35kv供配电系统的防雷接地保护优质课程设计.docx

gJe林普71.'NorthwestVniversityfor'Xatona(itits供电技术设计35kv供配电系统的防雷接地保护设计电气工程学院班级：10自动化3班学号:P1018134姓名：XXX指引教师：XXX摘要:供配电系统的防雷保护和接地装置是安全供配电的）重要措施之-O如果发生雷击事故，将导致大面积的停电，严重影响社会生产和人们生活。为了保证在运营中，保证人身安全、设备安全以及供电的可靠性，供配电系统的防雷保护应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的雷电状况和地质特点，采用切实可行的防雷和接地方案，本文简要简介35kv供配电系统的防雷与接地保护。核J心词：35kv供配电系统、防雷保护、接地保护目录-J1.Ze前后一、雷电的形成31.1 过电压及其分类31.2 雷电日勺形成41.3 雷电的J分类51.4 雷电B¾危害6二、35kv供配电系统H防雷措施72.1 变配电所遭受雷击0¾来源72.2 变配电所的防雷措施72.3 电力线路的防雷保护措施82.4 保护电力装置的避雷针和避雷线的保护范畴92.4.1 避雷针保护范畴计算102.4.2 避雷线及保护范畴计算122.5 避雷器B¾选择132.5.1 避雷器的作用132.5.2 氧化锌避雷器B¾选择132.5.3 管型避雷器0¾选择142.5.4 保护间隙14三、35kv供配电系统0¾接地保护143.1 接地0基本概念143.1.1 接地体、接地线和接地装置143.1.2 地和对地电压153.1.3 接地电阻153.1.4 接触电压和跨步电压163.1.5 零线173.1.6 接地类型173.1.7 反复接地183.2 变电所接地装置及接地电阻计算183.2.1 变电所接地装置183.2.2 接地电阻计算203.2.3 接地装置导线截面应符合的规定203.2.4 土壤电阻率的测量及计算21四、小结22前言：发电厂、变电站直流系统是十分重要的电源系统，它是一种独立的电源，不受发电机、厂用电、站用变以及系统运营方式变化日勺影响,为电力系统的（控制回路、信号回路、继电保护、自动装置及顾客照明等提供可靠稳定日勺不间断电源，它还为断路器的分、合闸提供操作电源。供配电系统一旦遭受雷击或者设备漏电，将给供电可靠性、设备安全以及人身安全带来很大的影响。因此，精确把握电力系统遭受雷电及直接接地的危害，并采用切实可行的避免措施，对保证电力系统正常运营意义重大。本次课程设计将环绕35kv供配电系统的防雷接地保护，简介雷电的某些基本知识，以及根据防雷设备和接地装置计算防雷范畴和接地电阻。一、雷电时形成1.1 过电压及其分类在正常运营时，供配电系统电气设备的绝缘处在额定电压作用之下。但是，由于雷击和倒闸操作等因素，供配电系统中某些部分日勺电压也许升高，甚至会大大超过正常状态下时数值。这种电气设备绝缘导致危险日勺电压升高，称为过电压。按过电压产生的因素分为大气过电压和内部过电压两大类。1.1.1 大气过电压由于大气中雷云放电，并雷击供配电系统或雷电感应引起的过电压，称为大气过电压。这种过电压在供配电系统中占的比例很大。大气过电压日勺幅值决定于雷电的状况和防雷措施。与供电系统的运营状况无关，因而这种过电压又称外部过电压。1.1.2 操作过电压由于供电系统内部电磁能量的转换或传送引起时过电压，称为操作过电压。例如断路器切与合、负荷剧变、线路断线、短路与接地故障均会引起限度不同的!过电压。这种过电压又称内部过电压。内部过电压的过电压数值一般不会不小于3.5U11。在35kv及如下供配电网络中，只要电气设备绝缘强度选择合理（如额定电压不低于工作电压，即/Ug）,过电压破坏是可以避免的。1.2 雷电的!形成雷电产生的因素诸多，现象也比较复杂。大气中的水蒸气和地面的!湿气受热上升，在空中不同冷、热气团相遇，凝结成水滴或冰晶，形成积云。积云运动，使电荷发生分离，亦即在上下气流0强烈摩擦和撞击下，形成带正、负不同电荷的积云，也称雷云。云层中电荷越积越多，就形成了正、负不同雷云间的强大电场。同步，由于静电感应，带电的雷云临近地面时，对大地或架空线路将感应出与雷云极性相反的电荷，两者之间形成了一种巨大的“电容器”。雷云中的电荷积聚到足够数量时，电场强度达到25kv30kv/Cm时，就会使正、负雷云之间或雷云与大地之间的空气绝缘击穿，而发出先导放电。当先导放电达到另一雷云或大地时，就产生强烈的“中和”作用，浮现强大的电流，值可达到数十至数百千安。该电流称为雷电流，这一过程称为主导放电过程。主放电的温度可达到。，使周边的!空气剧烈膨胀,并浮现耀眼的I光亮和巨响，称为雷电，亦即一般所说的“打闪”和“打雷”。1.3雷电的!分类高空中雷云之间的放电虽然很强烈，但对人和地面物体没有危险。而雷云对大地的放电，将产生有很大破坏作用的大气过电压，其基本形式有三种。1）直击雷过电压（直击雷）雷云直接击中房屋、杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过物体的阻抗泄入大地，在该物体上产生较高的电压降，称为直击雷过电压。雷电流通过被击物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应。2）感应过电压（感应雷）当雷云在架空导线（或其她物体）上方时，由于静电感应，在架空导线上积聚了大量异性束缚电荷，在雷云向大地等处由先导放电发展至主放电阶段面对大地放电时，线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生很高日勺过电压（高压线路可达几十万伏，低压线路达几万伏），将对电力网路导致危害。这种过电压，就是对电力装置有危害的静电感应过电压。3）侵入波（进行波过电压）架空线路遭受直接雷击或感应雷而产生日勺高电位雷电波，也许沿架空线侵入变电所（配电所）而导致危险。这种波称为侵入波。据记录，这种雷电侵入波占电力系统雷害事故的50%以上。因此，对其防护问题应相称注重。1.4雷电的）危害雷电对于电力装置等的I危害，重要表目前如下几方面：1）雷电的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑物，伤害人和畜；2）强大的雷电流所产生的热量，可以烧断导线和摧毁电力装置；3）雷电的电磁效应也许产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾爆炸，导致人身伤亡；4）雷电的闪络放电也许烧坏绝缘子、使断路器跳闸或引起火灾，导致大面积停电。二、35kv供配电系统的防雷措施2.1变配电所遭受雷击的来源雷击的来源，一是雷直击于变电所的设备上；二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的;雷电波沿线路侵入变电所。2.2变配电所日勺防雷措施1）装设避雷针或避雷带（网）变配电所及其屋外配电装置，应装设避雷针以及防护直击雷。如无屋外配电装置，可于变配电所的屋顶装设避雷针或避雷带（网）。如果变配电所及其屋外配电装置处在相邻的建筑物防雷保护日勺范畴内时，可不在装设避雷针或避雷带（网）。独立避雷针宜设独立的!接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻时IOQ。当有困难时，可将接地电装置与接地网连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kv设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地线的!长度不得不不小于15m。独立避雷针及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距S。（单位为m）,应满足下列两式规定：SoO.3s,+O.1（式1.1）且S05m式中So一空气中的距离；RM一避雷针的冲击接地电阻（单位为m）；h一避雷针检查点高度（即被保护物的高度）。独立避雷针的接地装置与变配电所主接地中的水平距离Se,应满足下列两式的规定:Se0.3/?v/,（式1.2）且2）装设避雷线SE3m（式1.3）处在峡谷地区的变配电所，可运用避雷线（架空线）来防护直击雷。在35kvB¾变配电所架空进线上，架设l-2km0¾避雷线，以消除近区进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变电所电气装置的I危害。进线保护段范畴内的电杆工频接地电阻Re10o进线保护段上的避雷线保护角不适宜不小于20C,最大不应不小于30Co3）装设避雷器装设避雷器用以避免雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害。a）高压架空线路的终端杆装设阀式或排气式避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则架空线路终端装设的避雷器应与电缆头处的金属外皮相连并一同接地。b）每组高压母线上都应装设阀式避雷器。变电所内所有阀式避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网相连。对35kv进线为1km,进线为1路，则阀式避雷器与主变压器的最大电气距离为25m；进线为2路，此最大电气距离为40m。2.3电力线路的防雷保护措施1）架设避雷线架设避雷线是避免架空线路遭受直接雷击的有效措施。35kv架空线路只在进出变配电所的l2km范畴内架设避雷线。2）装设自动重叠闸或自重叠熔断器。线路因雷击放电而导致欧（短路也许是瞬时性的，断路器跳闸后，如果电弧熄灭，短路故障即消失。因此，对这种状况，如采用自动重叠闸装置，使断路器经0.5s左右时间自动重叠，即可恢复供电。从而提高了供电的可靠性。在线路上装设自重叠熔断器，也可以提高供电时可靠性。当雷击线路时，工作熔体熔断而自动跌落，经0.5s左右，备用熔体自动投入运营，恢复供电。3）提高线路自身的绝缘水平。要提高绝缘水平，在架空线路上，可采用木横担、瓷横担；若采用铁横担，线路绝缘子宜采用高一电压级别的，从而提高线路的防雷水平。3）运用三角行顶线作保护线。在其顶线绝缘子上装设保护间隙。当线路遭受雷击时，顶线保护间隙击穿，将雷电流泄入大地，从而保护了下面两根线路，同步线路熔断器将不跳闸，继续供电。5）装设避雷器和保护间隙。当变电所的35kv采用电缆进线段时，在电缆与架空线的连接处应装设氧化锌避雷器。其她端与电缆金属外皮连接；有35kv变压器的变电所，每组母线应装设避雷器，且避雷器与主变压器及其她保护设备的电气距离超过容许值时，应在主变压器附近增设一组避雷器；避雷器与主变压器、电压互感器间0最大容许电气距离是：当进线段避雷线长度有Ikm时，最大距离为26m；2km时为52m。6）绝缘子铁脚接地。为了更有效地避免雷害，在变电所的进线端，尚应按下列规定装设管型避雷器：a）铁塔或铁横担、瓷横担的I钢筋混凝土杆线路，其进线首端，一般不设管型避雷器。在木杆或木横担钢筋混凝土杆线路进线段的首端，应装设一组管型避雷器，其工频接地电阻不适宜超过IOQ。b）在雷季，也许常常断开运营，且线路侧又带电的35kv线路，则必须在接近断路器或隔离开关处装设一组管型避雷器G%乙方末端发生反击。使电压升到入侵波2倍时，损坏断路器。2.4 保护电力装置的避雷针和避雷线的保护范畴2.4.1 避雷针保护范畴计算在一定高度的避雷针下面有一种安全区域，该区域的物体基本上不受雷击，这个安全区叫做避雷针的保护范畴。保护范畴的大小与避雷针高度和设立方式有直接关系。多种方式避雷针保护范畴的计算如下：1）单只避雷针的!保护范畴避雷针在地面上的保护半径r=1.5h式中1.保护半径（m）；h一避雷针高度（m）。在被保护物高度心水平面上的保护半径按下述状况分别计算:h当4w时，保护半径为Q=h-hx）p=hap式中q一避雷针在久水平面上的保护半径（m）；自一被保护物的高度（m）；九一避雷针的有效高度（m）；P一高度影响系数（z30米，p=l；,30<120m,P=除）。h当久得时rx=（1.5-2v）p2）两只等高避雷针的保护范畴两针外侧的保护范畴应按单支避雷针的计算措施拟定。两针间的上部保护范畴应按通过两针定点及保护范畴上部边沿最低点O的圆弧拟定，圆弧半径为，。为假想避雷针的定点，其高度生为式中ho一两针间保护范畴上部边沿最低点O日勺高度（m）；D一两避雷针间的距离（m）；P一高度影响系数。两针间在女水平面上保护的最小宽度久，可按下式计算b=1.5（ho-v）式中久一为在水平面保护范畴最小宽度的一半（m）。两支不等高避雷针的保护反范畴两针外侧保护范畴，按单针的计算措施拟定。两针内侧保护范畴,先按单针法作其中较高针I的保护范畴，然后通过较低针2的顶点作水平线与1的）保护范畴相交于3点。设3点为等效避雷针的顶点，再按两只等高避雷针的计算措施拟定2和3间的保护范畴。通过2、3顶点及保护范畴上部边沿最低点时圆弧的弦高f=；。为2和3之7p间的距离。多支避雷针的保护范畴在被保护面积较大时，采用多支避雷针联合保护将更有效地增大保护范畴。现以三支为例阐明保护范畴的拟定措施。三支等高避雷针形成的三角形保护范畴，应分别按两支等高避雷针的计算措施拟定。如在三角形内保护物最大高度自水平面上，各相邻避雷针间保护范畴的内侧最小宽度b,0时，则所有面积受到保护。2.4.2 避雷线及保护范畴计算避雷线重要用于保护架空线路免受直击雷。它是由悬挂在被保护物上空时接地线（镀锌钢绞线）、接地引下线和接地体（接地电极）三部分构成。其作用原理与避雷针相似。1）单根避雷线的保护范畴由避雷线向下作于其垂直面成25灼斜面构成保护空间的上部；在已改I高度处转折，与地面离避雷线水平面为h的直线相连的平面，构成保护空间时下部，合起来形成屋脊式的!保护空间。在hx水平面上每侧保护范畴的宽度及端部的保护半径应按下列公式计算xx=0.47（A-hx）p（当儿T时）rA=（h-.53hx）p（当<g时）式中心一每侧保护范畴日勺宽度（m）。2）两根等高平行避雷线的保护范畴两避雷线外侧的保护范畴应按单根避雷线的计算措施拟定。两避雷线间各横截面局的保护范畴应由通过1、2顶点及保护范畴最低点O的圆弧拟定。O点高度按下式计算式中心一两避雷线间保护范畴上部边沿最低点的高度（m）；D一两避雷线间的距离（m）；h一避雷线的!高度（m）；p一高度影响系数。两避雷线端部的保护范畴可按两支等高避雷针的计算措施拟定，等效避雷针高度可近似取避雷线悬挂点高度的80%。2.5 避雷器时选择2.5.1 避雷器的作用避雷器用来避免雷电产生的大气过电压（即雷电侵入波）沿架空线路侵入变电所或其她建筑物时，危害电气设备绝缘。避雷器与被保护的设备并联，其放电电压低于被保护设备绝缘耐压值。沿线路侵入时过电压将一方面使避雷器击穿对地放电，从而保护了设备的绝缘。2.5.2 氧化锌避雷器的选择氧化锌避雷器用于中性点非直接接地的35kv及如下系统。避雷器的灭弧作用不低于设备最高运营的线电压。额定电压与系统额定电压一致。对于35kV线路装设的金属氧化物避雷器的技术参数，一般应满足如下条件：持续运营电压（有效值）不不不小于40.8kV；额定电压（有效值）不不不小于51kV；直流ImA参照电压不不不小于73kV（范畴在7374kV之间）；原则放电电流5kA级别下残压（峰值）不不小于雷电冲击13妹V、操作冲击114kV、陡波冲击154kV0四方波电流（峰值）200A0对绝缘配备，根据线路污秽级别规定拟定。2.5.3管型避雷器的选择在选择管型避雷器时，其开断断续流的上限不得不不小于安装处短路电流日勺最大有效值Im式考虑非周期分量）；下限（不考虑非周期分量），不得不小于安装处短路电流的也许最小值"mY即管型避雷器的外间隙最小值为100mm,GBI外间隙最大值为250300mm.2.5.4保护间隙当管型避雷器的灭弧能力不符合规定期，可采用保护间隙，并应尽量与自动重叠闸装置配合，以减少线路停电事故。保护间隙的主间隙的最小值为210mm,辅助间隙最小值为20mm。三、35kv供配电系统的J接地保护3.1 接地的基本概念3.1.1 接地体、接地线和接地装置接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体。它用于与大地作电气连接，具有一定的散流作用。接地体如是专门作为接地用而埋于地中的金属导体，称人工接地体。对于兼作接地用时直接与大地接触日勺多种金属构件、金属井管、钢筋混凝土建构筑物的基体、金属管道和设备日勺称自然接地体。接地线：电气设备接地部分与接地体相连接的金属导体，称接地线。接地装置：接地体和接地线的总和，称为接地装置。接地：电力设备日勺某部分用接地线和接地体连接，称为接地。3.1.2 地和对地电压电气设备发生接地故障时，接地电流将通过接地体，以半球面形状向地中流散，这一电流叫接地短路电流。地一般将距接地体或接地短路点20m以外且电位等于零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。对地电压：电气设备的接地部分，如接地体、接地的外壳，与零电位的“大地”之间的电位差，称为电气设备接地部分的对地电压，或称接地装置的电位。3.1.3 接地电阻人工接地体或自然接地体日勺对地电阻和接地线电阻的总和称为接地装置日勺接地电阻。接地电阻的数值等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。当通过接地体流入地中日勺电流为冲击电流时，所求得的接地电阻称为冲击接地电阻，即¥ICh按通过接地体流入地中工频电流求得的电阻，称工频接地电阻，即Ra=¥lJd两者之间的）关系为：Rch=CtRd,冲击系数二1。3.1.4 接触电压和跨步电压接触电势与接触电压：当电气设备发生接地故障，接地电流流过接地体向大地流散时，大地表面形成分布电位。在地面上离设备水平距离为0.8m处与沿设备外壳离地面垂直距离1.8m处两点之间的电位差，称为接触电势吗c。跨步电势与跨步电压：在故障设备周边地面上水平距离为08m的两点之间的电位差，称为跨步电势E杨。人再地面行走，两脚接触该两点所承受的电压，叫做跨步电压U如。35kv如下的小电流接地系统，接触电势与跨步电势的容许值可近似按下式计算£yt.=50+0.05p(v)E姐=50+0.2夕(v)式中p一一人脚所站地面日勺表层土壤电阻率()；50为电击时间在10s25s内对人体无致命危险的J工频电压(V)o3.1.5 零线在三相四线制的交流电路中与变压器直接接地的中性点连接的导线，或直流回路中的接地中性线，称为零线。在零线上不能装熔丝和开关，以防零线回路断开导致危险。3.1.6 接地类型工作接地：为了保证电气设备在正常和事故状况下可靠地工作而进行时接地，叫工作接地。例如变压器和旋转电机的中性点接地。根据接地方式的不同，工作接地有分为：中性点直接接地，即变压器或旋转电机的中性点直接或经小阻抗与接地装置连接0接地；中性点非直接接地，即中性点不接地或经消弧线圈、电压互感器、高阻抗与接地装置连接的。中性点非直接接地系统又称为小电流接地系统。保护接地：电气设备的金属外壳、钢筋混凝土杆和金属杆塔，由于带电导体绝缘损坏，有也许使其带电，为了避免危及人身安全而设的接地，称为保护接地。过电压保护接地：过电压保护装置为了消除过电压危险影响而设时接地，称为过电压保护接地。3.1.7 反复接地在接零保护时，除电源变压器的中性点必须采用工作接地外，同步零线在规定的地点还要采用反复接地。所谓反复接地，是指零线一处或多处通过接地体与大地再次接触。零线上的反复接地相称于在零线上多并联了接地点，这样就减少了零线的对地电阻，从而在供电系统中发生短路或碰壳时，可以减少零线对地电压，并且在零线断线时,保证有可靠的接地点。3.2 变电所接地装置及接地电阻计算3.2.1变电所接地装置在变电所接地装置中，除运用自然接地体外，还铺设人工接地网。人工接地网应以水平接地体为主。接地网的外缘闭合，外缘各角应做成圆弧形。当不能满足接触电势和跨步电势的规定期，人工接地网内铺设水平均压带，人工接地网埋设深度应采用0.6mo3.2.2接地电阻计算D接地电阻的最大容许值多种电力设备的接地装置接地电阻最大容许值如表1序号接地装置名称接地电阻计算用接地短路电流IH勺计算1IkV以上直接接地口勺设备R10.5%一单位（八）1 .对接有消弧线圈的变电所，等于接在同一接地装置中各消弧线圈11总和的1.25倍。2 .对不装消弧线圈的变电所，消弧线圈等于电力网中断开最大一台消弧线圈时的最大残存电流值，但不不不小于30A23IkV以上下电流接地系统：高压(lkv)电气设备Rd-<10lJd但不适宜超过IOQ45高土壤电阻率地区，小电流接地系统：电力设备变电所R"30R-156独立避雷针RJlO3.中性点不接地系统：(35i÷2)W350乙一电缆线路长度4一架空线路长度2）接地电阻的计算人工接地体工频接地电阻计算公式如表2接地体型式计算公式备注垂直式Rd0.3p长度3m左右的接地体J钢管50mm圆钢25机加单根水平式Rd0.03p长度60m左右的接地体，扁钢40mmX4mmN根水平射线（n12每根长约60m）Rj0.5=0.28RJSr1 .S不小于I（X）/的闭合接地网2 .为与接地网面积等值的圆的半径即等效半径（m）3 .1.为接地体长度，涉及垂直接地体在内（m）4 .p为土壤电阻率（m）复合式R”0.5=0.282JSr或R1.O理+2=&&471.4r1.3.2.3 接地装置导线截面应符合的规定1）根据热稳定性条件，接地线的最小截面应符合下式规定:式中Sjd一接地线的最小截面（mm?）；却一流过接地线的短路电流稳定值（八）；%一短路的等效持续时间（三）;C一接地线材料的热稳定系数。2）接地装置导线最小截面积扁钢24mm2,角钢mm2,铁线直径mm。多种防雷接地装置的工频接地电阻值，一般不不小于下列数值：独立避雷针为10。；根据土壤电阻率不同，电力架空线避雷针分别为1030Q;变、配电所母线上的氧化锌避雷器为5。；变电所架空进线段上的管型避雷器为IOQ；低压近户线的绝缘子铁脚接地电阻为30；烟囱或水塔上避雷针日勺接地电阻值为1030o3.2.4 土壤电阻率的测量及计算所谓土壤电阻率，就是111的土壤电阻值，单位是m.1）用钢管和圆钢做接地体埋设一根垂直接地体长3m、直径50mm区J钢管或长Im、直径25mm的圆钢，先测量接地体的接地电阻值R,然后按一下公式计算土壤电阻率：2111.Rp=7lIn式中1.一钢管或圆钢的埋入长度（m）；d一钢管或圆钢的外径（m）;R一测得的电阻值（C）O2）用扁钢作为接地体埋设一根水平接地体长IOm15m、宽高为40mm4mmd%扁钢，埋深0.8m,先测量该接地体的地电阻值R,然后按一下公式计算土壤电阻率：2兀1.RP-TTTinbh式中1.扁钢的长度（m）；b扁钢的宽度（m）；h扁钢距地面的深度（m）；R一测出的电阻值（。）。四、小结：通过这次课程设计，让我学到了诸多东西，使我明白了配电系统的防雷与接地应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的实际状况，采用切实可行的防雷方案，选用质量可靠0电气设备和可靠性高的防雷设备，同步真正按照等电位日勺原则，做好符合规定的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样我们的线路和设备才干避免遭受雷击的危害。同步也发现了自己的诸多局限性，无论是对知识的J理解还是实践能力以及理论联系实际的能力还急需提高。在这个过程中，我也曾经由于错误失落过，也曾经由于小有成绩而热情高涨。正如生活同样，汗水预示着成果也见证着收获。虽然这只是一次的极简朴的课程设计，可是平心而论，也耗费了我们不少H勺心血，这才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的J生活更美好，她们为我们社会所付出多少心血啊！因此，此后我一定要努力学习，争取早日能为社会做出应有的奉献！