变电所的防雷保护与接地装置的设计知识讲解
防雷保护与接地
二、雷电的分类及危害
直击雷：雷云对地面或地面凸出物的直接放电，称直击雷。当直击雷直接击 于电气设备及线路时，雷电流通过设备或线路泄入大地，在设备或线路上产 生的过电压，称直击雷过电压。 感应雷击：感应雷击是地面物体附近发生雷击时，由于静电感应和电磁感应 而引起的雷击现象。雷击于线路附近地面时，架空线路因静电感应会产生很 高的过电压，称静电感应过电压。在雷云放电过程中，迅速变化的雷电流在 其周围空间产生强大的电磁场，由于电磁感应，在附近导体上产生很高的过 电压，称电磁感应过电压。静电感应和电磁感应引起的过电压，我们称为感 应雷击。 球雷：是一种发红色或白色亮光的球体，直径多在20cm左右，最大直径可达 数米，以每秒数米的速度，在空气中瓢行或沿地面滚动。这种雷存在时间为 3~5ｓ左右。时间虽短，但能通过门、窗、烟囱进入室内。这种雷有时会无声 消失，有时碰到人或牲畜或其它物体会剧烈爆炸，造成雷击伤害。 雷电侵入波：当雷击于架空线路和或金属管道上，产生的冲击电压沿线路或 管道向两个方向迅速传播的雷电侵入波，称为雷电侵入波。雷电侵入波的电 压幅值愈高，对人身或设备造成的危害就愈大。 雷电的危害： 雷电放电过程中，可能呈现出静电效应、电磁效应、热效应及机械效应， 对建筑物或电气设备造成危害；雷电流泄入大地时，在地面产生很高的冲击 电流，对人体形成危险的冲击接触电压和跨步电压；人直接遭受雷击，将危 及生命。
述
一、雷电的形成及特点
雷电的形成： 雷电是自然界中的一种放电现象。雷电放电和一般电容器放电本质相同，所 不同只是这个电容两块极并不是人为制造的而是自然行成的。两块极板有时 是两块云块，有时一块是云块、另一块则是大地或地面上凸出的建筑物。并 且这两块极板间的距离比电容器大得多，有时可达数公里。因此，可以说雷 电是一种特殊的电容器放电现象。大气中的饱和水蒸汽，由于气候的变化， 发生上升或下降的对流，在对流过程中由于强烈的摩擦和碰撞，水蒸汽凝结 成的水滴就被分解成带有正负电荷的小水滴，大量的水滴聚积成带有不同电 荷的雷云。随着电荷的积聚，雷云的电位逐渐升高。当带有不同电荷的两块 雷云接近到一定程度，两块雷云间的电场强度达到25~30KV/cm时，其间的空 气绝缘被击穿，引起两块雷云间的击穿放电；当带电荷的云块接近地面时， 由于静电感应，使大地感应出与雷云极性相反的电荷，当带电云块对地电场 强度达到25~30kV/cm时，周围空气绝缘被击穿，雷云对大地发生击穿放电。 放电时出现强烈耀眼的弧光，就是我们平时看到的闪电，闪电通道中大量的 正负电荷瞬间中和，造成的雷电流高达数百千安，这一过程称为主放电，主 放电时间仅 30~50μS，放电波陡度高达 50KA/μS，主放电温度高达 20000℃， 使周围空气急剧加热，骤然膨胀而发生巨响，这就是我们平时听到的雷声。 闪电和雷声的组合我们称为雷电。于声音传播的速度比光的传播速度要慢得 多 , 所以我们总是先看到闪电 , 而后听到雷声。 雷电的特点是 : 电压高、电流大、频率高、时间短。
防雷和接地设计
防雷和接地设计1.1 引言电气设备在运行中承受的过电压，有来自外部的雷电过电压和由于系统参数发生变化时电磁能产生振荡，积聚而引起的内部过电压两种类型。
按其产生原因，它们又可分为以下几类：雷电过电压分为直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压；内部过电压包括工频过电压（长线电容效应、不对称接地故障以及甩负荷）、谐振过电压以及操作过电压（操作电容负荷过电压、操作电感负荷过电压、解裂过电压和间歇电弧过电压）。
1.2 防雷设计1.2.1变电站的直击雷保护为了避免变电站的电气设备及其他建筑物遭受直接雷击，需要装设避雷针或避雷线，使被保护物体处于避雷针或避雷线的保护范围之内；同时还要求雷击避雷针或避雷线时，不应对被保护物发生反击。
（一）变电站应装设直击雷保护装置的设施1．屋外配电装置，包括组合导线和母线廊道；2．油处理室、燃油泵房、露天油罐及其架空管道、装设油台、大型变压器修理间、易燃材料仓库等建筑物；3．雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和高压屋内配电装置室。
（二）直击雷保护的措施1.对主厂房需装设的直击雷保护，或为了保护其他设备而在主厂房上装设的避雷针，应采取如下措施：（1）加强分流：用扁钢将所有避雷针水平连接起来，并与主厂房内钢筋焊接成一体。
在适当地方接引下线，一般应每隔10~20m引一根。
引下线数目尽可能多些；（2）防止反击：设备的接地点尽量远离避雷针接地引下线的入地点，避雷针接地引下线尽量远离电气设备；（3）装设集中接地装置：上述接地应与总接地网连接，并在连接处加装集中接地装置，其工频接地电阻应不大于10Ω。
2.主控制室及屋内配电装置直击雷的保护措施：（1）若有金属屋顶或屋顶上有金属结构时，将金属部分接地；（2）屋顶为钢筋混泥土结构，将其钢筋焊接成网接地。
综上，对变电所必须进行防雷保护的对象和措施，可见下表：本设计中采用220KV、110KV配电装置构架上装设避雷针，10KV屋内配电装置上装设独立避雷针进行直接保护，钢筋混泥土结构焊接成网并接地，为了防止反击，主变构架上不设置避雷针。
变电所避雷针装设原则
变电所避雷针装设原则1、变电所装设避雷针的原则所有被保护设备均应处于避雷针(线)的保护范围之内，以免遭受雷击。
当雷击避雷针时，避雷针对地面的电位可能很高，如它们与被保护电气设备之间的绝缘距离不够，就有可能在避雷针遭受雷击后，使避雷针与被保护设备之间发生放电现象，这种现象叫反击。
此时避雷针仍能将雷电波的高电位加至被保护的电气设备上，造成事故。
不发生反击事故的避雷针与电气设备之间的距离称为避雷针与电气设备之间防雷最小距离。
2、避雷针与电气设备之间防雷最小距离的确定雷击避雷针时，雷电流流经避雷针及其接地装置，为了防止避雷针与被保护设备或构架之间的空气间隙被击穿而造成反击事故，空气间隙必须大于最小安全净距。
为了防止避雷针接地装置与被保护设备或构架之间在土壤中的间隙被击穿而造成反击事故，空气间隙必须大于最小安全净距。
3、装设避雷针的有关规定对于35kV 及以下的变电所，因其绝缘水平较低，必须装设独立的避雷针，并满足不发生反击的要求。
对于110kV 以上的变电所，由于此类电压等级配电装置的绝缘水平较高，可以将避雷针直接装设在配电装置的构架上，因而雷击避雷针所产生的高电位不会造成电气设备的反击事故。
装设避雷针的配电构架，应装设辅助接地装置，该接地装置与变电所接地网的连接点，距主变压器的接地装置与变电所的接地网的连接点的电气距离不应小于15m。
其作用是使雷击避雷器时，在避雷器接地装置上产生的高电位，沿接地网向变压器接地点传播的过程中逐渐衰减，使侵入的雷电波在达到变压器接地点时，不会造成变压器的反击事故。
由于变压器的绝缘较弱，同时变压器又是变电所的重要设备，故不应在变压器的门型构架上装设避雷针。
由于变电所的配电装置至变电所出线的第一杆塔之间的距离可能比较大，如允许将杆塔上的避雷线引至变电所的构架上，这段导线将受到保护，比用避雷针保护经济。
由于避雷线两端的分流作用，当雷击时，要比避雷针引起的电位升高小一些。
因此，110kV 及以上的配电装置，可将线路避雷线引接至出线门型构架上，但土壤电阻率大于1000Ω•m 的地区，应装设集中接地装置。
110kv降压变电所电气一次部分及防雷保护设计
1 设计说明110KV降压变电所电气一次部分及防雷保护设计1 设计说明1.1 环境条件⑴变电站地处坡地⑵土壤电阻率ρ=1.79*10000Ω/cm2⑶温度最高平均气温+33℃，年最高气温40℃，土壤温度+15℃⑷海拔1500m⑸污染程度：轻级⑹年雷暴日数：40日/年1.2 电力系统情况⑴系统供电到110kv母线上，35，10kv侧无电源，系统阻抗归算到110kv侧母线上U B=Uav SB=110MV A系统110kv侧参数X110max=0.0765 X110min=0.162⑵110kv最终两回进线四回出线，每回负荷为45MVA，本期工程两回进线，两回出线。
⑶35kv侧最终四回出线，全部本期完成，其中两回为双回路供杆输电Tmax=4500h，负荷同时率为0.85⑷10kv出线最终10回，本期8回Tmax=4500 h，负荷同时率0.85，最小负荷为最大负荷的70%，备用回路3 MW，6 MW，cosφ=0.85计算电压等级回路名称近期最大负荷（MW）功率因数cosφ回路数线路长度（km）供电方式35KV 1# 12 0.85 1 25 双回共杆2# 10 0.85 1 25 双回共杆3# 20 0.85 1 23 单回架空4# 10 0.85 1 19 单回架空10KV 1＃ 3 0.85 1 5 架空2＃ 4 0.85 1 4 架空3＃ 2 0.80 1 6 架空4＃ 3 0.80 1 5 电缆110KV降压变电所电气一次部分及防雷保护设计⑸负荷增长率为2%1.3设计任务⑴变电站电气主接线的设计⑵主变压器的选择⑶短路电流计算⑷主要电气设备选择⑸主变保护配置⑹防雷保护和接地装置⑺无功补偿装置的形式及容量确定⑻变电站综合自动化2电气主接线的设计2.1电气主接线概述发电厂和变电所中的一次设备、按一定要求和顺序连接成的电路，称为电气主接线，也成主电路。
它把各电源送来的电能汇集起来，并分给各用户。
它表明各种一次设备的数量和作用，设备间的连接方式，以及与电力系统的连接情况。
110kV变电站的接地网与防雷设计
绪论随着近年来电力行业的不断发展，电力系统的供电安全成为一个很重要的问题，然而变电站在电力系统中占有重要位置，故变电站的安全可靠运行的工作就显得十分重要。
变电站接地系统的合理性是直接关系到人身和设备安全的重要问题。
随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计也越来越复杂。
变电站接地包含工作接地、保护接地、雷电保护接地。
工作接地即为电力系统电气装置中，为运行需要所设的接地；保护接地即为电气装置的金属外壳、配电装置的构架和线路杆塔等，由于绝缘损坏有可能带电，为防止其危及人身和设备的安全而设的接地；雷电保护接地即为为雷电保护装置向大地泄放雷电流而设的接地。
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、跨步电位差、接触电位差、转移电位危害等提出了较高的要求。
雷电是影响变电站安全运行的重要因素，变电站发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会生产和人民生活，因此变电所防雷措接地施必须十分可靠。
变电站对直击雷的防护方法是装设避雷针，将变电站的进线杆塔和室外电气设备全部置于避雷针的保护范围之内。
为了防止在避雷针上落雷时对被保护物产生“反击”过电压，避雷针与被保护物之间应保持一定的距离。
变电站内安装使用着各种类型的高、低压变、配电设备，这些设备均直接和供电系统的线路相连，而线路上发生雷电过电压的机会较多，因此更要注意防雷。
变电站中防雷的主要装置是避雷器，避雷器是一种防雷设备，它对保护电气设备、尤其是变压器起了很大的作用。
一旦出现雷击过电压，避雷器就很快对地导通，将雷电流泄入大地；在雷电流通过后，又很快恢复对地不通状态。
变电站进线段的防护变电站的进线段杆塔上装设一段避雷线，使感应过电压产生在规定的距离以外，侵入的冲击波沿导线走过这一段路程后，波幅值和陡度均将下降，使雷电流能限制在5kV，这对变电站的防雷保护有极大的好处。
对于本次设计，一方面汲取了指导老师的宝贵意见，一方面查阅了相关的文献，并经过自己学习、研究和大量的计算将其完整的做出，但限于设计者的专业水平有限，难免会出现错误和不足之处，热诚希望老师批评指正。
电力系统的防雷保护
电力系统的防雷保护摘要:从发展的角度来看，电力系统的雷电灾害普遍存在，防雷工作既是传统的行业又是具有发展前景的新兴行业，所以防雷研究在电力系统中意义十分重大。
就电力系统而言，雷电可以造成较为严重的破坏，需要加强重视。
该文针对电力系统对雷电的防护办法以及措施进行分析。
关键词：电力系统电力线路发电厂变电所配电线路1 雷电对电力系统的危害闪电在放电时会产生火花，这个火花就是人们平时所说的雷电现象，当空气在短时间内受热造成剧烈膨胀而产生的爆炸声就是雷声，在经过不同物体的声音反射之后形成连续的轰隆声。
地球是一个大的导体，平时我们所看到的雷电，就是由于自然现象产生的强烈的放电现象，天空形成携带正极电或者负极电的雷之后，当电场强度达到25～30千伏/em，就会破坏空气间的绝缘平衡，最后出现正负雷云或者是雷云和大地之间的放电现象。
一般情况而言，放电持续的时间是非常短的，一般就是50～100微秒之间，但是这么短的时间内，放电的电流却是高达几十万安培的。
由于雷电现象产生的电流很大，所以在雷电击中了电气设备和电力系统的时候，强大的电流就会对电气设备和电力系统产生热力和电磁影响。
电击持续时间很短，但是电流的强度却可以使得设备各种导线融化，造成的损失可想而知。
有种直接雷击过电压现象就是由于雷电压直接击在电气线路上造成的。
日前，在电气设备和电气线路上常用的防雷方法是：用各种不同型式的避雷器和放电间隙防止没备和线路受到感应雷的危害；用避需针和避雷线防止设备和线路受到直击雷的危害。
因为雷电是完全可以预防的，虽然雷电的危害大，但是如果我们能够在生产或生活中，在各种电气设备和电气线路上采取有效措施，那么就可以取得很好的效果。
2 电力线路的防雷保护措施2.1 高压架空线路的防雷保护措施线路的重要性、雷电活动的频率、地形地貌的特点和土壤的电阻率等情况会影响防护措施的选择，来确定是选择最合适的一种还是将几种综合到一起来达到防雷的目的。
将杆塔的接地电阻降低，加装耦合地线和线路的避雷装置，将线路的地线保护角减小，绝缘子的片数增多，改用自动闭合闸等措施是人们根据经验总结出的降低雷击跳闸频率的有效措施。
浅谈变电站电气一次设备保护接地及防雷接地的实施方案及施工时注意事项
浅谈变电站电气一次设备保护接地及防雷接地的实施方案及施工时注意事项摘要：变电站电气一次设备能否稳定工作，取决于在变电站建设施工工程中是否采取了保护接地与防雷接地等安全措施，本文对变电站电气一次设备保护接地及防雷接地的实施方案及施工时需要注意的措施进行了讲解。
关键词：电气一次设备；保护接地；防雷接地1 概述电气设备外露导电部分需要采取相应的绝缘措施，保证变电站的安全，这就需要对变电站一气设备进行保护接地。
变电站设备发生故障时，故障电流会通过大地形成通路，威胁人身安全，保护接地的主要功能就是提供一个安全通道，进而消除电气一次设备对地电压和接触电压的危险性。
雷电会对变电站电气一次设备造成损坏，且能通过各种耦合途径或通过接地网进入二次回路，对二次设备构成威胁。
因此，电力系统一次设备的防雷接地同样非常重要。
2 变电站电气一次设备保护接地2.1变电站一次设备采取保护接地的原因我国的供电系统电源中性点往往采用的是不接地运行方案，使得三相对地电容电流能够在平衡状态下正常工作，且三相对地电压均为相电压。
如果接地相对地电压为零，那么未接地两相对地电容电流的向量就与接地故障相相同。
保护接地是变电站电气一次设备不可缺少的安全措施，电气设备外露导电部分均需采取保护接地措施，降低危险事故发生的可能性。
当保护接地线上的对地电压升高时，接地故障电容电流从故障点经大地由线路流向电源。
变电站接地电阻有严格规定，当单相接地故障电流超过限定值时，保护接地线上的对地电压就有升高趋势，一旦超过安全电压，人身安全就难以得到保障。
2.2 变电站的保护接地方案设计在变电站规模不是很大的时候，单相接地保护的设计可以忽略掉，可以采用电压互感器与接地监视装置来进行单相接地报警，从而起到接地保护的作用。
在变电站规模较大的时候，除了可以设计电压互感器与接地监视装置进行单相接地报警外，在电源进线处安装零序电流互感器也是一种常见的办法，变电站综合自动化电源进线的保护装置一定要选择具有小电流接地选线功能的产品。
110kv变电所防雷设计方案
摘要依照设计任务书的要求，本次设计为110kV变电所的防雷设计，变电所是电力系统中重要组成部分，而且变电所的电气部分要装设合理的避雷装置和接地装置，因此，它是防雷的重要保护对象。
若是变电所发生雷击事故，将造成大面积的停电，给人民生活和社会生产带来重要不便，还有可能给国家造成大经济损失，这就要求防雷措施必定十分可靠变电所的防雷设计应做到设施先进、保护动作矫捷、安全可靠、保护方便，在此前提下，力求经济合理的原则。
本次设计，主要对变电所的主要设施进行选择，重点设计变电所的防雷部分，包括变电所进线段保护、防直击雷、防感觉雷以及变电所二次设施的防雷。
经过对各种避雷器的性能比较，结合变电所实质情况，确定变电所的避雷器的选择，并考虑变电所控制系统的防雷，提出防雷方案。
氧化锌避雷器以其优越的性能，越来越碰到电力行业的关注。
本次设计，将结合氧化锌避雷器性能的优点，并结合变电所设计的情况，议论氧化锌避雷器在变电所中的应用远景。
重点词：变电所避雷器防雷保护目录1 序言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的意义 (1)2 系统设计方案的研究 (3)2.1雷电对变电所的危害 (3)2.1.1雷的直击和绕击危害 (3)2.1.2雷电反击危害 (3)2.1.3 感觉雷危害 (3)2.1.4雷电侵入波危害 (4)2.2变电所简介 (4)2.2.1变电所归纳 (4)2.2.2变电所主要任务 (5)2.2.3变电所主接线 (5)2.3变电所防雷措施 (6)2.3.1变电所碰到雷击的本源 (6)2.3.2变电所防雷详尽措施 (7)2.3.3变电所对直击雷防范 (7)2.3.4变电所对雷电侵入波的防范 (7)2.3.5变电站的进线防范 (7)2.3.6变压器的防范 (8)2.3.7变电所的防雷接地 (8)3 防雷保护装置 (9)3.1避雷针 (9)3.1.1避雷针原理 (9)3.1.2避雷针设置原则 (9)避雷针保护范围的计算 (10)3.2避雷器 (16)3.2.1避雷器作用原理 (16)3.2.2氧化锌避雷器的研究与应用 (17)氧化锌避雷器的特点 (17)氧化锌避雷器的优势 (18)3.2.5氧化锌避雷器在变电所中的发展远景 (18)3.2.6氧化锌避雷器的安装要求 (19)3.3主控室及屋内配电装置对直击雷的防雷措施 (19)3.4防雷接地 (20)4 本设计的防雷方案 (21)4.1 电工装置的防雷设计 (21)4.1.1进线段保护 (21)4.1.2 直击雷的保护 (21)4.1.3雷电入侵波的保护 (23)4.1.4 变电所二次设施防雷保护 (24)4.2 接地装置 (26)4.2.1 接地网 (26)4.2.2接地线 (27)防雷接地 (28)总结 (29)致谢................................................................................................. 错误!未定义书签。
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第9章变电所的防雷保护与接地装置的设计
第10章变电所的防雷保护与公共接地装置的设计
10.1变电所的防雷保护
由设计任务书中气象资料得知，化纤工厂所在地区的年雷暴雨日数为20天。
虽然发生雷暴的几率不属于高频地区，但是雷电过电压产生的雷电冲击波对供电系统的危害极大，因此必须对雷电过电压加以防护。
10.1.1 直击雷防护
根据GB50057-1994有关规定，在总降压变电所和车间变电所川(其所供负荷为核心负荷，且靠近办公区和生活区，考虑防雷保护)屋顶可装设避雷带，避雷带采用直径8mm勺圆钢敷设，并经两根引下线(直径8mm与变电所公共接地装置相连，引下线应沿建筑物外墙敷设。
10.1.2雷电波入侵的防护
1.35kV 架空线路上，在距总降压变电所1km的范围内，可架设避雷线。
2. 在35kV电源进线的终端杆上装设FZ-35型阀式避雷器。
其引下线采用
25mm< 4mm镀锌扁钢，下边与公共接地装置焊接相连，上面与避雷器接地
端螺栓相连。
3. 在35kV总降压变电所主变压器的高压侧，装设JYN1-35-102型高压开关
柜，其中配有FZ-35型避雷器，靠近主变压器配置，其用来防护雷电波入侵
对主变压器造成的危害。
4. 在10kV车间变电所的高压配电室的母线上，装设GG-1A(F)-54型高压开关
柜，其中配有FS-10型避雷器，靠近主变压器配置，其用来防护雷电波入侵
对主变压器造成的危害。
10.2变电所公共接地装置的设计
10.2.1. 接地电阻的要求
根据GB50057-1994规定，对于1kV以上的小接地电流系统，公共接地装置
的接地电阻应满足以下条件：
R E250且R E 10
I E
式中I E的计算可根据下列经验公式计算：
U N(l oh 35〔cab )
I E
350
式中，U N为电网的额定电压，单位kV; l oh为与U N侧有电联系的架空线路
长度，单位为km；l cab为与U N侧有电联系的电缆线路长度，单位为km。
1. 总降压变电所公共接地装置的接地电阻计算：
U N (l oh 35〔 cab )
E 350 35kV (19km °)1.9A
350
因此总降压变电所公共接地装置的接地电阻可选为
R E 10 2. 车间变电所I 公共接地装置的接地电阻计算
|
U N (G 35l cab ) 10kV (0 35 0.45km) 1 58A E 350 .
因此车间变电所I 公共接地装置的接地电阻可选为 R E 10
10.2.2. 接地装置的设计
1. 总降压变电所接地装置的设计
① 现初步考虑采用直径50mm 长2.5m 的镀锌钢管接地体，围绕变电所建 筑
四周，距变电所墙角2〜3m ,垂直打入地下，管间距5m ,管顶距离地 面0.6m ,管间用40mm< 4m 的镀锌扁钢焊接。
② 根据设计任务书中给定的地质水文资料，经查相关资料得砂质粘土土
质的电阻率为 100 m ，则单根钢管的接地电阻
R E （1） /1 100 m/2.5m 40
式中，I 为钢管接地体的长度，单位为m 。
③ 确定接地钢管数和最终接地方案
根据R E （1）/R E 40 /10 4 ，考虑到管子之间的电流屏蔽效应，初
选6根直径50mm 长2.5m 的钢管作接地体。
以n 6和a/l 5m/2.5m
2 （a 为钢管的管间距，单位为 m 查有关资料可得E 0.71 （ E 为多根
接地体并联时的利用系数）。
利用逐步渐进法求得
R E （1） 40
厂 n 6
E R E 0.71 10 因此可选择6根直径50mm 长2.5m 的镀锌钢管作接地体，用 40mm< 4mm 的镀锌扁钢焊接，环形布置。
2. 车间变电所II 接地装置的设计
由于车间变电所I 公共接地装置的接地电阻为 R E 10
，因此其接地装 置可按总降压变电所配置，也可选择 6根直径50mm 长2.5m 的镀锌钢管 作接地体，用40mM 4mr1的镀锌扁钢焊接，环形布置。
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R E 250V 1.9A 131.6
350
R E 250V
1.58A 158.23。