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1、关于防雷、接地和电气安全的研究 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：关于防雷、接地和电气安全的研究学习中心： 奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 赵斌 指导教师： 完成日期： 年 月 日11内容摘要雷电现象是我们日常生活中较为常见的一种自然现象，但是雷电现象极具破坏性，对人民生命财产造成了严重的威胁。近几年，随着社会经济的发展，高层建筑物数量、建筑电气设备明显增多。此外，越来越多的用户对网络和室内电气设备过度依赖，这些原因导致建筑物雷电灾害发生机率逐渐上升。因此，加强对行电气设备的防雷、接地的研
2、究尤为必要。关键词：防雷；接地；电气安全目 录内容摘要I1 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 防雷接地保护的重要性11.3 防雷接地保护的研究现状21.4 本文的主要内容22 变电站高压电力装置防雷技术42.1 引言42.2 雷电参数特性42.3 变电站防雷技术措施53 接地与屏蔽73.1 防雷接地73.2 屏蔽和等电位连接84 结 论9参考文献10附 录111 绪论1.1 课题的背景及意义 变电站是电力系统的重要组成部分，变电站发生雷击事故，将造成大面积停电，会对电网造成较大的危害。近年来，随着我国电力变电站实现综合自动化，不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为
3、供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件，这就更加要求防雷接地措施必须十分可靠。在变电站的设计过程中，保护变电站的设备安全，提高其供电可靠性，优化防雷接地设计方案，加强变电站的防雷接地安全措施，最大程度的减少雷击事故发生，有着极其重要的意义。1.2 防雷接地保护的重要性遭受雷击的途径:一是雷直击于变电站的设备上;二是各类架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入到变电站。根据入侵的途径，防雷措施对策一般可分为:(1)阻止雷电波的进入;(2)利用保护装置把雷电波导入到接地网中。防雷保护措施要根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点等，选择安装
4、适宜的保护装置。现代防雷工程的防雷对象扩大了，防雷措施增加了，防雷设计的方法也在不断发展。变电站实现综合自动化是传统变电站二次系统的重大变革，其装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本性变化。利用多台微机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，可用于控制、监测、保护、通信等等。但是，由于这类装置使用了超大规模集成电路，运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置，相比于传统的电磁式的各类保护装置，设备的耐热性能要差，对尖峰脉冲的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会通过变电站的电源线引入，从而引起瞬态过电压，如果不经处理，就会引起二次设备的损坏。同时，接地是避雷技术很重要的环节，变电
5、站接地系统的合理与否，是直接采用关系到人身和设备安全的重要问题。不管是直击雷、感应雷或其它形式的雷，采用何种类型的防雷设备，都要求将雷电流尽快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。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计越来越复杂。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对地网的结构、使用寿命等提出了较高的要求。1.3 防雷接地保护的研究现状当雷电直接击中电力系统的导线部分时，会产生极高的雷电过电压，任何电压等级的设备绝缘都会难以耐受。变电站对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电站进线段一定距离内架设避雷线，吸引雷电击向自身，减低雷击点的过电压，通
6、过良好接地的装置，将雷电流迅速泄入大地。避雷针大大增加雷击概率，这使得依附于一次设备的，目前正在大量更新的保护、监控、通信等二次设备遭受雷击的概率大大增加，损坏方式也多种多样，从而给电力生产带来很大的损失。这些二次设备防感应雷基本上靠机壳和内部元件本身，可靠性较低。当雷击使高压线路引入雷电波时，往往影响到变电站的整个低压电源系统、通信系统，导致低压电源系统中绝缘薄弱设备的某些元件损坏，如设备的电源模块，计算机监控系统等，一旦被波及往往造成接口元件击穿或烧坏。接地起着维持正常运行、保护、防雷、防干扰等作用。当接地不规范时，雷电电磁脉冲容易引起接地点之间电位差，产生的电磁场干扰二次设备的运行，严重
7、时会损坏设备内部的电子回路。接地电阻不合格，雷电引起的地电位升高，也会通过设备的接地线引入二次设备中，损坏设备的插件。所以，各接地网间必须通过合理布置接地线，等电位连接、屏蔽及装置本身的电磁兼容防护来解决设备的安全问题。1.3.1 关于防雷接地和电器安全的国内外技术近来年，国内进行了另一种人工影响雷电的实验。其做法是：在雷雨云到达成熟阶段之前，用高射炮、火箭等运载工具把大量的金属针粉或裹着铝箔的尼龙纤维（每条纤维长10厘米）投掷到云中去。这些导电性能良好的粉剂投入云中后，可以 大大地改善云的导电性能，从而起到分散云中电荷的作用。云中不能形成电荷中心， 也就减少了产生雷电的可能性。此外，人工影响
8、对流云的方法也被用来抑制雷电的发生。如果能在雷雨云形成之初就往云中播撒大量的人工冰核（碘化银），使的云中的过冷水滴提前冻结成冰晶，并从云中掉下来，从而减少雷电的发生。大量的对比实验表明，播撒了碘化银的云，云地闪电的次数比不播撒的云减少了66%。利用激光改变雷电走向，是日本专家们最近的又一新成果。它使引雷技术向实用化迈进了一大步。这种技术是通过反射镜将激光射向雷雨云，在空气中形成电流容易通过的高温等离子体通道，将雷电引向避雷塔。美国科学家发明的雷电消除器则非常适用于多雷地区，现已获得专利。这种雷电消除器制作十分简单：几百根钢筋竖立在插进土壤中的空心大口径金属管上 面的切口中。它看上去很像避雷针，
9、只是分散在一定的面积上，但它的作用机理与避雷针完全不同。它防止的不是雷电本身，而是不可见的雷电驱波，即所谓使大气击穿的静电放电。俄罗斯专家则研制出一种能及时预报雷电的警报仪。这种仪器能自收集在半径25公里范围内大气层的电学数据，进而判断雷电发生的地点和强度。3-5公里的范围内及时发出警报。这对于正在高处施工的建筑工人和高压输电线的修理工人来说，不失为理想的空中保护神。1.4 本文的主要内容作为一个研究领域，有关防雷、接地和电气安全有很多需要研究的问题。全文共分为三章，各章内容简介如下：第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二章变电站高压电力装置防雷技术；
10、第三章接地与屏蔽；在电力系统中大气过电压严重影响电力系统的正常运行，而大气过电压产生的根本原因，是雷云放电引起的。因此要注意电气设备的防雷。在日常生活中为了防止人体触电，电气设备必须有良好的接地装置，用以保护电气设备及防止人体触电事故的发生。化工厂生产的原料和产品大多数是易燃物的物质，如氢气、一氧化碳、氨气、甲烷和乙炔等，其生产过程一般是高温、高压操作，这些都是形成着火和爆炸的条件。因此防爆在化工企业具有特别重要的意义。必须采取措施，防止由化工厂共配电电气设备和线路引起爆炸或火灾事故或火灾事故。因此，供电系统的注意防雷接地及电气安全。2 变电站高压电力装置防雷技术2.1 引言建筑物的防雷设计要
11、因地制宜地采取防雷措施，目标是要防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失，同时做到安全可靠、技术先进、经济合理。要在认真调查被保护物周围的地理、地质、土壤、气象、环境等条件，了解雷电活动规律及其特点的基础上，仔细研究防雷装置的形式及其布置。建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。各类防雷建筑物都必须采取防直击雷和防雷电波侵入的措施，对于第一类防雷建筑物和部分第二类防雷建筑物还要采取防雷电感应的措施。变电站一般为第二类防雷建筑，本文以第二类防雷建筑要求，进行防雷设计。2.2 雷电参数特性雷电是一种自然现象，它释放出的巨大能量，有极强大的破坏能力。而且雷
12、电发生的随机性很大，关于雷电特性的各个参数需要通过大量实测，数据统计后才能确定，防雷保护设计的依据来源于这些实测数据。2.2.1 雷电流幅值及分布概率雷电流幅值是指物体遭到直接雷击时，经过接地电阻，被击物体中雷电流的最大值。它是表示雷电强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，是最重要的雷电参数。2.2.2 雷电流波形和极性雷电流对电气设备绝缘的危险程度同雷电流波头(波前时间)陡度的大小有关。雷电流的幅值和波前时间决定了它的陡度，雷电流的陡度是指其波前随时间上升的变化率。根据实测统计，对于中等强度以上的雷电流，其波头(波前时间T。)大多为1一5拼s，平均为2.6尽s。雷电流是单极性的脉冲波，75%
13、90%的雷电流是负极性的。2.2.3 雷暴日雷暴日是一年中有雷电的天数。可表征不同地区的雷电活动频繁程度，统计雷暴的严重程度。地区雷暴日等级可根据年平均雷暴日数来划分。一般可划分为少雷区、多雷区、高雷区、强雷区。少雷区是指年平均雷暴日在20天及以下的地区;多雷区是指年平均雷暴日大于20天但不超过40天的地区;高雷区是年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区;强雷区是年平均雷暴日超过60天以上的地区。2.2.4 落雷密度地面落雷密度是表征雷云对地放电的频繁程度。线路受雷密度是以线路受雷宽度为避雷线(有避雷线的线路)或导线(无避雷线的线路)的平均悬挂高度的4倍进行计算。2.3 变电站防雷技术措施
14、当雷电直击在物体上，产生电磁效应、热效应和机械力对物体造成危害的现象，称为直击雷。直击雷产生的过电压幅值可高达数十万伏，有的达到数百万伏，这是任何电压等级的电力设备绝缘都不能耐受的。所以需要安装直击雷防护装置，而防护直击雷最常用的措施是装设避雷针或避雷线。2.3.1 直击雷的防护措施避雷针(线)是接地的导电物，一般高于被保护物体，它们的作用就是将雷电吸引到自己身上，安全并迅速地导入地中。避雷针通过自身的高度，在其尖端的高突处形成电场的畸变，在雷云电场的作用下，当尖端的电场强度大于空气电离场强时，开始电离空气，形成迎面先导，并与雷云的雷电先驱相遇，完成雷击过程。为了使雷电流能够顺利下泄，必须有良好的导电通道。因此，避雷针(线)的基本组成部分是接闪器(引发雷击的部位)、引下线和接地体。 防雷电波侵入的措施避雷器实质上是一种放电器(或称限压器)，并联在被保护设备附近。避雷器的击穿电压要比被保护设备的低。当线路上传来的过电压超过避雷器的放电电压时，避雷器会先行放电，把入侵波导入大地，限制设备上的过电压，避免电气设备绝缘遭击穿损坏。当入侵波消失后，避雷器又能够自行恢复绝缘能力，防止工频接地短路事故的
