海南电力防雷知识讲座-地凯-王东升

1、 电力系统(din l x tn)防雷及 接地研讨 广西地凯防雷工程(gngchng)有限公司 王 东 生 共一百四十页共一百四十页雷电(lidin)是什么 雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达

2、30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致(dozh)强烈的雷鸣。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。共一百四十页 闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表，听到雷声后即把它按停，然后以3来除所得的秒数，即可大致知道闪电离你有几千米。枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。 闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为

3、叉状闪电。 闪电在云中阴阳电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。未达到地面的闪电，也就是同一云层之中或两个云层之间的闪电，称为云间闪电。 曲折(qzh)开叉的普通闪电称为枝状闪电。共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页雷电(lidin)的感应 静电感应 电磁感应共一百四十页共一百四十页雷云电荷(dinh)对地面的感应共一百四十页共一百四十页共一百四十页雷云对输电(shdin)线路的感应共一百四十页静电感应对输电线路影响雷云电荷除了对架空避雷线感应(gnyng)产生异性电荷外，还会对下方的输电线路产生感应

4、- - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 共一百四十页静电感应对输电(shdin)线路影响架空避雷线上的电荷，还会对下方的输电线路产生感应- - - - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 共一百四十页静电感应(jngdin gnyng)电荷的流动共一百四十页100kA50kA50kA50kA避雷接闪雷电(lid

5、in)后的 雷电流分布共一百四十页100kA50kA50kA50kA避雷线接闪雷电后 的电位(din wi)分布接地(jid)电阻10铁塔电位抬升500kV至1000kV共一百四十页100kA50kA50kA50kA避雷线接闪雷电(lidin)后 的电位分布接地(jid)电阻10铁塔电位抬升500kV至1000kV共一百四十页100kA50kA避雷线接闪雷电后 避雷线电位分布避雷线的分布电感(din n)和分布电阻使得雷电在流过避雷线时会产生与输电线路间的电压差:避雷线长X100X100(V)接地(jid)电阻10共一百四十页电磁感应(dinc-gnyng)（雷电电磁脉冲）共一百四十页I=10

6、0kAR=1U=I*R=100kV防雷地建筑物设备(shbi)共一百四十页共一百四十页设备(shbi)I=100kAR=1U=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物共一百四十页设备(shbi)I=100kAR=1U=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物共一百四十页I=100kAR=1U=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备(shbi)共一百四十页设备(shbi)R=1i=100kAU=100kV3m3m设备接地(jid)与防雷接地(jid)分开共一百四十页设备(shbi)i=100kAU=100kVU=0V220V信号线设备接地(jid)

7、与防雷接地(jid)分开的电位共一百四十页i=100kAU=100kVU=0V220V设备(shbi)设备与防雷接地分开人身(rnshn)不安全共一百四十页i=100kAU=100kVU=0V220V设备(shbi)设备与防雷接地(jid)分开设备损坏共一百四十页设备(shbi)i=100kAU=100kVU=100kV220V设备采用(ciyng)共用接地方式共一百四十页i=100kAU=100kVU=100kV220V设备(shbi)设备采用共用(n yn)接地方式共一百四十页设备(shbi)i=100kAU=100kV220V连接SPD的等电位(din wi)防雷效果共一百四十页直击雷、

8、静电感和电磁感应都会使雷电沿高压输电(shdin)线路引入用户端高压输电线路(xinl)雷电引入共一百四十页配电柜L1L2L3接地线10kAR=410kAU=40kV雷电(lidin)进入变压器前端共一百四十页配电柜L1L2L3接地线10kAR=410kAU=40kV雷电(lidin)进入变压器前端共一百四十页配电柜L1L2L3接地线SPDU=40kVU=40kVR=410kA10kA雷电(lidin)进入变压器前端共一百四十页配电柜L1L2L3接地线SPD设备(shbi)接地线信号线U=40kV雷电(lidin)进入变压器后共一百四十页雷电(lidin)流流向分配共一百四十页建筑物内有电源线

9、(三芯)和服务牲管线,设雷电(lidin)流I=100kA,雷电流50%入地,进入电源线的雷电流:I线=100/2/2/3=8.3kA雷电流流向(li xin)分配共一百四十页 KA It us1035010/350S模拟直接雷击(lij)流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax直接(zhji)雷击模拟波共一百四十页 KA It us8208/20S模拟感应(gnyng)雷电流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax雷击(lij)过电压是高达几千甚至上万伏，微秒级的电脉冲。感应雷击模拟波共一百四十页it20 S8 S10 S350 S从能量(nngling)守恒定律得

10、:i82 * R * t8 = i102 * R * t10Ri10/350S与8/20S的关系(gun x)共一百四十页i对两个(lin )电流波进行积分得: 0 i82(t) * R * dt = 0 i102(t) * R * dt解得: i8 = 5.6 i10, 取值:i8 = 6 i10Rt20 S8 S10 S350 Si共一百四十页电源(dinyun)线路浪涌保护器标称放电电流参数值保护分级LPZ0区与LPZl区交界处LPZl与LPZ2、LPZ2与LVZ3区交界处 直流电源标称 放电电流(kA)第一级标称放电电流*(kA)第二级标称放电电流(kA)第三级标称放电电流(kA)第四

11、级标称放电电流(kA)8/20s10/350/s8/20s8/20s8/20s8/20sA级20804020lO lOB级15604020 直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电流l0kA适配的SPDC级12.55020D级l2.55010 注：SPD的外封装材料应为阻燃型材料。 *第一级防护使用两种波形的说明见条文说明。共一百四十页假设：设备(shbi)与设备和配电柜的接地线是独立分开设备A（机房）设备B(现场)信号线电源线电源线信号线设备A设备B电源线电源线PE-APE-BL1L2L3N配电柜PE共一百四十页电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kAii地面雷电(

12、lidin)损坏设备的路径共一百四十页电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1SPD与设备(shbi)接地共一百四十页电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1雷电损坏(snhui)设备的两大参数1.过电流 2.过电压共一百四十页电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=0VU=5kVSPD与设备(shbi)接地分开的防雷效果共一百四十页电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=VU=5kV设备电源耐压

13、:15002500V设备(shbi)电源耐压共一百四十页电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=V设备电源耐压:15002500VU=5kVSPD与设备接地连接(linji)的防雷效果共一百四十页电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:100V,200VSPD等电位连接(linji)的防雷效果共一百四十页电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:100V,200VSPD等电位连接(linji)的防

14、雷效果共一百四十页电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kV 信号耐压:100V,200VSPD连接信号(xnho)SPD的防雷效果共一百四十页电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1U=5kVU=5kVSPDU=5kVU=5kV连接信号(xnho)SPD的防雷效果共一百四十页it10 S350 S设,铜导线长1m, 截面积10mm2, 电感L=1H, 电阻R=1/1000, 雷电流i=1kA, 导线两端残压U1mi=1kAUU =didt* L + i * R=10310*10-6* 1*10-6 + 103

15、*10-3 = 100+1 = 100 V导线(doxin)的残压共一百四十页2m SPD1000Vi=10kA2000V3000V设备(shbi)防雷工程设计定律(dngl)1m长导线 流过1kA雷电流 产生100V残压共一百四十页电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1SPD2m2000V1500V100V一级SPD的防雷效果(xiogu)共一百四十页电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i1=kASPDR=11500Vi2=1kA多级SPD的防雷效果(xiogu)：前一级分流的雷电流共一百四十页1800V电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA

16、地面i1=kASPDR=1i2=1kA1500V1200V多级SPD的防雷效果(xiogu)共一百四十页1800V电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面SPDR=11200Vi4i4=200Ai3串联(chunlin)多级SPD的防雷效果, 安全阀值: 1500V/200A共一百四十页设备Ai=20kASPDR=116kA4kA800A160A串联(chunlin)电源SPD共一百四十页 输入接线路 输出接设备信号(xnho)SPD共一百四十页设备A设备BPE-APE-BSPDSPD信号电源电源、信号使用(shyng)示意共一百四十页等电位(din wi)接地共一百四十页SPD设备a

17、设备b设备c220VABCIG错误的局部(jb)串联接地方式3mi=1kA300V共一百四十页正确的接地(jid)方式设备a设备b设备cSPDi=1kAi共一百四十页设备A设备BPE-BSPDSPD信号电源1m1m不正确的接地(jid)方式: 信号接地线太长共一百四十页正确(zhngqu)的接地汇集方法共一百四十页i设备C1设备C2PE-BSPDSPD信号电源1miiiCRPEi1i2RCRPE RPE: 1*250 mm2i1 i2 RC :2.5mm2大型机房(j fn)的接地方式共一百四十页 变电站接地网接地整改理由：变电站接地网建设年久，接地装置金属材料 严重(ynzhng)腐蚀断裂，

18、 接地电阻升高。目的：保证均压以及跨步电压和接触电势满足设计 和运行要求 。办法：按常规设计要求新增接地网装置。难点：接地装置接地电阻满足设计要求。共一百四十页降低(jingd)接地电阻方案共一百四十页在高土壤电阻(dinz)率地区要降低接地电阻(dinz)，需要很大的接地面积，按接地网接地电阻公式： 变电站的接地面积(min j)一定,如L1=100米,L2=80米, 接地面积 S=100*80平方米设土壤接地电阻率=1000mR=0.5*1000/8000=5.6共一百四十页 假设：变电站所在位置的土壤电阻率=1000m， 设计(shj)接地电阻R=0.5，则需接地面积S： =*=1000

19、*1000（m2）1000m1000m变电站地网面积(min j)共一百四十页 传统方法 扩大面积:根据公式R=0.5* /S，S，R变电站征地面积一定(ydng),扩大面积,成本高;原地(yun d)网扩大地网大扩地网扩大接地网共一百四十页增加地网(d wn)的埋设深度:如深埋均压网水平接地体，根据公式R=0.5* /S， ，R效果不明显;地网(d wn)埋深1-3米均压网增加地网的埋设深度共一百四十页 利用自然接地体:变电站均压接地网与控制室建筑(jinzh)基础地网相连，属站内地网，基本没有效果;均压网基础(jch)地网利用自然接地体共一百四十页 换土法(tf):将变电站范围内的高土壤电

20、阻率土质换成低土壤电阻率土质，降低，此办法在站内施工，工作量大,成本高，基本没有效果。均压网高土壤(trng)电阻率土质低土壤电阻率土质换成低土壤电阻率土质共一百四十页 传统方法 化学处理:如施放(shfng)降阻剂,腐蚀性大,地网寿命在5年以内,成本高,效果不明显 禁止使用降阻剂的呼声越来越高采用降阻剂处理水平地网效果差： 主要作用降低接触(jich)电阻 海勃湾220kV发电厂采用60t降阻剂处理水平地网，接地电阻基本没变 胶南110kV变电站地网动用30万元的降阻剂，基本没效采用降阻剂处理接地地网共一百四十页 传统方法 长垂直接地极： 如：打深井或深孔爆破法，有一定效果，但不一定达到接地

21、电阻设计值，深孔爆破法的效果与地质结构(jigu)有关，成本较高打深井或深孔爆破(bop)法共一百四十页 由于接地网内的土壤电阻率极高，接地电阻很难降下来， 如果采用电阻率较低的材料如降阻剂，将接地网内的所有土壤用降阻剂来替换，并辅助打多口深井，即将接地网等效于一个(y )半球接地体，如下图所示： 半球接地(jid)体示意图r为半球接地体的半径 其接地电阻的公式：半球接地体共一百四十页设,变电站土壤电阻率=1000m，设计接地电阻值R=0.5, 需将半球接地体的半径r扩至：r=/(2)=1000/(23.140.5)=318(m)如用打深井放降阻剂，则应打很多个300多米深的井，这样做成本(c

22、hngbn)很高,也不是理想的解决办法。 318mr=318m半球接地(jid)体的 半径与深井半球接地体的半径与深井共一百四十页 如果能将大于接地半球r的土壤电阻率降下来，接地电阻值R就可以降下来。我们采用(ciyng)向土壤施放电解质的方法来降低土壤电阻率。 降阻方案(fng n)共一百四十页 DK-AG电解地极，是在铜管内填装无毒化合物晶体，铜管上的呼吸孔吸收土壤的水分，使化合物晶体变为电解质溶液，并向四周流入土壤，在土壤中形成了成片导电率良好的电解质离子土壤，电解质液可向砂质粘土的纵深方向和岩石表面的四周渗透，使原来导电率极差的砂岩地质结构(jigu)形成了一个良好的电解质导电通道，从

23、而大范围地降低了土壤电阻率。电解地极(dj)降阻原理共一百四十页最新技术(jsh)电解质电解质电解质电解质斜井口外引(wi yn)接地体电解地极降阻原理共一百四十页DK-电解(dinji)地极共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页 设N为电解(dinji)地极的数量，由公式： R0为原地网（或地基）的接地电阻； R 为地网设计接地电阻；为土壤电阻率； k为系数 当：200.m，k取3 200500.m，k取4 5001000.m，k取4.5 1000.m，k取5电解(dinji)地极的数量共一百四十页变电站接地(jid)共一百四十页 在地网(d wn)改造的过程中做了一组

24、比较数据：斜井打完后，先放入505的热镀锌扁钢，灌水后测量接地电阻，后放置DK-AG电解地极灌水后测量接地电阻。见下表：钻井后扁钢与电解地极的效果比较表：钻井编号扁钢接地电阻（）电解地极接地电阻（）扁钢长度（m）电解地极（套）9.51.520099.21.420098.21.03001312.51.7200911.31.620099.11.23001311.21.6200910.91.32009惠州500kV博罗(b lu)变电站地网改造工程共一百四十页斜井(xi jn)施工现场共一百四十页施工现场共一百四十页施工现场共一百四十页施工现场共一百四十页施工现场共一百四十页地壤电阻率的测量(cli

25、ng)原理共一百四十页 变电站与电力(dinl)大楼 二次设备防雷技术共一百四十页 雷电入侵楼内设备(shbi)简单地说有路与场两条途径，其中路是指设备(shbi)的配电线路、通信线路、接地线路等，场是指雷击电磁场。引下线、附近(fjn)雷击等引起的楼内电磁场地线通信线配电线地网共一百四十页雷电入侵变电站与电力大楼二次设备途径电源线路：交流电源线路:380V/220V低压配电线路直流电源线路:220V/110V直流配电线路通信线路：通信、控制、采样、语音线路、RS485（RS232等）等数据线、RJ45以态网线、PT、CT、YX、YC等室内(sh ni)线路相互感应：电源线、通信、控制、采样线

26、路等都在电缆层布设，线与线之间可能相互感应共一百四十页变电站与电力大楼二次设备雷电防护原理二次设备感应雷击防护基本原理：接地与等电位，安装SPD，屏蔽，合理布线。使得线路(xinl)与空间都“干净”。共一百四十页接地(jid)与等电位：C、设备就近用10mm2铜线(tn xin)接到接地母排A、采用共用接地方式， 两条主地线， 4*40扁铜（钢）D、SPD就近接到接地母排B、4*40扁铜作接地母排共一百四十页直流屏380V其它(qt)设备交流(jioli)SPD直流SPD或交直流SPD测控等设备信号SPDE信号线电源线其它设备安装SPD共一百四十页屏蔽(pngb)：一端(ydun)接地效果差两

27、端接地效果良好套金属管双层屏蔽能屏蔽90%的雷电。共一百四十页合理(hl)布线：非屏蔽的室外可能感应(gnyng)到雷电的线路与室内线路分开0.5米以上。非屏蔽的强弱电线路分开0.5米以上。强弱电线路各自套金属线槽屏蔽。共一百四十页 可能感应到雷电的交流电源安装交流SPD,直流电源线应安装直流SPD(或交直流共用SPD)来保护。 变电站线路特别是控制线路非常(fichng)多，不可能每条都安装SPD保护，应在主要通道上安装SPD来保护。 目前主要参考标准为： GB50057建筑物防雷设计规范 GB50343建筑物电子信息系统防雷技术规范 DL548电力系统通信站防雷运行管理规定二次设备雷电防护

28、(fngh)原则及相关标准共一百四十页总配电、楼层配电、机房配电、 UPS输出安装(nzhung)电源防雷器直流输出配电根据情况安装电源防雷器微波馈线、栽波通信线安装高频信号防雷器楼内五类线、语音线、2M口线等根据情况安装通信防雷器各机房设置接地母排强弱电线路分开布设，并各自屏蔽，设备外壳良好接地通信中心微波信息中心自动化中心调度中心客服中心配电室380V48VUPS输出载波光纤网线数据线二级交换机共一百四十页交直流配电(pi din)线防雷方案站用变备份(bi fn)交流屏直流屏通信保护测控主控后台监控UPS48V整流直流母线共一百四十页中控室主要通道(tngdo)信号线防雷方案交流(jio

29、li)屏直流屏通信保护测控主控后台监控PT、CTM光纤载波等GPSRJ45网线485CAN485语音线等CTPT去调度经布线层等的主要通信线安装SPD。屏内的232等通信线不须安装SPD共一百四十页接地(jid)与屏蔽屏蔽(pngb)措施:机柜接地有良好的屏蔽作用,采用屏蔽电缆.C、设备及需接地的点就近接地排(槽钢)。B、主地线4*40扁铜以上铜或钢(2条以上)A、共用接地方式变电站地网共一百四十页野外电网(dinwng)变压器 防雷接地工程共一百四十页农村电网(dinwng)现状共一百四十页整改(zhn i)方案共一百四十页共一百四十页农村用电变压器防雷示意图共一百四十页安全防范(fngfn)工程防雷共一百四十页 安全防范工程防雷持点安防监控部分多数为露天安装且线路长安防系统各部分的接地体相对独立(dl)传输线路容易产生雷电感应过电流、过电压接地电阻很难降低共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页共一百四十页S0.3（Ri + 0.1Lx） （m）共一百四十页有线传输(chun sh)信号监控系统共一百四十页光纤传输(chun sh)信号监控系统共一百四十页雷电(lidin)预警共一百四十页雷电监控及预警系统 雷电是一种复杂的自然现象，雷电形成过程中伴随着有