关于防雷、接地和电气安全的研究

网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：关于防雷、接地和电气安全的研究学习中心： 辽宁沈阳奥鹏学习中心 11 层 次： 专 升 本 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2013 年春季 学 号： 131369309854学 生： 边宏利 指导教师： 康永红 完成日期： 2016 年 1 月 20 日 关于防雷、接地和电气安全的研究I内容摘要在供电系统运行过程中,由于雷击、操作、短路等原因,产生危及电气设备绝缘的过电压,严重危害供电系统,需要进行电气设备的防雷、接地、防腐蚀。还需要注意静电的防护及防爆和防腐蚀。在供电系统运行时,人们得知道触电后该怎么样做才安全。必须认识电流对人体的危害,人体触电的形式和触电后脱离电源的方法,同时还得了解电后急救的知识。 关键词：防雷；接地保护；用电安全 关于防雷、接地和电气安全的研究II目 录内容摘要 .I1 绪论 .11.1 课题的背景及意义 .11.2 防雷接地保护的重要性 .11.3 防雷接地保护的研究现状 .21.4 本文的主要内容 .32 变电站高压电力装置防雷技术 .42.1 引言 .42.2 雷电参数特性 .42.2.1 雷电流幅值及分布概率 .42.2.2 雷电流波形和极性 .42.2.3 雷暴日 .42.2.4 落雷密度 .52.3 变电站防雷技术措施 .52.3.1 直击雷的防护措施 .52.3.2 防雷电波侵入的措施 .53 接地与屏蔽 .83.1 防雷接地 .83.1.1 防雷接地的基本要求 .83.1.2 接地电阻 .83.1.3 接地装置 .83.2 屏蔽和等电位连接 .93.2.1 屏蔽 .93.2.2 防雷等电位连接 .93.3.3 变电站屏蔽和等电位措施 .93.3.4 保护接地 .103.3.5 保护接零 .104 结 论 .12关于防雷、接地和电气安全的研究III参考文献 .13关于防雷、接地和电气安全的研究11 绪论1.1 课题的背景及意义 变电站是电力系统的重要组成部分，变电站发生雷击事故，将造成大面积停电，会对电网造成较大的危害。近年来，随着我国电力变电站实现综合自动化，不仅为变电站实现无人值守和配电网实现自动化奠定了基础，而且也为供电部门提供更安全、经济、可靠和高质量的电能创造了条件，这就更加要求防雷接地措施必须十分可靠。在变电站的设计过程中，保护变电站的设备安全，提高其供电可靠性，优化防雷接地设计方案，加强变电站的防雷接地安全措施，最大程度的减少雷击事故发生，有着极其重要的意义。1.2 防雷接地保护的重要性遭受雷击的途径:一是雷直击于变电站的设备上；二是各类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到变电站。根据入侵的途径，防雷措施对策一般可分为:(1)阻止雷电波的进入；(2)利用保护装置把雷电波导入到接地网中。防雷保护措施要根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点等，选择安装适宜的保护装置。现代防雷工程的防雷对象扩大了，防雷措施增加了，防雷设计的方法也在不断发展。变电站实现综合自动化是传统变电站二次系统的重大变革，其装置形式、功能配置以及操作方法都发生了根本性变化。利用多台微机和大规模集成电路装置组成的自动化系统，可用于控制、监测、保护、通信等等。但是，由于这类装置使用了超大规模集成电路，运行电压只有数伏、信号电流仅为微安级的微机装置，相比于传统的电磁式的各类保护装置，设备的耐热性能要差，对尖峰脉冲的耐受能力比较脆弱，特别是雷击过电压的暂态冲击会通过变电站的电源线引入，从而引起瞬态过电压，如果不经处理，就会引起二次设备的损坏。同时，接地是避雷技术很重要的环节，变电站接地系统的合理与否，是直接采用关系到人身和设备安全的重要问题。不管是直击雷、感应雷或其它形式的雷，采用何种类型的防雷设备，都要求将雷电流尽快通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。随着电力系统规模的不断扩大，接地系统的设计越来越复杂。变电站接地网安全除了对接地阻抗有要求外，还对关于防雷、接地和电气安全的研究2地网的结构、使用寿命等提出了较高的要求。1.3 防雷接地保护的研究现状当雷电直接击中电力系统的导线部分时，会产生极高的雷电过电压，任何电压等级的设备绝缘都会难以耐受。变电站对于直击雷的保护一般采取装设避雷针或采用沿变电站进线段一定距离内架设避雷线，吸引雷电击向自身，减低雷击点的过电压，通过良好接地的装置，将雷电流迅速泄入大地。避雷针大大增加雷击概率，这使得依附于一次设备的，目前正在大量更新的保护、监控、通信等二次设备遭受雷击的概率大大增加，损坏方式也多种多样，从而给电力生产带来很大的损失。这些二次设备防感应雷基本上靠机壳和内部元件本身，可靠性较低。当雷击使高压线路引入雷电波时，往往影响到变电站的整个低压电源系统、通信系统，导致低压电源系统中绝缘薄弱设备的某些元件损坏，如设备的电源模块，计算机监控系统等，一旦被波及往往造成接口元件击穿或烧坏。接地起着维持正常运行、保护、防雷、防干扰等作用。当接地不规范时，雷电电磁脉冲容易引起接地点之间电位差，产生的电磁场干扰二次设备的运行，严重时会损坏设备内部的电子回路。接地电阻不合格，雷电引起的地电位升高，也会通过设备的接地线引入二次设备中，损坏设备的插件。所以，各接地网间必须通过合理布置接地线，等电位连接、屏蔽及装置本身的电磁兼容防护来解决设备的安全问题。接地就是将电器设备的某些部位、电力系统的某点与大地相连，提供故障电流及雷电流的泄流通道，稳定电位，提供零电位参考点，以保证电子、电器设备的正常运行和人员的人身安全。接地从类别来看分为防雷接地、交流工作接地、安全保护接地、直流接地、屏蔽接地与防静电接地。防雷接地和其他接地(电气安全、防静电、工作地)可能共地，也可能分地。从应用来说，接地具有更广泛的需求。常规接地技术主要是利用接地体几何尺寸，实现接地泄流、降低接地电阻的目的，大量使用角钢、扁钢等构筑地网。现在由于各行业新技术、新设备的广泛运用，对接地提出了更多新的要求，接地工程需求增大。接地技术厂家也为在该行业取得先期市场而积极提高自己的技术优势，多种优化接地技术、新型接地专利产品在市场上逐步兴起。在接地技术行业，地网材料从钢质铜质的演变引发了行业对电化学腐蚀的关注，并推动了新型接地材料的问世。工程技术人员在全面综合接地网的泄流耗散能力、地网结构、寿命和稳定性的基础上构建科学、安全、稳定、持久的整体等电位接地系统。新型接地材料的适用性更加广泛，为关于防雷、接地和电气安全的研究3接地工程的设计和实施提供了更多的选择，比如：考虑低电阻的铜包钢接地极、离子接地极；考虑地网结构和稳定的放热焊接技术及产品；考虑综合性价比的复合接地模块；考虑使用寿命的带阴极保护的锌包钢接地极、锌包钢离子接地极等。由于大量新型接地材料和新技术方案的采用，我国高土壤电阻率条件下的接地技术得到迅速发展。 目前，国内各行业针对自身情况已制订或正在制定比较细致的接地行业标准，国内接地技术规范逐步趋向于与国际技术规范接轨，部分等同采用国际规范。1.4 本文的主要内容在电力系统中大气过电压严重影响电力系统的正常运行，而大气过电压产生的根本原因，是雷云放电引起的。因此要注意电气设备的防雷。在日常生活中为了防止人体触电，电气设备必须有良好的接地装置，用以保护电气设备及防止人体触电事故的发生。化工厂生产的原料和产品大多数是易燃物的物质，如氢气、一氧化碳、氨气、甲烷和乙炔等，其生产过程一般是高温、高压操作，这些都是形成着火和爆炸的条件。因此防爆在化工企业具有特别重要的意义。必须采取措施，防止由化工厂共配电电气设备和线路引起爆炸或火灾事故或火灾事故。因此，供电系统的注意防雷接地及电气安全。关于防雷、接地和电气安全的研究42 变电站高压电力装置防雷技术2.1 引言建筑物的防雷设计要因地制宜地采取防雷措施，目标是要防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失，同时做到安全可靠、技术先进、经济合理。要在认真调查被保护物周围的地理、地质、土壤、气象、环境等条件，了解雷电活动规律及其特点的基础上，仔细研究防雷装置的形式及其布置。建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。各类防雷建筑物都必须采取防直击雷和防雷电波侵入的措施，对于第一类防雷建筑物和部分第二类防雷建筑物还要采取防雷电感应的措施。变电站一般为第二类防雷建筑，本文以第二类防雷建筑要求，进行防雷设计。2.2 雷电参数特性雷电是一种自然现象，它释放出的巨大能量，有极强大的破坏能力。而且雷电发生的随机性很大，关于雷电特性的各个参数需要通过大量实测，数据统计后才能确定，防雷保护设计的依据来源于这些实测数据。2.2.1 雷电流幅值及分布概率雷电流幅值是指物体遭到直接雷击时，经过接地电阻，被击物体中雷电流的最大值。它是表示雷电强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，是最重要的雷电参数。2.2.2 雷电流波形和极性雷电流对电气设备绝缘的危险程度同雷电流波头(波前时间)陡度的大小有关。雷电流的幅值和波前时间决定了它的陡度，雷电流的陡度是指其波前随时间上升的变化率。根据实测统计，对于中等强度以上的雷电流，其波头(波前时间 T。)大多为 1 一 5 拼 s，平均为 2.6 尽 s。雷电流是单极性的脉冲波，75%90%的雷电流是负极性的。2.2.3 雷暴日雷暴日是一年中有雷电的天数。可表征不同地区的雷电活动频繁程度，统计雷暴的严重程度。地区雷暴日等级可根据年平均雷暴日数来划分。一般可划分为少雷区、多雷关于防雷、接地和电气安全的研究5区、高雷区、强雷区。少雷区是指年平均雷暴日在 20 天及以下的地区；多雷区是指年平均雷暴日大于 20 天但不超过 40 天的地区；高雷区是年平均雷暴日大于40 天，不超过 60 天的地区；强雷区是年平均雷暴日超过 60 天以上的地区。2.2.4 落雷密度地面落雷密度是表征雷云对地放电的频繁程度。线路受雷密度是以线路受雷宽度为避雷线(有避雷线的线路)或导线(无避雷线的线路)的平均悬挂高度的 4 倍进行计算。2.3 变电站防雷技术措施当雷电直击在物体上，产生电磁效应、热效应和机械力对物体造成危害的现象，称为直击雷。直击雷产生的过电压幅值可高达数十万伏，有的达到数百万伏，这是任何电压等级的电力设备绝缘都不能耐受的。所以需要安装直击雷防护装置，而防护直击雷最常用的措施是装设避雷针或避雷线。2.3.1 直击雷的防护措施避雷针(线)是接地的导电物，一般高于被保护物体，它们的作用就是将雷电吸引到自己身上，安全并迅速地导入地中。避雷针通过自身的高度，在其尖端的高突处形成电场的畸变，在雷云电场的作用下，当尖端的电场强度大于空气电离场强时，开始电离空气，形成迎面先导，并与雷云的雷电先驱相遇，完成雷击过程。为了使雷电流能够顺利下泄，必须有良好的导电通道。因此，避雷针(线)的基本组成部分是接闪器(引发雷击的部位)、引下线和接地体。2.3.2 防雷电波侵入的措施避雷器实质上是一种放电器(或称限压器)，并联在被保护设备附近。避雷器的击穿电压要比被保护设备的低。当线路上传来的过电压超过避雷器的放电电压时，避雷器会先行放电，把入侵波导入大地，限制设备上的过电压，避免电气设备绝缘遭击穿损坏。当入侵波消失后，避雷器又能够自行恢复绝缘能力，防止工频接地短路事故的发生。为了使避雷器达到预期的保护效果，必须正确选择和使用避雷器。避雷器的基本要求:1、避雷器与被保护设备之间应有合理的伏秒特性的配合，在被保护物可能关于防雷、接地和电气安全的研究6击穿以前，避雷器就已发生动作，将过电压波截断，从而起到可靠的保护作用。工程上常用冲击系数。来反映伏秒特性的形状。冲击系数 a 是指冲击放电电压与工频放电电压的比值，其比值越小，伏秒特性越平直，一般希望它接近于 1。因此，应选用冲击系数小的避雷器作为电气设备的保护装置。2、当瞬间的雷电过电压消失后，避雷器能自行截断工频续流、恢复绝缘强度，保证电力系统能够继续正常运行。3、具有一定通流容量，且其残压应低于被保护设备的冲击耐压值。2.3.3 架空线路的防雷措施 1.3.1.1 装设避雷线这是第一道防线，它用来防止线路遭受直接雷击。一般 63kV 及以上架空线路需沿全线装设避雷线。35kV 的架空线路一般只在经过人口稠密区或进出变电所一段线路上装设，而 10kV 及以下线路上一般不装设避雷线。1.3.1.2 加强线路绝缘或装设避雷器为使杆塔或避擂线遭受雷击后线路绝缘不致发生闪络，应设法改善避雷线接地，或适当加强线路绝缘，或在绝缘薄弱点装设避雷器，这是第 2 道防线。例如木横担、瓷横担，或采用高一级电压的绝缘子，或顶项用针式而下面用两项改用悬式绝缘子（一针二悬） ，以提高 10kV 架空线路的防雷水平。 1.3.1.3 利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线在线路上遭受雷击并发生闪