35kv变电所接地装置与防雷的设计
目录
一. 前言………………………………………………………………1 二. 设计任务……………………………………………………………1 三. 设计方案及相关计算………………………………………………1 3.1 雷电参数………………………………………………………1 3.1.1雷电流的幅值、波头、波长和陡度………………………1 3.1.2 雷电流极性及波形…………………………………………2 3.1.3雷电波阻抗(Z0) ……………………………………………3 3.1.4地面落雷密度………………………………………………3 3.2变电所遭受雷击的主要原因…………………………………4 3.3变电所防雷的原则……………………………………………4 3.4变电站防雷具体措施分类……………………………………5 3.4.1 避雷针或避雷线……………………………………………5 3.4.2避雷器………………………………………………………8 3.4.3 直击雷防护…………………………………………………9 3.4.4变电站雷电侵入波防护 …………………………………13 3.4.5变电站的进线段雷电防护设计……………………………16 3.5接地装置的设计………………………………………………18 3.6 变电站弱电设备防雷措施……………………………………28 四. 结束语………………………………………………………………28 五. 参考文献……………………………………………………………28 六. 调研报告……………………………………………………………29
一、前言
变电所是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所,是联系发电厂与电力用户的纽带,担负着电压变换和电能分配的重要任务。如果变电所发生雷击事故,会给国家和人民造成巨大的损失。所以变电所的防雷是不可忽视的问题。随着电力系统的快速发展,使得电能这一清洁能源在人民生产、生活中得到了普遍使用。但当高压输电网在为人们提供动力和照明时,不能忽视自然界产生的雷电对高压输变电设备产生的大量危害。因此,必须加强变电所雷电防护问题的认识与研究。
随着电力工业的发展，自动化程度越来越高，对安全供电的要求也越来越高。为了防止各种电气事故，保障人民生产、生活的正常有序进行，电气安全已成为社会关注对象，各种电气安全措施也正在建立与完善。
电气安全工作是一项综合性的工作，有工程技术的一面，也有组织管理的一面。工程技术和组织管理相辅相成，有着十分密切的联系。电气安全工作主要有两方面的任务。一方面是研究各种电气事故，研究电气事故的机理、原因、构成、特点、规律和防护措施；另一方面是研究用电气的方法解决各种安全问题，即研究运用电气监测、电气检查和电气控制的方法来评价系统的安全性或获得必要的安全条件。
二、设计任务
本设计针对35KV变电站进行防雷接地保护设计；根据变电站国家防雷接地标准，结合35KV变电站电气接线图以及具体情况，学习利用各种防雷接地装置等，实现对变电站的直击雷防护、雷电侵入波防护以及变电站的接地保护设计。
三、设计方案及相关计算
3.1雷电参数
3.1.1雷电流的幅值、波头、波长和陡度
（1）雷电流幅值的概率分布 我国现行标准推荐按下式计算
lgP??I88
式中：I是雷电流幅值，kA；P是 幅值等于大于I的雷电流概率。例如幅值等于和超过50kA的雷电流，计算可得概率为33%。
上述雷电流幅值累积概率计算公式适用于我国大部分地区。对于雷电活动很弱的少雷地区(年平
均雷电活动20日以下)，例如陕南以外的西北地区及内蒙古自治区的部分地区。雷电流幅值概率可按以下公式求得：
lgP??I44
（2）雷电流的波头和波长
虽然雷电流幅值随各国的自然条件不同而差别很大，但是各国侧得的雷电流波形却基本一致。据统计，波头长度大多在1μs～5μs的范围内，平均2μs～2.5μs。我国在防雷保护设计中建议采用2.6μs的波头长度。
至于雷电流的波长，实测表明在20μs～100μs范围之内，平均约为50μs,大于50μs的仅占18%～30%。
根据以上分析，在防雷保护计算中，雷电流的波形可采用2.6/50μs。 (3)雷电流陡度
由于雷电流的波头长度变化范围不大，所以雷电流的陡度和幅值必然密切相关。我国采用2.6μs的固定波头长度，即认为雷电流的平均陡度石和幅值线性相关：
a?I2.6
即幅值较大的雷电流同时也具有较大的陡度。
雷电流的各项主要参数---幅值、波头、波长和陡度的实测数据具有很大的分散性。许多研究者发表过各种结果，虽然基本规律大体相近，但其具体数值却有差异。其原因一方面在于雷电放电本身的随机性受到自然条件多种因素的影响;另一方面也在于测量条件和技术水平的不同。我国幅员辽阔，各地自然条件千差万别。雷电观测工作的基础还比较薄弱，有待于进一步加强。
3.1.2 雷电流极性及波形
国内外实测结果表明，75%～90%的雷电流是负极性，加之负极性的冲击过电压波沿线路传播衰减，因此电气设备的防雷保护中一般按负极性进行分析研究。
在电力系统的防雷保护计算中，要求将雷电流波形用公式描述，以便处理,经过简化和典型化可得以下三种常用的计算波形，如图3-1所示。
i i I i I 0.5I 0 I 0.5I 0
t T2 0 T1 T1 T1 t T1 t (a)标准冲击波形 (b)等值斜角波头 (c)等值半余弦波头 图3-1 雷电流的等值波形 图3-1(a)标准波形，它是由双指数公式所表示的波形
i?I0(e??t?e??t)
这种表示是与实际雷电流波形最为接近的等值波形，但比较繁琐。当被击物体的阻抗只是电阻R时，作用在R上的电压波形u和电流波形i是相同的。双指数波形也取作冲击绝缘强度试验电压的波形，对它定出标准波前和波长为1.2/50μs。
图2-2-1（b）为斜角平顶波，其陡度α可由给定的雷电流幅值I和波前时间定。斜角波的数学表达式最简单，便于分析与雷电流波前有关的波程，并且斜角平顶波用于分析发生在10μs以内的各种波过程，有很好的等值性。
图3-2-1（c）为等值半余弦波，雷电流波形的波前部分，接近半余弦波，可用下式表达：
i?Im2(1?cos?t)
这种波形多用于分析雷电流波前的作用，因为用余弦函数波前计算雷电流通过电感支路所引起压降比较方便。还有在设计特高杆塔时，采用此种表示将使计算更加接近于实际。
3.1.3雷电波阻抗(Z0)
雷电通道在主放电时如同导体，使雷电流在其中流动同普通分布参数导线一样，具有某一等值波阻抗，称为雷电波阻抗(Z0)。也就是说，主放电过程可视为一个电流波阻抗Z0的雷电投射到雷击点A的波过程。若设这个电流入射波为I0，则对应的电压入射波
u0?I0Z0。
根据理论研究和实测分析，我国有关规程建议Z0取300Ω左右。
3.1.4地面落雷密度
雷云对地放电的频繁和强烈程度，由地面落雷密度?来表小。?是指每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数。实际上，?值与年平均雷电日Td有关。一般，Td大的地区，其?值也较大。 关于地面落雷密度与雷电日数的关系，我国标准推荐采用国际大电网会议推荐标准:
Ng?0.023Td1.3
式中，Ng为每年每平方公里地面落雷数；Td雷电日数；由此可得： 对
Td?40??0.023Td0.3
的地区，按我国标准取值??0.07。