第7章1_防雷和接地的一般原則

1、風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)制作人：制作人：朱永強朱永強, , 田軍田軍華北電力大學華北電力大學風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地27 7 風電場的防雷和接地風電場的防雷和接地 v7.1 7.1 雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護v7.2 7.2 接地的原理、意義及措施接地的原理、意義及措施v7.3 7.3 大型風力機的防雷保護大型風力機的防雷保護v7.4 7.4 集電線路的防雷與接地集電線路的防雷與接地v7.5 7.5 升壓變電站的防雷與接地升壓變電站的防雷與接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地37.1 雷電的產(chǎn)生機理、危害及防護雷電的產(chǎn)生機理

2、、危害及防護7.1.1 雷電的產(chǎn)生機理雷電的產(chǎn)生機理雷電雷電是雷云間或雷云與地面物體間的是雷云間或雷云與地面物體間的放電現(xiàn)象放電現(xiàn)象。電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏，放電電流幾十千安甚至幾電位差可達數(shù)兆伏甚至數(shù)十兆伏，放電電流幾十千安甚至幾百千安。經(jīng)驗表明，對地放電的百千安。經(jīng)驗表明，對地放電的雷云絕大部分帶負電荷雷云絕大部分帶負電荷，所，所以雷電流的極性也為負的。以雷電流的極性也為負的。雷電的類型雷電的類型直擊雷直擊雷：雷云直接對建筑物或地面上的其他物體放電。：雷云直接對建筑物或地面上的其他物體放電。感應雷感應雷：包括靜電感應雷和電磁感應雷。：包括靜電感應雷和電磁感應雷。球形雷球形雷：是一種球

3、形的發(fā)紅光或極亮白光的火球。：是一種球形的發(fā)紅光或極亮白光的火球。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地4直擊雷直擊雷：雷云放電時，雷電流可達幾百千安。通過被雷擊物：雷云放電時，雷電流可達幾百千安。通過被雷擊物體時，產(chǎn)生大量的熱量，使物體燃燒。體時，產(chǎn)生大量的熱量，使物體燃燒。感應雷感應雷：雷電感應是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電：雷電感應是雷電的第二次作用，即雷電流產(chǎn)生的電磁效應和靜電效應作用。磁效應和靜電效應作用。 在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場突然消失，在雷云向其他地方放電后，云與大地之間的電場突然消失，但建筑物的頂部或架空線路上的電荷不能很快泄入大地，但建筑物

4、的頂部或架空線路上的電荷不能很快泄入大地，殘留的大量電荷相互排斥而產(chǎn)生強大的能量使建筑物震裂。殘留的大量電荷相互排斥而產(chǎn)生強大的能量使建筑物震裂。同時，殘留電荷形成的高電位，往往造成屋內(nèi)電線、金屬同時，殘留電荷形成的高電位，往往造成屋內(nèi)電線、金屬管道和大型金屬設備放電，擊穿電氣絕緣層或引起火災、管道和大型金屬設備放電，擊穿電氣絕緣層或引起火災、爆炸。爆炸。7.1.2 雷電的危害雷電的危害風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地5避雷針避雷針：由接閃器、支持構架、引下線和接地體四部分構成。：由接閃器、支持構架、引下線和接地體四部分構成。原理原理：使雷云先導放電通道所產(chǎn)生的電場發(fā)生畸變，致

5、使雷：使雷云先導放電通道所產(chǎn)生的電場發(fā)生畸變，致使雷云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。云中的電荷被吸引到避雷針，并安全泄放入地。避雷線避雷線：由懸掛在被保護物上空的鍍鋅鋼絞線（接閃器）、：由懸掛在被保護物上空的鍍鋅鋼絞線（接閃器）、接地引下線和接地體組成。主要用于輸電線路、發(fā)電廠和接地引下線和接地體組成。主要用于輸電線路、發(fā)電廠和變電站的防雷保護。變電站的防雷保護。原理原理：與避雷針基本相同，但對電場畸變的影響比避雷針小。：與避雷針基本相同，但對電場畸變的影響比避雷針小。避雷器避雷器：用來限制沿線路侵入的雷電過電壓（或因操作引起：用來限制沿線路侵入的雷電過電壓（或因操作引起的內(nèi)過電壓）

6、的一種保護設備。的內(nèi)過電壓）的一種保護設備。原理原理：實質(zhì)上是一種放電器，把它與被保護設備并聯(lián)，并在：實質(zhì)上是一種放電器，把它與被保護設備并聯(lián)，并在被保護設備的電源側(cè)。被保護設備的電源側(cè)。7.1.3 雷電的一般防護雷電的一般防護風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地6避雷帶避雷帶和和避雷網(wǎng)避雷網(wǎng)：在建筑物最可能遭到雷擊的地方采用鍍鋅：在建筑物最可能遭到雷擊的地方采用鍍鋅扁鋼或鍍鋅圓鋼，并通過接地引下線與埋入地中的接地體扁鋼或鍍鋅圓鋼，并通過接地引下線與埋入地中的接地體相連構成避雷帶，再由避雷帶構成的避雷網(wǎng)。相連構成避雷帶，再由避雷帶構成的避雷網(wǎng)。原理原理：避雷帶、避雷網(wǎng)與避雷針及避雷

7、線一樣可用于直擊雷：避雷帶、避雷網(wǎng)與避雷針及避雷線一樣可用于直擊雷防護。防護。接地裝置接地裝置：對地保持一個低的電位差，埋入地中并直接與大：對地保持一個低的電位差，埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體。地接觸的金屬導體。作用作用：使雷電流順利入地，減小雷電流通過時的電位升高。：使雷電流順利入地，減小雷電流通過時的電位升高。7.1.3 雷電的一般防護雷電的一般防護風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地77.2 接地的原理、意義及措施接地的原理、意義及措施7.2.1 接地基本概念接地基本概念v 接地接地：在電力系統(tǒng)中，接地通常指的是接大地，即將電力：在電力系統(tǒng)中，接地通常指的是接大地，即將

8、電力系統(tǒng)或設備的某一金屬部分經(jīng)金屬接地線連接到接地電極系統(tǒng)或設備的某一金屬部分經(jīng)金屬接地線連接到接地電極上。上。v 電力系統(tǒng)中的接地電力系統(tǒng)中的接地：通常是指中性點或相線上某點的金屬：通常是指中性點或相線上某點的金屬部分。部分。v 電氣設備的接地電氣設備的接地：通常情況下是指不帶電的金屬導體（一：通常情況下是指不帶電的金屬導體（一般為金屬外殼或底座）。般為金屬外殼或底座）。v 非電氣設備的導體接地非電氣設備的導體接地：如風管、輸油管及建筑物的金屬：如風管、輸油管及建筑物的金屬構件經(jīng)金屬接地線與接地電極相連接。構件經(jīng)金屬接地線與接地電極相連接。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地8v

9、 接地電阻接地電阻：即接地裝置對：即接地裝置對地電壓與入地電流之比。地電壓與入地電流之比。它包括接地線、接地體的它包括接地線、接地體的電阻以及接地體與土壤間電阻以及接地體與土壤間的過渡電阻和大地的散流的過渡電阻和大地的散流電阻。前兩者較小，可忽電阻。前兩者較小，可忽略不計，主要是大地的散略不計，主要是大地的散流電阻。故接地電阻與土流電阻。故接地電阻與土壤的電阻率壤的電阻率成正比，與接成正比，與接地體的半徑成反比。設接地體的半徑成反比。設接地裝置（接地體）為一半地裝置（接地體）為一半徑為的半球體，并認為接徑為的半球體，并認為接地體周圍土質(zhì)均勻。地體周圍土質(zhì)均勻。7.2.1 接地基本概念接地基本概

10、念022200rdrrdRRrrdd圖7-5 接地裝置對地電位分布曲線Uk接觸電位差；Ukb跨步電位差Xdr0rdrrdIUkdddRIU )(rfUkbU8 . 0風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地9v 接觸電壓：即當電氣設備絕緣損壞外殼帶電時，有可能施加于人體的電壓。為保證人身安全（50V）。v 跨步電壓：未觸及該設備，但由于人在跨步過程中，兩只腳所處的位置不同所產(chǎn)生的電壓。同樣不允許超過安全電壓（50V）。7.2.1 接地基本概念接地基本概念1UUUdjc23kbUUUjcUkbUdU2U3U 稱為接觸電壓； 稱為跨步電壓； 為帶電的設備外殼電壓； 為前腳電位； 為后腳電位

11、。風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地10v 工頻接地電阻：對電力系統(tǒng)中的工作接地和保護接地，接地電阻是指工頻交流（或直流）電流流過接地裝置時所呈現(xiàn)的電阻。v 沖擊電阻：峰值電壓與峰值電流之比。chmm/RUIdchRRv 接地體上最大電壓出現(xiàn)的時刻，不一定是最大電流出現(xiàn)的時刻。工程上通常是測量工頻（或直流）接地電阻，并用沖擊系數(shù)來表示沖擊接地電阻與工頻接地電阻的關系，即：7.2.1 接地基本概念接地基本概念風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地11v 沖擊系數(shù) ：一般用實驗方法求得，在缺乏準確數(shù)據(jù)時，對集中的人工接地體或自然接地體的沖擊系數(shù)，也可按下式計算： 式中：I為

12、沖擊電流幅值，kA；為土壤電阻率，km；l為垂直接地體或水平接地體長度，或環(huán)形閉合接地體的直徑，或方形閉合接地體的邊長，m；及m為與接地體形狀有關的系數(shù)，對垂直接地體=0.9，m=0.8，對水平及閉合接地體=2.2，m=0.9。 1.21()0.9mIl7.2.1 接地基本概念接地基本概念風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地127.2.2 接地的意義接地的意義功能性接地功能性接地工作接地邏輯接地信號接地屏蔽接地保護性接地保護性接地保護接地防雷接地防靜電接地防電腐蝕接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地13v 1 1工作接地工作接地v 為保證電力系統(tǒng)的正常運行，在電力系

13、統(tǒng)的適當?shù)攸c進行的接地，稱為工作接地。在交流系統(tǒng)中，適當?shù)慕拥攸c一般為電氣設備，例如變壓器的中性點；在直流系統(tǒng)中還包括相線接地。v 2 2邏輯接地邏輯接地v 電子設備為了獲得穩(wěn)定的參考電位，將電子設備中的適當金屬部件，如金屬底座等作為參考零電位，把需要獲得零電位的電子器件接于該金屬部件上，如金屬底座等，這種接地稱為邏輯接地。該基準電位不一定與大地相連接，所以它不一定是大地的零電位。7.2.2.1 功能性接地功能性接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地14v 3 3信號接地信號接地v 為保證信號具有穩(wěn)定的基準電位而設置的接地，稱為信號接地。v 4 4屏蔽接地屏蔽接地v 將設備的金屬

14、外殼或金屬網(wǎng)接地，以保護金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設備不受外部的電磁干擾；或者使金屬殼內(nèi)或金屬網(wǎng)內(nèi)的電子設備不對外部電子設備引起干擾。這種接地稱為屏蔽接地。法拉第籠就是最好的屏蔽設備。7.2.2.1 功能性接地功能性接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地15v 1 1保護接地保護接地v 為防止電氣設備絕緣損壞而使人身遭受觸電危險，將于電氣設備絕緣的金屬外殼或構架與接地極做良好的連接，稱為保護接地。接低壓保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），也稱為保護接地。停電檢修時所采取的臨時接地，也屬于保護接地。v 2 2防雷接地防雷接地v 將雷電流導入大地，防止雷電傷人和財產(chǎn)受到損失而采用

15、的接地，稱為防雷接地。7.2.2.2 保護性接地保護性接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地16v 3 3防靜電接地防靜電接地v 將靜電荷引入大地，防止由于靜電積累對人體和設備受到損傷的接地，稱為防靜電接地。而油罐汽車后面拖地的鐵鏈子也屬于防靜電接地。v 4 4防電腐蝕接地防電腐蝕接地v 在地下埋設金屬體作為犧牲陽極以達到保護與之連接的金屬體，如輸油金屬管道等，稱為防電蝕接地。犧牲陽極保護陰極的稱為陰極保護。7.2.2.2 保護性接地保護性接地風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地17v 1）電氣設備及設施宜接地或接中性線，并做到因地制宜，安全可靠，經(jīng)濟合理。v 2）不

16、同用途和不同電壓的電氣設備，除另有規(guī)定者外，應使用一個總的接地系統(tǒng)，接地電阻應符合其中最小值的要求。v 3）接地裝置應充分利用直接埋入水下和土壤中的各種自然接地體接地，并校驗其熱穩(wěn)定。v 4）當電站接地電阻難以滿足運行要求時，可根據(jù)技術經(jīng)濟比較，因地制宜地采用水下接地、引外接地、深埋接地等接地方式，并加以分流、均壓和隔離等措施。7.2.3 接地的一般要求接地的一般要求7.2.3.1 接地網(wǎng)設計基本要求接地網(wǎng)設計基本要求風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地18v 5）接地設計應考慮土壤干燥或凍結(jié)等季節(jié)變化的影響，接地電阻在四季中均應符合設計值的要求。防雷裝置的接地電阻，可只考慮雷季中

17、土壤干燥狀態(tài)的影響。v 6）初期發(fā)電時，應根據(jù)電網(wǎng)實際的短路電流和所形成的接地系統(tǒng)，校核初期發(fā)電時的接觸電位差、跨步電位差和轉(zhuǎn)移電位。當上述參數(shù)不滿足安全要求時，應采取及時措施，保證初期發(fā)電時期電站安全運行。v 7）工作接地及要求：v 有效接地系統(tǒng)中，自耦變壓器和需要接地的電力變壓器中性點、線路并聯(lián)電抗器中性點、電壓互感器、接地開關等設備應按照系統(tǒng)需要進行接地。7.2.3.1 接地網(wǎng)設計基本要求接地網(wǎng)設計基本要求風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地19v 不接地系統(tǒng)中，消弧線圈接地端、接地變壓器接地端和絕緣監(jiān)視電壓互感器一次側(cè)中性點需要直接接地。v 中性點有效接地的系統(tǒng)，應裝設能迅

18、速自動切除接地短路故障的保護裝置。中性點不接地的系統(tǒng)，應裝設能迅速反應接地故障的信號裝置，也可裝設自動切除的裝置。v 8）保護接地及要求v 電力設備下列金屬部件，除非另有規(guī)定，均應接地或接中性線（保護線）： 電機、變壓器、電抗器、攜帶式及移動式用電器具等底座和外殼。 SF6全封閉組合電器（GIS）與大電流封閉母線外殼以及電氣設備箱、柜的金屬外殼。7.2.3.1 接地網(wǎng)設計基本要求接地網(wǎng)設計基本要求風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地20 電力設備傳動裝置。 互感器的二次繞組。 配電、控制保護屏（柜、箱）及操作臺等的金屬框架。 屋內(nèi)配電裝置的金屬構架和鋼筋混凝土構架，以及靠近帶電部分

19、的金屬圍欄和金屬門、窗。 交、直流電力電纜橋架、接線盒、終端盒的外殼、電纜的屏蔽鎧裝外皮、穿線的鋼管等。 裝有避雷線的電力線路桿塔。 在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無避雷線非直接接地系統(tǒng)架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土的桿塔。7.2.3.1 接地網(wǎng)設計基本要求接地網(wǎng)設計基本要求風電場電氣系統(tǒng)風電場電氣系統(tǒng)防雷與接地防雷與接地21 鎧裝控制電纜的外皮、非鎧裝或非金屬護套電纜的12根屏蔽芯線。 電力設備的下列金屬部分，除非另有規(guī)定，可不接地或不接中性線（保護線）： 在木質(zhì)、瀝青等不良導電地面的干燥房間內(nèi)，交流額定電壓380V及以下的電力設備外殼。但當維護人員可能同時觸及設備外殼和接地物體時除外。 在干燥場所，交流額