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变电站直击雷防护措施分析

发布时间:2021-10-22  

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明,雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。美国排名前1000名的企业,平均每个企业每年因雷击损失20万美元﹐我国每年因雷击造成的人员伤亡近万人,雷击造成的财产损失估计在50―100亿元左右。随着电力系统规模的增长,大量集成电路应用于变电站二次设备,一旦雷电波侵入,极易造成二次设备的损坏,甚至可能会使整个系统瘫痪,造成不可估量的损失。变电站是电力系统的重要组成部分,因此他是防雷的重要保护部位。变电站防雷接地系统的合理是否直接关系到人身、设备、电网安全的重要问题。

变电站遭受雷击的主要原因:

雷电是雷云层接近大地时,地面感应出相反电荷,当电荷积聚到一定程度,产生云和云之间以及云和大地之间放电,进发出光和声的现象。供电系统在正常运行时,电气设备的绝缘处于电网的额定电压作用之下,但是由于雷击的原因,供配电系统中某些部分的电压会大大超过正常状态下的数值,通常情况下变电站雷击有两种情况:一是雷直击于变电站的设备上,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站。其具体表现形式如下:

(1)直击雷过电压。

雷云直接击中电力装置时,形成强大的雷电流,雷电流在电力装置上产生较高的电压,雷电流通过物体时,将产生有破坏作用的热效应和机械效应。

(2)感应过电压。

当雷云在架空导线上方,由于静电感应,在架空导线上积聚了大量的异性束缚电荷,在雷云对大地放电时,线路上的电荷被释放,形成的自由电荷流向线路的两端,产生很高的过电压,此过电压会对电力网络造成危害。

(3)雷电侵入波。

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站,是导致变电站雷害的主要原因,若不采取防护措施,势必造成变电站电气设备绝缘损坏,引发事故。

防雷措施总体概括为2种:

①避免雷电波的进入;

②利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应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、特点安装适宜的保护装置。

变电站的直击雷保护

防直击雷电的避雷装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。

1. 接闪器

接闪器位于防雷装置的顶部,其作用是利用其高出被保护物的突出地位把雷电引向自身,承接直击雷放电。除避雷针、避雷线、避雷网和避雷带可作为接闪器外,建筑物的金属物面和金属构件可用作为第一类防雷建筑物以外的建筑物的接闪器。几种常用的接闪器如下:

(1)避雷针。避雷针是人为设立的最突出的良导体,在雷云的感应下,针的项端形成的电场强度最大,所以最容易把雷电流吸引过来,完成避雷针的接闪作用。避雷针一般用镀锌圆钢或焊接钢管制成,圆钢截面不得小于100mm2,钢管厚度不得小于3mm。避雷针应考虑防腐蚀,除应镀锌或涂漆外,在腐蚀性较强的场所还应适当加大截面或采取其他防腐措施。它的顶端形状可做成尖形、圆形或扁形。避雷针通过导线接入地下,与地面形成等电位,利用自身的高度,使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变,开始电离并下行先导放电:避雷针在强电场作用下产生尖端放电;形成向上先导放电;两者会合形成雷电桐庐,随之泄入大地,达到避雷效果。实际上,避雷装置是引雷针,可将周围的雷电引来并提前放电,将雷电电流通过自身的接地导体传向地面,避免保护对象直接遭雷击。安装的避雷针和导线通体要有良好的导电性,接地网一定要保证尽量小的阻抗值。

(2) 避雷带。试验发现,不论屋顶坡度多大,都是屋角和檐角的雷击率最高。屋顶坡度愈大,则屋脊的雷击率也大。通过对不同屋顶坡度建筑物的雷击分布情况调查发现,对于那些屋顶平整、又没有突出结构(如烟囱等)的建筑物,雷击部位是有一定规律性的。避雷带就是对建筑物雷击率高的部位,进行重点保护的一种接闪装置。避雷带的防护原理与避雷线一样,由于它的接闪面积大,接闪设备附近空间电场强度相对比较强,更容易吸引雷电先导,使附近尤其比它低的物体受雷击的几率大大减少。避雷带的材料一般选用直径不小于8mm的圆钢,或截面积不小于48mm²、厚度不少于4mm的扁钢。

(3) 避雷网。当建筑物较高,屋顶面积较大但坡度不大时,可采用避雷网作为屋面保护的接闪装置。避雷网(带)分明装和暗装两种:明装避雷网(带)一般可用直径8mm的圆钢或截面12mmX4mm的扁钢做成,为避免接闪部位的振动力,宜将网(带)支起10-20cm,支持点间距取1-1.5m,并应注意美观和伸缩问题;暗装可利用建筑内直径不小于3mm的钢筋。明网防雷电是将金属线制成的网,架在建(构)筑物顶部空间,用截面积足够大的金属物与大地连接的防雷电;暗网是利用建(构)筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护。只要每层楼楼板内的钢筋与梁、柱、墙内的钢筋有可靠的电气连接,并与层台和地桩有良好的电气连接,形成可靠的暗网,则这种方法要比其他防护设施更为有效。无论是明网还是暗网,网格越密,防雷的可靠性越好。

2.引下线

引下线是指连接接闪器与接地装置的金属导体。引下线可分明装和暗装两种。明装时一般采用直径8mm的圆钢或截面12mmX4mm的扁钢,在易受腐蚀部位,截面适当加大。建筑物的金属构件引下线应沿建筑物外墙敷设,敷设时应保持一定的松紧度。从接闪器到接地装置的引下线的敷设应尽量短而直,若必须弯曲时,弯角应大于90°。引下线应敷设于人们不易触及之处,由地下0.3m到地上1.7m的一段引下线应加保护设施,以避免机械损坏。暗装引下线利用钢筋混凝土中的钢筋作引下线时,最少应利用四根柱子,每柱中至少用到两根主筋。防雷装置的引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。

3.接地装置

防雷接地是针对防雷保护的需要而设置的接地,目的是使雷电流顺利导人大地,以利其降低电压。埋接地体时,应将周围填土夯实,不得回填砖石灰渣之类杂土。通常接地体均应采用镀锌钢材,土壤有腐蚀性时,应适当加大接地体和连接条截面,并加厚镀锌层。接地电阻的数值应符合规范要求。

变电站是电力系统防雷的重要保护设施,如果发生雷击事故,将造成大面积的停电,严重影响社会生产和人民生活。为保证电力系统的安全运行,电力系统应根据被保护物的重要性和危险程度的不同,对于直接雷、雷电感应、雷电侵入波应采取相应的防雷保护措施。因此要求变电站的防雷保护措施必须十分可靠。雷电波沿着输电线路侵入变电站,就会对变电站设备构成巨大威胁。因此,如何切实有效地制定及改善输电线路和变电站的防雷措施,已经成为确保电力系统安全、可靠、稳定运行的重要工作之一。

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