配電系統(tǒng)的防雷與接地
2017-06-07 09:49:21 admin 1516
雷電的危害，大家是有目共睹的。然而，近幾年隨著電網(wǎng)的改造，特別是城網(wǎng)改造和變電所自動化系統(tǒng)的建設(shè)，大家可能對這些設(shè)備的防雷接地保護(hù)還是認(rèn)識不足，以致造成了多起雷害事故，造成自動化系統(tǒng)的癱瘓和一些電網(wǎng)設(shè)備事故，損失是比較嚴(yán)重的。因此，我們有必要探討一下供、配電系統(tǒng)的防雷接地問題，為設(shè)計和施工人員提供一定的幫助。
1 電力線路的防雷與接地
1.1 輸電線路的防雷與接地
輸電線路的防雷，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)雷電活動的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率高低等情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的防雷方式。
(1) 35kV線路不宜全線架設(shè)避雷線，一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè)1～2km的避雷線，同時在雷電活動強(qiáng)烈的地段架設(shè)避雷線，或者安裝線路金屬氧化物避雷器。
(2) 110kV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，山區(qū)應(yīng)采用雙避雷線；但在年平均雷暴日數(shù)不超過15日或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動輕微的地區(qū)，可不架設(shè)避雷線。
(3) 220kV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，同時應(yīng)采用雙避雷線。
對于架設(shè)避雷線的線路，應(yīng)注意桿塔上避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角，一般采用20°～30°保護(hù)角，同時做好桿塔的接地。根據(jù)土壤電阻率的不同，桿塔的工頻接地電阻，不宜大于表1所列數(shù)值。
表1 桿塔的接地電阻
地壤電阻率(Ω·m) 100及以下 100以上至500 500以上至1000
工頻接地電阻(Ω) 10 15 20
對于35kV線路裝設(shè)的金屬氧化物避雷器的技術(shù)參數(shù)，一般應(yīng)滿足以下條件：
①持續(xù)運(yùn)行電壓(有效值)不小于40.8kV；
②額定電壓(有效值)不小于51kV；
③直流1mA參考電壓不小于73kV(范圍在73～74kV之間)；
④標(biāo)準(zhǔn)放電電流5kA等級下殘壓(峰值)不大于：
雷電沖擊134kV、操作沖擊114kV、陡波沖擊154kV。
⑤2000μs方波電流(峰值)200A。
⑥對絕緣配置，根據(jù)線路污穢等級要求確定。
1.2 配電線路的防雷與接地
與輸電線路一樣，配電線路的防雷也可采用避雷線或者避雷器，對于不同電壓等級和不同線路采取的措施也不一樣。
(1) 10kV裸導(dǎo)線線路。對于10kV裸導(dǎo)線線路，原則上可以采用避雷線進(jìn)行防雷保護(hù)，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷線，而是在一些雷電活動頻繁的線段安裝避雷器，同時按照要求做好桿塔的接地。
(2) 10kV絕緣線線路。由于近幾年城網(wǎng)改造，北京地區(qū)城鎮(zhèn)線路基本上都換成了交聯(lián)聚乙烯架空絕緣線，但其防雷措施與原來的裸導(dǎo)線線路的防雷措施并沒有變化，致使發(fā)生了數(shù)十起雷擊絕緣線斷線事故。對于架空絕緣線目前可采取以下防雷措施：①安裝避雷線，此種方法避雷效果最好，但可行性和難度大，成本高。②提高線路絕緣子耐壓水平，將10kV絕緣子換為防雷絕緣子，將大大提高防雷水平。③在多雷區(qū)或者按照一定檔距安裝線路避雷器，減少雷擊斷線事故。④延長閃爍路徑，導(dǎo)致電弧容易熄滅，局部增加絕緣強(qiáng)度，如在導(dǎo)線與絕緣子相連處加強(qiáng)絕緣，以及采用長閃爍路徑避雷器等。⑤局部剝離絕緣導(dǎo)線，使之局部成為裸導(dǎo)線，從而電弧能在剝離部分滑動，而不是固定在某一點(diǎn)燒蝕，同時也可為以后施工提供一個掛地線點(diǎn)。
(3) 低壓配電線路。低壓線路應(yīng)從變壓器出口處安裝低壓避雷器或擊穿保險器，同時做好接地，接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于4Ω。中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中的中性線應(yīng)在電源點(diǎn)接地。低壓配電線路，在干線和分支線終端處應(yīng)重復(fù)接地，每年重復(fù)接地裝置的接地電阻應(yīng)不大于10Ω，對于較長的線路，重復(fù)接地應(yīng)不少于3處。特別是為防止雷電波沿低壓配電線路侵入用戶，對于接戶線上的絕緣子鐵角應(yīng)接地，接地電阻應(yīng)小于30Ω，這一點(diǎn)對于我們進(jìn)行的一戶一表改造工作尤其應(yīng)引起重視。
1.3 電力電纜線路的防雷與接地
電力電纜由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與其他電氣設(shè)施連接的要求，根據(jù)不同電壓等級采取不同的防雷方法。對于35kV及以下電壓等級的電力電纜，基本上應(yīng)采取在電纜終端頭附近安裝避雷器，同時終端頭金屬屏蔽、鎧裝必須接地良好。對于110kV及以上的高壓電纜，當(dāng)電纜線路遭受雷電沖擊電壓作用時，在金屬護(hù)套的不接地端或交*互連處會出現(xiàn)過電壓，可能會使護(hù)層絕緣發(fā)生擊穿，應(yīng)采取以下保護(hù)方案之一：①電纜金屬護(hù)套一端互連接地，另一端接保護(hù)器。②電纜金屬護(hù)套交*互連，保護(hù)器Y0接線。③電纜金屬護(hù)套交*互連，保護(hù)器Y接線或Δ接線。④電纜金屬護(hù)套一端互連接地加均壓線。⑤電纜金屬護(hù)套一端互連接地加回流線。
2 電氣設(shè)備與電子設(shè)備的防雷與接地
2.1 變電所設(shè)備的防雷與接地
變電所設(shè)備的防雷離不開建筑物的防雷，按照最新的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB50054－95，對建筑物與設(shè)備的防雷接地應(yīng)采用等電位連接，而不是傳統(tǒng)上分別做獨(dú)立的接地網(wǎng)。所謂等電位連接，就是把建筑物本身和其內(nèi)外各種導(dǎo)電物用導(dǎo)體(電氣上)焊接起來，以保證等電位。由于雷電流峰值非常大，流經(jīng)之處都立即升至很高的電位(相對于大地而言)，因此對于附近尚處在大地電位的電氣、電子設(shè)備和人產(chǎn)生旁側(cè)閃爍，容易引起設(shè)備和人身事故。所以等電位連接是防雷的關(guān)鍵措施這一。
(1) 所內(nèi)建筑物的防雷。
建筑物本身的防雷裝置是建筑物內(nèi)電氣設(shè)備及系統(tǒng)防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影響到內(nèi)部的電氣設(shè)備的防雷，因此首先必須重視建筑物本體的防雷。
現(xiàn)代建筑物防雷主要由頂部避雷帶、網(wǎng)狀接閃器、建筑物的梁、柱、樓板和四周墻體內(nèi)的主鋼筋作引下線，利用地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體。在建筑物設(shè)計和施工時就要考慮到作為網(wǎng)狀接閃器、引下線和接地體的鋼筋網(wǎng)絡(luò)之間的電氣連接，使之成為較理想的"法拉第籠"式避雷器。防雷網(wǎng)與建筑物鋼筋混凝土相結(jié)合，已成為國內(nèi)外公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)可*的防雷方式，因此在設(shè)計、施工時都應(yīng)預(yù)留從各層樓板、梁、柱內(nèi)鋼筋焊出接頭，以便與室內(nèi)外接地線相連。
(2) 室外設(shè)備的防雷。
為了防止直擊雷，室外可根據(jù)需要，安裝一支或多支避雷針，計算其保護(hù)范圍，以達(dá)到保護(hù)室外所有設(shè)備要求為原則。同時對于室外架構(gòu)母線和變壓器中性點(diǎn)應(yīng)加裝避雷器保護(hù)，室外做一接地網(wǎng)，所有設(shè)備的接地引下線都與該接地體焊接，以保證等電位。
為了防止雷擊產(chǎn)生過電壓，各種設(shè)備的絕緣水平應(yīng)能滿足電壓對該設(shè)備的絕緣要求，我們在設(shè)備定貨和出廠試驗(yàn)時應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，按照規(guī)程要求確保設(shè)備絕緣耐壓水平，以防雷害擊穿。這種防雷結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)：①可避免"繞擊"；②能起"法拉第籠"的屏蔽作用，可大大削弱雷電電磁脈沖的侵入；③因建筑物各層的梁、柱、樓板、墻體的鋼筋和金屬管線等導(dǎo)電體在電氣上已連成一體，做到幾乎處處電位相等，從而保證了設(shè)備的安全；④"籠"式避雷裝置的引下線是由為數(shù)眾多的鋼筋組成，大大分散了雷電流，并削弱了建筑物內(nèi)信息設(shè)備所受到的脈沖電磁場沖擊幅值；⑤接地體是分布在地下四周的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，可形成均勻分布的均壓網(wǎng)，與大地接觸面廣，接地電阻低且又穩(wěn)定。
(3) 室內(nèi)設(shè)備的防雷。
室內(nèi)各種金屬屏、柜外皮均應(yīng)與底座槽鋼可*焊接或用螺栓連接，保證接觸良好，同時槽鋼應(yīng)與電纜溝道內(nèi)的電纜支架用鍍鋅扁鋼焊接起來，形成一個整體，與室外接地網(wǎng)形成一個完整的大接地網(wǎng)。
2.2 計算機(jī)、通訊等自動化設(shè)備的防雷接地
大樓內(nèi)計算機(jī)等電子設(shè)備的第一道保護(hù)屏障，由于通訊電臺必須通過信號電纜與通訊塔上天線相連，因此對于通訊電纜外皮必須做好接地(多點(diǎn)重復(fù)接地)，并與大樓的接地網(wǎng)連接起來形成等電位，同時可以加裝避雷器。
對于通訊電臺應(yīng)加串口保護(hù)器如SD25－V24／24，其它電子設(shè)備的通訊接口都應(yīng)加裝相應(yīng)的串口保護(hù)器，其實(shí)就是各種小防雷器(OBO、 PHOENIX都有相應(yīng)接口的保護(hù)器)，這里就不再一一列舉。對于大樓內(nèi)的電子設(shè)備，最重要的就是將各個獨(dú)立的接地網(wǎng)連接成一個共用接地系統(tǒng)，其它如分開、獨(dú)立、專用等接地方案都是不妥的，在工程中也沒有實(shí)際意義。對于所有大樓內(nèi)的電氣、電子設(shè)備，應(yīng)該逐級采取防雷保護(hù)措施，首先做好大樓和電源的防雷接地，然后在機(jī)房和各設(shè)備端口安裝相應(yīng)的避雷器，才能真正防止雷電波的侵入和反擊。
3 結(jié)束語
配電系統(tǒng)的防雷與接地應(yīng)從工程設(shè)計階段就認(rèn)真加以考慮，根據(jù)各地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣我們的線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊的危害。
1 電力線路的防雷與接地
1.1 輸電線路的防雷與接地
輸電線路的防雷，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、負(fù)荷性質(zhì)和系統(tǒng)運(yùn)行方式，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐貐^(qū)雷電活動的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)及土壤電阻率高低等情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采用合理的防雷方式。
(1) 35kV線路不宜全線架設(shè)避雷線，一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè)1～2km的避雷線，同時在雷電活動強(qiáng)烈的地段架設(shè)避雷線，或者安裝線路金屬氧化物避雷器。
(2) 110kV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，山區(qū)應(yīng)采用雙避雷線；但在年平均雷暴日數(shù)不超過15日或運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明雷電活動輕微的地區(qū)，可不架設(shè)避雷線。
(3) 220kV線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線，同時應(yīng)采用雙避雷線。
對于架設(shè)避雷線的線路，應(yīng)注意桿塔上避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角，一般采用20°～30°保護(hù)角，同時做好桿塔的接地。根據(jù)土壤電阻率的不同，桿塔的工頻接地電阻，不宜大于表1所列數(shù)值。
表1 桿塔的接地電阻
地壤電阻率(Ω·m) 100及以下 100以上至500 500以上至1000
工頻接地電阻(Ω) 10 15 20
對于35kV線路裝設(shè)的金屬氧化物避雷器的技術(shù)參數(shù)，一般應(yīng)滿足以下條件：
①持續(xù)運(yùn)行電壓(有效值)不小于40.8kV；
②額定電壓(有效值)不小于51kV；
③直流1mA參考電壓不小于73kV(范圍在73～74kV之間)；
④標(biāo)準(zhǔn)放電電流5kA等級下殘壓(峰值)不大于：
雷電沖擊134kV、操作沖擊114kV、陡波沖擊154kV。
⑤2000μs方波電流(峰值)200A。
⑥對絕緣配置，根據(jù)線路污穢等級要求確定。
1.2 配電線路的防雷與接地
與輸電線路一樣，配電線路的防雷也可采用避雷線或者避雷器，對于不同電壓等級和不同線路采取的措施也不一樣。
(1) 10kV裸導(dǎo)線線路。對于10kV裸導(dǎo)線線路，原則上可以采用避雷線進(jìn)行防雷保護(hù)，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷線，而是在一些雷電活動頻繁的線段安裝避雷器，同時按照要求做好桿塔的接地。
(2) 10kV絕緣線線路。由于近幾年城網(wǎng)改造，北京地區(qū)城鎮(zhèn)線路基本上都換成了交聯(lián)聚乙烯架空絕緣線，但其防雷措施與原來的裸導(dǎo)線線路的防雷措施并沒有變化，致使發(fā)生了數(shù)十起雷擊絕緣線斷線事故。對于架空絕緣線目前可采取以下防雷措施：①安裝避雷線，此種方法避雷效果最好，但可行性和難度大，成本高。②提高線路絕緣子耐壓水平，將10kV絕緣子換為防雷絕緣子，將大大提高防雷水平。③在多雷區(qū)或者按照一定檔距安裝線路避雷器，減少雷擊斷線事故。④延長閃爍路徑，導(dǎo)致電弧容易熄滅，局部增加絕緣強(qiáng)度，如在導(dǎo)線與絕緣子相連處加強(qiáng)絕緣，以及采用長閃爍路徑避雷器等。⑤局部剝離絕緣導(dǎo)線，使之局部成為裸導(dǎo)線，從而電弧能在剝離部分滑動，而不是固定在某一點(diǎn)燒蝕，同時也可為以后施工提供一個掛地線點(diǎn)。
(3) 低壓配電線路。低壓線路應(yīng)從變壓器出口處安裝低壓避雷器或擊穿保險器，同時做好接地，接地裝置的接地電阻不應(yīng)大于4Ω。中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中的中性線應(yīng)在電源點(diǎn)接地。低壓配電線路，在干線和分支線終端處應(yīng)重復(fù)接地，每年重復(fù)接地裝置的接地電阻應(yīng)不大于10Ω，對于較長的線路，重復(fù)接地應(yīng)不少于3處。特別是為防止雷電波沿低壓配電線路侵入用戶，對于接戶線上的絕緣子鐵角應(yīng)接地，接地電阻應(yīng)小于30Ω，這一點(diǎn)對于我們進(jìn)行的一戶一表改造工作尤其應(yīng)引起重視。
1.3 電力電纜線路的防雷與接地
電力電纜由于其本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和與其他電氣設(shè)施連接的要求，根據(jù)不同電壓等級采取不同的防雷方法。對于35kV及以下電壓等級的電力電纜，基本上應(yīng)采取在電纜終端頭附近安裝避雷器，同時終端頭金屬屏蔽、鎧裝必須接地良好。對于110kV及以上的高壓電纜，當(dāng)電纜線路遭受雷電沖擊電壓作用時，在金屬護(hù)套的不接地端或交*互連處會出現(xiàn)過電壓，可能會使護(hù)層絕緣發(fā)生擊穿，應(yīng)采取以下保護(hù)方案之一：①電纜金屬護(hù)套一端互連接地，另一端接保護(hù)器。②電纜金屬護(hù)套交*互連，保護(hù)器Y0接線。③電纜金屬護(hù)套交*互連，保護(hù)器Y接線或Δ接線。④電纜金屬護(hù)套一端互連接地加均壓線。⑤電纜金屬護(hù)套一端互連接地加回流線。
2 電氣設(shè)備與電子設(shè)備的防雷與接地
2.1 變電所設(shè)備的防雷與接地
變電所設(shè)備的防雷離不開建筑物的防雷，按照最新的國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB50054－95，對建筑物與設(shè)備的防雷接地應(yīng)采用等電位連接，而不是傳統(tǒng)上分別做獨(dú)立的接地網(wǎng)。所謂等電位連接，就是把建筑物本身和其內(nèi)外各種導(dǎo)電物用導(dǎo)體(電氣上)焊接起來，以保證等電位。由于雷電流峰值非常大，流經(jīng)之處都立即升至很高的電位(相對于大地而言)，因此對于附近尚處在大地電位的電氣、電子設(shè)備和人產(chǎn)生旁側(cè)閃爍，容易引起設(shè)備和人身事故。所以等電位連接是防雷的關(guān)鍵措施這一。
(1) 所內(nèi)建筑物的防雷。
建筑物本身的防雷裝置是建筑物內(nèi)電氣設(shè)備及系統(tǒng)防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影響到內(nèi)部的電氣設(shè)備的防雷，因此首先必須重視建筑物本體的防雷。
現(xiàn)代建筑物防雷主要由頂部避雷帶、網(wǎng)狀接閃器、建筑物的梁、柱、樓板和四周墻體內(nèi)的主鋼筋作引下線，利用地下鋼筋混凝土基礎(chǔ)作為接地體。在建筑物設(shè)計和施工時就要考慮到作為網(wǎng)狀接閃器、引下線和接地體的鋼筋網(wǎng)絡(luò)之間的電氣連接，使之成為較理想的"法拉第籠"式避雷器。防雷網(wǎng)與建筑物鋼筋混凝土相結(jié)合，已成為國內(nèi)外公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)可*的防雷方式，因此在設(shè)計、施工時都應(yīng)預(yù)留從各層樓板、梁、柱內(nèi)鋼筋焊出接頭，以便與室內(nèi)外接地線相連。
(2) 室外設(shè)備的防雷。
為了防止直擊雷，室外可根據(jù)需要，安裝一支或多支避雷針，計算其保護(hù)范圍，以達(dá)到保護(hù)室外所有設(shè)備要求為原則。同時對于室外架構(gòu)母線和變壓器中性點(diǎn)應(yīng)加裝避雷器保護(hù)，室外做一接地網(wǎng)，所有設(shè)備的接地引下線都與該接地體焊接，以保證等電位。
為了防止雷擊產(chǎn)生過電壓，各種設(shè)備的絕緣水平應(yīng)能滿足電壓對該設(shè)備的絕緣要求，我們在設(shè)備定貨和出廠試驗(yàn)時應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，按照規(guī)程要求確保設(shè)備絕緣耐壓水平，以防雷害擊穿。這種防雷結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)：①可避免"繞擊"；②能起"法拉第籠"的屏蔽作用，可大大削弱雷電電磁脈沖的侵入；③因建筑物各層的梁、柱、樓板、墻體的鋼筋和金屬管線等導(dǎo)電體在電氣上已連成一體，做到幾乎處處電位相等，從而保證了設(shè)備的安全；④"籠"式避雷裝置的引下線是由為數(shù)眾多的鋼筋組成，大大分散了雷電流，并削弱了建筑物內(nèi)信息設(shè)備所受到的脈沖電磁場沖擊幅值；⑤接地體是分布在地下四周的鋼筋混凝土基礎(chǔ)，可形成均勻分布的均壓網(wǎng)，與大地接觸面廣，接地電阻低且又穩(wěn)定。
(3) 室內(nèi)設(shè)備的防雷。
室內(nèi)各種金屬屏、柜外皮均應(yīng)與底座槽鋼可*焊接或用螺栓連接，保證接觸良好，同時槽鋼應(yīng)與電纜溝道內(nèi)的電纜支架用鍍鋅扁鋼焊接起來，形成一個整體，與室外接地網(wǎng)形成一個完整的大接地網(wǎng)。
2.2 計算機(jī)、通訊等自動化設(shè)備的防雷接地
大樓內(nèi)計算機(jī)等電子設(shè)備的第一道保護(hù)屏障，由于通訊電臺必須通過信號電纜與通訊塔上天線相連，因此對于通訊電纜外皮必須做好接地(多點(diǎn)重復(fù)接地)，并與大樓的接地網(wǎng)連接起來形成等電位，同時可以加裝避雷器。
對于通訊電臺應(yīng)加串口保護(hù)器如SD25－V24／24，其它電子設(shè)備的通訊接口都應(yīng)加裝相應(yīng)的串口保護(hù)器，其實(shí)就是各種小防雷器(OBO、 PHOENIX都有相應(yīng)接口的保護(hù)器)，這里就不再一一列舉。對于大樓內(nèi)的電子設(shè)備，最重要的就是將各個獨(dú)立的接地網(wǎng)連接成一個共用接地系統(tǒng)，其它如分開、獨(dú)立、專用等接地方案都是不妥的，在工程中也沒有實(shí)際意義。對于所有大樓內(nèi)的電氣、電子設(shè)備，應(yīng)該逐級采取防雷保護(hù)措施，首先做好大樓和電源的防雷接地，然后在機(jī)房和各設(shè)備端口安裝相應(yīng)的避雷器，才能真正防止雷電波的侵入和反擊。
3 結(jié)束語
配電系統(tǒng)的防雷與接地應(yīng)從工程設(shè)計階段就認(rèn)真加以考慮，根據(jù)各地的實(shí)際情況，采取切實(shí)可行的防雷方案，選用質(zhì)量可靠的電氣設(shè)備和可靠性高的防雷設(shè)備，同時真正按照等電位的原則，做好符合要求的共用接地網(wǎng)，綜合考慮防雷與接地，只有這樣我們的線路和設(shè)備才能避免遭受雷擊的危害。
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