DB32-T 4661-2024 110 kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護設(shè)計規(guī)范

110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護設(shè)計規(guī)范2024-01-09發(fā)布2024-02-09實施江蘇省市場監(jiān)督管理局發(fā)布Ⅰ前言 Ⅲ引言 Ⅳ 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4總體要求 5直擊雷防護 5.1接閃器 5.2引下線 5.3防雷接地 6雷擊電磁脈沖防護 附錄A（資料性）屋面金屬板壓接圖例 附錄B（資料性）典型材質(zhì)雷電流熱效應(yīng)理論計算 附錄C（資料性）金屬屋面直擊雷電流沖擊試驗方案 附錄D（資料性）接地系統(tǒng)布置樣圖 參考文獻 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由江蘇省氣象局提出并歸口。本文件起草單位：南京電力設(shè)計研究院有限公司、江蘇省防雷減災(zāi)協(xié)會、江蘇天安防雷工程有限責任公司、南京意誠科技有限公司、江蘇大云防雷檢測有限公司、中規(guī)國際咨詢有限公司、龍樂電氣有限公司。本文件主要起草人：周俊馳、張彪、姜翠宏、高海洋、張駿、周亮、王新國、陳庭記、蘭國軍、楊蓮、Ⅳ為了推進電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，江蘇省電力部門推動110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站的普及。這種新型結(jié)構(gòu)變電站的梁、柱、墻體和屋面等均由金屬預(yù)制件組裝而成，無需進行地面濕作業(yè)，且建筑材料可全部循環(huán)利用，因此更加符合城市綠色和低碳的發(fā)展需求。然而，由于其在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)上與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土變電站存在顯著差異，因此對雷電防護提出新的要求。針對這種新型結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護設(shè)計，本文件提出了具體且可行的措施要求，使得110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護設(shè)計更加科學、合理、經(jīng)濟。1DB32/T4661—2024110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護設(shè)計規(guī)范本文件規(guī)定了110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站（以下簡稱“金屬結(jié)構(gòu)變電站”）雷電防護設(shè)計的總體要求、直擊雷防護、雷擊電磁脈沖防護。本文件適用于新建110kV全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護設(shè)計。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T21431建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范GB/T37047—2022基于雷電定位系統(tǒng)（LLS）的地閃密度總則GB/T50064—2014交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設(shè)計規(guī)范GB/T50065—2011交流電氣裝置的接地設(shè)計規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1全戶內(nèi)金屬結(jié)構(gòu)變電站indoorpowersub?stationswithmetalstructure屋面、梁、柱、墻體等主體結(jié)構(gòu)采用金屬預(yù)制件裝配而成，主變及配電裝置均在戶內(nèi)布置的變電站。3.2雷擊電磁脈沖lightningelectromagneticimpulse；LEMP雷電流經(jīng)電阻、電感、電容耦合產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，包含閃電電涌和輻射電磁場。3.3強雷區(qū)severekeraunicregion近5年年平均地閃密度超過7.98次/（km2·a）的地區(qū)。[來源：GB/T50064—2014，2.0.9，有修改]3.4共用接地系統(tǒng)commonearthingsystem將防雷系統(tǒng)的接地裝置、建筑物金屬構(gòu)件、低壓配電保護線（PE）、等電位連接端子板或連接帶、設(shè)備保護地、屏蔽體接地、防靜電接地、功能性接地等連在一起構(gòu)成的接地裝置。[來源：GB/T19663—2022，5.2.27]2DB32/T4661—20243.5沖擊接地電阻impulseearthingresistance根據(jù)通過接地極流入地中沖擊電流求得的接地電阻（接地體上對地電壓的峰值與電流峰值之比）。[來源：GB/T50065—2011，2.0.15]3.6雷電防護區(qū)lightningprotectionzone；LPZ規(guī)定雷電電磁環(huán)境的區(qū)域。注1：又稱防雷區(qū)。注2：LPZ可分為LPZ0A，LPZ0B，LPZ1，LPZ2……，LPZn區(qū)。注3：雷電防護區(qū)的區(qū)界面不一定是實物界面。[來源：GB/T19663—2022，5.1.1，有修改]3.7無間隙金屬氧化物避雷器metal?oxidesurgearresterwithoutgaps由裝在具有電氣和機械連接端子外套中的非線性金屬氧化物電阻片串聯(lián)和（或）并聯(lián)組成且無并聯(lián)或串聯(lián)放電間隙的避雷器。[來源：GB/T11032—2020，3.1]4總體要求4.1金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護設(shè)計應(yīng)做到安全可靠和經(jīng)濟合理。4.2金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)采取直擊雷防護措施和雷擊電磁脈沖防護措施。4.3金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護措施應(yīng)按第二類防雷建筑物設(shè)計。4.4金屬結(jié)構(gòu)變電站雷電防護設(shè)計宜考慮其所在地的雷電活動頻次和土壤電阻率情況，處于強雷區(qū)且土壤電阻率較高（平原地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時，應(yīng)區(qū)別制定雷電防護設(shè)計方案。地閃密度應(yīng)按照GB/T37047—2022中4.2的要求進行計算。土壤電阻率應(yīng)按照GB/T21431中附錄B的要求進行測量。5直擊雷防護5.1接閃器5.1.1金屬結(jié)構(gòu)變電站宜利用其金屬屋面作為自然接閃器。5.1.2金屬屋面作為自然接閃器時，可由多塊金屬板拼接而成，板間應(yīng)確保電氣貫通，屋面整體過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。當采用卷邊壓接時，無被覆層的裸露金屬板壓接接觸長度應(yīng)不小于30mm，連接方式見附錄A。5.1.3金屬屋面作為自然接閃器時，金屬板材質(zhì)符合以下要求：a）銅板厚度應(yīng)不小于0.7mm，鐵板厚度應(yīng)不小于0.8mm，鋁板厚度應(yīng)不小于0.9mm，鋅板厚度應(yīng)不小于1mm，典型材質(zhì)雷電流熱效應(yīng)理論計算過程見附錄B；b）采用其他金屬或合金材料宜開展直擊雷電流沖擊試驗以確定厚度（試驗方案見附錄C或厚度不小于1.1mm；c）金屬板宜采用雙層結(jié)構(gòu)；d）金屬板應(yīng)無絕緣被覆層。注：薄的油漆保護層或1mm厚瀝青層或0.5mm厚聚氯乙烯層不屬于絕緣被覆層。35.1.4金屬屋面作為自然接閃器時，突出屋面的天線、風機、風管、水箱等部件應(yīng)增設(shè)接閃器并在其保護范圍內(nèi)。增設(shè)的接閃器與金屬屋面之間的過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。5.1.5處于強雷區(qū)且土壤電阻率較高（平原地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時，金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)在屋面專門設(shè)置接閃器，且接閃器應(yīng)與金屬屋面采取絕緣措施。5.1.6專門設(shè)置接閃器時符合以下要求：a）宜采用接閃帶形式，其規(guī)格要求應(yīng)符合表1的要求；表1接閃器的材質(zhì)規(guī)格要求材料結(jié)構(gòu)最小截面積/mm2備注銅單根扁銅單根圓銅鍍錫銅a單根扁銅單根圓銅鋁單根扁鋁單根圓鋁熱浸鍍鋅鋼b單根扁鋼單根圓鋼不銹鋼c單根扁鋼單根圓鋼a熱浸或電鍍錫的錫層最小厚度為1μm。b熱浸鍍鋅鋼的鍍鋅層應(yīng)光滑連貫、無焊劑斑點，圓鋼鍍層含量至少22.7g/m2，扁鋼鍍層含量至少32.4g/m2。c不銹鋼中鉻含量大于或等于18%、鎳含量大于或等于8%、碳含量小于或等于0.08%。b）接閃帶應(yīng)每隔不大于1m設(shè)固定支架，轉(zhuǎn)角處應(yīng)每隔不大于0.5m設(shè)固定支架，支架高度應(yīng)不小于150mm，支持固定卡宜采用不小于?12的鍍銅鋼，并應(yīng)能承受49N以上垂直拉力；c）接閃帶、接閃網(wǎng)應(yīng)在屋面組成不大于10m×10m或12m×8m的網(wǎng)格；d）突出屋面的天線、風機、風管、水箱等金屬部件應(yīng)在接閃器保護范圍內(nèi)。5.2引下線5.2.1金屬結(jié)構(gòu)變電站宜利用其金屬框架結(jié)構(gòu)作為自然引下線。5.2.2利用金屬框架結(jié)構(gòu)作為自然引下線時，變電站金屬結(jié)構(gòu)柱、梁、金屬屋面、墻面等金屬構(gòu)件之間均應(yīng)可靠電氣貫通，可采用焊接、縫接、壓接等連接方式，連接點距離應(yīng)不大于18m，其過渡電阻應(yīng)不大于5.2.3處于強雷區(qū)且土壤電阻率較高（平原地區(qū)大于500Ω·m，山區(qū)大于1000Ω·m）時，金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)專門設(shè)置引下線。5.2.4引下線應(yīng)不少于2根，沿變電站四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距沿周長計算應(yīng)不大于18m。5.2.5引下線與變電站金屬結(jié)構(gòu)（包括屋面、框架、墻面、管線等）應(yīng)采用1.2/50μs沖擊電壓100kV的絕緣層隔離，宜于裝配式墻板間空腔內(nèi)敷設(shè)。5.2.6引下線材質(zhì)規(guī)格應(yīng)符合表2的規(guī)定。4表2引下線的材質(zhì)規(guī)格要求材料結(jié)構(gòu)最小截面積/mm2備注熱浸鍍鋅鋼a單根扁鋼不銹鋼b單根扁鋼單根圓鋼鍍銅鋼單根圓鋼直徑8mm，鍍銅厚度不小于70μm單根扁鋼a熱浸鍍鋅鋼的鍍鋅層應(yīng)光滑連貫、無焊劑斑點，圓鋼鍍層含量至少22.7g/m2，扁鋼鍍層含量至少32.4g/m2。b不銹鋼中鉻含量大于或等于18%、鎳含量大于或等于8%、碳含量小于或等于0.08%。5.3防雷接地5.3.1采用金屬屋面和金屬框架結(jié)構(gòu)作為接閃器和引下線時，宜就近與變電站主接地網(wǎng)連接，接地系統(tǒng)布置樣圖見附錄D中圖D.1。5.3.2專門設(shè)置接閃器和引下線時，引下線接地點應(yīng)外引至變電站接地網(wǎng)的最外側(cè)，并在連接處加裝垂直接地極，引下線接地點與35kV以下電氣設(shè)備的接地點間沿接地體的長度應(yīng)不小于15m，接地系統(tǒng)布置樣圖見附錄D中圖D.2。5.3.3金屬結(jié)構(gòu)變電站應(yīng)采用共用接地系統(tǒng)，采用大地網(wǎng)測試儀測得的接地電阻應(yīng)滿足式（1）的要求。R≤2000/IG…………（1）式中：R——考慮季節(jié)變化的最大接地電阻，單位為歐姆(Ω);IG——經(jīng)接地網(wǎng)入地的最大故障電流有效值，單位為安培（A按GB/T50065—2011中附錄B計算。5.3.4電纜接地線應(yīng)采用銅絞線或鍍錫銅編織線與電纜屏蔽層連接，其截面積應(yīng)符合表3的要求，銅絞線或鍍錫銅編織線應(yīng)加包絕緣層。表3電纜接地線規(guī)格要求電纜截面積/mm2接地線截面積S≤16不小于電纜芯線截面積16<S≤120≥16mm2S≥150≥25mm26雷擊電磁脈沖防護6.1金屬結(jié)構(gòu)變電站的雷電防護區(qū)劃分應(yīng)符合GB50057—2010中6.2的規(guī)定。6.2400V及以下低壓電纜、控制電纜穿越雷電防護區(qū)時，其屏蔽層應(yīng)在雷電防護區(qū)交界面處做等電位連接，其過渡電阻應(yīng)不大于0.2Ω。6.3金屬結(jié)構(gòu)變電站的窗宜敷設(shè)不大于200mm×200mm的金屬網(wǎng)格，并與變電站框架結(jié)構(gòu)作可靠電氣連接。6.4進入變電站的供配電線纜及其他金屬線纜宜采用穿金屬管埋地敷設(shè)，其金屬屏蔽層、金屬管在入口5處應(yīng)就近可靠接地。6.5架空線路進入變電站時應(yīng)在進線端加裝無間隙金屬氧化物避雷器，其接地端應(yīng)與電纜的金屬外皮連接，選型及安裝位置應(yīng)符合GB/T50064—2014中5.4.13的規(guī)定。6(資料性)屋面金屬板壓接圖例金屬結(jié)構(gòu)變電站屋面由多塊金屬板壓接時，連接方式可參照圖A.1。圖A.1屋面金屬板壓接圖例7DB32/T4661—2024（資料性）典型材質(zhì)雷電流熱效應(yīng)理論計算當雷電擊中金屬屋面時，雷電流電弧底部產(chǎn)生大量的熱量作用于金屬表面，造成屋面材料熔化、氣化。可將該過程的熱效應(yīng)簡化處理為：電弧底部的能量轉(zhuǎn)換由電荷與電壓降的乘積產(chǎn)生。該過程中電壓降一般做常數(shù)，因而電弧底部的能量轉(zhuǎn)換主要與雷電流電荷有關(guān)。假設(shè)該能量未被傳遞，只用于熔化金V=·…………（B.1）式中：V——熔化的體積，單位為立方毫米（mm3Q——雷電流電荷量，單位為庫侖（Cγ——材料密度，單位為千克每立方米（kg/m3Cw——熱容量，單位為焦耳每千克開爾文[J/（kg·K）]；s——熔點，單位為攝氏度(℃);u——環(huán)境溫度，單位為攝氏度(℃);Cs——熔化潛熱，單位為焦耳每千克（J/kg）。根據(jù)GB50057—2010中4.1.4，雷擊點加熱面積的直徑一般為50mm~100mm，對應(yīng)加熱面積為1963mm2~7854mm2。當在雷電流注入電弧觸點的能量一定時，加熱點面積越小，金屬板熔化的厚度越深，為了計算最大熔化深度，此處計算選取加熱面積最小值1963mm2。將上述選取的數(shù)值依次代入H=V/S…………（B.2）式中：H——熔化厚度，單位為毫米（mmS——雷電流電弧加熱點面積，單位為平方毫米（mm2）。雷電流分別取100kA和150kA，根據(jù)GB50057—2010中表F.0.1?4，上述電流值的長時間閃擊分別攜帶電荷100C和150C電荷，代入計算典型金屬材料熔化厚度見表B.1。由于該算法假設(shè)弧底產(chǎn)生的所有能量只用于金屬熔化，未考慮能量耗散，因此其估算的熔化體積和厚度大于實際值，計算結(jié)果明顯偏于安全側(cè)。表B.1典型金屬材料熔化厚度金屬材質(zhì)雷電流幅值/kA熔穿厚度/mm鋁1000.581500.87銅1000.451500.678表B.1典型金屬材料熔化厚度（續(xù)）金屬材質(zhì)雷電流幅值/kA熔穿厚度/mm鋅