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1、电气设备防雷电力系统防雷主讲人：刘晓利主要内容 1雷电危害 2架空线路雷击事故的形成及其防护措施 3变电站的防雷措施 4总结一、雷电对电气设备的危害 雷电主要有直击雷、雷电感应、雷电波侵入和地电压反击 四种破坏形式。 如果供配电系统无雷电防护，一旦遭受雷击，雷电流沿着 金属导线，侵入各种 设备，将会对工厂的电子电气设备，人员造成极大的危害 ，还可能造成工厂长 时间不能投入正常的生产，使工厂蒙受更大的经济损失。 所以，对供配电系统 进行正确的系统的雷电防护是非常重要的。二、架空线路雷击事故的形成及其防护措施1、架空输电线路雷击事故的形成要经过的四个阶段: 1)输电线路受到雷电过电压的作用;2)输
2、电线路发生闪络;3)输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;4)线路跳闸,供电中断。 2、针对雷击事故的四个阶段,输电线路在采取防雷保护措施 时要做到以下四点: 1)防止雷电直击,防止输电线路不受直击雷。2)防止雷电闪络,防止输电线路受雷后绝缘不发生闪络。3)防止雷电建弧,防止输电线路发生闪络后不建立稳定的工 频电弧。4)防止停电,保证输电线路建立工频电弧后不中断电力供应 。三、 对生产运行部门常用的架空输电线路防 雷措施如下1 、架设避雷线 架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的 主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用: 1)分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而
3、降低塔顶电位; 2)通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压; 3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。 通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造 价中所占的比重也愈低。因此,110kV及以上电压等级的输电线路都应 全线架设避雷线。 同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线 的保护角应做得小一些,一般采用2030。220kV及330kV双避雷线 线路应做到20左右,500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避 雷线,保护角在15左右。避雷线保护范围及其计算方法单根避雷线保护范围保护计算公式:rx =0.47(h-hz)p hzh/
4、2rx=(h-1.53hz)p hzh/2h避雷线的高度，hz被保护物高度， rx避雷线在hz平面上的保护宽度2、安装避雷针安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用 却存在以下问题: 1)由于避雷针而导致雷击概率增大。2)保护范围小。由于避雷针的引雷作用,所以雷击次数就会提高,当雷 电被吸引到针上,在强大的雷电流沿针而流入大地过程中,雷电流周围 形成的磁场会产生截应过电压,它与雷电流的大小及变化速度成正比, 与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁 干扰的屏蔽作用,不能达到有效屏蔽,使被保护区内的弱电设备因感应 过电压而损坏。3)反击的危害。当雷电被吸引
5、到针上,将有数千安的高频电流通过避雷 针及其接地引下线和接地装置,此时针和引线的电压很高,若针对被保 护物之间的距离小于安全距离时,会由针及引下线向被保护物发生反击 ,损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离不小于5m, 针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd3m,针对这一要求,微波塔 和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范要求的。4)电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中,会 在周围产生强大的电磁场,它会使微波通信、计算机等设备产生误动。 强大的电磁场,可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电 ,从而引燃引爆易燃易爆物。更常见的则是引起微电子设备(
6、通信设备, 计算机设备等)的失灵与损坏。受雷击的针及引线,在高频雷电流作用 下,将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩 散时,在入地点沿半径各点形成不同的电位,若跨入该区域会产生很高 的跨步电压。3、 加强线路绝缘由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如:跨河杆塔),这就增加了 杆塔落雷的机会高塔落雷时塔顶电位高,感应过电压大,而且受绕击的 概率也较大。为降低线路跳闸率,可在高杆塔上增加绝缘子串片数,加大大跨越挡导 线与地线之间的距离,以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降 低雷击跳闸率。4、采用差绝缘方式此措施适宜于中性点不接地
7、或经消弧线圈接地的系统,并且导线为三角 形排列的情况。所谓差绝缘,是指同一基杆塔上三相绝缘有差异下面两 相较之最上面一相各增加一片绝缘子,当雷击杆塔或上导线时,由于上 导线绝缘相对较“弱”而先击穿,雷电流经杆塔入地,避免了两相闪络。据计算,采用差绝缘后,线路的耐雷水平可提高24%。5、采用不平衡绝缘方式在现代高压及超高压线路上,同杆架设的双回路线路日益增多,对此类 线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时,可考虑采用不平衡绝缘 方式来降低双回路雷击同时跳闸率,以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异,这样,雷击时绝 缘子串片数少的回路先闪络,闪络后的导线相当于地线,
8、增加了对另一 回路导线的耦合作用,提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络,保障了 另一回路的连续供电。6、架设耦合地线耦合地埋线可起两个作用: 1)降低接地电阻连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1根2根接地线, 并可与下一基塔的杆塔接地装置相连它是降低高土壤电阻率地区杆塔 接地电阻的有效措施之一。 2)起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的耦 合作用。7、预放电棒与负角保护针 预放电棒的作用机理是减小导、地线间距增大耦合系数,降低杆塔分流 系数,加大导线、绝缘子串对地电容,改善电压分布;负角保护针可看成 装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽,减小临界击距。 预放电棒与负角
9、保护针常一起装设,这一方法曾在广东、贵州等地采用 有一定的效果。制作、安装和运行维护方便,以及经济花费不多是其特 点。消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十余年的应用历 史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况良好。 8、使用接地降阻剂近几年来国内一些单位在处理接地时使用了降阻剂,取得 了较好的降阻效果,据有关资料介绍,降阻剂使用后接地电 阻随时间的推移而下降,并且由于其pH值一般均在7.6 8.5之间,有的呈中性略偏碱,对接地体有钝化保护作用,故基 本无腐蚀现象。但是,使用较长时间表明接地降阻剂对接 地体产生了严重的腐蚀。 9、采用中性点非有效接地方式在我国35kV及以
10、下电力系统中采用中性点不接地或经消 弧线圈接地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接 地故障能够自动消除,不致引起相间短路和跳闸。而在二 相或三相落雷时,由于先对地闪络的一相相当于一条避雷 线,增加了分流和对未闪络相的耦合作用,使未闪络相绝缘 上的电压下降,从而提高了线路的耐雷水平。因此,对35kV 线路的钢筋混凝土杆和铁塔,必须做好接地措施。四、变电站防雷的重要性 变电站是电力系统重要组成部分，变电站防雷措施不全面 易发生雷击事故进而造成大面积的停电并对电网形成较大 的危害，这就要求变电站防雷措施必须十分全面、可靠。 变电站防雷主要防范两个方面：一是雷直击在变电站的 电气设备上；二是架空线
11、路的感应雷过电压和直击雷过电 压形成的雷电波沿线路侵入变电站。因此，防止雷电侵入 波和直击雷对变电站进线及变压器的破坏十分重要 五、变电站防雷措施 1 变电站的直击雷防护 装设避雷针是直击雷防护的主要 措施，避雷针是保护电气设备、建筑物不受直接雷击的雷 电接受器。它将雷吸引到自己的身上，并安全导入地中， 从而保护了附近绝缘水平比它低的设备免遭雷击。 装设避雷针时对于35kV变电站必须装有独立的避雷 针，并满足不发生反击的要求；对于110kV及以上的变电 站，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将 避雷针直接装设在配电装置的架构上，因此，雷击避雷针 所产生的高电位不会造成电气设备的反击事
12、故。 2 变电站对雷电侵入波的防护 变电站对侵入波防护的主要 措施是在其进线上装设阀型避雷器或保护间隙。阀型避雷 器的基本元件为火花间隙和非线性电阻，目前，FS系列 阀型避雷器为火花间隙和非线性电阻，其主要用来保护小 容量的配电装置SFZ系列阀型避雷器，主要用来保护中等 及大容量变电站的电气设备；FCZ1系列磁吹阀型避雷器 ，主要用来保护变电站的高压电气设备。 3 变电站的进线防护 对变电站进线实施防雷保护，其目 的就是限制流经避雷器的雷电电流幅值和雷电波的陡度。 当线路上出现过电压时，将有行波沿导线向变电站行进， 其幅值为线路绝缘的50%冲击闪络电压。线路的冲击耐压 比变电站设备的冲击耐压要
13、高很多。因此，在靠近变电站 的进线上加装避雷线是防雷的主要措施。如果没架设避雷 线，当靠近变电站的进线上遭受雷击时，流经避雷器的雷 电电流幅值可超过5kA，且其陡度也会超过允许值，势必 会对线路造成破坏。 4 变压器的防护 变压器的基本保护措施是靠近变压器安装避雷器，这 样可以防止线路侵入的雷电波损坏绝缘。装设避雷器时，要尽量靠近变压器，并尽量减少连线的长度，以 便减少雷电电流在连接线上的压降。同时，避雷器的接线应与变压器 的金属外壳及低压侧中性点连接在一起，这样，当侵入波使避雷器动 作时，作用在高压侧主绝缘上的电压就只剩下避雷器的残压了(不包 括接地电阻上的电压压降)，就减少了雷电对变压器破
14、坏的机会。 为了使变压器得到可靠保护，避雷器应尽量靠近变压器装设，这样可 使作用在变压器上的电压和避雷器上的残压相同。实际上，由于布线 上的困难，避雷器也不可能直接接到变压器等设备的接线端上，因此 避雷器到各电气设备之间总有一段长度不等的距离。而且从来波方向 来看，避雷器可能处于被保护设备之前，也可能处于被保护设备之后 ，即入侵波可能先到达避雷器，也可能先到达备保护设备。 避雷器和变压器之间的保护距离总是有一定范围的，超出这个范围， 避雷器便不能可靠的保护变压器。在变配电所设计和运行中必须考虑 这一因素。 避雷器到变压器的最大允许距离Lmax可表示为Lmax=(Uj-Uc)V/2a 式中Uj-变压器多次截波冲击耐压值，KV; Uc-通过标称放电电流时的避雷器上的残压，KV; a-雷击波的陡速，KV/s; V-雷电波速，m/s. 5 变电站防雷接地 变电站防雷保护满足要求以后，还要根据安全和工作接地 的要求敷设一个统一的接地网，然后避雷针和避雷器下面 增加接地体以满足防雷的要求，或者在防雷装置下敷设单 独的接地体。 六、 总结 综上所述，架空输电线路和变电站是电力网及电力系统的 重要组成部分。在雷雨季节,雷击停电事故会给生产生活 带来巨大损失,因此,电网防雷是一项非常重要的工作结束
