《变电站避雷针保护范围的计算案例》2900字

变电站避雷针保护范围的计算案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u8113变电站避雷针保护范围的计算案例综述 1176731.1.1避雷针的介绍 1192881.1.2避雷针保护范围相关计算 2181521.1.3变电站所需避雷针验算 5避雷针的介绍避雷针最早于18世纪被富兰克林按照雷雨天中导电的风筝线所发明。正如雷暴天空中高耸而接闪的风筝一样，避雷针通过高于所保护的电气设备从而更快的形成尖端放电，将雷电的先导放电传导到大地。避雷针将雷电流引下之后通过埋在地下的接地泄流地网释放电荷，因此我们可以看出：避雷针需要有稳定牢固的接闪线和较小接地电阻。在雷暴天时，天空中的大量雷云产生大气放电并使地面的感应带电导体产生过电压，而这些感应电荷由于电荷密度更大而尖端放电。天空与大地之间的接触面积小但是电荷量大，所以就很容易发生击穿。这就出现了闪电击中于避雷针之上的情况。由于避雷针的接地电阻较小，这就可以将巨量的雷电流或电荷通向大地，闪电也自然不再理睬或影响避雷针之下的电气设备了。避雷针可装为单根独立，也可安在别的设备上。由于后者可以直接安于设备之上可以节约占地面积，又可以利用配电装置的接地部分。相比前者有更高的经济型，但是在雷击架构避雷针时，若35kv以下装置容易发生绝缘被保护处的电压高于别处的事故从而造成更大的破环。所以我国规定布置独立的单根避雷针防护35kv及以下的配电设备。110kv及以上可以采用将他安装在其他物品上。在安装独立避雷针时我们需要注意两点。一是避雷针应与相邻配电设备以及它的接地装置之间保持距离，这个距离包括地面之上以防空气间隙被击穿的空气间距；地面之下与相邻设备防止两者下方土壤被击穿的土壤长度。按照我国规定及一般计算，一般地上应大于五米，地下土壤中距离大于三米。二是它能庇护的地域面积问题。避雷针的作用区域如同一个展开的大伞，具体的相关数据我们在之后进行讨论。俗话说“天下没有不透风的墙”，我们不可能认为处于保护范围之内的所有设备都不会受到雷击影响。所以我国规定若在避雷针保护范围内的绕击率小于等于0.1%就是一个保护性能可靠的避雷针了。避雷针保护范围相关计算一、单支避雷针图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s11单只避雷针保护的范围如图所示，当避雷针为单根时保护区域是一个伞状的曲线圆锥。在它的上下两部分为不同斜率。保护范围的半径具体计算如下：hx≥ℎ2： rhx<ℎ2： rx式中：h——避雷针整体高度，m；P——高度修正系数。（2-1，2-2）中当h≤30m时P=1；当30m<h≤120m时P=30从上面计算发现随着避雷针越高，相应的P越小。特别高的避雷针反倒性价比变小，为扩大范围可采用多根一起保护。（二）一对一样高的避雷针图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s12一对一样高避雷针的防护区域两者之间的共同保护范围大小为： ℎ 2b式中：h——避雷针的整体全高，m；ho——所保护最低处离地高，m；2bx——一定高度上最窄长度，m；D——两避雷针之间的间距，m；Ｐ——高度修正系数，同单根时随避雷针高度而变化。在计算中先确定避雷针们保护的边缘的最小宽度bx和变电站中最高点hx。我们可以在得到这个高度的防雷情况。可以得到在垂直于地面且面向两避雷针最窄处的截面上bx与hx的关系如图2-2右上角所示，在地平面上(hx=0)时，bx最大为1.5倍h0。通过上图可以发现当两针离得越远，他们的保护范围的高度也会变得越来越小，防护最窄处的宽度也越来越细。所以避雷针之间不可离得太远。一般情况下他们的距离不应大于5倍其高度。（三）两避雷针高度不一样图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s13两避雷针不同高度时保护范围（四）避雷针根数为三及以上时图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s14a.三角形布置时情况b.四根时情况三根时计算和之上类似。然后可以按照电气设备最高位置处的水平面上判断每两个避雷针之间的最窄保护范围宽度大于0（并不是没有防护）的情况下就可以认为中间部分可以收到三避雷针的共同防护，具体情况如图2-4（a）。当避雷针根数为4或四针以上时，我们可以按照其中每三根避雷针的共同防护情况判断是否在电气设备最高点处的保护范围最窄宽度大于等于0，从而确定在这些避雷针整体保护范围的中央区域是否有防护状态，具体情况如图2-4(b)。变电站所需避雷针验算根据任务书预设，我们需要对这个大小为90*70*10m的变电站进行避雷针架设。所以一定要将所有设备放于其保护中。依据变电站的长方形且防护功能应一致的布局，现可拟用两种避雷针布局方案，一是三根等高针呈等边三角形布局；二是四根呈长方形布局。方案Ⅰ采用三支等高避雷针图图STYLEREF1\s2SEQ图\*ARABIC\s15当任务变电站用三根避雷针保护时的范围（单位：m）在此设计图中，外围粗线是变电站围墙的范围，由于变电站配电装置距离围墙12米，所以具体有配电装置的范围大致是图中mnpq虚线范围，我们将避雷针采用等边三角形布局分别安装至A、B、C处，在等边三角形布局中AB、BC、CA的相距长度相等均为60m。图中h为避雷针的全高，hx可预设为配电装置中的最高点为10米，在变电站中两针之间共同保护范围也应高于10米。由图2-5可见，处于变电站边缘mn边的配电设备距离避雷针A点相对B、C点和附近配电装置距离较远，因而应当检验配电设备m或n点处于避雷针保护范围之内。也就是需要将独立避雷针A的保护圆的半径大于等于A到m点的距离。Am=332+3a.设hx≥ℎ2，即10ℎ2时，则20 r 33.14 h=43.14m与所设避雷针高度条件不符相矛盾，舍去b.hx<ℎ2时，即10<ℎ2 r 33.14=（1.5ℎ−2∗10)*解得：h=38.14m成立B、C两避雷针间共同保护距离D长度为60m，再计算避雷针保护范围能否达到全范围，其中包括两避雷针最窄保护宽度是否小于到配电设备的距离和最低高度能否高于配电设备。当h=38.14m时，计算 ℎ0 ℎ0=38.14- ℎ0 bx bx由此数据可知，当避雷针为三根长为38.14米，呈等边三角形布置时可以保护全站方案Ⅱ四根呈正方形布置图图STYLEREF1\s26四根的保护范围示意图（单位：m）如图2-6所示，图中外围粗线是变电站围墙的范围，内部虚线为距变电站围墙12m的配电设备的范围mnpq，预设将避雷针安装于A、B、C、D四点处，整体形状是一个长为60m的正方形布置。由图可知，避雷针之间的联合保护范围的最窄宽度bx=3m，配电设备最高hx=10m。计算AB时 b 3=1.5（ℎ0−10） ℎ0式中：D:两避雷针间的距离为60m 12=ℎ−60设：避雷针高度h<30m，P=1此时：h=20.57m成立由于hx<h/2，rx=(1.5h-2hx)P再对避雷针与相距最远点进行范围大小验算，由于四个避雷针都布局相同，可采用避雷针A与配电设备m计算，其余四点均相同。 Am=7取测试水平高度hx=10m，避雷针高度h=20.57m则， r r所以四个避雷针的保护区域可以覆盖m、n、p、q四点。将对避雷针A、C之间距离验算，此时将最窄宽度bx=0作为极限，判断是否能覆盖整个变电站。此时设最低保护范围为配电设备最高高度：10m D=AC=60 ℎ 10=ℎ−解得：h=22.12m此时结果大于之前所得结果20.57m当避雷针高度为22.12m时，避雷针的保护范