雷保護(hù)142.3自藕變壓器的防雷保護(hù)142.4變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù)15五、接地尺寸及規(guī)格的計(jì)算161.接地裝置的電感效應(yīng)及利用率162.防雷接地裝置的形式及其電阻的算法172.1.接地裝置的形式172.2.接地體的選擇172.3.發(fā)電廠和變電所的防雷接地173接地尺寸的計(jì)算19結(jié) 論20致 謝21參 考 文 獻(xiàn)22

5、附表2.2 110KV變電站用氧化鋅避雷器電氣特性1一、 雷電的來(lái)由及防護(hù)1 雷電1.1 雷電的形成雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象，在某種大氣和大地條件下，潮濕的熱氣流進(jìn)入大氣層冷凝而形成雷云，大氣層中的雷云底部大多數(shù)帶負(fù)電，它在地面上感應(yīng)出大量的正電荷，這樣，雷云和大地之間就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，隨著雷云的發(fā)展和運(yùn)動(dòng)，當(dāng)空間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電，形成雷電。按其發(fā)展方向可分為下行雷和上行雷。下行雷是在雷云產(chǎn)生并向大地發(fā)展的，上行雷是接地物體頂部激發(fā)起，并向雷云方向發(fā)起的。主放電時(shí)電流可達(dá)數(shù)千安，最大可達(dá) 200 300kA。余輝,雷云中剩

6、下的電荷繼續(xù)沿主放電通道下移，稱為余輝放電階段。余輝放電電流僅數(shù)百安，但持續(xù)的時(shí)間可達(dá) 0.03 0.15 s。1.2 雷電放電雷電放電是由帶電荷的雷云引起的放電現(xiàn)象。一般認(rèn)為雷云是在某種大氣和大地條件下，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。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就形成了強(qiáng)大的電場(chǎng)，其電位差可達(dá)幾兆伏甚至幾十兆

7、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)大氣游離放電的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生雷云之間或雷云對(duì)地的放電。大多數(shù)雷電放電發(fā)生在雷云之間，對(duì)地面上的設(shè)備和建筑沒(méi)有什么直接影響。雷云對(duì)地的放電雖占少數(shù)，但危害是十分嚴(yán)重的，是造成雷電事故的主要因素。要避免產(chǎn)生雷電事故，就必須對(duì)雷電的放電過(guò)程、活動(dòng)規(guī)律和雷電參數(shù)加以研究。1.3 雷電的危害 雷電是自然界存在的物理現(xiàn)象，打雷是指帶正負(fù)電荷的雷云之間或是帶電荷的雷云對(duì)大地快速放電而產(chǎn)生的聲和光。雷云之間正負(fù)電荷放電現(xiàn)象，就是我們平時(shí)看到天空閃光和隨之而來(lái)的巨大隆隆聲。天空打雷對(duì)現(xiàn)代微電子的電氣設(shè)備有傷害，但對(duì)自然界生物和凈化空氣十分有好處。但是天空中

8、帶電荷的雷云對(duì)大地放電。這種強(qiáng)烈直擊雷，不僅產(chǎn)生刺眼閃光和巨大雷聲，而且打雷所產(chǎn)生的強(qiáng)大雷電流(幾十KA幾百KA)、熾熱高溫(600010000)。猛烈沖擊波，對(duì)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。沿著雷電流流動(dòng)方向，使周圍數(shù)公里空間造成強(qiáng)大劇變電磁場(chǎng)，靜電場(chǎng)和強(qiáng)烈電磁輻射等物理效應(yīng)。把感應(yīng)出來(lái)雷電壓、雷電流通過(guò)供電線路、信號(hào)線路和各種金屬管線傳到各家各戶造成人員傷亡，特別對(duì)微電子設(shè)備(計(jì)算機(jī)、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(jì)資料報(bào)告，全球每

9、年因雷電災(zāi)害造成的損失高達(dá)數(shù)十億美元。我國(guó)每年因雷擊造成傷亡人員達(dá)一萬(wàn)多人，造成的各種經(jīng)濟(jì)損失也達(dá)數(shù)億人民幣。2 防護(hù)措施2.1 雷電的防護(hù)雷電災(zāi)害年年有，我們?nèi)祟悓?duì)雷電防護(hù)認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)也是逐年提高。200多年前，美國(guó)科學(xué)家富蘭克林發(fā)明了避雷針(實(shí)際上是引雷針，使雷電沿引雷針引入地下)，開(kāi)創(chuàng)了人類雷電防護(hù)新紀(jì)元。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。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，新型電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，雷電流引起的感應(yīng)雷擊已成為電子時(shí)代的一大公害，上面提到全球每年因雷擊造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億美元，電子設(shè)備損壞占絕大部分。因此，我國(guó)上世紀(jì)90年代就頒發(fā)了中華人民共和

10、國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)通信、電力、廣播電視、石油和鐵路等電子產(chǎn)品密集部門(mén)，根據(jù)國(guó)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。1999年我國(guó)又頒布中華人民共和國(guó)氣象法，要求各級(jí)氣象主管機(jī)構(gòu)要統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)協(xié)調(diào)全國(guó)對(duì)雷電災(zāi)害防御工作的組織管理?，F(xiàn)代防雷技術(shù)原則是全方位防護(hù)，綜合治理。把防雷減災(zāi)工程看作是一個(gè)系統(tǒng)工程。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(duì)我們各種各樣電子設(shè)備(計(jì)算機(jī)、電視、通信設(shè)備、電氣設(shè)備等)損壞。這方面防護(hù)首先盡可能將供電線路、通信線路由明線改為埋地電纜。由地下引到各樓內(nèi)。其次，再在供

11、電線路、信號(hào)線路上加裝防雷器件，防止雷電流電磁感應(yīng)而引起感應(yīng)雷通過(guò)電源線、信號(hào)線傳入電子設(shè)備，把電子設(shè)備損壞。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(jì)算機(jī)系統(tǒng)接地(也稱邏輯接地)組成聯(lián)合接地系統(tǒng)。雷擊時(shí)，使和電子設(shè)備相連接的地都處在同一電位(消除地的電位差)。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(guò)電壓裝置更好)。在防雷問(wèn)題上我們大家都要按照國(guó)家和行業(yè)規(guī)范去做，就可以確保建筑樓房、電子設(shè)備、人員的安全。另外，應(yīng)大力宣傳雷電防護(hù)知識(shí)，增強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí)。打雷時(shí)，不在室外打手機(jī)，不要靠近高大建筑物，不在大樹(shù)下避雨，不在公園靠近建筑物的防雷針、引下線旁坐著休息

12、，就可以免除雷電對(duì)我們?cè)斐傻囊馔鈧?。雷電放電是由雷云引起的放電現(xiàn)象。所謂雷云是指帶有電荷的云，云是如何帶點(diǎn)的呢？地面的水分在太陽(yáng)的照射下受熱化為水蒸汽，形成上升的熱氣流。由于太陽(yáng)不能直接使空氣變熱，所以空氣每上升1km，溫度就下降10。熱氣流上升到一定的高度后，因溫度降低是水蒸氣凝結(jié)成水滴，在足夠冷的高空，水滴會(huì)進(jìn)一步冷卻成冰晶。水滴和冰晶因其復(fù)雜的電荷分離過(guò)程及強(qiáng)烈氣流的作用更使會(huì)形成帶電的雷云。2.2.保護(hù)措施避雷器結(jié)合進(jìn)線段保護(hù)。裝設(shè)閥式避雷器是變電站對(duì)雷電過(guò)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(guò)電壓波的幅值.但是為了使閥式避雷器不至與負(fù)荷過(guò)重(流過(guò)的沖擊電流過(guò)大)和有效的

13、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。閥式避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提:它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合在一切電壓波形下,前者均處于后者之下它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。二、 防雷裝置選擇1雷電參數(shù)1.1雷擊時(shí)的等值電路雷擊地面由先導(dǎo)放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹鞣烹姷倪^(guò)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(lái)比擬，如圖2.1（a）所示。圖中是被擊物體于大地（零地位）之間的阻抗，是先導(dǎo)放電通道中電荷的線密度，開(kāi)關(guān)S未閉合之前相當(dāng)于先導(dǎo)放電階段。當(dāng)先導(dǎo)通道到達(dá)地面或與地面目標(biāo)上發(fā)出迎

14、面先導(dǎo)相遇時(shí)，主放電即開(kāi)始，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)S合上。此時(shí)將有大量的正、負(fù)電荷沿先導(dǎo)通道逆向運(yùn)動(dòng)，并使其中來(lái)自雷云的負(fù)電賀中和，如圖5.1（b）所示。與此同時(shí)，主放電電流即雷電流流過(guò)雷擊點(diǎn)A并通過(guò)阻抗，此時(shí)A點(diǎn)電位u也突然升至。顯然，電流的數(shù)值于先導(dǎo)通道的電荷密度及主放電的發(fā)展速度v有關(guān)，并且還受阻抗的影響。因?yàn)橄葘?dǎo)通道的電荷密度很難測(cè)定，主放電的發(fā)展速度也只能根據(jù)觀測(cè)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(guò)阻抗的電流。因此利用雷電放電過(guò)程簡(jiǎn)化成一個(gè)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而用到彼德遜等值電路如圖2.1(c)、(d)所示以求得比較統(tǒng)一的分析方法。圖2.1(c)、(d)中為主放電通道的波阻抗。

15、和則式從雷云向地面?zhèn)鱽?lái)的行波的電壓和電流。 (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2.1 雷擊放電計(jì)算模型1.2雷電流因?yàn)槔纂姴鹘?jīng)被擊物體時(shí)的電流與被擊物體的波阻抗有關(guān)，因此，我們把流經(jīng)被擊物體的波阻抗為零時(shí)的電流被定義為“雷電流”，用來(lái)表示。根據(jù)雷電放電的等值電路，可知流經(jīng)被擊物體的波阻抗為時(shí)的電流與雷電流的關(guān)系為： （2.1）目前，我國(guó)規(guī)程建議雷電通道的波阻抗為300400。雷電流為一非周期的沖擊波，它與氣象、自然等條件有關(guān)，是一個(gè)隨機(jī)變量。下面我們介紹它的幅值、波頭、陡度、波長(zhǎng)及其波形。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(guò)大量實(shí)測(cè)才能

16、正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)推薦雷電流幅值分布的概率如下： （2.2）式中：為雷電流幅值，kA；為幅值大于的雷電概率。例如，當(dāng)雷擊時(shí)，出現(xiàn)大于88kA的雷電流幅值的概率p約為10%。我國(guó)西北地區(qū)內(nèi)蒙古等雷電活動(dòng)較弱，雷電流幅值較小，可按下式計(jì)算： （2.3）2）波頭、陡度及波長(zhǎng)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，雷電沖擊波的波頭是在15s的范圍內(nèi)變化，多為2.52.6s；波長(zhǎng)在20100s的范圍內(nèi)，多數(shù)為50s左右。波頭及波長(zhǎng)的長(zhǎng)度變化范圍很大，工程上根據(jù)不同情況的需要，規(guī)定出相應(yīng)的波頭于波長(zhǎng)的時(shí)間。在線路防雷計(jì)算時(shí)，規(guī)程規(guī)定取雷電流波頭的時(shí)間為2.6s，波長(zhǎng)對(duì)防雷計(jì)算結(jié)果幾乎無(wú)影響，為簡(jiǎn)化計(jì)算，一般可視為

17、無(wú)限長(zhǎng)。雷電流的幅值與波頭，決定了雷電流的上升陡度，也就是雷電流隨時(shí)間的變化率。雷電流的陡度對(duì)雷擊過(guò)電壓影響很大，也是一個(gè)常用參數(shù)?？烧J(rèn)為雷電流的陡度與幅值I有線性關(guān)系，即幅值愈大，陡度愈大。一般認(rèn)為陡度超過(guò)50kA/s的雷電流出現(xiàn)的概率已經(jīng)很小了。3）波形實(shí)測(cè)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(qiáng)度實(shí)驗(yàn)和電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)，要求將雷電流波形等值為典型化、可用公式表達(dá)、便于計(jì)算的波形。常用的等值波形有三種，如圖2.2所示。 （a）(b)(c)圖2.2 雷擊主放電時(shí)的電流波形圖2.2（a）是標(biāo)準(zhǔn)沖擊波，它可表示為。試中為某一固定電流值，、

18、是兩個(gè)常數(shù)，為作用時(shí)間。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于電流波形相同。雙指數(shù)波形也用做沖擊絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)電壓波形。我過(guò)采用國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。圖2.2(b)為斜角平頂波，其陡度可由給定的雷電流幅值I和波頭時(shí)間決定，=I/在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流波頭采用2.6s。這樣，可取為I/2.6kA/s.圖2.2(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 （2.4）式中： 為雷電流幅值，kA；為角頻率，,為波頭時(shí)間（2.6）。這種等值波形多用于分析雷電流波頭的作用，因?yàn)橛糜嘞液瘮?shù)波頭計(jì)算雷電流通過(guò)電感支路時(shí)所引起的壓降比較方便。此時(shí)最大陡度出現(xiàn)

19、波頭中間，即,其值為 （2.5）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(chǎng)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(guò)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。避雷針需要有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全地引入大地。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(dú)立架設(shè)。避雷線主要用于保護(hù)線路，一般架設(shè)在線路三相導(dǎo)線的上方，也可用于保護(hù)發(fā)電站和變電站。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：保護(hù)間隙；排氣式避雷器；閥式避雷器；金屬氧

20、化物避雷器。保護(hù)間隙和排氣式避雷器主要用于變電所進(jìn)線段保護(hù)；閥式避雷器和金屬氧化物避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)。表2.1是各種避雷器的有關(guān)特性總結(jié)。表2.1 各種避雷器的有關(guān)特性比較避雷器類型比較項(xiàng)目保護(hù)間隙管式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器磁吹避雷器氧化鋅避雷器放電電壓的穩(wěn)定性由于火花間隙暴露在大氣中周圍的大氣條件（氣壓、氣溫、濕度、污穢等）對(duì)放電電壓有影響；由于火花間隙是不均勻電場(chǎng)，存在極性效應(yīng) 大氣條件和電壓極性對(duì)放電電壓無(wú)影響有十分穩(wěn)定的起始動(dòng)作電壓伏秒特性與絕緣配合保護(hù)間隙和管式避雷器的伏秒特性曲線很陡，難以與設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線取得良好的配合，但能與線路絕緣的伏秒特性曲線取得配

21、合 此類避雷器的伏秒特性曲線很平坦，能與設(shè)備絕緣的伏秒特性曲線很好地配合 具有最好的陡波響應(yīng)特性續(xù)表2.1 各種避雷器的有關(guān)特性比較避雷器類型比較項(xiàng)目保護(hù)間隙管式避雷器閥式避雷器普通閥式避雷器磁吹避雷器氧化鋅避雷器滅弧能力（能否自動(dòng)切斷工頻續(xù)流）無(wú)滅弧能力，需與自動(dòng)重合閘配合使用 有很強(qiáng)幾乎無(wú)續(xù)流流通容量大相當(dāng)大較小較大能否對(duì)內(nèi)部過(guò)電壓實(shí)施保護(hù)不能，但在內(nèi)部過(guò)電壓下動(dòng)作，本身并不會(huì)損壞不能（在內(nèi)部過(guò)電壓下動(dòng)作，本身將損壞）能結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度最簡(jiǎn)單較復(fù)雜復(fù)雜最復(fù)雜較簡(jiǎn)單價(jià)格最便宜較貴貴最貴較便宜應(yīng)用范圍低壓配電網(wǎng)，中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)輸電線路的絕緣弱點(diǎn)、變電所、發(fā)電廠的進(jìn)線段保護(hù)變電所變電所、旋轉(zhuǎn)電

22、機(jī)所有場(chǎng)合下面主要介紹以下閥式避雷器：在變電所和發(fā)電廠大量使用閥式避雷器，它相對(duì)與排氣式避雷器來(lái)說(shuō)在保護(hù)性能上有重大改進(jìn)，是電力系統(tǒng)中廣泛采用的主要防雷設(shè)備，閥式避雷器的保護(hù)特性是決定高壓電氣設(shè)備絕緣水平的基礎(chǔ)。它分普通型和磁吹型兩大類。普通型有FS和FZ型；磁吹型有FCZ和FCD型。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。在系統(tǒng)正常工作時(shí)，間隙將電阻閥片與工作母線隔離，以免由工作電壓在閥片電阻中產(chǎn)生電流使閥片燒壞。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)過(guò)電壓且其幅值超過(guò)間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，沖擊電流通過(guò)閥片流入大地，從而使設(shè)備得到保護(hù)。當(dāng)過(guò)電壓消失后，間隙中由工作電壓

23、產(chǎn)生的工頻續(xù)流仍將繼續(xù)流過(guò)避雷器，此續(xù)流是在工頻恢復(fù)電壓作用下，其值遠(yuǎn)較沖擊電流為小，使間隙能在工頻續(xù)流第一次經(jīng)過(guò)零值時(shí)就將電弧切斷。這樣，避雷器從間隙擊穿到工頻續(xù)流的切斷不超過(guò)半個(gè)周期，而且工頻續(xù)流數(shù)值也不大，繼電保護(hù)來(lái)不及動(dòng)作系統(tǒng)就已恢復(fù)正常。磁吹型閥式避雷器（磁吹避雷器）為了改善閥式避雷器的保護(hù)特性，在普通型基礎(chǔ)上發(fā)展了磁吹型閥式避雷器。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(jí)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(jī)的保護(hù)。磁吹避雷器的原理和基本結(jié)構(gòu)與普通型避雷器相同，主要區(qū)別在于采用了磁吹式火花間隙。它是由許多單個(gè)間隙串聯(lián)而成的，它利用磁場(chǎng)

24、對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)并延伸，使間隙的去游離作用增強(qiáng)，從而提高了滅弧能力。金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器（MOA）也稱為氧化鋅避雷器，是20世紀(jì)70年代初開(kāi)始出現(xiàn)的種新型避雷器。氧化鋅避雷器是由氧化鋅非線性電阻片組成的。由于氧化鋅電阻片具有優(yōu)異的非線性伏安特性，可以取消串聯(lián)火花間隙，實(shí)現(xiàn)避雷器無(wú)間隙無(wú)續(xù)流，且造價(jià)低廉，因此氧化鋅避雷器已得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，取代炭化硅避雷器是大勢(shì)所趨。金屬氧化物避雷器的主要優(yōu)點(diǎn)：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。雖然10KA雷電流下殘壓目前仍與炭化硅閥型避雷器相同，但后者串聯(lián)間隙要等到電壓升置較高的沖擊

25、放電電壓時(shí)才可將電流泄放，而金屬氧化物避雷器在整個(gè)過(guò)電壓過(guò)程中都有電流通過(guò)，電壓還未升置很高的數(shù)值之前不斷的泄放過(guò)電壓的能量，這對(duì)抑制過(guò)電壓的發(fā)展是有利的。由于沒(méi)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。金屬氧化物避雷器的這種優(yōu)越的陡波響應(yīng)特性（伏秒特性），對(duì)于具有平坦伏秒特性的SF6氣體變電所（GIS）的過(guò)電壓保護(hù)尤為合適，易于絕緣配合，增加安全裕度。(2)無(wú)續(xù)流和通流容量大。金屬氧化物避雷器在過(guò)電壓作用后，流過(guò)的續(xù)流為微安級(jí)，可視為無(wú)續(xù)流，它只吸收過(guò)電壓能量，不吸收工頻續(xù)流能量，這不僅減輕了其本身的負(fù)載，而且對(duì)系統(tǒng)的

26、影響甚微。再加上閥片通流能力要比炭化硅閥片大44.5倍，又沒(méi)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(dòng)作的操作過(guò)電壓或一定持續(xù)時(shí)間短時(shí)過(guò)電壓的能力。并且進(jìn)一步可通過(guò)并聯(lián)閥片或整只避雷器并聯(lián)的方法來(lái)提高避雷器的通流能力，制成特殊用途的重載避雷器，用語(yǔ)長(zhǎng)電纜系統(tǒng)或大電容器組的過(guò)電壓保護(hù)。(3)無(wú)間隙。無(wú)間隙可以大大改善陡度響應(yīng)，提高吸收過(guò)電壓能力，以及可采用閥片并聯(lián)以進(jìn)一步提高通流容量；可以大大縮減避雷器尺寸和重量；可以使運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)化；可以使避雷器有較好的耐污穢和帶電水沖洗的性能。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(shí)，

27、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(guò)電容耦合，使瓷套內(nèi)部間隙放電電壓降低，甚至此時(shí)在工作電壓下動(dòng)作，不能熄滅電弧而爆炸。無(wú)間隙還可以使避雷器易于制成直流避雷器。因?yàn)橹绷骼m(xù)流不象工頻續(xù)流那樣會(huì)自然過(guò)零，而金屬氧化物避雷器當(dāng)電壓恢復(fù)到正常時(shí)，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(zhǎng)期陳承受直流電壓作用，就可以制成直流避雷器。由于金屬氧化物避雷器具有這些炭化硅所沒(méi)有的缺點(diǎn)，使得其在電力系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是超高壓電力設(shè)備的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合已完全取決于金屬氧化物避雷器的性能。2.避雷針和避雷線避雷針（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

28、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。為了有效地引雷并將雷電流安全導(dǎo)入地中，避雷針由接閃器（針頭）、引下線和接地裝置三部分構(gòu)成。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。避雷針和避雷線5可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，因此也稱為直擊雷保護(hù)。3.保護(hù)范圍避雷針（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。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620.1997中使用的避雷針（線）保護(hù)范圍的計(jì)算方法，是根據(jù)雷電沖擊小電流下的模擬實(shí)驗(yàn)研究確定的，并以多年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)做了校驗(yàn)。保護(hù)范圍是按保護(hù)概率99.9%確定的。實(shí)踐證明，此雷擊概率是可以接受的。由于雷電的路徑受到很多偶然因素的影響，因此

29、要保證被保護(hù)物絕對(duì)不受直接雷擊是不現(xiàn)實(shí)的，一般，保護(hù)范圍是指具有0.1%左右雷擊概率的空間范圍，實(shí)踐證實(shí)，此概率是可以被接受的。1）單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為軸的近似錐形的空間。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2.3所示。圖2.3 單支避雷針的保護(hù)范圍高度為的被保護(hù)物距離避雷針的水平最大允許距離也是避雷針在高度截面的保護(hù)半徑可按下式計(jì)算：當(dāng)時(shí) （2.6） 當(dāng)時(shí) （2.7）式中 避雷針的高度；避雷針的有效高度，；考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù)，時(shí)， （2.8）2）兩支等高避雷針當(dāng)兩根避雷針距離不太遠(yuǎn)時(shí)，由于兩根針的聯(lián)合屏蔽作用，使兩針中間部分的保護(hù)范圍比單針時(shí)有所

30、擴(kuò)大。圖2.4表示兩等高避雷針的保護(hù)范圍。兩針外側(cè)的保護(hù)范圍按式2.1和式2.2計(jì)算。兩針間保護(hù)范圍的上部邊緣應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及中間最低點(diǎn)O的圓弧確定。O點(diǎn)的高度按式2.9計(jì)算。 （2.9）式中 兩針的距離，m。圖2.4 高度為h的二等高避雷針保護(hù)范圍兩針間水平面上保護(hù)范圍一側(cè)的保護(hù)范圍最小處的最大保護(hù)寬度按式2.10計(jì)算。 （2.10）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5。3）兩支不等高避雷針其保護(hù)范圍按下法確定：如圖2.5兩針內(nèi)側(cè)的保護(hù)范圍先按單針作出高針1的保護(hù)范圍，然后經(jīng)過(guò)較低針2的頂點(diǎn)作水平線與之交于點(diǎn)3，再設(shè)點(diǎn)3為一假想針的頂點(diǎn)，做出兩等高2和3的保護(hù)

31、范圍，圖中，二針外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單針計(jì)算。 圖2.5 兩支不等高避雷針保護(hù)范圍4）多支等高避雷針三支等高避雷針的保護(hù)見(jiàn)圖2.6，三針?biāo)纬傻娜切?、2、3的外側(cè)保護(hù)范圍分別按兩支等高的針的計(jì)算方法確定，如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度的水平面上各自相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)寬度時(shí)，則全部面積受到保護(hù)。圖2.6 三支等高避雷針的保護(hù)范圍圖5）避雷線因?yàn)楸芾拙€對(duì)雷云與大地間電場(chǎng)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。但因避雷線的保護(hù)長(zhǎng)度是與線等長(zhǎng)的，故特別適于保護(hù)架空線路及大型建筑物，目前世界上大多數(shù)國(guó)家已轉(zhuǎn)而用避雷線來(lái)保護(hù)500kV大型超高壓變電站。單根避雷線的保護(hù)范圍如圖2

32、.7所示。在水平面上每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，可按下列公式計(jì)算: 圖2.7 單根避雷線的保護(hù)范圍當(dāng)時(shí) （2.11） 當(dāng)時(shí) （2.12） 式中 每側(cè)保護(hù)范圍的寬度，m。兩根等高避雷線外側(cè)的保護(hù)范圍仍按單根避雷線時(shí)確定。兩避雷線間橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過(guò)兩避雷線1、2及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)o的圓弧確定，o點(diǎn)的高度應(yīng)按式2.13計(jì)算。 （2.13）式中 兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度，m；兩避雷線間的距離，m；避雷線的高度，m。圖2.8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。單根避雷線的保護(hù)角不能做的太小，一

33、般在。220330kV雙避雷線線路，一般采用左右，500kV一般不大于。 圖2.8 兩根平行避雷線的保護(hù)范圍四、 接地方案的確定1.防雷接地的概述1.1.防雷接地的發(fā)展概況1749年富蘭克林發(fā)明第一支避雷針，開(kāi)創(chuàng)了人類有意識(shí)防雷的歷史。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(wú)畏精神，伴隨人類度過(guò)了兩個(gè)半世紀(jì)。近代，隨著科技進(jìn)步，人工建筑的高度越來(lái)越高，電子設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于避雷針保護(hù)范圍具有不確定性，引雷過(guò)程中產(chǎn)生電磁感應(yīng)過(guò)電壓，雷電反擊產(chǎn)生二次雷擊和跨步電壓等，避雷針已跟不上時(shí)代的步伐。避雷針的安裝本身，可能導(dǎo)致感應(yīng)雷害的增加。目前已

34、投入使用的各種防雷裝置，各有所長(zhǎng)，也都各有局限性。對(duì)于現(xiàn)代建筑和電子設(shè)備，進(jìn)雷通道不外乎三個(gè)方面：1.天上下來(lái)的直雷擊。2.各種金屬線路、管道感應(yīng)或引進(jìn)的感應(yīng)雷。3.地下出來(lái)的反擊雷。那么，按照“系統(tǒng)論”的觀點(diǎn)，建立一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng)2，就能實(shí)現(xiàn)有效的防雷安全。一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng)包括：架設(shè)避雷針，避雷線防直擊雷。地面或室內(nèi)外各種天線、信號(hào)線、電源線進(jìn)入室內(nèi)或設(shè)備前，裝設(shè)線路避雷器。各種金屬管線入戶處進(jìn)行接地處理。埋地電纜用金屬裸線平行屏蔽。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。1.2.接地與防雷接地所謂接地7，就是把設(shè)備與

35、電位參照點(diǎn)的地球作為電氣上的連接，使其對(duì)地保持一個(gè)低的電位差。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(shí)也稱為接地裝置。按其目的接地可分為四種：(1)工作接地：電力系統(tǒng)為了運(yùn)行的需要，將電網(wǎng)某一點(diǎn)接地，其目的是為了穩(wěn)定對(duì)地電位與繼電保護(hù)上的需要。(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。(3)靜電接地：在可燃物場(chǎng)所的金屬物體，蓄有靜電后，往往爆發(fā)火花，以致造成火災(zāi)。因此要對(duì)這些金屬物（如儲(chǔ)油罐等）接地。(4)防雷接地：導(dǎo)泄雷電流，以消除過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的危害。顧名思義，防雷接地裝置的作用用于防雷保

36、護(hù)中，防雷接地裝置性能的好壞將直接影響到被保護(hù)設(shè)備的耐雷水平和防雷保護(hù)的可靠性。我們知道避雷針或避雷器因雷擊而動(dòng)作時(shí)，幅值極高的雷電流將經(jīng)過(guò)避雷針或避雷器及其接地裝置而流入大地，如果接地裝置不符合要求，接地電阻過(guò)大時(shí)，被擊物（如避雷針、避雷線等）仍將會(huì)有很高的電位，以致被保護(hù)設(shè)備有可能遭到反擊，因此防雷接地裝置起著十分重要的作用。下面將重點(diǎn)討論防雷接地。2.變電所內(nèi)變壓器的防雷接地保護(hù) 2.1雙繞組變壓器的防雷保護(hù)雙繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，高壓側(cè)與低壓側(cè)斷路器都是閉合的，兩側(cè)都應(yīng)該裝設(shè)避雷器。所以一側(cè)有雷電波入侵，傳遞到另一側(cè)去的電壓也不會(huì)對(duì)繞組造成損害，無(wú)須再加其他的保護(hù)。2.2三繞變壓器的

37、防雷保護(hù)110kV以上的變電所有的采用三繞組變壓器，即具有高壓、中壓和低壓三個(gè)繞組。當(dāng)高壓側(cè)雷電流入侵時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合租用，會(huì)使低壓側(cè)出現(xiàn)過(guò)電壓。三繞組變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，可能出現(xiàn)只有高、中壓繞組工作，低壓繞組開(kāi)路的情況。此時(shí)，在高壓或中壓側(cè)有雷電波的作用時(shí)，由于低壓繞組對(duì)地電容較小，開(kāi)路的低壓繞組上的靜電感應(yīng)分量可達(dá)很高的數(shù)值以至危及低壓繞組的絕緣。由于靜電感應(yīng)分量將使低壓繞組三相的電位同時(shí)升高，故為了限制這種過(guò)電壓，只要在任一相低壓繞組直接出口處對(duì)地架裝一個(gè)避雷器即可。中壓繞組雖也有開(kāi)路的可能，但其絕緣水平較高，一般不裝。2.3自藕變壓器的防雷保護(hù)自藕變壓器除有高、中壓自

38、耦繞組外，還采用三角形連接的低壓非自藕繞組，以減小零序阻抗和改善電壓波形。在低壓非自藕繞組上，為限制靜電感應(yīng)電壓需裝一臺(tái)避雷器。此外，當(dāng)雷電波從高、中壓繞組的一側(cè)侵入而另一側(cè)開(kāi)路時(shí)，將在開(kāi)路側(cè)出現(xiàn)過(guò)電壓，因此，必須在自藕變壓器的兩個(gè)自耦合的繞組出線上裝設(shè)避雷器，此避雷器應(yīng)該裝在自藕變壓器和斷路器之間。如圖4.11所示。圖4.11 自藕變壓器的防雷保護(hù)接線圖自藕變壓器過(guò)度過(guò)程如下：當(dāng)無(wú)窮長(zhǎng)直角波加在高壓端點(diǎn)時(shí)，則由于中壓開(kāi)路，電位起始分布、穩(wěn)態(tài)分布以及最大包絡(luò)線都和中性點(diǎn)接地的繞組相同，如圖4.12（a ）所示。在開(kāi)路的中壓端上出現(xiàn)的最高電位（即對(duì)地電壓）約為高壓側(cè)電壓 的倍（k是高壓側(cè)與中壓側(cè)

39、的變比），這可能使處于開(kāi)路狀態(tài)的中壓端套管閃絡(luò)。因此中壓端與斷路器之間應(yīng)裝設(shè)一組避雷器進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)高壓側(cè)開(kāi)路，中壓端子上出現(xiàn)幅值為的侵入波時(shí)，繞組電位的起始分布如圖 中4.12（b）曲線1，穩(wěn)態(tài)分布曲線如曲線2所示。由到0這段繞組的電位穩(wěn)態(tài)分布和末端接地的變壓器繞組相同。由到這段繞組的電壓穩(wěn)態(tài)分布是由與到0段穩(wěn)態(tài)分布的電磁感應(yīng)所行成的，高電壓的穩(wěn)態(tài)分布為。在震蕩過(guò)程中點(diǎn)的電位最高可達(dá)到，這將危及處于開(kāi)路狀態(tài)的高壓端絕緣套管，因此在高壓端與斷路器之間也裝設(shè)一組避雷器。另外，當(dāng)中壓側(cè)有出線時(shí)，由于出線才波阻抗較變壓器要小的多，當(dāng)高壓側(cè)有雷電時(shí)，端相當(dāng)與接地，雷電波大部分加在自藕變壓器繞組的之間，可

40、能使其絕緣破壞，同理，當(dāng)高壓側(cè)有出線時(shí)，而中壓側(cè)有侵入波時(shí)也有類似的情況，這中情況在變比越小的自藕變壓器中越嚴(yán)重。因此，當(dāng)變比小于1.25時(shí)，在間還應(yīng)該裝一組避雷器如圖4.11中虛線的。的滅弧電壓應(yīng)大于高壓或者中壓側(cè)接地短路條件下 的出線的最高工頻電壓。2.4變壓器中性點(diǎn)的防雷保護(hù) 1）中性點(diǎn)絕緣水平中性點(diǎn)絕緣水平可分為全絕緣和分級(jí)絕緣11兩種。凡中性點(diǎn)絕緣與相線端的絕緣水平相等，叫全絕緣。一般在60kV及以下的電力變壓器的中性點(diǎn)是全絕緣的。如果中性點(diǎn)絕緣低于相線端絕緣水平，叫分級(jí)絕緣。一般在110kV及以上時(shí)，大多中性點(diǎn)是分級(jí)絕緣的。本次設(shè)計(jì)中平北站中變壓器中性點(diǎn)即為分級(jí)絕緣。2）不同電壓等

41、級(jí)的中性點(diǎn)保護(hù)（1）60kV及以下的電網(wǎng)中的變壓器我國(guó)60kV及以下的電網(wǎng)，變壓器的中性點(diǎn)是非直接接地的。這種電網(wǎng)因額定電壓較低，所以線路絕緣不高，加上35kV及以下的線路又不架避雷線，所以常有沿線路三相來(lái)雷電波的機(jī)會(huì)，這理論上會(huì)造成威脅。但運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種電網(wǎng)的雷害故障一般每一百臺(tái)一年只有0.38次，實(shí)際上是可以接受的。3560kV中性點(diǎn)雷害之所以較少，是由于以下幾方面的原因： 流過(guò)避雷起器的雷電流小于5kV，一般只有1.42.0kV； 實(shí)際上變電所進(jìn)線不只是一條，它是多路進(jìn)線，一條線的來(lái)波可由其他的線路流走一部分電流，這就減少了流經(jīng)避雷器的雷電流； 大多數(shù)來(lái)波是以線路遠(yuǎn)處襲來(lái)的，其陡度很

42、小； 變壓器絕緣有一定的裕度； 避雷器到變壓器的距離實(shí)際值比允許值近一些； 三相來(lái)波的概率很小。因此我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，3660kV變壓器中性點(diǎn)一般不需要保護(hù)。對(duì)于多雷區(qū)、單路進(jìn)線的中性點(diǎn)非直接接地的變電所，宜在中性點(diǎn)上加裝避雷妻保護(hù)。避雷器可任選金屬氧化物避雷器或者閥式避雷器。（2）110kV及以上電網(wǎng)我國(guó)110kV以上的電網(wǎng)的中性點(diǎn)一般是直接接地的，但為了繼電保護(hù)的需要，其中一部分變壓器的中性點(diǎn)是不接地的，如中性點(diǎn)采用分級(jí)絕緣且未裝設(shè)保護(hù)間隙，應(yīng)在中性點(diǎn)加裝避雷器，且宜選變壓器中性點(diǎn)金屬氧化物避雷器。如果變壓器的中性點(diǎn)是全絕緣的，但變電所為單進(jìn)線且為單臺(tái)變壓器運(yùn)行，也應(yīng)該在中性點(diǎn)加裝避雷器。

43、這些保護(hù)裝置應(yīng)同時(shí)滿足下列條件： 其沖擊放電電壓應(yīng)低于中性點(diǎn)沖擊絕緣水平； 避雷器的滅弧電壓應(yīng)大于因電網(wǎng)一相接地而引起的中性點(diǎn)電位升高的穩(wěn)態(tài)值，以免避雷器爆炸。 保護(hù)間隙的放電電壓應(yīng)大于電網(wǎng)一相接地而引起的中性點(diǎn)電位升高的暫態(tài)最大值，以免繼電保護(hù)不能正確動(dòng)作。對(duì)110kV分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)來(lái)說(shuō)，如選用FZ35或FCZ35，則其滅弧電壓低于電網(wǎng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的電位升高穩(wěn)態(tài)值，因此一般不可采用，因考慮選用FZ40閥型避雷器或氧化鋅避雷器。五、 接地尺寸及規(guī)格的計(jì)算1.接地裝置的電感效應(yīng)及利用率當(dāng)工頻電流流經(jīng)接地裝置時(shí)，由于電流頻率不高，接地裝置的利用程度最高；當(dāng)沖擊電流流經(jīng)接地裝置時(shí)，由于電流

44、變化很快，接地裝置本身電感的作用不能再忽視。其分布電感阻礙了電流流經(jīng)接地裝置較遠(yuǎn)的部分，此時(shí)沖擊電流在接地裝置全部長(zhǎng)度上的電流擴(kuò)散密度是不相同的，這使接地裝置的利用程度降低，使沖擊接地電阻增加，接地裝置的長(zhǎng)度愈長(zhǎng)，則電感的效應(yīng)愈顯著，沖擊接地電阻增加的也愈多，因此對(duì)于水平鋪設(shè)的升長(zhǎng)接地體，為了得到在沖擊電流作用下較好的接地效果，要求單根水平鋪設(shè)的升長(zhǎng)接地體的長(zhǎng)度有一定限制。綜上述可知，流經(jīng)沖擊電流時(shí)接地裝置的接地電阻與雷電流幅值、土壤電阻率和接地裝置的長(zhǎng)度及其結(jié)構(gòu)形狀有關(guān)，通常將沖擊接地電阻與工頻接地電阻之比稱為接地裝置的沖擊系數(shù)，由于考慮到雷電流幅值大，土壤中會(huì)發(fā)生局部火花放電，使土壤電導(dǎo)率

45、增加，接地電阻減小，所以其值一般小于1；但由于雷電流頻率高，對(duì)于伸長(zhǎng)接地裝置因有電感效應(yīng)，阻礙電流向接地體遠(yuǎn)端流去，故沖擊系數(shù)可能大于1。2.防雷接地裝置的形式及其電阻的算法2.1.接地裝置的形式接地裝置一般可分為人工接地體裝置和自然接地體裝置。人工接地體裝置有水平接地體、垂直接地體以及既有水平又有垂直的復(fù)合接地裝置，水平接地一般是作為變電所和輸電線路防雷接地的主要方式；垂直接地一般作為集中接地方式，如避雷針、避雷線的集中接地；在變電所和輸電線路線路防雷接地中有時(shí)還采用復(fù)合接地裝置。對(duì)鋼筋混泥土桿、鐵塔基礎(chǔ)、發(fā)電廠、變電所的構(gòu)架基礎(chǔ)等等我們稱之為自然接地裝置。2.2.接地體的選擇人工接地體的規(guī)

46、格8，水平鋪設(shè)的接地體可用圓鋼、扁鋼，垂直接地體可用鋼管、角鋼，接地體和接地引線的截面應(yīng)不小于下表所列規(guī)格。此外還應(yīng)該從實(shí)際施工的角度來(lái)選擇。如人工接地體常采用直徑50mm、長(zhǎng)度2.50m的鋼管。因?yàn)閺穆裨O(shè)方便來(lái)考慮，比直徑50mm更小的鋼管由于機(jī)械強(qiáng)度較小，容易發(fā)生彎曲，不適宜采用機(jī)械方法打入土中。直徑大于50mm，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看性能改善的有限，所以從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看并不合算。表3.1 鋼接地體和接地線的最小規(guī)格種類規(guī)格及單位地上地下屋內(nèi)屋外圓鋼直徑（mm）6810扁鋼截面（mm）厚度（mm）484484484角鋼厚度（mm）2.5342.3.發(fā)電廠和變電所的防雷接地發(fā)電場(chǎng)和變電所內(nèi)需要有良好的

47、接地裝置以滿足工作、安全和防雷保護(hù)的接地要求。一般的做法是根據(jù)安全和工作接地要求敷設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后再在避雷針和避雷器下面增加接地體以滿足防雷接地的要求。人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合，外緣各角應(yīng)做成圓弧形，圓弧半徑不宜小于均壓帶間距的一半。接地網(wǎng)內(nèi)應(yīng)鋪設(shè)水平均壓帶。接地網(wǎng)的埋設(shè)深度不宜小于0.6m，有條件的埋設(shè)在1m以下。北方凍土區(qū)應(yīng)埋設(shè)在凍土層以下。接地網(wǎng)可以采用長(zhǎng)孔網(wǎng)或者方孔網(wǎng)，但方孔網(wǎng)的均壓，特別是在沖擊電流作用下的均壓效果要好的多。接地網(wǎng)的均壓帶可采用等間距或不等間距的布置。35kV以上變電所接地網(wǎng)邊緣經(jīng)常有人出入的走道外，為降低跨步電壓應(yīng)鋪設(shè)礫石、瀝青路面或者在地下裝設(shè)兩條與地網(wǎng)相連

48、接的均壓帶。接地網(wǎng)由扁鋼水平連接，埋入地下0.60.8m處，其面積S大體與變電所的面積相同，如圖3.1所示，這種接地網(wǎng)的總接地電阻可按下式估算： （3.2）式中 接地體（包括水平的與垂直的）總長(zhǎng)度，m； 接地網(wǎng)的總面積。（a）長(zhǎng)孔 （b）方孔圖3.1 接地網(wǎng)示意圖接地網(wǎng)構(gòu)成網(wǎng)孔形的目的，主要在于均壓。接地網(wǎng)中兩水平接地帶之間的距離，一般可取為310m，然后校核接觸電位差和跨步電位差后給予以調(diào)整。方形和矩形地網(wǎng)接地電阻的計(jì)算方形地網(wǎng)。考慮到保持周長(zhǎng)不變將圓環(huán)變?yōu)榉娇蚝?，占地面積將由原來(lái)的縮小為，把計(jì)算圓環(huán)或圓盤(pán)的接地電阻公式 （3.3） （3.4）中的用取代，在考慮方板的修正后，得方形地網(wǎng)的接地

49、電阻共公式為 （3.5） （3.6）式中 地網(wǎng)面積；地網(wǎng)周長(zhǎng)；水平接地體長(zhǎng)度；接地體直徑；土壤電阻率； （3.7）3接地尺寸的計(jì)算根據(jù)該變電站的實(shí)際情況需要設(shè)置四只避雷針?lè)植荚谒闹?。因?yàn)橥寥离娮杪蔯m,仍宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針,以免發(fā)生反擊; 選取避雷針高h(yuǎn)=50m相鄰兩針的距離D=60m對(duì)角的兩針相距D=被保護(hù)物高 當(dāng)時(shí)相鄰兩針間外側(cè)保護(hù)半徑為： 相鄰兩針間保護(hù)范圍為：相鄰兩針高水平面上的保護(hù)范圍為：對(duì)角兩針間的保護(hù)范圍為： 對(duì)角兩針高水平面上的保護(hù)范圍為： 結(jié) 論本文首先論述了牽引變電所防雷接地的必要性，并對(duì)我國(guó)防雷接地的發(fā)展情況進(jìn)行了概述。接著講述了雷電、雷電壓和雷電流的形成過(guò)程,并給出了雷電

50、參數(shù)，闡述了防雷裝置如避雷針、避雷器的防雷原理以及保護(hù)范圍，給出了直擊雷和感應(yīng)雷的防護(hù)方案，介紹了目前我國(guó)牽引變電所防雷接地設(shè)計(jì)中常用的幾種措施，如：合理選擇牽引變電所修建的地理位置，架設(shè)避雷針、敷設(shè)接地網(wǎng)，在進(jìn)線段裝設(shè)避雷器，同時(shí)對(duì)幾種防雷措施進(jìn)行了深入的論述和定量的計(jì)算分析。最后基于常用的防雷接地的設(shè)計(jì)方法，對(duì)110kV牽引變電所進(jìn)行了詳細(xì)的防雷接地設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)上述內(nèi)容的研究分析，可得出以下結(jié)論：（1）牽引變電所是鐵路供電系統(tǒng)的樞紐，因此牽引變電所一旦發(fā)生雷擊事故時(shí)，就有可能造成鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓，給生產(chǎn)和生活造成巨大的損失，所以應(yīng)十分的重視牽引變電所的防雷接地。（2）要實(shí)現(xiàn)有效的防雷安全，則要建立一套完善而健全的綜合立體的防雷系統(tǒng)。一套完善而健全的綜合立體防雷系統(tǒng)包括：直擊雷的防護(hù)；感應(yīng)雷的防護(hù)；接地網(wǎng)。（3）牽引變電所直擊雷的防護(hù)應(yīng)在變電所范圍內(nèi)架設(shè)避雷針，使?fàn)恳冸娝娜娣e都在避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。（4）牽引變電所感應(yīng)雷的防護(hù)應(yīng)在進(jìn)線段、變壓器的高壓側(cè)和低壓側(cè)和饋線段裝設(shè)避雷器，并在進(jìn)線段12km處裝設(shè)避雷線。（5）地網(wǎng)的工頻接地電阻值應(yīng)小于0.5，若由于環(huán)境因素不能達(dá)到這一要求，應(yīng)綜合采用敷設(shè)外延地網(wǎng)和換土等方法降低接地網(wǎng)的工頻接地電阻值。（6）為了保護(hù)變電所電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，在裝設(shè)避雷器時(shí)一定要限制避雷器的殘壓，也就是對(duì)流過(guò)避雷器的電流必須加以限制，使之不大