220千伏变电站防雷保护设计及计算

1、原始资料及要求 毕业设计（论文）题目：220千伏变电站防雷保护设计及计算原始资料：某地新建220千伏变电站一座，其主平面图及电气主接线如图一所示，变电站内配电构架最高15米，距离围墙10米。该变电站所在地土壤电阻率为=2×102/m。110千伏有四路出线，有可能出现两路运行方式，220千伏有三路出线，有可能出现一路运行方式，2号主变压器有可能出现高低压绕组运行，中压侧开路或中低压绕组运行，高压侧开路的运行方式。变电所中110千伏变压器中性点接地，且为分级绝缘变压器，其中性点绝缘为35千伏级。110千伏出线全线装有避雷线，其线路杆塔如图二所示，线路绝缘子串由7片X-4.5组成，正极性U

2、50%为700千伏，避雷线半径3.9毫米，弧垂2.8米，导线弧垂5.3米。220千伏出线全线装有避雷线，其线路杆塔如图三所示，线路绝缘子串由13片X-4.5组成，正极性U50%为1200千伏，避雷线半径5.5毫米，弧垂7米，导线弧垂12米。根据以上条件，做出该变电站的防雷保护方案及线路的防雷能力计算。一、变电站直击雷防护方案拟采用独立避雷针进行直击雷防护，要求变电站的全部设施均置于避雷针的保护范围之内。1、设计避雷针安装位置，计算其高度，画出保护范围图。2、要求避雷针的接地电阻小于10欧，设计接地装置，画出设计图（设冲击系数等于0.57，利用系数等于0.75。）二、入侵波的防护方案 1、确定避

3、雷器的数量、型号以及安装位置，画出安装位置图。2、设计进线段，计算避雷器的保护范围。三、输电线路防雷性能的计算110千伏线路及220千伏线路所通过的平原地区线路接地电阻为7欧，山区为15欧，分别计算平原和山区的线路雷击跳闸率。 图0-1 杨村220kV变电站平面图图0-3 220kV线路杆塔图0-2 110kV线路杆塔220千伏变电站防雷保护设计及计算 摘 要雷电是大自然最宏伟壮观的气体放电现象。雷电放电所产生的雷电流高达数十甚至数百千安，从而会引起巨大的电磁效应，机械效应和热效应。变电站作为电力系统的重要组成部分，很容易产生事故，特别是，近年来随着经济的发展，对于电力系统的稳定性有很高的要求

4、。因此，要求有可靠的防雷措施。本设计是针对220kV变电站的防雷保护进行设计及计算，根据变电站雷击事故来源不同，提出了相应的解决方案：1、 雷电直击变电站设备和线路，解决方法：采用四支等高避雷针分别安装在变电站的两侧墙上，距四个墙角的距离均为20m，针高33.77m。接地装置选用五根长2.5米，外径为0.050米，壁厚4毫米，理论重量为4.54kg/m的钢管。2、 沿线路传入变电站的雷电波，解决方法：设计入侵波保护。经计算220kV侧及110kV侧都采用2km的进线段，其中220kV侧，110kV侧。3、 由于输电线路是电力系统的大动脉，担负着将发电厂和经过变电所后的电力输送到各地区用电中心的

5、重任。所以，对其也应该进行保护。对输电线路防雷性能计算。其结果为：110kV线路平原雷击跳闸率为0.723，山区雷击跳闸率为1.116；220kV线路平原雷击跳闸率为0.2652，山区雷击跳闸率为1.295。关键词：防雷,接地装置,入侵波,雷击跳闸率THE AVOIDING FORM THUNDER STOKE AND COUNT OF POWER SYSTEM ABSTRACT The thunder is to be turned on electricity to the building of the ground and the nature of the earth by the

6、cloud(take the bank of clouds of the electricity) of, it will break to the building or equipments creation severity.Thunder is the greatest view in the world . The power flow flow made by thunder will be about tens, even hundreds A,change relatively impact.Power system have become more reliability .

7、 So we need successful protection.It has two aspects about source of transformer thunder stoke , we make the solution following it:1 Thunder stoke on transformer transmission line and device . The designed transformer pointed the thunder stoke directing. As designing four lighting rob in the wall of

8、 the station.I choose four same lighting rob is m to protect . The join-ground devices choose 5 steel tubes , the length of which is 2.5 m,the diameter of which is 50 mm , the thickness of steel tube outer is 4 mm and the theory weight is 4.54 kg/m.2 Thunder electric wave along the line . Avoid form

9、 attacking wave design . By counting 220kv side and 110kv side all use 2 km,there into 110kv side a' is 0.82kv/m, and 220kv side a' is 1.50km/m3 Because the lines are important for the system . Will transmit the power made by the station to the local of 110kv line is 0.723 on plain area; the

10、 thunder stoke ratio of 110kv line is 1.116 on mountains area. The thunder stoke ratio of 220kv line is 0.2652 on plain area; the thunder stoke ratio of 220kv line is 1.295 on mountains area.My graduation design is about the avoiding form thunder stoke of substation . The main part of graduation des

11、ign talk falls into three parts .Keyword : avoiding form thunder stoke , the join-ground device , attacking wave , the thunder stoke ratio 目 录摘 要IABSTRACTII1.绪论12直击雷的防护32.1 避雷针的介绍和计算原理32.1.1避雷针的保护范围计算公式42.1.2避雷针的计算72.2 接地装置的设计132.2.1接地装置的介绍132.2.2地装置的计算152.2.3接地装置的选择与安装173入侵波的防护203.1 进线段的设计203.1.1进线

12、段保护介绍203.1.2进线段的计算213.2 避雷器原理介绍及选择243.2.1避雷器的原理介绍243.2.2避雷器的选择与安装274 输电线路防雷性能计算344.1 线路防雷介绍344.1.1输电线路的耐雷性能和雷击跳闸率354.1.2雷击线路的三种情况354.1.3线路的雷击跳闸率394.2 输电线路防雷性能计算404.2.1 110kV线路雷击跳闸率计算404.2.2 220kV线路雷计算击跳闸率44结 论49附 录50致 谢52参考文献531 绪论雷电放电作为一种强大的自然力的爆发是难以制止的，产生的雷电过电压可高达数十，甚至数百千伏，如不采取防护措施，将引起电力系统故障，造成大面积

13、停电。雷电事故在现代电力系统的跳闸停电事故中占有很大比重，除了那些地处寒带和那些雷暴日数很少的国家和地区外，各国莫不对电力系统的防雷保护给与很大的注意。目前人们主要是设法去躲避和限制雷电的破坏性，基本措施就是加避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等防雷保护装置。避雷线、避雷针用于防止直击雷过电压，避雷器用于防止沿输电线路侵入变电站的感应雷过电压。雷电对电力系统的破坏非常严重，主要有以下几个方面的影响:(1)雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压，其幅值可高达数十万伏，甚至数兆伏，电力系统一般是难以忍受的，它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因。(2

14、)雷电放电所产生的巨大电流，会产生极大的破坏作用，雷电流通过被击物体时，产生大量的热，使物体燃烧。被击物体由于突然受热，急剧膨胀，还可能被劈裂。所以当雷云向地面放电时，常常发生房屋倒塌，损坏或引起火灾，发生人畜伤亡。输电线路是电力系统的大动脉，担负着将发电厂的生产和经过变电所变压后的电力输送到各地的用电中心的重任。架空输电线路往往穿越山岭旷野，纵横延伸，遭受雷电袭击的机会很多，因而线路的雷击事故在电力系统总的事故中占有很大的比重。输电线路防雷保护的根本目的就是尽可能的减少线路雷害事故的次数和损失。变电站和发电厂是电力系统的枢纽，一旦发生雷害事故，将造成大面积停电；而且变电站内主要电气设备的内绝

15、缘没有自恢复能力，万一受到雷害损坏，修复起来十分困难，势必延长停电时间，严重影响国民经济和人民生活。因此，发电厂和变电站的防雷保护要求十分可靠。电力系统中的雷电过电压虽大多起源于架空输电线路，但因过电压波会沿着线路传播到变电所和发电厂，因而电力系统的防雷保护包括了线路、变电所、发电厂等各个环节。雷电是一种可怖而又壮观的自然现象，我国东周时庄子上有记载：“阴阳纷争故为电，阴阳相争故为雷，阴阳交错，天地大骇，于是有雷，有霆。”雷电是由雷云(带电的云层)对地面建筑物及大地或两块带异号电荷的雷云之间的自然放电现象。雷电放电时，产生强大的雷电冲击电流，会产生巨大的电磁效应、机械效应、热效应，也会对电力设

16、备造成严重的破坏。因此，对雷电的形成过程及其放电条件应由所了解，从而采取适当的措施，预防或限制雷电所带来的危害。雷电放电起源于雷云的形成，而雷云的形成过程至今尚无定论，比较广泛认同的是水滴分裂理论。当大水滴分裂成水珠和细微的水沫时，会出现电荷分离现象，大水珠带正电，小水珠带负电。在特定的大气和地形条件下会出现强大而潮湿的上升气流，造成云层中的水滴分裂起电，细微水沫带负电，被上升气流带往高空，形成大片带负电的雷云；带正电的水珠或者凝聚成雨滴落向地面，或者悬浮在云中，形成雷云下部的局部正电荷区。但在雷云的顶部往往充斥着正电荷，这是因为，在离地面45km的高空，大气温度常处于-10-20。因而此处的

17、水分均已变成冰晶，它们与空气摩擦也会起电，冰晶带负电，空气带正电。带正电的气流携带着冰晶碰撞时造成的细微碎片向上运动，使雷云上部充满正电荷，而带负电荷的大粒冰晶下降到云的下部时，因此处气温已在0以上，冰晶融化成为带负电的水滴。由上述可知:整块雷云可以有若干个电荷中心，负电荷中心位于雷云下部，距地面50010000m范围内。直接击向地面的放电通常从负电荷中心的边缘开始。当天空出现雷云后，雷云中的负电荷会在地面上感应出大量正电荷。这样一来，在雷云与大地之间或两块带异号电荷的雷云之间会形成强大电场，二者之间的电位差可高达数兆伏甚至数十兆伏，但因距离很大，平均场强仍很少超过100kv/m。一旦在个别地

18、方出现能使该处空气发生电子崩和电晕的场强时，就可能引发雷电放电。雷电有几种不同形式，如线状雷电、片状雷电、球状雷电，以下将主要探讨“云一地”之间的线状雷电，因为电力系统中绝大多数雷电事故都是这种雷电所造成的。变电站是电力系统重要的组成部分，变电站发生雷击事故，将造成大面积的停电，会对电网形成较大的危害，这就要求防雷措施必须十分可靠。变电站遭受的雷击主要来自两个方面：一是雷直击在变电站的电器设备上；二是架空线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，直击雷和雷电侵入波对变电站进线及变压器的破坏的防护十分重要。本设计是针对变电站的防雷保护，就雷害不同的来源采取相应的保护措施

19、:雷直击于变电站时，装设避雷针、接地装置；雷击输电线路产生的雷电过电压波沿线路入侵变电站，采用进线段保护和安装避雷器；同时本设计还将对输电线路的防雷性能进行计算。设计使我们学到的知识升华，学习的的最终目的是创新，这次设计必然会使我们每个同学的个人能力得到提高，设计中我们发现自己知识的不足，不断地“温故而知新”，不断地充实自己，设计中还恳请老师给予指导，使我们的设计更加完善。2直击雷的防护直击雷在雷暴日活动区域内，雷云直接通过建筑物或设备等对地放电所产生的电击现象，称之为直接雷击。此时雷电主要破坏力在于电流特性，雷电击中建筑物或设备时，强大的雷电流转变成热能。因此雷电流的高温热效应将灼伤人体，引

20、起建筑物燃烧使设备部分熔化。在雷电流流过的通道上，物体水分受热汽化而剧烈膨胀，产生强大的冲击机械力，可使建筑物结构、设备部件等断裂破碎，从而导致建筑物破坏，以及设备毁坏等。直击雷的防护都是采用避雷针、避雷线、避雷网作为接闪器，然后通过良好的接地引下线和接地装置迅速而安全把它送入大地，它可以有效地防止雷击损坏建筑物，并大大降低了雷电直接击中设备的可能性，起到了防雷的作用。避雷装置中避雷针都是处于地面上的最高处，与雷云的距离最近，而且与大地有良好的电气连接，在避雷针的尖端形成了一个局部强电场，所以它比较容易吸引雷电先导，使其放电集中到它上面，同时采用接地装置降低雷电通过时的低电位来保护电气设备。避

21、雷针比较适宜像变电站，发电厂那样相对集中的保护对象，而像架空线那样伸展很长的保护对象应采用避雷线。2.1 避雷针的介绍和计算原理 当雷电直接击中电力系统中导电部分（导线、母线）时，会产生极高的雷电过电压，任何电压等级的系统绝缘都将是难以忍受的，所以在电力系统中需要安装直接雷击的防护装置，广泛采用的即为避雷针和避雷线。见图2-1：图2-1 避雷针的简图避雷针是一种简单的防直击雷装置。其最大优点是结构简单，安装方便，成本低廉，便于维护。避雷针经过两百多年来在全世界千百万建筑物上的防雷实践，证明它是一种可靠而有效的避雷装置。避雷针的保护原理:在雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避雷针和高楼顶部都被感

22、应出大量电荷，由于避雷针针头是尖的，当出现静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷。这样，避雷针就聚集了大部分的电荷。空间电场已受到地面的一些高耸的导电物体畸变的影响，在这些物体的顶部积聚许多异号电荷而形成局部强场区，甚至可能向上发展迎面先导，由于避雷针均高于被保护对象，它们的迎面先导往往开始得最早，发展最快，从而最先影响下行的先导发展方向，避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器，由于它比较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它能容纳的电荷很少。而它又聚集了大部分的电荷，所以，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，形成导体。这样，带电云层与避雷针形成

23、通路，将电荷导入大地，使其不对高层建筑构成危害。避雷针的保护范围:被保护物体在此空间内不致受到雷击。我国有关标准所推荐的避雷针保护范围是根据高压试验中大量的模拟实验结果，并经过多年实际运行经验校核后得出的。实验不考虑电流具体数值的影响，保护范围是按照保护概率99.9%（即屏蔽失效率或绕击率0.1%）确定的。所以，保护范围只是具有相对意义，即保护范围不是保险的，而是相对于某一概率而言的。 避雷针的保护范围计算公式 （一）单支避雷针保护范围的计算公式它的保护范围是一个以其本体为轴线的曲线锥体，它的侧面边界线实际上是曲线，但我国规程建议近似用折线来拟合,以简化计算 图2-2 单只避雷针的保护范围与图

24、2-2相对应的计算公式如下:在某一被保护物高度hx的水平面上的保护半径rx为当 hx 时，rx = ( h - hx )P （2-1）当 hx< 时，rx = ( 1.5 h -2 hx ) P （2-2） 式中 h 避雷针的高度，m； P 高度修正系数，是考虑到避雷针很高时rx不与针高h成正比增大而引入的一个修正系数。 当h30m时 P=1； 当30m< h 120m时 P=。不难看出，最大的保护半径即为地面上（hx=0）的保护半径 。从h越高、修正系数P越小可知:为了增大保护范围，而一味提高避雷针高度并非良策，合理的解决办法是采用多支避雷针作联合保护。 （二） 两支等高避雷针保

25、护范围这时总的保护范围并不是两个单针保护范围简单相加，而是两针之间的保护范围有所扩大，但两针外侧的保护范围仍按照单针的计算方法确定，如图2-3图2-3 两支等高避雷针的联合保护范围两针之间的保护范围可利用下式求得 ho =h- （2-3） bx=1.5（ho-hx） （2-4） 式中 h 避雷针的高度，m； ho两针联合保护范围上部边缘的最低点的高度，m； 2bx在高度的水平面上，保护范围的最小宽度，m。当针的高度不同，P也不同求bx得后，即可在hx水平面的中央画出到两针连线的距离为bx二的两点，从这两点向两只避雷针在hx层面是上的半径为rx的圆形保护范围作切线，便可得到这一水平面上的联合保护

26、范围。此时在OO截面上的保护范围最小宽度bx与hx的关系如图，图2-3右上角的分图所示，在地面上(hx=0)，bx=1.5h0。应该强调的是，要使两针能形成扩大保护范围的联合保护，两针间的距离不能太大，例如当D=7P (hhx)时，bx=0，一般两针间距离不宜大于。 （三）两支不等高避雷针此时的保护范围可按下法确定:首先按两针分别作出其保护范围，然后从低针2顶点作一条水平线，与高针1的保护范围边界交于点3，再取点3为一假想的等高避雷针的顶点，求出等高避雷针2和3的联合保护范围，即可得到总的保护范围，如图2-4： 图2-4 两支不等高避雷针1和2的联合保护范围 （四）三支或更多支避雷针（a） （

27、b）图2-5 多支避雷针的联合保护范围 （a）三支避雷针；（b）四支避雷针三支避雷针的联合保护范围可按每两支针的不同组合，分别计算出双针的联合保护范围，只要在被保护物体高度气的水平面上，各个双针的bx均0，那么三针组成的三角形中间部分都能受到三针的联合保护，如图（a）。四针及多针时，可以按照每三支针的不同组合求取其保护范围，然后叠加起来得出总的联合保护范围。如各边的保护范围最小宽度bx均0，则多边形中间部分面积都处于联合保护范围之内，如图(b)所示。避雷针的计算设计用独立避雷针进行直击雷防护，要求变电站的全部设施均置于避雷针的保护范围之内。现拟采用两种方案进行保护。一种是采用三只等高避雷针，第

28、二种是采用四只等高避雷针。方案采用三支等高避雷针（单位m） 图2-6 变电站三根避雷针安装图（单位m） 由图可得，将避雷针安装到A、B、C三点，AB、BC、CA的距离相等，且均为80m。A、B、C三点的保护范围各不相同。由资料可得知，被保护物的范围是120m*80m*15m，平面图如图2-7所示： 假设避雷针的高度为h，被保护物的高度为hx, hx=15m，同时可以看出两针联合保护的最低点也是15m。 图2-7 变电站三根避雷针保护范围单根避雷针的保护计算公式为：当 hx 时，rx = ( h - hx )P当 hx< 时，rx = ( 1.5 h -2 hx ) P式中 h 避雷针的高

29、度，m； P 高度修正系数，是考虑到避雷针很高时rx不与针高h成正比增大而引入的一个修正系数。当h30m时 P=1；当30m< h 120m时 P=。两根避雷针的保护范围计算公式为： ho =h- bx=1.5（ho-hx）式中 h 避雷针的高度，m； ho两针联合保护范围上部边缘的最低点的高度，m； 2bx在高度的水平面上，保护范围的最小宽度，m。 当针的高度不同，P也不同（1） 由图2-6可见，m、n两点是保护的边缘，若避雷针A可以保护 m、n两点，则其满足的临界条件是m、n落在半径rx为的Am圆上。 Am=50.25 所以 rx=50.25m a . 当 hx ，即15时，则30

30、h，可知 P=1 rx = ( h - hx )P 50.25 = ( h - 15 )*1 h=65.25m 这与已设条件矛盾，故舍去。 b . hx <时，即15< rx = ( 1.5 h -2 hx ) P 50.25 = (1.5 h - 2*15 )* 67.5 h2 - 5225.06h + 27000 = 0 h= h1=72m h2=5.57m B、C两针联合保护距离D=80m，根据公式计算避雷针的保护范围是否能 满足条件。 当h=72m时，计算 ho =h-ho = 72 - ho = 44.6m bx=1.5（ho-hx） bx=1.5（44.6-15) bx

31、=44.4m>5m 可见能够保护 当 h=5.57m时，计算 ho = 5.57- ho =0.65m<15m可见避雷针高为72m，虽满足保护的条件，但是太高，不经济；而高为0.65m时，两针联合保护高度远小于15m，不能有效保护变电站，可见三根避雷针安装不是很合理。 方案采用四支等高避雷针 图2-8 变电站三根避雷针安装图如图2-8所示，将避雷针安装在A、B、C、D四点，高为h。AB、BC、CD、DA的距离相等，均为80m。由图可知保护范围的最小宽度bx=10m ，hx=15m。取P=，则：（1） 计算AB时 bx=1.5（ho-hx） 10=1.5（ho-15）ho=21.67

32、 ho = h - 21.67=h - h = 21.67+ 假设 = a，代入公式可得 a = 5.81 h=33.77m 计算出的避雷针的高度为33.77m m 取hx=15m时， h = 33.77m hx< 则， rx = ( 1.5 h -2 hx ) P rx =，可以保护m、n、p、q四点。（2） 计算AC时，将bx定为极限条件，即bx=0，就可以保护整个范围。 ho=hx=15m AC= ho =h- 15=h-2.95 设= a，则 h=31.58m由此可看出，选择避雷针高为33.77m就可满足条件，即保护整个变电站。2.2 接地装置的设计接地装置的介绍各种防雷保护接地

33、装置都必须配有适当的接地装置才能有效地发挥其作用，所以防雷接地装置是整个防雷保护体系中不可缺少的一个重要组成部分。防雷接地是针对防雷保护的要求而设置的，目的是在于减少雷电流通过接地装置时的电位升高。接地装置是埋在地下的一组人工接地导体，它由接地体和接地引线组成。接地装置作用是将雷电流顺利泄入地下，减小接地电阻，以降低雷电流通过避雷针(避雷线)或避雷器时的过电压。电力系统中接地可分为三类:(1) 工作接地:根据电力系统正常运行的需要而设置的接地，它所要求的接地电阻值约为0. 510的范围内。(2)保护接地：设这种接地，电力系统也能正常运行，但为了人身安全而将电气设备的金属外壳加以接地，它是故障条

34、件下才发挥作用的，它所要求的接地电阻值处于110范围内。(3)防雷接地：用来将雷电流泄入地下，以减小它所引起的过电压，它的性质似乎介于前两种之间，它是防雷保护装置不可或缺的组成部分，这有些像工作接地；但它又是保障人身安全的有利措施，而且只有在故障条件下才发挥作用，这又有些像保护接地，它的电阻值一般在130。接地电阻Re是表征接地装置功能的一个最重要电气参数。它包括四个组成部分，即:接地引线、接地体本身电阻、接地体与土壤的过渡(接触)电阻和大地溢流电阻。不过与最后的溢流电阻相比，前三种电阻要小的多，一般忽略不计，这样一来，接地电阻Re就等于从接地体到地下远处零位之间的电压Ue与流过的工频或直流电

35、流Ie之比，即 对于防雷接地而言，我们最感兴趣的将是流过冲击大电流时呈现的电阻，称为冲击接地电阻Ri，对应的工频或直流下的接地电阻Re称为稳态电阻。防雷接地和保护接地、工作接地不同，其一是雷电流幅值大，其二是等值频率高。当雷电流流过接地体时，接地体附近电场强度增大，其值超过土壤击穿场强，在土壤中发生局部火花放电，与土壤的接触面积增大，使R趋向减小，即同一接地装置在幅值很高的冲击电流作用下，其接地电阻小于工频接地电阻，这种效应称为火花效应。另一方面，由于雷电流的等值频率高，这就使接地体自身电感增加，阻碍电流向接地体远端流通，对于长度较长的接地体这种影响更明显，从而使接地体得不到充分利用，使接地体

36、电阻大于工频接地电阻，这种现象称为电感影响。由于以上两个方面的原因，使冲击接地电阻与工频接地电阻不同，常用冲击系数来表示两者之间关系 式中 Ri 冲击接地电阻 Re 工频接地电阻其值一般小于1，但在接地体较长时也可能大于1。当火花效应大于电感影响时，i<1；相反，当电感影响大与火花效应时>1。的值与雷电流幅值、波形、土壤电阻率及接地体有关。常见的一些接地体的工频接地电阻计算公式: 1.单根垂直接地体当l << d时 () （2-5） 式中 土壤电阻率，·m； L 接地体长度，m； d 接地体直径，m。如果接地体不是用钢管或圆钢制成，那么将几何尺寸按下面公式计算

37、成等效的圆钢直径，仍可用下式进行计算如等边角钢: d=0.48b（为每边宽度)如扁钢:d=0.5b (为扁钢宽度) 2.多根垂直接地体当单根垂直接地体的接地电阻不满足要求时，可用多根垂直接地体并联的办法解决，但n根并联后的接地电阻并不等于，而是要大一些，这是因为它们溢散的电流相互之间存在屏蔽影响的缘故，此时接地电阻为 式中 一利用系数1。3.水平接地体 式中L 接地体的总长度，m； h水平接地体的埋深，m； A形状利用系数。 如果接地体装置由n根垂直钢管或n根水平钢管构成，那么它们冲击接地电阻应为 （2-6） 式中接地装置冲击利用系数，它考虑各接地极间的相互屏蔽而使溢流条件 恶化的影响，所以1

38、。 在防雷接地中还有另一个影响冲击电阻值的因素：在很大的冲击电流下，经接地体流入的电流密度J很大，因而在接地体表面附近的土壤中会引起很大的电场强度，当它超过土壤的击穿场强时，在接地体的周围就会出现一个火花放电区，相当于增大了接地体的有效尺寸，因而使其冲击接地电阻变小。地装置的计算 接地体的型号选择 由于接地体过长会导致增大，从而使冲击接地电阻增大，故接地体的长度不宜太长；本设计中分别对根数n=2，3，4，5长度l=2m，2.5m，3m，3.5m的钢管进行选择。 由根垂直钢管构成的接地装置的冲击接地电阻的公式为： = 根据题意可知=10，=0.75 当n=2, 13.16*226.32 ，=26

39、.32= d=1.13m , =26.32= d=0.93m =26.32= d=0.74m =26.32= d=0.57m 当n=3, 13.16*339.48 =39.48= d=0.49m =39.48= d=0.33m =39.48= d=0.21m =39.48= d=0.13m 当n=4, 13.16*452.64 =52.64= d=0.22m =52.64= d=0.12m =52.64= d=0.062m =52.64= d=0.032m 当n=5, 13.16*565.8 =65.8= d=0.095m =65.8= d=0.042m =65.8= d=0.0179m =6

40、5.8= d=0.0075m表2-1接地装置参数计算结果汇总表n（）时d(m)时d(m)时d(m)时d(m)226.321.130.930.740.57339.480.490.330.210.13452.640.220.120.0620.032565.80.0950.0420.01790.0075接地装置的选择与安装要将钢管垂直打入地下，对其管径和壁厚有一定的要求，垂直打入的钢管一般采用管径为4060mm，长度为23m（一般用2.5m）。为了减小棒间的屏蔽作用棒间距离不应小于2.53m，为了保证接地体具有足够的机械强度，对于埋于地下的接地体，为免于腐蚀，钢管壁厚不能太小。表2-2 热轧一般无缝

41、钢管的尺寸和理论重量外径（mm） 壁 厚（mm）5.233.544.555.5理 论 重 量 （kg/m）422.442.893.353.754.164.564.9563.54.484.185.876.557.217.87684.815.576.317.057.778.4812111.5412.9314.3015.6712712.1313.5615.0416.4819423.3125.6203 29.14 （壁厚至少6mm）219 31.52（壁厚至少6mm）245 38.23（壁厚至少6.5mm）表2-3 钢接地体的最小尺寸名称建筑物内屋外地下圆钢，直径（mm）566扁钢，截面（mm）厚（m

42、m）244848344角钢，厚（mm）22.54钢管，壁厚（mm）2.52.53.5 查阅简明五金手册 ,得表2-2，在本设计中选接地体根数n=5，钢管的壁厚取大于3.5mm，由表2-1可知1. 当l=2m时，d=0.095m 参阅表2-2，取d=0.121m，代入式（2-5）得将Re=61.78代入式（2-6）得每根钢管的理论重量为M =11.54×2=23.08kg2. 当l=2.5m时，d=0.042m 参阅表2-2，取d=0.050m，代入式（2-5）得将Re=63.57代入式（2-6）得每根钢管的理论重量为M =4.54×2.5=11.35kg综上所述，当取l=2

43、.5m时，d=0.050m最接近管径为4860mm的要求，且壁厚为4mm，因此采用5根直径为50mm的钢管组成垂直接地体。接地装置的设计图见附图2。3入侵波的防护输电线路是电力系统的大动脉，担负着将发电厂生产和经过变电所变压后的电能输送到各地区用电中心的任务。架空输电线路要穿越山岭，旷野，纵横延伸，受到雷击的机会很多。线路受到雷击就会被沿线入侵发电厂和变电站，而且，线路的雷击事故在电力系统的雷击事故中占有很大的比重，输电线路的防雷保护就是尽可能减少线路雷害事故的次数和损失。但是因受到线路绝缘的限制，仍有大量的雷电波沿线路入侵变电站。变电所(特别是高压大型变电所)是多条输电线路的交汇点和电力系统

44、的枢纽。变电所的雷害事故非常严重，往往导致大面积停电。变电所内的变电设备(其中最主要的是电力变压器)的内绝缘水平往往低于线路绝缘而且不具有自恢复功能，一旦因雷电过电压而发生击穿，后果十分严重。所以，变电所不但要对直击雷进行防护，同样对沿输电线路入侵的雷电过电压也一样要防护。防护入侵波的侵入主要措施是装设氧化锌避雷器或阀式避雷器。它们的主要作用是限制过电压波幅值。但是为了使避雷器不至于负担过重(流过冲击电流过大)和有效发挥其功能，还需要有进线段与之配合，这是现代变电所防雷接线的基本思路。本设计选择了阀式避雷器作为入侵波的防护。3.1 进线段的设计进线段保护介绍当雷电波侵入变电所时，要使变电所的电

45、气设备得到可靠的保护，必须限制侵入波的陡度，并限制通过避雷器的雷电流以降低残压。这就要求对进入变电站的线路进行更好的保护。进线段保护是指在靠近变电所(12) km的线路上加强防雷保护措施。对于35 kv及以下的线路未沿全线架设避雷线的，必须在靠近变电所(12) km的线段上加装避雷线，使之成为进线段；对全线有避雷线的110 kv及以上线路，也必须将靠近变电所的一段长2km的线路划为进线段。进线段能起两方面的作用：（1）变电所的雷电过电压波将来自进线段以外的线路，它们在流过进线段时将因冲击电晕而发生衰减和变形，降低了波前陡度和幅值；(2)利用进线段来限制流过避雷器的冲击电流值。为了使阀式避雷器有

46、效的发挥作用，就必须采取措施：(1) 先限制进波陡度a(或a)使小于；(2)限制流过避雷器的冲击电流幅值IFV ，使之不会造成过高的残压，甚至造成避雷器损坏。这些都需要变电所进线段完成。 从限制进波陡度来确定进线段长度行波流过距离l后的波前时间可由下式求得 (s) （3-1)按严格的计算条件应该是在进线段始端出现具有直角波前的过电压波，即取。这时波流过的距离l即为进线段长度lp代入上式可得抵达变电所的进波波前时间是： (s) (3-2)相应的波前陡度为 （kV/s） (3-3)如令a为进波陡度的容许值，则所需的进线段长度 （km） （3-4） 式中 U一行波的初始幅值，kV。通常可取之等于进线

47、段始端线路绝缘的50%冲击闪络电压U50%； hc一进线段导线的平均对地高度，m。计算结果表明, lp一般均不大于12km。 （f为弧垂）或反之，当进线段长度lp已选定，可求得不同电压等级变电所的进波陡度a，然后再按下式求得进波的空间陡度a （kV/m） （3-5） 一般来说 3500 kV输变电设备的标准绝缘水平: 对于110kv线路 U=Uw（i）=450 kV 对于220kv线路 U=Uw（i）=850 kV进线段的计算由原始资料可得：对于110kV线路： m对于220kV线路： m 分别对110kV和220kV进线段lp计算 （一）110kV进线段计算U=450kV hc=8.67m1

48、. lp=1km时 s kV/s kV/m2. lp=1.5km时 skV/s kV/m3. lp=2km时 skV/s kV/m（二）220kV进线段计算 U=850kV hc=15.4m1.lp=1km时 s kV/skV/m2. lp=1.5km时 s kV/skV/m3.lp=2km时 s kV/s kV/m表3-1电压等级（kV）进波初始幅 值U（kV）进线导线平均对地高度(m)进线段长 度 lp（km）进波波前时 间（s）进波波前陡 度（kV/s）进波空间陡 度（kV/m）k110kV4508.671.00.92491.871.631.51.37328.471.092.01.83245.90.82220kV85015.41.00.94902.343.011.51.41601.562.012.01.88451.171.50进线段计算结果进线段设计的结果：110kV线路进线段长为2.0 km, 220kV线路进线段长为2.0km。3.2 避雷器原理介绍及选择避雷器的原理介绍装设避雷器是变电所对入侵雷电过电压进行防护的主要措施，它的保护主要是限制过电压的幅值。避雷器与被保护物并联，且避雷器的击穿电压要低于被保护物的击耐压值。当电压波到来时，避雷器首先被击穿使过电压波的幅值Um被限制在等于避雷器的击穿