发电厂防雷接地与过电压保护

发电厂防雷接地与过电压保护一、雷电放电云层受强气流作用，内部剧烈的相对运动使云各部分带有不同极性的电荷，形成雷云。雷云中的电荷分布不均匀，一般为密集的中心。当雷云中电荷密集处的场强达到25～30V/cm时，就会发生放电。大部分只发生在云间，只有小部分对地放电，对地放电的雷云90%是负极性的。雷云放电分三个阶段：先导放电、主放电和余光放电。先导放电延续几毫秒，从雷云开始，以游离方式逐级向下发展，形成一条高温、高电导、高电位的通道（先导通道）伸向大地。沿先导通道充满密集的电荷，当向下延伸的先导通道与大地接近而将空气间隙击穿短接时，开始主放电，通道产生突发的明亮，并有巨大的雷响，大量电荷对地放电，产生幅值很大的冲击电流（一般几十万安培），时间短，一般不超过0.1毫秒。然后剩余的电荷沿通道继续放电，亮光很小，称为余光放电，大约再持续几毫秒。雷过电压又称为大气过电压，分直击雷过电压和感应雷过电压。二、避雷针与避雷线保护为防止直击雷的破坏，电气设备要采取防雷措施，避雷针和避雷线。避雷针用于保护发电厂和变电所。分接闪器（针头）、引下线和接地体。针头为10mm以上、长1到2m的圆钢制作，引下线不小于10mm的圆钢，接地体2.5m长的钢管或角钢。避雷线是悬挂线在空中的水平接地导线，也叫架空地线，保护架空线路。1避雷针的保护范围单支避雷针：rx当hx≥h/2时，rx=(h-hx)p（m）；当hx＜h/2时，rx=(1.5h-2hx)p（m）；式中：h为避雷针高度（m）；P为高度影响系数，当h≤30m时，p=1；30＜h≤120m时，p=5.5/√h。双支避雷针：rxr00两支避雷针的保护范围，按经过两个避雷针顶点连线中间的下方一点的圆弧来确定，该点的高度计算如下：h0=h-D/7pD为避雷针间的距离（m）；p与单支的形容一致。2避雷线避雷线顶部的保护夹角为25°，比避雷针45°小，计算公式为：当hx≥h/2时，rx=0.47(h-hx)p（m）；当hx＜h/2时，rx=(h-1.53hx)p（m）；式中：h为避雷针高度（m）；P为高度影响系数，当h≤30m时，p=1；30＜h≤120m时，p=5.5/√h。双避雷线保护：h0=h-D/4p三、避雷器限制过电压，保护电气设备的一种装置。主要有三种：保护间隙、阀式避雷器和氧化锌避雷器。保护间隙：限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。避雷器：用于变电所和发电厂的保护，在220KV及以下系统是用来限制大气过电压，在超高压系统中，还用于限制内过电压或做内过电压的后备保护。1保护间隙由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，与被保护设备并联。缺点是熄弧能力差，不能自行熄灭，而引起断路器跳闸。2阀式避雷器装在密封瓷套中的间隙（火花间隙）和非线性电阻（阀片）串联构成。正常情况下，火花间隙将带电部分与阀片隔开，雷电波幅值超过避雷器冲击放电电压时，火花间隙被击穿，冲击电流经阀片流入大地，阀片上出现电压降（残压）。只要使避雷器的冲击放电电压和残压低于被保护设备的冲击耐压值，设备就可被保护。避雷器的灭弧电压必须高于所在系统的最高工作电压，才能保证雷电波过后顺利熄灭工频续流电弧。阀式避雷器分普通型和磁吹型。普通型火花间隙是由多个单个间隙串联而成，由黄铜板冲压成，用云母垫隔开，间隙在1mm以下，工频续流电弧被分成多段短弧，容易熄灭。同时，阀片电阻是非线性的，电压大，电阻小，工频下电阻变大，也限制了工频续流。磁吹型避雷器火花间隙与阀式类似，结构更复杂，利用磁场的每个电弧产生运动（旋转或拉长）来加强去游离，提高灭弧能力。磁场由间隙串联的线圈产生。辅助间隙是为消除磁吹线圈在冲击电流通过时产生过大的压降而使保护性能变坏。冲击电压作用下，主间隙被击穿，放电电流通过磁吹线圈，其上的压降使辅助间隙击穿放电电流通过辅助间隙、主间隙和电阻阀片流入大地，使避雷器的压降不致增大。当工频续流通过时，磁吹线圈压降减小，又迫使辅助间隙中的电弧熄灭，工频续流就很快转入磁吹线圈，产生磁场的吹弧作用。阀式避雷器的阀片均由金刚砂（SIC碳化硅）和结合剂烧结而成。普通型的阀片为低温烧结成，非线性系数小，通流容量小，不能承受持续时间较长的内过电压冲击电流；磁吹型的阀片，为高温烧结成，非线性系数较高，通流容量大，可用于限制内部过电压。国产普通型避雷器有FS和FZ型两种型号，FS型通流容量小，只用于小容量的10KV以下配电装置中；FZ型性能较好，通流容量大，用于大中型变电所中。国产磁吹型避雷器主要有FCZ电站型保护旋转电机的FCD型。高压避雷器顶部装有均压环，用以减少对地电容引起的电压不均匀现象。3、氧化锌避雷器实际也是一种阀式避雷器，其阀片以氧化锌为主料，加少量金属氧化物，高温烧结成。氧化锌阀片伏安特性远好于金刚砂阀片，是普通型和磁吹型避雷器的替代产品。三、发电厂的接地电气设备接地有四种：工作接地：是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。防雷接地：是针对防雷保护的需要而设置的接地。保护接地：是为了人身安全而设置的接地，也叫安全接地。把电气设备外壳接地。仪控接地：热力控制系统、数据采集系统、计算机监控系统、微机保护系统和远动通讯等系统中，为稳定电位、防止干扰而设置的接地，也叫电子系统接地。1接触电压和跨步电压电流经接地体进入大地并向周围扩散所遇到的电阻叫接地电阻。正常情况下，大地看为零电位，但大地具有一定的电阻率，当电流流过，大地各处就具有不同的电位，以电流场的形式向四处扩散，离电流注入点越远，散流面积越大，电位越小，一般15米外即可看为零电位。一设备发生接地，那么接地点的最大接地电压Um=IR，I为接地电流，R为接地电阻，电流一定时，接地电阻越小，接地电压越小。一般人体通过50mA以上的电流就有生命危险，人体电阻从几十千欧到1000欧姆，人的接触电压只要达到0.05A*1000Ω=50V，就有致命的危险。地面电位分布曲线U=f（r）2发电厂的接地装置根据安全和工作接地要求设置一个统一的接地网，避雷器和避雷针下增加接地体以满足防雷接地的要求。发电厂的接地装置除利用自然接地体外，还装设水平敷设的人工接地网，围绕设备接地区域形成闭合形状，并在其中敷设若干均压带或敷设成网格，应注意的是，入口处应设置帽檐式均压带。