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防雷技術

變電站直擊雷防護措施分析

發布時間:2021-10-22  

雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一。最新統計資料表明,雷電造成的損失已經上升到自然災害的第三位。美國排名前1000名的企業,平均每個企業每年因雷擊損失20萬美元﹐我國每年因雷擊造成的人員傷亡近萬人,雷擊造成的財產損失估計在50―100億元左右。隨著電力系統規模的增長,大量集成電路應用于變電站二次設備,一旦雷電波侵入,極易造成二次設備的損壞,甚至可能會使整個系統癱瘓,造成不可估量的損失。變電站是電力系統的重要組成部分,因此他是防雷的重要保護部位。變電站防雷接地系統的合理是否直接關系到人身、設備、電網安全的重要問題。

變電站遭受雷擊的主要原因:

雷電是雷云層接近大地時,地面感應出相反電荷,當電荷積聚到一定程度,產生云和云之間以及云和大地之間放電,進發出光和聲的現象。供電系統在正常運行時,電氣設備的絕緣處于電網的額定電壓作用之下,但是由于雷擊的原因,供配電系統中某些部分的電壓會大大超過正常狀態下的數值,通常情況下變電站雷擊有兩種情況:一是雷直擊于變電站的設備上,二是架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。其具體表現形式如下:

(1)直擊雷過電壓。

雷云直接擊中電力裝置時,形成強大的雷電流,雷電流在電力裝置上產生較高的電壓,雷電流通過物體時,將產生有破壞作用的熱效應和機械效應。

(2)感應過電壓。

當雷云在架空導線上方,由于靜電感應,在架空導線上積聚了大量的異性束縛電荷,在雷云對大地放電時,線路上的電荷被釋放,形成的自由電荷流向線路的兩端,產生很高的過電壓,此過電壓會對電力網絡造成危害。

(3)雷電侵入波。

架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站,是導致變電站雷害的主要原因,若不采取防護措施,勢必造成變電站電氣設備絕緣損壞,引發事故。

防雷措施總體概括為2種:

①避免雷電波的進入;

②利用保護裝置將雷電波引入接地網。防雷保護措施應根據現場常見的雷擊形式、頻率、強度以及被保護設施的重要性、特點安裝適宜的保護裝置。

變電站的直擊雷保護

防直擊雷電的避雷裝置一般由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。

1. 接閃器

接閃器位于防雷裝置的頂部,其作用是利用其高出被保護物的突出地位把雷電引向自身,承接直擊雷放電。除避雷針、避雷線、避雷網和避雷帶可作為接閃器外,建筑物的金屬物面和金屬構件可用作為第一類防雷建筑物以外的建筑物的接閃器。幾種常用的接閃器如下:

(1)避雷針。避雷針是人為設立的最突出的良導體,在雷云的感應下,針的項端形成的電場強度最大,所以最容易把雷電流吸引過來,完成避雷針的接閃作用。避雷針一般用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成,圓鋼截面不得小于100mm2,鋼管厚度不得小于3mm。避雷針應考慮防腐蝕,除應鍍鋅或涂漆外,在腐蝕性較強的場所還應適當加大截面或采取其他防腐措施。它的頂端形狀可做成尖形、圓形或扁形。避雷針通過導線接入地下,與地面形成等電位,利用自身的高度,使電場強度增加到極限值的雷電云電場發生畸變,開始電離并下行先導放電:避雷針在強電場作用下產生尖端放電;形成向上先導放電;兩者會合形成雷電桐廬,隨之泄入大地,達到避雷效果。實際上,避雷裝置是引雷針,可將周圍的雷電引來并提前放電,將雷電電流通過自身的接地導體傳向地面,避免保護對象直接遭雷擊。安裝的避雷針和導線通體要有良好的導電性,接地網一定要保證盡量小的阻抗值。

(2) 避雷帶。試驗發現,不論屋頂坡度多大,都是屋角和檐角的雷擊率最高。屋頂坡度愈大,則屋脊的雷擊率也大。通過對不同屋頂坡度建筑物的雷擊分布情況調查發現,對于那些屋頂平整、又沒有突出結構(如煙囪等)的建筑物,雷擊部位是有一定規律性的。避雷帶就是對建筑物雷擊率高的部位,進行重點保護的一種接閃裝置。避雷帶的防護原理與避雷線一樣,由于它的接閃面積大,接閃設備附近空間電場強度相對比較強,更容易吸引雷電先導,使附近尤其比它低的物體受雷擊的幾率大大減少。避雷帶的材料一般選用直徑不小于8mm的圓鋼,或截面積不小于48mm2、厚度不少于4mm的扁鋼。

(3) 避雷網。當建筑物較高,屋頂面積較大但坡度不大時,可采用避雷網作為屋面保護的接閃裝置。避雷網(帶)分明裝和暗裝兩種:明裝避雷網(帶)一般可用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼做成,為避免接閃部位的振動力,宜將網(帶)支起10-20cm,支持點間距取1-1.5m,并應注意美觀和伸縮問題;暗裝可利用建筑內直徑不小于3mm的鋼筋。明網防雷電是將金屬線制成的網,架在建(構)筑物頂部空間,用截面積足夠大的金屬物與大地連接的防雷電;暗網是利用建(構)筑物鋼筋混凝土結構中的鋼筋網進行雷電防護。只要每層樓樓板內的鋼筋與梁、柱、墻內的鋼筋有可靠的電氣連接,并與層臺和地樁有良好的電氣連接,形成可靠的暗網,則這種方法要比其他防護設施更為有效。無論是明網還是暗網,網格越密,防雷的可靠性越好。

2.引下線

引下線是指連接接閃器與接地裝置的金屬導體。引下線可分明裝和暗裝兩種。明裝時一般采用直徑8mm的圓鋼或截面12mmX4mm的扁鋼,在易受腐蝕部位,截面適當加大。建筑物的金屬構件引下線應沿建筑物外墻敷設,敷設時應保持一定的松緊度。從接閃器到接地裝置的引下線的敷設應盡量短而直,若必須彎曲時,彎角應大于90°。引下線應敷設于人們不易觸及之處,由地下0.3m到地上1.7m的一段引下線應加保護設施,以避免機械損壞。暗裝引下線利用鋼筋混凝土中的鋼筋作引下線時,最少應利用四根柱子,每柱中至少用到兩根主筋。防雷裝置的引下線應滿足機械強度、耐腐蝕和熱穩定的要求。

3.接地裝置

防雷接地是針對防雷保護的需要而設置的接地,目的是使雷電流順利導人大地,以利其降低電壓。埋接地體時,應將周圍填土夯實,不得回填磚石灰渣之類雜土。通常接地體均應采用鍍鋅鋼材,土壤有腐蝕性時,應適當加大接地體和連接條截面,并加厚鍍鋅層。接地電阻的數值應符合規范要求。

變電站是電力系統防雷的重要保護設施,如果發生雷擊事故,將造成大面積的停電,嚴重影響社會生產和人民生活。為保證電力系統的安全運行,電力系統應根據被保護物的重要性和危險程度的不同,對于直接雷、雷電感應、雷電侵入波應采取相應的防雷保護措施。因此要求變電站的防雷保護措施必須十分可靠。雷電波沿著輸電線路侵入變電站,就會對變電站設備構成巨大威脅。因此,如何切實有效地制定及改善輸電線路和變電站的防雷措施,已經成為確保電力系統安全、可靠、穩定運行的重要工作之一。

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