变电站防雷保护与防雷范围计算2017_第1页
变电站防雷保护与防雷范围计算2017_第2页
变电站防雷保护与防雷范围计算2017_第3页
变电站防雷保护与防雷范围计算2017_第4页
变电站防雷保护与防雷范围计算2017_第5页
已阅读5页,还剩42页未读 继续免费阅读

下载本文档

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

变电站防雷保护与防雷范围计算2017第一页,共47页。变电站防雷保护与防雷范围计算☆雷电知识简述☆变电站防雷措施☆避雷针保护范围计算(滚球法)☆接地体及接地网

晋煤供电第二页,共47页。☆第一章雷电知识简述雷电的实质是一种气体放电现象,叫做大气过电压。雷电的实质是云团在大气中上下翻滚不断的摩擦碰撞而使某些云团带正电荷,而某些云团带负电荷,当两个云团接近到一定距离时,击穿大气互相放电的过程,这就是人们在天空经常看到的雷电,当带电云团接近大地附近的比较高的建筑物或者物体时,会在建筑物或比较高的物体中感应出相反的电荷,会产生雷云对大地的放电,即我们经常说的雷击现象,遭受雷击时,会产生很大的雷电流和雷电压,对于建筑物及设备甚至人身都会产生极大的威胁。通常建筑物遭受雷击都是下形雷造成的,下形雷主要是指雷电由雷云向地面建筑物行进的,反之称为上形雷,比较少见。雷电的种类通常有三类,比较常见的是线形雷。片形雷比较少见,另外有时候还能看到球形雷。

晋煤供电第三页,共47页。☆第一章雷电知识简述

雷电通常有直击雷、感应雷和雷电侵入波三种形式。

直击雷

带电荷的雷云电压可以达到几亿伏特,当雷云接近地面并对地面物体放电时,就是我们常说的雷击,这种情况会发生激烈放电,并伴随着闪电和雷鸣称为直击雷,雷电的放电过程通常分为先导放电、主放电和余光三个阶段。

感应雷也叫作感应过电压或雷电过电压,一般有静电感应和电磁感应两种。静电感应的产生是由于雷云接近地面建筑物,在建筑物顶端感应出大量异性电荷,而雷云并没有对建筑物放电,当雷云对其它物体或雷云放电时,建筑物中的电荷会失去束缚,而沿着建筑物传播,这就形成了静电感应。电磁感应是因为雷电流会在周围产生强烈变化的电磁场,而变化的电磁场会使周围的导体产生很高的感应电压。

雷电侵入波指的是雷击过程中,产生的冲击波沿着高压输电线路传播。

晋煤供电第四页,共47页。☆第一章雷电知识简述

※危害雷击的破坏主要包括电作用的破坏、机械作用的破坏和热作用的破坏三个方面。电作用的破坏主要有产生几百万伏的冲击电压能损坏电气设备的绝缘,造成大面积停电甚至设备的报废,高电压损坏绝缘的同时,产生电火花或者爆炸事故的发生,另外,巨大的雷电流可能引发周围产生强电场,可能导致触电伤亡事故的发生。机械作用主要是雷电流通过被击物时,产生大量的热量,使气体气化膨胀可能导致爆炸,另外,由于电动力的产生,也可能损坏电气设备。热作用的破坏主要是雷电流通过导体,产生的大量的热量可能引发火灾,如果接触到易燃易爆物,则可能发生爆炸。

晋煤供电第五页,共47页。

☆第一章雷电知识简述

雷电的放电过程基本上可以分为三个阶段,即先导放电、主放电和余光三个阶段。

雷电放电原理雷电放电的雷电流波形

晋煤供电第六页,共47页。☆第二章变电站防雷措施

晋煤供电通过前面对雷电知识的简单介绍,大家都知道雷电的危害极大。对于电力系统中的变电站而言,站内电气设备正常运行时,设备的绝缘水平都处于正常的工作电压之下,设备的绝缘不会遭到损坏,但是当雷电发生时,雷电过电压和雷电过电流会侵入电力设备,使电力设备的绝缘遭到破坏,超过了电气设备正常的绝缘水平,雷电直接击中电气设备,会产生巨大的雷电流和雷电压,当通过设备时,会产生电作用和热作用甚至机械作用的破坏。另外雷云在空中漂浮时,会在架空线路上感应出相反的电荷,当雷云离开时或者雷云对地建筑物放电时,架空线路中的感应电荷失去束缚,会沿着输电线路传播进入变电站,这就是我们说的感应过电压也就是感应雷。都会造成变电站电气设备的损害。所以对变电站的雷电防护尤其重要。第七页,共47页。☆第二章变电站防雷措施

晋煤供电※变电站的防雷措施

主要分为外部防护和内部防护。

外部防护即把雷电通过接闪器接收,通过引下线导入大地把雷电流泄露到大地中。第二是阻塞防护,即阻塞沿着输电线路或信号线侵入的过电压,此种防护不仅用于雷电过电压防护也适用于内部过电压防护。第三,限制被保护设备上的过电压幅值,主要由避雷器实现。避雷针、避雷网和避雷带及其引下线和接地体构成了外部防雷系统,主要是对建筑物实施防雷保护的。

内部防雷则是防止内部过电压对电力设备的危害,是外部防雷系统无法满足对于内部过电压的危害,为了防止内部过电压的危害,需要对电缆及保护设备进行等电位连接。因为雷电引起损害的原因也是有巨大电位差的存在,对于防雷的等电位连接,需要对进出线电缆,信号线,金属管道等都需要与避雷器进行等电位连接,首先进行局部等电位连接,最后还要进行主等电位连接。第八页,共47页。☆第二章变电站防雷措施

※具体防护措施:因为对于下形雷来说,雷电直接击打变电所电气设备上,或者架空线路上的感应过电压都会以雷电波的形式侵入变电所,所以如何对直击雷和雷电侵入波的防护称为变电站防雷的关键点。

直击雷的防护,主要采用的措施是避雷针,避雷针把雷电引向自身,并把雷电流泄漏到大地中,整个变电站的建筑物和整个电力设备的全部必须在避雷针的保护范围内,对于避雷针的保护范围,在下章会做整体介绍。

雷电侵入波的防护,主要是在进线上加装避雷器。

晋煤供电

第九页,共47页。☆第三章避雷针保护范围计算

变电站防雷装置种类繁多,但是常用的防雷装置主要有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带以及避雷器比较常见。

避雷针主要是对整个变电站的建筑物实施防雷。

避雷线主要是对高压输电线路以及进出变电站的线路实施防雷保护。

避雷网和避雷带也同样是对建筑物防雷。

避雷器主要对电力设备实施防雷保护的。

无论哪种防雷装置,总体上都是由三大部分组成分别称为接闪器、引下线和接地装置三部分。

接闪器主要是接受雷击的部件,一般突出于建筑物或建筑物的金属屋顶都可做接闪器,主要是把雷电引向自身,通过自身放电保护周围建筑物的,例如避雷针、避雷线、避雷网和避雷带突出上面的部分都称为接闪器。引下线主要作用是通过雷电流,保证雷电流通过时不至于融化引下线,一般用直径不小于10mm的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成。接地装置指的是埋在地下的部分,防雷装置的接地装置与一般的接地装置基本相同,所不同的是防雷装置的接地体更大。

晋煤供电第十页,共47页。

避雷针

避雷针也称为引雷针,主要是把雷电引向自身,通过自身放电保护建筑物,避雷针高于被保护建筑物,避雷针保护建筑物的大体范围如下图所示。一般称避雷针的保护范围为伞状保护,避雷针在雷云的作用下,其顶端电场强度最大,所以吸引雷电流过来通过避雷针放电,之后通过引下线和接地体把雷电流泄入大地,保护建筑物安全。

晋煤供电第十一页,共47页。

避雷针图常见接闪器外形图避雷针一般用镀锌钢管制成,避雷针的直径不得小于下列数值:针长1m以下圆钢12mm,钢管20mm针长1~2m圆钢16mm,钢管25mm

晋煤供电第十二页,共47页。

避雷针

※避雷针的保护范围计算

避雷针的保护范围的计算方法,国际电工委员会IEC推荐使用滚球法来确定,也可以使用折线法来确定,对于同一类型的避雷针,采用滚球法的精确度要高于折线法。

GB50057-2016规定采用滚球法来确定接闪器的保护范围。雷电的放电过程比较复杂,收到很多因素的影响,所以绝对保证不受雷击是不现实的。在保护范围内,尽可能的保护被保护物不会遭受雷击,我国的保护概率是按照99.9%确定的,这个雷击概率是完全可以接受的。

晋煤供电第十三页,共47页。

避雷针的保护范围计算

晋煤供电滚球法:假想有一个以雷击距为半径的假想球体从天空而降,沿随机路径逼近地面或地面上物体,球体最先触及的且处于地电位的点,是最可能的雷击点。第十四页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)原理当雷云的下行先导向地面上被保护物体发展时,处在高处的接闪器率先将先导引向自身,使雷击发生在接闪器上,让强大的雷电流经引下线和接地装置泄入大地,从而使被保护物体免遭直接雷击。因此,常规接闪器——避雷针的真正功能不是避雷,而是引雷,靠“自我牺牲”,来换取其下面的物体得到保护。

晋煤供电第十五页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)定义滚球法:是指以某一定半径hr的球体,沿需要防直击雷的部位滚动,当球体只触及接闪器(包括被利用作为接闪器的金属物),或只触及接闪器和地面(包括与大地接触并能承受雷击的金属物),而不触及需要保护的部位,则该部分就得到接闪器的保护。图中阴影部分为该接闪器的保护范围。

晋煤供电建筑物hr接闪器第十六页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)☆滚球法特点以雷击距为基础,将滚球半径与雷电流幅值联系起来,其保护范围能反映与雷电流幅值的相关性。《建筑物防雷设计规范》GB50057-2016中取雷击距经验公式为:hr=10Im0.65[Im=(hr/10)1.54]Im:雷电流幅值(kA)hr:滚球半径(吸引半径)(m)

强雷(雷电流幅值较大)对应的滚球半径大;弱雷(雷电流幅值较小)对应的滚球半径小。典型值:30m5.4kA;45m10.1kA;60m15.8kA

晋煤供电第十七页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)

同样的接闪器,选择不同的滚球半径,确定的保护范围是不同的;滚球半径越小,确定的保护范围就越小;也就是说弱雷(雷电流幅值较小)时,保护范围较小。幅值较小的雷电流可能穿越较大滚球半径对应的保护范围,击中被保护物体。

晋煤供电第十八页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)滚球半径的选择

根据建筑物的防雷类别,选择合适的滚球半径,确定接闪器的保护范围,设计建筑物的直击雷防护系统。《建筑物防雷设计规范》GB50057-2016中规定:

晋煤供电第十九页,共47页。

避雷针的保护范围计算(滚球法)滚球法的应用1.确定接闪器的保护范围

2.设计直击雷防护装置以下针对

1.单支避雷针

2.双支避雷针(等高的)

晋煤供电第二十页,共47页。

单针的保护范围计算

晋煤供电单针保护范围的立体图,为一对称的圆弧曲面锥体第二十一页,共47页。

单针的保护范围计算根据滚球法定义,通过作图法确定单支避雷针的保护范围,分两种情形:

1.避雷针的高度h≤hr2.避雷针的高度h>hrh≤hr:

晋煤供电步骤:离地面hr高度作一平行线平行于地面以避雷针的针尖为圆心,hr为半径画弧,交平行线与A、B两点分别以A、B为圆心,以hr为半径画弧,两弧交于针尖,并与地面相切将圆弧以避雷针为轴,旋转180度,所得的圆弧曲面圆锥体就是单支避雷针的保护范围。rhhhrAB地面第二十二页,共47页。

单针的保护范围计算

晋煤供电问题:h已知,求在hx高度上的保护半径rx?(公式法确定保护范围)hx:建筑物高度

rx:为hx高度上的保护半径

r0:地面上的保护半径

h:避雷针的高度第二十三页,共47页。

单针的保护范围计算

晋煤供电解:根据勾股定理通常设计避雷针时,hx已知,滚球半径hr也已知,因此r1已知。因为,解方程可得:若已知r0=r1+rx,可得

取(h≤hr)

hrABhrhxrxr1r0=rx+r1h地面横截面r0hr-hhr第二十四页,共47页。

单针的保护范围计算

也就是说,如果下列变量已知:1.滚球半径hr单针的高度h2.辅助变量r1

建筑物高度上单针的保护范围rx可求。

晋煤供电※实际需用的针高与h的关系1、独立针,针高=h;2、非独立针,针高=h-建高特别提醒第二十五页,共47页。

单针的保护范围计算

h>hr时,在避雷针上截取高度为hr的一点,代替避雷针针尖为圆心,其他步骤同h≤hr。特点:1)在h>hr时,避雷针保护范围不随针高再增大

2)在h-hr部分,将会出现侧向暴露区,在避雷针的该部分上将会遭受侧面雷击。

晋煤供电第二十六页,共47页。

双针的保护范围计算等高双针

分析条件:1)h≤hr2)两针的距离

D=2r0,两圆相切,各按单针设计

D>2r0,两圆不交,各按单针设计D<2r0,两圆相交其中,r0为单针地面保护半径

晋煤供电第二十七页,共47页。

双针的保护范围计算等高双针保护的立体图特点:1.两侧和单针保护范围相同

2.两针间保护区域上边线为一段圆弧(端点为两针针尖)

晋煤供电第二十八页,共47页。

双针的保护范围计算问题:如何确定等高双针的保护范围1.两侧和单针保护范围相同2.C、E两点为两侧滚球在地面的切点,位于两针间连线的垂直平分线上。3.两针间保护区域上边线为一段圆弧,弧AFB的半径为:R=OA=OB=弧上任一点F有如下式子成立:

晋煤供电地面上保护范围的截面FOCEBADxhrhhxFAOB保护范围RBAOhrhrhr-hx地面上保护范围的截面FOCEBADxhrhhxFRBAOhrhrhr-hx轴线上的第二十九页,共47页。

双针的保护范围计算4.两针之间的保护范围保护范围轴对称

以ACB为例:在任一保护高度hx和C点所处的垂直平面上,以hx为假想避雷针高,按单支针的方法逐点确定

晋煤供电第三十页,共47页。

双针的保护范围计算等高双针在高度为hx平面上保护范围平面图

确定任意平面上保护范围截面的方法:以单支避雷针的保护半径rx为半径,以A、B为圆心作弧线与四边形AEBC相交;以单支避雷针的(ro-rx)为半径,以E、C为圆心作弧线与上述弧线相接。如图阴影部分所示。

晋煤供电r1r0rxBACE第三十一页,共47页。

双针的保护范围计算问题:如何设计等高双针全保护?步骤:

1.列出关系式单针地面保护半径:辅助变量:

单针在hx高度的保护范围:共有四个变量:h,hr,hx,rx,已知三个,可求另一个,一般,求避雷针高度h,因此必须已知hr,hx,rx。分析:滚球半径hr已知,hx(被保护物体的高度)已知,rx(避雷针在hx上的保护半径)未知。

晋煤供电第三十二页,共47页。

双针的保护范围计算2.几何图解法确定rx步骤如下:

晋煤供电(1)做避雷针A、B的垂直平分线CD(2)在垂直平分线上找到一点G,使

,H是CD线上建筑物边上的一点。(3)以G为圆心,以GH长为半径做弧S(4)连接AG,BG,与弧S相交于E、F点(5)以A、B为圆心,以AE、BF为半径作圆,即为所求rx圆

AE=BF=rx(6)用勾股定理求出rx,或者量出长度,按比例计算(比例图)rxABCDHr1建筑物GG‘EFS第三十三页,共47页。

双针的保护范围计算3.计算避雷针高h

将rx代入公式,(r1已知)求解一元二次方程得出因为,讨论的是h≤hr的情形即为避雷针高度

晋煤供电

第三十四页,共47页。☆第四章接地体及接地网

变电站的接地主要是为了安全考虑而设计的,接地的合理性决定了人身和电气设备的安全,接地系统中主要包含两部分,分别称为接地体和接地线,接地体是指直接埋入土壤中的部分,而接地线指的是连接接地体和设备的部分。如下图所示,接地系统中包括接地干线和支线。把多个接地体组成的接地系统称为接地网。

晋煤供电图接地网示意图第三十五页,共47页。☆第四章接地体及接地网变电站接地的分类

变电站接地比较常见的有三种分别为:

※工作接地

保护接地

※防雷接地

晋煤供电第三十六页,共47页。☆第四章接地体及接地网工作接地三相电力系统的连接方式有星形连接和三角形连接,当电源如果采用星形连

接的时候,会有一个中性点的存在,中性点可以引出接地,也可以不接地。

是要根据电力系统运行的需要设置的,如果是要求接地的,根据电力系统电

压等级的要求,接地电阻一般在0.5~10Ω范围内,如果超出此范围,势必

影响系统的安全性。保护接地把电气设备裸露的金属外壳通过接地线接入接地体,主要是为了人身安全而设置的,它在设备外壳故障时才发挥作用,正常运行时是对系统没有影响的。防雷接地为了泄放雷电流而设置的接地体,防雷接地电阻值也不能过高,防止泄放雷电流的时候地电位的升高。

晋煤供电第三十七页,共47页。☆第四章接地体及接地网变电站接地网的敷设要求:接地体和接地线构成了变电站的接地网,对于接地体而言,主要包括两种,自然接地体和人工接地体。当自然接地体满足接地电阻的阻值要求和热稳定要求时,可以不专门装设人工接地体,自然接地体的好处是比人工接地体投资小很多,一般来说,建筑物埋设与地下的钢筋结构,埋设在地下的金属水管、井管等等,但是不能是输送可燃性或爆炸性的管道,当自然接地体不满足要求时,必须装设人工接地体。接地体内部的连接需要进行焊接以保证连接的可靠性。人工接地体一般采用圆钢或角钢,不能埋设在垃圾处或有腐蚀性场所的地方,如果不得不这样做,需要采用换土的方法来进行处理。同理接地线也分为人工接地线和自然接地线两种,选择的方法与接地体的选择类似。

晋煤供电第三十八页,共47页。☆第四章接地网与接地体

晋煤供电接地装置的埋设常见的有两种,垂直埋设的接地体和水平埋设的接地体。如下图所示。图接地体埋设方法第三十九页,共47页。☆第四章接地网与接地体

晋煤供电

一、水平接地网的设计

《GB/T50065-2011》中规定变电站水平接地网应符合下列要求:1、水平接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极,变电站接地网除应利用自然接地极外,还应敷设人工接地极。2、当利用自然接地极和引外接地装置时,应采用不少于2根导线在不同地点与水平接地网相连接。3、变电站的接地网,应与110kV及以上架空线路的地线直接相连,并应有便于分开的连接点。6kV—66kV架空线路的地线不得直接和变电站配电装置架构相连。变电站接地网应在地下与架空线路地线的接地装置相连接,连接线埋在地中的长度不应小于15m。第四十页,共47页。☆第四章接地网与接地体变电站接地网除应利用自然接地极外,应敷设以水平接地极为主的人工接地网,并应符合下列要求:1、人工接地网的外缘应闭合,外缘各角应做成圆弧形,圆弧的半径不宜小于均压带间距的1/2,接地网内应敷设水平均压带,接地网的埋设深度不宜小于O.8m。2、接地网均压带可采用等间距或不等间距布置。3、35kV及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处,应铺设沥青路面或在地下装设2条与接地网相连的均压带。在现场有操作需要的设备处,应铺设沥青、绝缘水泥或鹅卵石。4、6kV和10kV变电站和配电站,当采用建筑物的基础作接地极,且接地电阻满足规定值时,可不另设人工接地。

晋煤供电第四十一页,共47页。☆第四章接地网与接地体人工接地极:水平敷设时可采用圆钢、扁钢;垂直敷设时可采用角钢或钢管。

腐蚀较重地区采用铜或铜覆钢材时,水平敷设的人工接地极可采

用圆铜、扁铜、铜绞线、铜覆钢绞线、铜覆圆钢或铜覆扁钢;垂

直敷设的人工接地极可采用圆铜或铜覆圆钢等。

在接地导体(线)引进建筑物的人口处应设置标志。明敷的接地导体(线)表面应涂15mm-100mm宽度相等的绿色和黄色相间的条纹。

晋煤供电第四十二页,共47页。☆第四章接地网与接地体

变电站电气装置中电气装置接地导体(线)的连接,应符合下列要求:1)采用铜或铜覆钢材的接地导体(线)应采用放热焊接方式连接。钢接地导体(线)使用搭接焊接方式时,其搭接长度应为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。2)当利用钢管作接地导体(线)时,钢管连接处应保证有可靠的电气连接。当利用穿线的钢管作接地导体(线)时,引向电气装置的钢管与电气装置之间,应有可靠的电气连接。3)接地导体(线)与管道等伸长接地极的连接处宜焊接。连接地点应选在近处,在管道困检修而可能断开时,接地装置的接地电阻应符合本规范的要求。管道上表计和阀门等处,均应装设跨接线。

晋煤供电第四十三页,共47页。☆第四章接地网与接地体4)采用铜或铜覆钢材的接地导体(线)与接地极的连接,应采用放热焊接;接地导体(线)与电气装置的连接,可采用螺栓连接或焊接。螺栓连接时的允许温度为250°C。连接处

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论