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1、接地网和防雷保护研究毕业论文第一章 接地网和防雷保护的概述1 、变电站接地设计的必要性接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。变电站的接地网上连接着全站的高低压电气设备的接地线、低压用电系统接地、电缆屏蔽接地、通信、计算机监控系统设备接地，以及变电站维护检修时的一些临时接地。如果接地电阻较大，在发生电力系统接地故障或其他大电流入地时，可能造成地电位
2、异常升高；如果接地网的网格设计不合理，则可能造成接地系统电位分布不均，局部电位超过规定的安全值，这会给出运行人员的安全带来威胁，还可能因反击对低压或二次设备以及电缆绝缘造成损坏，使高压窜入控制保护系统、变电站监控和保护设备会发生误动、拒动，酿成事故，甚至是扩大事故，由此带来巨大的经济损失和社会影响。2 变电站接地设计原则由于变电站各级电压母线接地故障电流越来越大，在接地设计中要满足R2000/I是非常困难的。现行标准与原接地规程有一个很明显的区别是对接地电阻值不再规定要达到0.5，而是允许放宽到5，但这不是说一般情况下，接地电阻都可以采用5，接地电阻放宽是有附加条件的，即：防止转移电位引起的危
3、害，应采取各种隔离措施；考虑短路电流非周期分量的影响，当接地网电位升高时，310kV避雷器不应动作或动作后不应损坏，应采取均压措施，并验算接触电位差和跨步电位差是否满足要求，施工后还应进行测量和绘制电位分布曲线。变电站接地网设计时应遵循以下原则：2.1 尽量采用建筑物地基的钢筋和自然金属接地物统一连接地来作为接地网；2.2 尽量以自然接地物为基础，辅以人工接地体补充，外形尽可能采用闭合环形；2.3 应采用统一接地网，用一点接地的方式接地。3 变电站接地电阻的构成及降阻措施3.1 接地引线电阻，是指由接地体至设备接地母线间引线本身的电阻，其阻值与引线的几何尺寸和材质有关。3.2 接地体本身的电阻
4、，其电阻也与接地体的几何尺寸和材质有关。3.3 接地体表面与土壤的接触电阻，其阻值怀土壤的性质、颗粒、含水量及土壤与接地体的接触面积及接触紧密程度有关。3.4 从接地体开始向远处（20米）扩散电流所经过的路径土壤电阻，即散流电阻。决定散流电阻的主要因素是土壤的含水量。3.5 垂直接地体的最佳埋置深度是指能使散流电阻尽可能不而又易于达到的埋置深度。决定垂直接地体的最佳深度，应考虑到三维地网的因素，所谓三维地网，是指垂直接地体的埋置深度与接地网的等值半径处于同一数量级的接地网。3.6 接地体的通常设计，是用多根垂直接地体打入地中，并以水平接地体并联组成接地体组，由于一接地体埋置的间距仅等于单一接地
5、体长度的两倍左右，此时电流流入一接地体时，将受到相互的限制而妨碍电流的流散，即等于增加一接地体的电阻，这种影响电流流散的现象，称为屏蔽作用。3.7 化学降阻剂的应用,化学降阻剂机理是，在液态下从接地体向外侧土壤渗出，若干分钟固化后起着散流电极的作用。4 变电站接地电阻的测量接地网电阻值的大小，是判定接地网是否合格的重要部分，而对接地网电阻的测量采用的方法及设备也直接影响测量的结果，测量接地网电阻时，其接地棒和辐助接地体有两种布置法。对大型地网的电阻测量，应采用电流电压测量法，其接地棒，辅助接地体的布置应采用三角形由置法，并使辐助接地体的接地电阻不应大于10。通过接地装置的电流应大于30A，电源
6、电压应为65220V交流工频电压，电压较低时测量较为安全，电压表应采用高阻的表计，以减少该云支路的分流作用。这种测量方法的优点是，接地电阻不受测量围的限制，特别适用于110KV以上系统的接地网的接地电阻测量，也适用于自动化系统接地电阻的测量，其测量的结果准确可靠。5 变电站防雷措施分类防雷措施总体概括为两种：避免雷电波的进入；利用保护装置将雷电波引入接地网。5.1 避雷针或避雷线雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电站大多采用独立避雷针，大变电站大多在变电站架构上采用避雷针或避雷线，或两者结合，对引流线和接地装置都有严格的要求。5.2 避雷器避雷器能将侵入变电所
7、的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以。我国主要是采用金属氧化锌避雷器（MOA）。5.3 接地线接地线即接地体的外引线，连接被保护或屏蔽设施的连线，可设主接地线、等电位连接板和分接地线。防雷接地装置的接地线即防雷接闪装置的引下线，可采用圆钢或扁钢，两端按规定的搭接长度焊接达到电连接。变电站的防雷接地电阻值要求不大于1。6 变电站弱电设备防雷措施6.1 采用多分支接地引下线，使通过接地引下线的雷电流大大减小。6.2 改善屏蔽，如采用特殊的屏蔽材料甚至采用磁特性适当配合的双层屏蔽。6.3 改进泄流系统的结构，减小引下线对弱电设备的感应并使原有的屏蔽网能较好地发挥作用。6.4 除电源入口处装设压敏电
8、阻等限制过压的装置外，在信号线接入处应使用光电耦合元件或设置具有适当参数的限压装置。6.5 所有进出控制室的电缆均采用屏蔽电缆，屏蔽层公用一个接地网。6.6 在控制室及通讯室敷设等电位，所有电气设备的外壳均与等电位汇流排连接。7 变电站直击雷的防雷措施7.1 防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备。7.2 装设集中接地装置：上述接地应与总线地网连接，并在连接下加装集中接地装置，其工频接地电阻碍大于10。7.3 主控室（楼）或网络控制楼及屋配电装置直击雷的保护措施。若有金属屋顶或屋顶有金属结构时，将金属部分接地。若屋顶为钢筋混凝土结构，应将其钢筋焊
9、接成网接地。若结构为非导电的屋顶时，采用避雷保护，该避雷带的网络为810m设引下线接地。在电力设备接地设计规程（SDJ8-79）中对接地电阻有具体的规定，一般小于0.5。在高土壤电阻率地区，当接地装置要求做到规定的接地电阻在技术经济上不合理时，大接地短路电流系统接地电阻允许达到5，但应采取措施，如验算接触电势、跨步电压等。根据规程规定，主要是以发生接地故障时，接地电位的升高不超过2 000V进行控制，再以接地电阻小于0.5和5进行要求。人们普遍认为，110kV以上变电站中，接地电阻值小于0.5认为合格，大于0.5就是不合格，不管短路电流有多大都不必采取措施，这是不合理的。接地的实质是控制变电站
10、发生接地短路时，故障点电位的升高，接地主要是为了设备及人身的安全，起作用的是电位而不是电阻，接地电阻是衡量地网合格的一个重要参数，但不是唯一的。随着电力系统容量的不断增大，一般情况下，单相短路电流值较大，在有效接地系统中单相接地时的短路电流一般都超过4kA，从安全方面讲，不管在什么情况下，都应该验算地网的接触电势和跨步电压。当系统发生接地故障时，产生的接地短路电流经三种途径流入系统接地中性点：经架空地线；经设备接地引下线、地网流入所变压器中性点；经地网入地后通过大地流回系统中性点，对地网接地电阻起决定作用的是短路电流。所以正确考虑和计算各部分短路电流值，对合理设计地网有很大的影响。110kV以
11、上的变电站，线路架空地线都直接与变电站出线架构相连。当发生接地短路时，很大一部分短路电流经架空地线分流，因此，在计算时应考虑该部分分流。发生接地故障时，总的短路电流是一定的，只要增大架空地线的分流电流，就可减少入地短路电流，因此，降低架空地线的阻抗也是安全接地的一种方法。架空地线采用良导体，正确利用架空地线系统分流将会使地网更为有利。入地短路电流是总的接地短路电流减去架空地线的分流，再减去流经变压器中性点的电流，计算下来，入地短路电流值相对比较小，由于接地电阻值R2 000/I所以接地电阻相应的允许值就比较大，对于一个给定的地网，其接地电阻基本确定： R0.5P/S式中：P土壤电阻率； S接地
12、网面积； R接地电阻。 从公式中可以看出，对实际的接地网面积减少有很大的影响。地网面积确定后，其接地电阻也就基本一定，因此，在地网布置设计时，应充分利用变电所的全部可利用的面积，如果面积不增加，接地电阻是很难减小的。1.2.3 接地和接地网在220kV变电站中，一般采用水平接地线为主，由于220kV变电站接地网采用一般只能在围墙采取措施，特别是一些变电站站土壤率比较高。按其作用，可以分为工作接地、保护接地、防雷保护接地和防静电接地。工作接地，在正常或事故情况下，为了保证电气设备可靠运行而必须在电力系统中某一点进行接地。即为运行需要所设的接地。各种工作接地有各自的功能。例如电源中性点直接接地，能
13、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的断续电弧，防止系统出现过电压。防雷装置的接地，能在雷击时将强大的雷电流泄入大地，减小雷电流流过时引起的电位升高。保护接地，即电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备安全而设的接地;雷电保护接地，即为雷电保护装置(避雷针、避雷线和避雷器等)向大地泄放雷电流而设的接地;防静电接地，即为防止静电对易燃油、天然气贮罐和管道等的危险作用而设的接地。在电力系统中，变电所的接地设计主要是电气设备的保护接地。具体的讲，也就是将电气设备在正常运行情况下不带电的金属外
14、壳、配电装置的金属构架等和接地体之间作良好的金属接连，如电机的外壳接地、敷设线路的管路接地等。电气设备的金属外壳和配电装置的金属构架在其绝缘破坏或发生其它故障时，这些部分就有可能带电，如果人体触及就会发生危险，若采用保护接地，就可以大大降低甚至消除这种触电的危险性。1.3 接地网材料的选择和敷设深度接地网是以水平接地线为主边缘带有垂直接地极的复合型地网。常选扁钢和圆钢两种，采用热镀锌材料。地网的敷设深度易采用0.6-0.8m.冬季垂直接地极大部分伸于下层非冻结土壤中，这时土壤结构可以等效为两层电阻率不同的土壤结构，有研究表明，对于处于双层土壤介质中的垂直电极，其各部分的散流密度与周围介质的电阻
15、率成反比，除了在电极尖端处。因此，在季节性冻土地区，采用这种带有垂直接地极的复合型地网也将主要取决于地网的非冻结土壤。接地电阻应满足一年四季变化的要求，实际上这很难做到，所以要合理的确定地网的埋设深度。1.4 接触电压与跨步电压人站在发生接地故障的设备旁边（相距0.8m），手触及设备外壳，人的手和脚所接触的两点间呈现的电位差，称为接触电压。人在接地短路点周围行走，两脚之间（跨距0.8m）的电位差，称为跨步电压。人体受电击时，常常是在离设备较远处接触到被接地的与接地网同电位的设备外壳支架、操动机构、金属遮拦等物件。当人工接地网地面上局部地区的接触电势和跨步电压超过规定值，因地形、地质条件的限制扩大接地网的面积有困难，全面增设均压带又不经济时，可采用下列措施：在经常维护的通道、操动机构四周、保护网附近局部增设12m网孔的水平均压带，可直接降低大地表面电位梯度；铺设砾石地面或沥青地面，提高地表面电阻率，以降低人身承受的电压，也可将沥青混凝土重点使用。1.5接地装置的电位、最大接触电位差和最大跨步电位差发生接地故障时，接地装置的电位、接触电位差和跨步电位差的计算(1)接地装置的电位可按下式计算 (24)式中：接地装置的电位，V； 计算用入地短路电流，A；
