海南电力防雷知识讲座--地凯--王东升

电力系统防雷及接地研讨广西地凯防雷工程有限公司王东生雷电是什么雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷,云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。闪电的的平均电流是3万安培，最大电流可达30万安培。闪电的电压很高，约为1亿至10亿伏特。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。•闪电的温度，从摄氏一万七千度至二万八千度不等，闪电距离近，听到的就是尖锐的爆裂声；如果距离远，听到的则是隆隆声。你在看见闪电之后可以开动秒表，听到雷声后即把它按停，然后以3来除所得的秒数，即可大致知道闪电离你有几千米。•枝状闪电的通道如被风吹向两边，以致看来有几条平行的闪电时，则称为带状闪电。•闪电的两枝如果看来同时到达地面，则称为叉状闪电。•闪电在云中阴阳电荷之间闪烁，而使全地区的天空一片光亮时，那便称为片状闪电。•未达到地面的闪电，也就是同一云层之中或两个云层之间的闪电，称为云间闪电。•曲折开叉的普通闪电称为枝状闪电。雷电的感应•静电感应•电磁感应雷云电荷对地面的感应雷云对输电线路的感应静电感应对输电线路影响雷云电荷除了对架空避雷线感应产生异性电荷外，还会对下方的输电线路产生感应-----------------++++++++++++++++++++++++++++++++++静电感应对输电线路影响架空避雷线上的电荷，还会对下方的输电线路产生感应-----------------++++++++++++++++++++++++++++静电感应电荷的流动100kA50kA50kA50kA避雷接闪雷电后的雷电流分布100kA50kA50kA50kA避雷线接闪雷电后的电位分布接地电阻10Ω铁塔电位抬升500kV至1000kV100kA50kA50kA50kA避雷线接闪雷电后的电位分布接地电阻10Ω铁塔电位抬升500kV至1000kV100kA50kA避雷线接闪雷电后避雷线电位分布避雷线的分布电感和分布电阻使得雷电在流过避雷线时会产生与输电线路间的电压差:避雷线长X100X100(V)接地电阻10Ω电磁感应（雷电电磁脉冲）I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV防雷地建筑物设备设备I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物I=100kAR=1ΩU=I*R=100kV电源线信号线计算机设备地防雷地建筑物设备设备R=1Ωi=100kAU=100kV≥3m≥3m设备接地与防雷接地分开设备i=100kAU=100kVU=0V220V信号线设备接地与防雷接地分开的电位i=100kAU=100kVU=0V220V设备设备与防雷接地分开人身不安全i=100kAU=100kVU=0V220V设备设备与防雷接地分开设备损坏设备i=100kAU=100kVU=100kV220V设备采用共用接地方式i=100kAU=100kVU=100kV220V设备设备采用共用接地方式设备i=100kAU=100kV220V连接SPD的等电位防雷效果直击雷、静电感和电磁感应都会使雷电沿高压输电线路引入用户端高压输电线路雷电引入配电柜L1L2L3接地线R=4Ω10kAU=40kV雷电进入变压器前端配电柜L1L2L3接地线R=4Ω10kAU=40kV雷电进入变压器前端配电柜L1L2L3接地线SPDU=40kVU=40kVR=4Ω10kA10kA雷电进入变压器前端配电柜L1L2L3接地线１SPD设备接地线２信号线U=40kV雷电进入变压器后雷电流流向分配建筑物内有电源线(三芯)和服务牲管线,设雷电流I=100kA,雷电流50%入地,进入电源线的雷电流:I线=100/2/2/3=8.3kA雷电流流向分配KAItus1035010/350µS模拟直接雷击流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax直接雷击模拟波KAItus8208/20µS模拟感应雷电流波0.1Imax0.5Imax0.9ImaxImax雷击过电压是高达几千甚至上万伏，微秒级的电脉冲。感应雷击模拟波it20μS8μS10μS350μS从能量守恒定律得:i82*R*t8=i102*R*t10Ri10/350μS与8/20μS的关系i对两个电流波进行积分得:∫0∞i82(t)*R*dt=∫0∞i102(t)*R*dt解得:i8=5.6i10,取值:i8=6i10Rt20μS8μS10μS350μSi电源线路浪涌保护器标称放电电流参数值保护分级LPZ0区与LPZl区交界处LPZl与LPZ2、LPZ2与LVZ3区交界处直流电源标称放电电流(kA)第一级标称放电电流*(kA)第二级标称放电电流(kA)第三级标称放电电流(kA)第四级标称放电电流(kA)8/20μs10/350/μs8/20μs8/20μs8/20μs8/20μsA级≥20≥80≥40≥20≥lO≥lOB级≥15≥60≥40≥20直流配电系统中根据线路长度和工作电压选用标称放电电流≥l0kA适配的SPDC级≥12.5≥50≥20D级≥l2.5≥50≥10注：SPD的外封装材料应为阻燃型材料。*第一级防护使用两种波形的说明见条文说明。假设：设备Ａ与设备Ｂ和配电柜的接地线是独立分开设备A（机房）设备B(现场)信号线电源线电源线信号线设备A设备B电源线电源线PE-APE-BL1L2L3N配电柜PE电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kAii地面雷电损坏设备的路径电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩSPD与设备接地电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1Ω雷电损坏设备的两大参数1.过电流2.过电压电源线电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=0VU=5kVSPD与设备接地分开的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=０VU=5kV设备电源耐压:1500～2500V设备电源耐压电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=０V设备电源耐压:1500～2500VU=5kVSPD与设备接地连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:≤100V,200VSPD等电位连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVU=5kV信号耐压:≤100V,200VSPD等电位连接的防雷效果电源线信号线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kV信号耐压:≤100V,200VSPD连接信号SPD的防雷效果电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩU=5kVU=5kVSPDU=5kVU=5kV连接信号SPD的防雷效果it10μS350μS设,铜导线长1m,截面积10mm2,电感L=1μH,电阻R=1/1000Ω,雷电流i=1kA,导线两端残压U1mi=1kAUU=didt*L+i*R=10310*10-6*1*10-6+103*10-3=100+1=100V导线的残压2mSPD1000Vi=10kA2000V3000V设备防雷工程设计定律1m长导线流过1kA雷电流产生100V残压电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i=5kASPDR=1ΩSPD2m2000V≤1500V≤100V一级SPD的防雷效果电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1Ω≤1500Vi2=1kA多级SPD的防雷效果：前一级分流８０％的雷电流1800V电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面i1=４kASPDR=1Ωi2=1kA≤1500V1200V多级SPD的防雷效果1800V电源线设备A设备BPE-APE-Bi=5kA地面SPDR=1Ω≤1200Vi4i4=200Ai3串联多级SPD的防雷效果,安全阀值:≤1500V/200A设备Ai=20kASPDR=1Ω16kA4kA800A160A串联电源SPD输入接线路输出接设备信号SPD设备A设备BPE-APE-BSPDSPD信号电源电源、信号使用示意等电位接地SPD设备a设备b设备c～220VABCIG错误的局部串联接地方式3mi=1kA300V正确的接地方式设备a设备b设备cSPDi=1kAi设备A设备BPE-BSPDSPD信号电源≥1m≤1m不正确的接地方式:信号接地线太长正确的接地汇集方法被保护设备网络信号线B～220VDK-220AC60/50电源SPDDK-48DCp/RJ11信号SPDACG设备保护接地其它接地防雷接地i设备C1设备C2PE-BSPDSPD信号电源≤1miiiＲCRPEi1i2RC＞＞RPERPE:1*250mm2i1＞＞i2RC:2.5mm2大型机房的接地方式变电站接地网接地整改理由：变电站接地网建设年久，接地装置金属材料严重腐蚀断裂，接地电阻升高。目的：保证均压以及跨步电压和接触电势满足设计和运行要求。办法：按常规设计要求新增接地网装置。难点：接地装置接地电阻满足设计要求。降低接地电阻方案SR5.0在高土壤电阻率地区要降低接地电阻，需要很大的接地面积，按接地网接地电阻公式：变电站的接地面积一定,如L1=100米,L2=80米,接地面积S=100*80平方米设土壤接地电阻率ρ=1000Ω•mR=0.5*1000/√8000=5.6Ω02468100246810543543L2L1dmax1221假设：变电站所在位置的土壤电阻率ρ=1000Ω·m，设计接地电阻R=0.5Ω，则需接地面积S：2225.0RS=ρ*ρ=1000*1000（m2）1000m1000m变电站地网面积传统方法￭扩大面积:根据公式R=0.5*ρ/√S，S↑，R↓变电站征地面积一定,扩大面积,成本高;原地网扩大地网大扩地网扩大接地网￭增加地网的埋设深度:如深埋均压网水平接地体，根据公式R=0.5*ρ/√S，ρ↓，R↓效果不明显;地网埋深1-3米均压网增加地网的埋设深度￭利用自然接地体:变电站均压接地网与控制室建筑基础地网相连，属站内地网，基本没有效果;均压网基础地网利用自然接地体换土法:将变电站范围内的高土壤电阻率土质换成低土壤电阻率土质，降低ρ↓，此办法在站内施工，工作量大,成本高，基本没有效果。均压网高土壤电阻率土质低土壤电阻率土质换成低土壤电阻率土质传统方法￭化学处理:如施放降阻剂,腐蚀性大,地网寿命在5年以内,成本高,效果不明显￭禁止使用降阻剂的呼声越来越高采用降阻剂处理水平地网效果差：主要作用降低接触电阻海勃湾220kV发电厂采用60t降阻剂处理水平地网，接地电阻基本没变胶南110kV变电站地网动用30万元的降阻剂，基本没效采用降阻剂处理接地地网传统方法长垂直接地极：如：打深井或深孔爆破法，有一定效果，但不一定达到接地电阻设计值，深孔爆破法的效果与地质结构有关，成本较高打深井或深孔爆破法由于接地网内的土壤电阻率极高，接地电阻很难降下来，如果采用电阻率较低的材料如降阻剂，将接地网内的所有土壤用降阻剂来替换，并辅助打多口深井，即将接地网等效于一个半球接地体，如下图所示：接地半球rr1地面I土壤r1ρ半球接地体示意图r为半