《牽引供電系統(tǒng)》

1、第九章 防雷與接地 第一講 過(guò)電壓與防雷2過(guò)電壓及雷電的有關(guān)概念 1、內(nèi)部過(guò)電壓：是由于電力系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)操作、發(fā)生故障或負(fù)荷驟變時(shí)引起的過(guò)電壓。 內(nèi)部過(guò)電壓大致可分為操作過(guò)電壓及諧振過(guò)電壓。操作過(guò)電壓是由于系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)操作或是負(fù)荷驟變引起的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓是由于線路中的電感、電容值達(dá)到諧振頻率時(shí)使得線路發(fā)生諧振而產(chǎn)生的過(guò)電壓，弧光接地引起的斷續(xù)性電弧產(chǎn)生的過(guò)電壓也是由于諧振引起的。 2、雷電過(guò)電壓：電力系統(tǒng)中的設(shè)備或建筑物遭受雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓。 雷電過(guò)電壓產(chǎn)生極強(qiáng)的雷電沖擊波，產(chǎn)生的電壓和電流都非常大，對(duì)電力系統(tǒng)和建筑物造成極大危害，必須采取有效措施加以防護(hù)。3雷電現(xiàn)象及危害 雷電的

2、形成 在悶熱的天氣里，地面濕氣上升，遇到冷空氣凝成冰晶。由于某種原因冰晶一部分帶了正電，一部分帶了負(fù)電。帶正電的冰晶上升形成正雷云，帶負(fù)電的冰晶則下降，形成負(fù)雷云。據(jù)觀測(cè)，在地面上產(chǎn)生雷擊的多為負(fù)雷云。 當(dāng)雷云接近地面時(shí)，地面會(huì)感應(yīng)出大量異性電荷，在某一方位上電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電，形成直擊雷。首先，雷云向這一方向放電，形成一個(gè)導(dǎo)電的空氣通道，稱(chēng)為雷電先導(dǎo)。在雷電先導(dǎo)下行到離地面一定距離時(shí)，地面也形成一個(gè)上行的迎雷先導(dǎo)。雷電先導(dǎo)和迎雷先導(dǎo)接通，正、負(fù)電荷中和而產(chǎn)生強(qiáng)大的雷電流，這是直擊雷的主放電。主放電結(jié)束之后，雷云中的剩余電荷繼續(xù)向大地放電，稱(chēng)為余輝放電。4雷電過(guò)電壓的危害 1

3、）直接雷擊 2）感應(yīng)雷擊 3）雷電波入侵5防雷設(shè)備 （一）接閃器 (二) 避雷器6電氣裝置的防雷 接觸網(wǎng)的防雷措施 接觸網(wǎng)是露天設(shè)施，容易遭受雷擊的侵害，所以應(yīng)做好必要的防雷措施。 1、在高雷區(qū)及強(qiáng)雷區(qū)，分相和站場(chǎng)端部絕緣錨段關(guān)節(jié)、長(zhǎng)度2000m及以上隧道兩端、較長(zhǎng)的供電線或AF線連接到接觸網(wǎng)上的接線處應(yīng)裝設(shè)避雷器。 這個(gè)較長(zhǎng)的供電線或AF線是指從變電所、分區(qū)所等引出至接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)的距離超過(guò)200m的供電線或AF線。對(duì)于超重雷區(qū)，為了防止直擊雷對(duì)接觸網(wǎng)及支柱造成危害，以提高接觸網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，有必要設(shè)置獨(dú)立的避雷線。避雷線的架設(shè)高度可根據(jù)保護(hù)范圍計(jì)算確定。保護(hù)角可取0-45。 2、強(qiáng)雷區(qū)應(yīng)架設(shè)

4、獨(dú)立的避雷線，7電氣裝置的防雷 牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 考慮到系統(tǒng)參數(shù)、斷路器性能、系統(tǒng)運(yùn)行接線、操作方式等因素，牽引供電系統(tǒng)的內(nèi)部過(guò)電壓倍數(shù)取2.5倍最高工作電壓。線路和變電所的絕緣，在一般情況下應(yīng)能耐受通常出現(xiàn)的內(nèi)部過(guò)電壓，按外部過(guò)電壓選擇變電所的絕緣時(shí)，應(yīng)以金屬氧化物或閥式避雷器的殘壓為基礎(chǔ)。8牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 1、牽引變電所、開(kāi)閉所、分區(qū)所和自耦變壓器所的電氣設(shè)備防止直擊雷的過(guò)電壓保護(hù)裝置宜采用避雷針。當(dāng)牽引變電所、開(kāi)閉所、分區(qū)所和自耦變壓器所的電氣設(shè)備布置在室內(nèi)時(shí)，可不專(zhuān)設(shè)直擊雷的保護(hù)裝置。 9牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 2、室外配電裝置應(yīng)設(shè)直擊雷保護(hù)。主控室和配電裝置室可不裝設(shè)直

5、擊雷保護(hù)。為保護(hù)其他設(shè)備而裝設(shè)的避雷針，不宜裝在獨(dú)立的主控室和27.5kV高壓室的頂上。雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)的主控室和高壓配電裝置室宜設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。變電所的建筑物、構(gòu)筑物的保護(hù)，可按照建筑物、構(gòu)筑物防雷的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 3、獨(dú)立避雷針不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方。避雷針及其接地裝置與道路或出入口的距離不宜小于3m，否則應(yīng)采取均壓措施或鋪設(shè)礫石或?yàn)r青地面。10牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 4、 110kV及以上配電裝置，宜將避雷針裝在配電裝置的架構(gòu)上，但在土壤電阻率大于1000m的地區(qū)，宜裝設(shè)獨(dú)立避雷針。否則，應(yīng)通過(guò)驗(yàn)算采取降低接地電阻或加強(qiáng)絕緣等措施。 27.5kV高壓配電裝置架構(gòu)或房頂不宜裝避雷針

6、。 裝在架構(gòu)上的避雷針應(yīng)與接地網(wǎng)連接，并應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。裝有避雷針的架構(gòu)上，接地部分與帶電部分間的空氣中距離不得小于絕緣子串的長(zhǎng)度；但在空氣污穢地區(qū)，如有困難，空氣中距離可按非污穢區(qū)標(biāo)準(zhǔn)絕緣子串的長(zhǎng)度確定。 避雷針與主接觸網(wǎng)的地下連接點(diǎn)至變壓器接地線與主接觸網(wǎng)的地下連接點(diǎn)，沿接地體的長(zhǎng)度不得小于15m。 變壓器的門(mén)形架構(gòu)上不宜裝設(shè)避雷針。11牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 5、110kV及以上配電裝置，可將線路的避雷線引接道出線門(mén)型架構(gòu)上，土壤電阻率大于1000m的地區(qū)，應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。 27.5kV（35kV）配電裝置，在土壤電阻率不大于500m的地區(qū)，允許將線路的避雷線引進(jìn)到出線門(mén)

7、型架構(gòu)上，但應(yīng)裝設(shè)集中接地裝置。土壤電阻率大于500m的地區(qū)，避雷線應(yīng)架設(shè)到線路終端桿塔為止。從線路終端桿塔到配電裝置的一檔線路的保護(hù)，可采用獨(dú)立避雷針，也可在線路終端桿塔上裝設(shè)避雷針。12牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 6、 牽引變電所、開(kāi)閉所和分區(qū)所的每組母線上都宜裝設(shè)金屬氧化物或閥式避雷器，所內(nèi)所有避雷器應(yīng)以最短的接地線與配電裝置的主接地網(wǎng)連接，同時(shí)應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。 7、各所饋線段的雷電侵入波的過(guò)電壓保護(hù)，應(yīng)在饋電線的首端裝設(shè)金屬氧化物或閥式避雷器，重雷區(qū)及以上地區(qū)，宜在饋電線首端加設(shè)抗雷線圈。13牽引變電所的過(guò)電壓保護(hù) 8、自耦變壓器必須在其兩條出線上裝設(shè)金屬氧化物或閥式避雷器，作

8、為過(guò)電壓保護(hù)裝置。 9、 牽引變電所電纜溝內(nèi)的接地線應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)，宜在高壓側(cè)與接地網(wǎng)相連，嚴(yán)禁將27.5kV電氣設(shè)備的接地線接于電纜溝內(nèi)的地線上。14第二講電氣裝置的接地15接地的有關(guān)概念 1、接地和接地裝置 電氣設(shè)備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱(chēng)為接地。電氣裝置的接地由接地體和接地線構(gòu)成。接地體是指埋入地中并直接與大地接觸的金屬導(dǎo)體。它分為自然接地體和人工接地體。自然接地體，是指兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構(gòu)件、金屬管、鋼筋混凝土建筑物基礎(chǔ)內(nèi)的鋼管和金屬設(shè)備支架等。人工接地體是指人為的埋入地下的金屬件，包括鋼管、角鋼、扁鋼、圓鋼等。接地線是指電氣設(shè)備、桿塔的接地螺栓與接地體或

9、零線連接用的在正常情況下不載流的金屬導(dǎo)體，接地線在故障情況下要通過(guò)故障電流。接地體和接地線的總和稱(chēng)為接地裝置 電氣裝置的外露可導(dǎo)電部分均需有效接地。16接地的有關(guān)概念 2、接地電流和跨步電壓 當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，電流通過(guò)接地體向大地作半球形散開(kāi)，這個(gè)電流被稱(chēng)為接地電流。由于這半球形的球面，距離接地體越遠(yuǎn)，球面越大，其散流電阻越小，相對(duì)于接地點(diǎn)的電位來(lái)說(shuō)，其電位越低，在距離接地故障點(diǎn)約20m的地方，散流電阻實(shí)際上已接近于零。這電位為零的地方，稱(chēng)為電氣上的“地”。17接地的有關(guān)概念 3、接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì) 接觸電勢(shì)指的是設(shè)備的絕緣損壞時(shí)，在身體觸及的兩部分之間出現(xiàn)的電勢(shì)差。如人手觸及帶電設(shè)備

10、外殼，手和腳之間的電位差就是接觸電勢(shì)。 跨步電勢(shì)指的是當(dāng)人在接地故障點(diǎn)附近行走時(shí)，兩腳之間會(huì)出現(xiàn)電位差，這個(gè)電勢(shì)差就稱(chēng)為跨步電勢(shì)。在帶電的電線落地點(diǎn)附近行走或發(fā)生雷擊時(shí)恰好在防雷接地體附近行走時(shí)，也會(huì)有跨步電壓。越靠近接地點(diǎn)或跨步越長(zhǎng)，跨步電勢(shì)越大。離接地故障點(diǎn)達(dá)20m時(shí)，跨步電勢(shì)接近為零。18電力設(shè)備接地要求 電力設(shè)備的下列金屬部分除另有規(guī)定外，均應(yīng)接地或接零 1、電機(jī)、變壓器、電器、攜帶式或移動(dòng)式用電器具等的底座和外殼。 2、電氣設(shè)備的傳動(dòng)裝置。 3、互感器的二次繞組。 4、配電盤(pán)的框架 5、室內(nèi)外配電裝置的金屬架構(gòu)或鋼筋混凝土架構(gòu)以及靠近帶電部分的金屬遮欄和金屬門(mén)。 6、交、直流電力電纜

11、的接線盒、終端盒的外殼和電纜的外皮、穿線的鋼管等。 7、裝在配電線路桿上的開(kāi)關(guān)設(shè)備，電容器等電力設(shè)備。 8、鎧裝控制電纜的外皮。19電力設(shè)備接地要求 1、安裝在配電盤(pán)、控制盤(pán)和配電裝置上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器和其他低壓電器等的外殼，以及當(dāng)發(fā)生絕緣損壞時(shí)，在支持物上不會(huì)引起危險(xiǎn)電壓的絕緣子的金屬底座等。 2、在已接地金屬架構(gòu)上的設(shè)備（應(yīng)保證電氣接觸良好）。 20接地裝置的裝設(shè)與布置 (一) 自然接地體的利用 在設(shè)計(jì)和裝設(shè)接地裝置時(shí)，首先應(yīng)充分利用自然接地體。如果實(shí)地測(cè)量所利用的自然接地體接地電阻已滿(mǎn)足要求，且這些自然接地體又滿(mǎn)足短路熱穩(wěn)定度條件時(shí)，一般就不必再裝設(shè)人工接地裝置了。但是，35kV及

12、以上變配電所還必須敷設(shè)以水平接地體為主的人工接地網(wǎng)。 利用自然接地體時(shí)，一定要保證其良好的電氣連接。在建、構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的結(jié)合處，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接線不得小于規(guī)定值。需要注意的是可燃和有爆炸物質(zhì)的管道不能作為自然接地體。21接地裝置的裝設(shè)與布置人工接地體的裝設(shè)人工接地體有垂直埋設(shè)和水平埋設(shè)兩種埋于土壤中的人工垂直接地體宜采用角鋼、鋼管或圓鋼；埋于土壤中的人工水平接地體宜采用扁鋼或圓鋼。圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；扁鋼截面不應(yīng)小于100 mm2，其厚度不應(yīng)小于4mm；角鋼厚度不應(yīng)小于4mm；鋼管壁厚不應(yīng)小于3.5 mm。在腐蝕性較強(qiáng)的土壤中，應(yīng)采取熱鍍鋅等防腐措施或加大截面。接地

13、線應(yīng)與水平接地體的截面相同。人工垂直接地體的長(zhǎng)度宜為2.5m。人工垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離宜為5m，當(dāng)受地方限制時(shí)可適當(dāng)減小。人工接地體在土壤中的埋設(shè)深度不應(yīng)小于0.5m。接地體應(yīng)遠(yuǎn)離由于磚窯、煙道等高溫影響使土壤電阻率升高的地方。22降阻措施 在高土壤電阻率地區(qū)，降低防直擊雷接地裝置接地電阻宜采用下列方法： 1、采用多支線外引接地裝置，外引長(zhǎng)度不應(yīng)大于有效長(zhǎng)度。 2、接地體埋于較深的低電阻率土壤中。 3、采用降阻劑。 4、局部進(jìn)行土壤置換處理，換以電阻率較低的粘土或黑土。 埋在土壤中的接地裝置，其連接應(yīng)采用焊接，并在焊接處作防腐處理。對(duì)110kV及以上變電所或腐蝕性較強(qiáng)場(chǎng)所

14、的接地裝置，應(yīng)采用熱鍍鋅鋼材，或適當(dāng)加大截面。不得采用鋁導(dǎo)體作接地體或接地線。23防雷裝置的接地要求 防直擊雷的人工接地體距建筑物出入口或人行道不應(yīng)小于3m。當(dāng)小于3m時(shí)應(yīng)采取下列措施之一： 1、水平接地體局部深埋不應(yīng)小于1m； 2、水平接地體局部應(yīng)包絕緣物，可采用5080mm厚的瀝青層； 3、采用瀝青碎石地面或在接地體上面敷設(shè)5080mm厚的瀝青層，其寬度應(yīng)超過(guò)接地體2m。 24接觸電勢(shì)、跨步電勢(shì)及其計(jì)算 不同用途和不同電壓的電氣設(shè)備，除另有規(guī)定者外，應(yīng)使用一個(gè)總接地體，接地電阻應(yīng)符合其中最小值的要求。 在確定接地裝置型式和布置時(shí)，應(yīng)盡可能降低接觸電勢(shì)和跨步電勢(shì)25接地電阻要求及其計(jì)算 接地

15、電阻是接地裝置的電阻與接地體的散流電阻的總和。由于接地裝置的電阻相對(duì)較小，因此可認(rèn)為接地電阻就是接地體的散流電阻。 接地電阻按其通過(guò)電流的性質(zhì)分以下兩種： 1、工頻接地電阻：是工頻接地電流流經(jīng)接地裝置入地所呈現(xiàn)的接地電阻。 2、沖擊接地電阻：是雷電流流經(jīng)接地裝置入地所呈現(xiàn)的接地電阻。26接觸網(wǎng)的接地 根據(jù)鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，接觸網(wǎng)支柱及接觸網(wǎng)帶電體鄰近的金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)該可靠接地。接地根據(jù)用途不同，可以分為工作接地和安全接地。 1、工作接地指為保證電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備為達(dá)到正常工作要求而進(jìn)行的一種接地。比如電源中性點(diǎn)的接地、防雷裝置的接地等都屬于工作接地。 2、安全接地指為保障人身安全，防止間接觸電而將設(shè)備外露可導(dǎo)電部分接地27工作接地 1）接觸網(wǎng)支柱宜利用回流線或保護(hù)線作為閃絡(luò)保護(hù)地線的集中接地方式。 2）當(dāng)成排支柱不懸掛回流線或保護(hù)線時(shí)，可增設(shè)架空地線實(shí)現(xiàn)集中接地。零散的接觸網(wǎng)支柱宜單獨(dú)設(shè)接地極接地（有信號(hào)軌道回路區(qū)段），或通過(guò)接地線直接接鋼軌（無(wú)信號(hào)軌道回路區(qū)段）。 3）對(duì)于鋼柱，回流線或保護(hù)線宜采用絕緣方式，對(duì)于鋼筋混凝土支柱，回流線或保護(hù)線是否需要采用絕緣方式可根據(jù)混凝土保護(hù)層厚度及供電計(jì)算結(jié)果確定。 4）與回流線或保護(hù)線連接的吸上線在有信號(hào)軌道回路區(qū)段可直接接扼流變壓器