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输配电设备的防雷保护
2008-08-04 18:04


    雷电是一种大气中带有大量电荷的雷击放电的自然现象。电气设备有相当一部分长年工作在露天环境中,自然条件恶劣,容易遭受雷电危害,在一些多雷地区,这种危害十分严重,影响了电气设备的安全运行和人身安全。

1、雷电的危害
    雷电,更确切地说应该是雷击。放电后的雷电具有电流大、时间短、频率高、电压高的特点。冲击电压可达数十至数百万伏。雷电的放电电流、幅值可达数士至数百千安,因此雷电可击毁建筑、杆塔,劈裂大树,引起火灾.当雷电流通过人体时,会立即引起呼吸中枢麻痹、心室纤维颤动或心脏骤停.致使脑组织及一些主要脏器严重受损,造成人体休克或突然死亡。雷击时产生的火花,还可使人遭受不同程度的烧伤。
    雷电的危害主要有二种方式:一是直击雷;二是雷电感应;三是雷电侵入波。
    (1)直接雷击的危害。地面上的人、畜、大树、建筑物、电气设备等直接被雷电击中,叫直接雷击,发生直接雷击时,电压可达百万伏,约200~300kA的特强雷电流通过被击物,在被击物内部产生约20000°C的极高温度,使被击物起火燃烧.使架空导线熔化等;
    (2)雷电感应的危害。雷电感应是因附近落雷所引起的电磁作用的结果,雷电感应的雷电流通过金属导体人地时.形成迅速变化的强大磁场,处在磁场小的其它金属物体就有感应的电势产生,感应过电压的幅值一般可达几十万伏,它会使电气设备的绝缘发生闪络或击穿,甚至引起火灾和爆炸,造成人身伤亡;
    (3)雷电侵入波的危害。雷电侵入波是指落在架空线路的雷,沿着线路侵入到变电站、配电室、生产车间、住宅内,致使设备或人身遭受电击。
    雷电在放电过程中,呈现㈩电磁效应、热效应和机械效应,其破坏作用是多方面的。
    雷电的电磁效应的破坏作用主要表现在数十乃至数百万伏的高压冲击波毁坏电气设备绝缘,烧断电线或劈毁电杆,引起大规模停电.绝缘损坏为高压窜入低压,设备漏电创造了条件,可能造成严重的触电事故;雷电流人地可直接造成接触电压或跨步电压的触电事故;高压冲击波还可能与附近的金属导体之间发生放电(即所谓反击),产生火花、引起火灾和爆炸;雷云直接对人、畜放电.将导致人、畜死亡。
    雷电的热效应的破坏作用主要表现在:巨大的雷电流在极短的时间内转换成大量的热能,使电气设备或建筑物燃烧或爆炸.如果雷击发生在可燃物上,更容易引起火灾。
    雷电机械效应的破坏作用表现在:雷电流通过被击物时,被击物缝隙中的气体剧烈膨胀,缝隙中的水分也急剧蒸发为气体,致使被击物破坏或爆裂。此外.静电斥力、电磁推动力也有很强的破坏作用,被击物将扭曲、变形甚至爆裂成碎片。
    上述破坏作用几乎同时出现,危害以爆炸和火灾最为严重。

2、电气设备的防雷保护
2.1 高压架空线路的防雷保护
    架空线路因设在户外容易遭受雷击,所以应预先采取防雷保护措施:
    (1)提高线路本身的绝缘水平。如线线上采用瓷横担,则这种线路的耐雷击水平要比铁横担线路高得多。当线路受雷击时.发展成相间闪络和建立稳定工频电弧,造成雷击跳闸的次数要比铁横担线路少得多。在铁横担混凝上电杆线路上,为提高防雷水平,可改用绝缘等级高一级的绝缘子。
    (2)利用三角形顶线作保护线。由于3~10kV线路通常是中性点不接地的,因此如在三角形排列的顶相绝缘子上装以保护间隙.则在雷击时顶线承受雷击.间隙击穿,对地泄放雷电流,从而保护了下面两根导线,一般也不会引起线路跳闸。
    (3)加强对绝缘薄弱点的保护。线路上个别高度特别高的电杆,线路的交叉跨越处,线路上的电缆头、开关等处,就全线路来说,它们是线路的绝缘薄弱点。雷击时,这些地方最容易发生短路。在这些薄弱点处,需装设避雷器或保护间隙加以保护。
    (4)采用自动重合闸或自重合熔断器作辅助防雷措施。实践证明,当线路受雷击时,要完全避免相间短路是不可能的(特别是3~lOkV线路上)。此时线路断路器跳闸或熔断器自动跌开.电弧熄灭,经过0.5s或稍长一点时间后自动合亡,电弧一般不会复燃,又能恢复供电。线路受雷击后停电时间很短,对一般用户影响不大.从而可减轻雷害事故的影响。
    (5)110kV及以上线路—般沿全线架设架空避雷线,在多雷地区宜架设双避雷线,接地电阻不大干10Ω。
    (6)对35kV电力线的路—般不采用全线装设架空避雷线的方法来防直击雷,但为防止变电所附近线路上受到雷击时雷电压沿线路侵入变电所损坏设备,需在变电站进出线1~2km段内装设架串避雷线作为保护,使该段线路免遭直接雷击。易遭雷击的地区应考虑沿全线架设避雷线。
    (7)对IOkV及以下的高压配电线路进出线段的防雷保护,可以只装设避雷器,以保护线路断路器及隔离开关。
    (8)配电线路上的柱上油断路器和负荷开关.由于绝缘水平不高,相间距离较小,应防止受雷击时引起闪络,造成短路。通常在设备的一侧或两侧装设避雷器进行保护。其接地线应与保护,设备的金属外壳相连接,接地电阻值不大干lOΩ。
    (9)lOkV配电线路相互交叉或与低压线路,通信线路等交叉时,其垂直距离应不小于2m。交叉档两端朽:塔的绝缘子铁脚均应可靠接地。
2.2低压线路的防雷保护
    220/380V低压架空线路的分布既广且密。尤其在多雷区,线路也很容易受到雷击。同时由于低压线路直接引人室内,低压电气设备的绝缘水平一般又较低,引起触电的机会就会更多。因此,必须考虑对低压架空线路的保护,以及当雷击线路时雷电波沿线路侵入用户室内的防雷保护问题。
    (1)一般用户低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地。当落雷时,就能通过绝缘子铁脚放电,把雷电流泄人大地而起到保护作用;其接地电阻不应超过300Ω。凡土壤电阻率在200Ω·m以下地区的铁横担水泥杆线路,因连续多杆自然接地的作用,可不再另设接地。
    (2)对于重要用户,宜在低压线路进入室内前50m处安装—组低压避雷器;进入室内后再装一组低压避雷器。
    (3)室内有电力设备接地装置的建筑物,在人口处宜将绝缘子铁脚与接地装置相连,可以不必另设接地装置。
    (4)人员密集的公共场所(如剧院和学校等)及由木杆或木横担引下的接户线,其绝缘子铁脚应接地,并要设置专用的接地装置。但自然接地电阻不超过30Ω的水泥电杆可不设此装置。
    (5)年平均雷暴日不超过30天的地区,凡低压线路被建筑物及树木屏蔽,或接户线距低压干线的接地点不超过50m的.由于遭雷击机会较少,其接户线的绝缘子铁脚可不接地。
    (6)在多雷区或易遭雷击的地段,直接与架空线路相连的电能表宜设防雷装置。
    (7)在多雷区和易遭雷击的地段,当低压线路遭到雷击时,架空线路与地埋线的连接处因有反射作用,会产生很高的电压,可将地埋线的绝缘击穿,所以在架空线与地埋线的连接处宜装设避雷器。
    (8)近几年城市低压电网改造普遍采用架空绝缘线,通过几年来的运行发现,架空绝缘线遭受雷电损坏的情况比较严重,常常发生点断式导线断裂,其原因:一是绝缘导线采用半导电屏蔽和交联聚乙烯作为绝缘层,其中的半导体材料具有单向导电性,在雷云对地放电的大气过电压中,很容易在绝缘导线的导体中产生感应过电压,且很难沿绝缘导线的表皮释放;二是绝缘导线遭受雷击后的电磁机理特殊,造成较多的雷击断线事故,所以应在架空绝缘线路上安装避雷器或保护间隙。
2.3 电力电缆的防雷保护
    有电缆线的架空线路,避雷器应装在电缆头附近,为防止电缆芯线对金属外皮放电,电缆两端的金属外皮都应接地。接线方式如图1所示。如果是架空线路的中间设有一段电缆。应在电缆两端装设避雷器。其防护接线方式如图2所示。
2.4 变电所防雷保护
    (1)在变电所周围设置独立避雷针;
    (2)在变电所进线处靠近隔离开关或断路器的适当地方装设一组避雷器;
    (3)在变电所所有出线的母线上装设避雷器。
    变电所所有防雷装置的接地电阻不宜超过1Ω。
2.5 配电变压器防雷保护
    (1)在配电变压器高压侧装设一组阀型避雷器或氧化锌避雷器,避雷器最好装在跌落熔断器下端以便与变压器同时投入或同时退出运行;
    (2)避雷器和变压器外壳及低压中性点连接起来共同接地。容量为100kVA及以上的配电变压器,接地电阻不应大于4Ω;容量为100kVA以下的配电变压器,接地电阻不应大于10Ω。

3、防雷接地装置的安装与运行维护
    防雷接地装置安装质量的好坏,直接影响防雷的效果,必须给予足够的重视。防雷接地装置的安装除按有关规程要求严格施工外。还应注意以下问题。
3.1 防雷接地装置安装的基本要求
3.1.1 牢固可靠
    接地装置必须有足够的机械强度。这是因为,一旦接地装置发生断裂现象,电气设备又发生接地故障时,就会造成轻则损坏设备,影响系统正常运行,重则发生人员伤亡或火灾事故的严重后果。
3.1.2 电气连续
    接地装置应是一个电气连续系统.这样才能发挥其应有的作用。如果由于某种原因造成电气不连续,或虽连续但阻抗太大,也将造成事故。因此接地装置的阻抗值应根据不同接地制式和要求限制在某一范围内。同时应特别重视接地线接头间的连接应接触良好。
3.1.3 经久耐用
    接地装置的接地极和部分接地线是埋人地下的,施工结束后检查和维修都有一定困难,有时必须破开地面才能进行检查和修复,费时费力。因此,安装时必须认真仔细.规范操作,使接地装置经久耐用。
3.1.4 便于测试
    接地装置安装结束和经过一段时间运行后,需检测接地装置的接地电阻。因此,接地装置在安装时必须设置测试点,以便定期测试。
3.2 接地极安装应注意的问题
    (1)接地装置中接地体和接地线的连接应牢固可靠,地下部分一律采用搭接焊。其搭接长度为:扁钢不小于其宽度的2倍,圆钢不小于其直径的6倍,并采用四周焊,电焊后应把焊渣敲掉。
    (2)在腐蚀性较强的场所,接地体和接地线应进行热镀锌处理,施工中焊接造成镀锌层破坏,应在焊接部位涂沥清漆。
    (3)接地极安装前,应先沿接地体的安装路线挖深0.8m.宽0.5m的沟.然后将接地极沿沟底中心线垂直打人地下,接地极顶端距地面不应小于0.6m。
    (4)垂直接地极施工时,应采用垂直打入的方法,不能挖坑埋人。因为土壤与接地极接触越紧,流散电阻就越小,采用打人的方法,可使接地极与土壤紧密接触。
    (5)水平接地极的埋设深度不应小于0.6m,接地极放人沟中后.应填埋电阻率低的土壤,如粘土等软土,不能填砂土及石块、垃圾等,填土后必须分层夯实,以降低土壤电阻率。
3.3 防雷接地装置的运行维护
    接地装置在安装结束后.必须做认真的检查和测试.确认符合规程要求后,方可投人运行。此外,为便于日后维护管理.运行单位应备有按地装置接线图、位置图,施工检查记录,测量记录。有避雷针(网)的单位,还应备有避雷针(网)及其接地装置施工检查记录及分项工程质量检验评定表。
    (1)接地装置日常运行维护检查的内容
    ①接地引下线有无严重锈蚀、断线或损伤等情况;
    ②接地线连接螺母有无丢失,连接是否牢固可靠;
    ③自然接地体连接是否牢固;
    ④接地支线和接地干线的连接是否牢固可靠;
    ⑤接地线同电气设备及接地网的连接与接触是否紧密完好,有无松动脱落现象;
    ⑥焊接处有无脱焊或锈蚀现象。
    (2)接地装置的定期检查测量
    ①一般每5年应对接地装置的地下部分进行一次检查,检查接地装置有无锈蚀,对严重锈蚀的接地装置应及时更换;
    ②检查接地装置地下部分的连接是否完好,连接处的过渡电阻值不应超过0.03Ω,如超过此值,应检查原因,并重新焊接;
    ③每年必须测量一次接地电阻值,当接地电阻值超过规定值的20%Ω应补装新的接地体,测量接地电阻应在干燥季节,且土壤电阻率为最高的时候进行;
    ④对于重要的接地装置和敷设在严重腐蚀地区(如沿海、盐碱、化工区),易燃、易爆区的接地装置,应根据具体晴况,缩短其检查和测量周期。或采用阴极保护法;
    ⑤检查接地装置覆盖的土壤是否被挖掘或流失,如有此种情况,应及时恢复原状;如覆盖的上壤有变更.则应测量其PH位等。

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