浅谈变配电所防雷保护和接地系统

1浅谈变配电所防雷保护和接地系统1.防雷1.1过电压及雷电的有关概念（1）过电压供电系统正常运行时，因为某种原因导致电压升高危及到电气设备绝缘，这种超过正常状态的高电压称为过电压。过电压的出现对供电系统的正常运行造成了一定的威胁和伤害，因此我们必须了解过电压并对其进行有效的防护，以保证供电系统的正常运行。在供电系统中，过电压按其产生的原因不同，可分为内部过电压和大气过电压两大类。①内部过电压内部过电压。压按其性质可分为操作过电压和谐振过电压。操作过电压产生的原因是当断路器断开电流，或当系统发生故障时，供电系统内出现电磁能量转换从而引起的瞬时高电压谐振过电压是指当正常操作或系统发生故障时，供电系统中的电路参数（R、C、L）组合发生变化，使一部分电路产生震荡，从而出现瞬时间高电压。操作过电压和谐振过电压的能量均来自电网，其幅值一般不超过电网的额定电压的3∼3.5倍，内部过电压对供电系统的危害较小。这是因为它比大气过电压小的多，且电气设备和线路在设计时，其绝缘强度留有一定的裕度。②大气过电压大气过电压又称为雷电过电压，它是由于电力系统内部的设备或建筑物遭受雷击或雷电感应而产生的过电压。因引起大气过电压的能量来自电力系统的外部，故又称为外部过电压。大气过电压所形成的雷电冲击是非常强大的，其电流幅值可达几百千安，电压幅值可高达一亿伏。它的电流和电压值远远高于供电系统的正常值，因此对供电系统危害极大。大气过电压常见的形式是直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷过电压是指雷电直接对建筑物或其他物体放电，其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体入地，同时产生危害极大的热破坏作用和机械破坏作用。感应雷过电压是指雷电对设备、线路的静电感应或电磁感应所引起的过电压，如雷云出现在架空线上方时，输电导线由于静电感应而聚集了大量的异性束缚电荷，雷云对地面放电后，这些异性被束缚电荷瞬间释放从而感应出高电压，形成了感应雷过电压。感应过电压的数值很大，在高压线路上可达几百千伏在低压线路上也有几十千伏，它对供电系统的威胁相当大。如果感应过电压沿线路侵入变配电所，会导致电气设备绝缘击穿或烧毁。这种感应过电压沿线路侵入变配电所的现象，又称为雷电波侵入或高电位的侵入。（2）雷电的危害雷电形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它的放电过程中会产生极大的破坏力，雷电的危害主要有以下几方面：①雷电的热效应2雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。②雷电的机械效应雷电产生强大的电动力可以击毁杆塔，破坏建筑物，人畜亦不能幸免。③雷电的闪络放电雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，导致供电线路停电。（3）雷电过电压有两种基本形式①直接雷击它是雷电直接击中电气设备、线路或建（构）筑物，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁效应和闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷。②间接雷击它是雷电未直接击中电力系统中的任何部分而由雷电对设备、线路或其它物体的静电感应或电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压称为感应过电压或感应雷。雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路遭受直接雷击或间接雷击而引起的电压波，沿线路入侵变配电所或其它建筑物，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据我国几个城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%~70%，比例很大，因此对雷电波侵入的防护应予足够的重视[1]。1.2防雷设备（1）避雷针避雷针由接闪器、接地引下线和接地体三部分组成。接闪器即针尖，它是用镀锌圆钢或焊接钢管制成，头部成尖行，圆钢直径不小于10mm，焊接钢管直径不小于20mm。避雷针的下端经引下线与接地装置焊接，形成可靠连接。其引下线可用扁刚制成。避雷针通常安装在构架、支柱或建筑物上。（2）避雷器由前所述，当雷电所产生的感应过电压，沿架空线路侵入变配电所或其他建筑物内时，将发生闪络，甚至将电器设备的绝缘击穿。因此，假如在电气设备的电源进线端并联一种保护设备，令其放电电压低于被保护设备的绝缘耐压值，当过电压来临，该保护设备立即对地放电，从而使保护设备的绝缘不受破坏；一旦过电压消失，保护设备又恢复到原始状态，这种过电压保护设备即为避雷器。常用避雷器的类型有阀式、管式、保护间隙和金属氧化物等[2]。1.3变配电所的的防雷措施（1）装设避雷针室外变配电装置应装设避雷针来防护直接雷击。如果变配电所处在附近高建（构）筑物上防雷设施保护范围之内或变配电所本身为室内型时，不必再考虑直击雷电防护。（2）高压侧装设避雷器这主要用来保护主要变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损环了变电所的这一最关键的设备[3]。32.接地2.1接地类型接地的类型可分为以下几种（1）工作接地工作接地是为了保证电力系统和设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能。例如电源中性点直接接地，能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变；而电源中性点经消弧线圈接地，能在单相接地时消除接地点继续电弧，防止系统出现过电压。至于防雷装置的接地，其功能更是易见的，不进行接地就无法对地泻放雷电流，从而无法实现防雷的要求。（2）保护接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。保护接地的形式有两种：①设备的外露可导电部分经各自的接地线直接接地。②设备的外露可导电部分经公共的PE线或经PEN线接地。（3）重复接地在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地方进行重复接地：①在架空线终端及沿线每1Km处。②电缆和架空线引入车间或大型建筑物处[4]。2.2接地系统的构成（1）接地极埋入地中与大地紧密接触并与大地形成电气连接的一个或一组导电体，称为接地极。人为的接地极称为人工接地极。例如为了达到接地目的，人工埋入或打入大地的钢筋扁钢等。兼作接地极用的直接与大地接触的金属构件、金输井管、建构筑物的钢筋混凝土基础内的钢筋等，称为自然接地极。（2）接地线由电气装置的总接地端子或接地干线接入接地极的，在正常情况下不载流的导体称为接地线。（3）总接地端子建筑物电气装置应在电源进线处设置总接地端子（接地母排），以便于接地线、保护线、等电位联接干线、功能性接地线（如果需要时）连接。2.3接地系统的要求（1）接地极①当自然接地极的接地电阻值和电气连续性符合交流电力设备接地的要求时，一般可不另设人工接地极，但不应仅利用给水管，另有规定者除外。4②当采用人工接地极并同时利用自然接地极时，应使二者的连接处便于分开，以便测量各自的接地电阻值。③当采用人工接地网和外引接地极时，应采用至少两根埋低导体，在不同地点与人工接地网相连，但电力线路和其他另有规定者除外。④不可采用敷设在大地中的裸铝导体做人工接地极。（2）接地线①接地线必须符合关于保护线最小截面的全部要求。②埋在大地中的接地线的最小截面应符合接地线最小截面的要求。③固定式交流线路的接地线，应尽量利用金属构件、普通钢筋混凝土构件的钢筋、穿线的钢管和电缆（通信电缆除外）的金属外皮。④直接接地或经消弧线圈接地的主变压器、旋转电机的中性点与接地极或接地干线连接时，应采用单独的接地线。⑤不得使用蛇皮管、保温管的金属网或外皮以及低压照明网络的导线铅皮作为接地线。在电力设备需要接地的房间内，这些金属外皮应接地，并应保证其电气连续性符合要求。接地线应与这些金属外皮用螺栓连接或低温焊接。⑥为了测量接地系统的接地电阻，应在接地线上方便之处设置断接装置。此装置应能方便的与总接地端子或接地母线连接。此连接处应只有用工具才能隔开，并应具有牢固的机械强度且能保证电气的连续性符合要求。⑦接地线穿越楼板、墙壁、基础、道路及其它管线交叉时应穿钢管保护[4]。2.4电气装置应接地或接零的金属部分（1）电机、变压器、电气、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。（2）电气设备的传动装置。（3）户内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门。（4）配电、控制、保护用的屏及操作台等的金属框架和底座。（5）交、直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管盒穿线的钢管。（6）电缆桥架、支架和井架。（7）装有避雷线的电力线路杆塔。（8）装载配电线路杆上的电力设备。（9）载非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地电流架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。（10）电除尘器的构架。（11）封闭母线的外壳及其裸露的金属部分。（12）六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体。（13）电热设备的金属外壳。（14）控制电缆金属护层[3]。