第十三節(jié) 絕緣、接地及防雷技術(shù)(一)

絕緣、防雷及接地技術(shù)

2/5/2023雷電的危害全球任何時(shí)刻大約有2000個(gè)地點(diǎn)遇上雷暴，平均每天約發(fā)生800萬(wàn)次閃電，每次閃電在微秒級(jí)的瞬間釋放出約55kW.h的能量。森林火災(zāi)有50％以上因雷電引發(fā)；人們居住生活的建筑物屢遭雷擊破壞；電力、石化等工業(yè)設(shè)施常因雷擊而發(fā)生災(zāi)難性事故。2/5/2023雷災(zāi)的特點(diǎn)

(1)受災(zāi)面大大擴(kuò)展，從電力、建筑這兩個(gè)傳統(tǒng)領(lǐng)域擴(kuò)到幾乎所有行業(yè)部門。

(2)從二維空間入侵變?yōu)槿S人侵。從閃電直擊，過(guò)電壓波沿線傳輸變?yōu)榭臻g閃電的脈沖電磁場(chǎng)從三維空間入侵到任何角落，無(wú)孔不入地造成災(zāi)害。（3）雷災(zāi)的經(jīng)濟(jì)損失和危害程度大大增加了，它襲擊的對(duì)象本身的宜接經(jīng)濟(jì)損失并不太大，面由此產(chǎn)生的間接經(jīng)濟(jì)損失和影響就難以估計(jì)。（4）微電子技術(shù)的應(yīng)用廣泛滲透到各種生產(chǎn)和生活領(lǐng)域促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這是大好事。但是微電子器件極端靈敏、它的這一特點(diǎn)又容易受到無(wú)孔不入的LEMP的作用，或者造成微電子設(shè)備的失控，或者是損壞。2/5/2023牽引供電系統(tǒng)防雷技術(shù)研究意義雷電放電在供電系統(tǒng)中引起很高的雷電過(guò)電壓，它是造成供電系統(tǒng)絕緣故障和停電事故的主要原因之一產(chǎn)生巨大電流，使被擊物體炸毀、燃燒、使導(dǎo)體熔斷或通過(guò)電動(dòng)力引起機(jī)械損壞。2/5/2023高速鐵路防雷技術(shù)研究的意義廣深鐵路自1998年開(kāi)通以來(lái)，發(fā)生多起雷擊引起設(shè)備損壞的事故。廣深鐵路長(zhǎng)139.46km，在2000年1月間共發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘45次，其中廣深線平湖牽引變電所雷擊跳閘占事故總跳閘的比例達(dá)57.7%.南昆線昆明局管內(nèi)的325.8km接觸網(wǎng)，在1999年3月27～8月31日期間，發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘85次。2/5/2023雷電的本質(zhì)早在18世紀(jì)初，富蘭克林等物理學(xué)家已經(jīng)揭示了“閃電就是電”的本質(zhì)，而隨著物理學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)雷電這一自然現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)。雷電放電實(shí)質(zhì)上是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電，它所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，從而會(huì)引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。2/5/2023閃電的分類（形狀）枝狀閃電帶狀閃電2/5/2023閃電的分類（形狀）叉狀閃電片狀閃電2/5/2023

閃電的分類（形狀）云間閃電2/5/2023閃電的分類（形狀）球狀閃電聯(lián)珠狀閃電2/5/2023閃電的分類（形狀）晴天霹靂2/5/2023閃電的分類按空間位置分類:云閃：云內(nèi)閃電和云際閃電（兩片云之間）。地閃：俗稱落地雷，防雷研究主要對(duì)象。云閃地閃2/5/2023四種不同類型的地閃四種不同類型的地閃示意圖正地閃：將云中正電荷釋放到地。負(fù)地閃：將云中負(fù)電荷釋放到地。2/5/2023雷云的形成機(jī)理獲得比較廣泛認(rèn)同的是水滴分裂起電理論：大水滴分裂成水珠和細(xì)微的水沫，出現(xiàn)電荷分離現(xiàn)象，大水珠帶正電，小水沫帶負(fù)電，細(xì)微水沫被上升氣流帶往高空，形成大片帶負(fù)電的雷云。雷云下部局部正電荷區(qū)。雷電的形成2/5/2023雷電的形成國(guó)外雷云電荷分布示意圖圖示為美國(guó)肯尼迫航天中心和美國(guó)國(guó)家航天局于1990年發(fā)布的關(guān)于雷云電荷分布的研究成果。最上部為正電荷區(qū)(P區(qū))、中間為負(fù)電荷區(qū)(N區(qū))和下部為正電荷區(qū)(P區(qū))。2/5/2023雷電放電就其本質(zhì)而言是一種超長(zhǎng)氣隙的火花放電。

第一次主放電箭狀先導(dǎo)第三次主放電雷電的放電過(guò)程2/5/2023雷擊的種類一、直擊雷雷云直接對(duì)地面建筑物或人放電2/5/2023雷擊的種類二、感應(yīng)雷雷云通過(guò)靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)，在附近的金屬體上產(chǎn)生感應(yīng)電壓2/5/2023雷擊種類三、雷電電磁脈沖（LEMP）雷電電磁脈沖對(duì)信號(hào)及通信系統(tǒng)造成干擾。并損壞敏感電子元件2/5/2023(一)雷電放電的計(jì)算模型雷電過(guò)電壓2/5/2023直接雷擊過(guò)電壓典型實(shí)例分析雷擊于地面接地良好的物體（假設(shè)接地電阻Ri=15Ω）根據(jù)彼德遜法則，接地點(diǎn)（A）的電流計(jì)算可等效為右圖，則計(jì)算得到電流iA≈2i0（推導(dǎo)計(jì)算），A點(diǎn)電壓uA=iARi2/5/2023直接雷擊過(guò)電壓典型實(shí)例分析雷擊于導(dǎo)線或檔距中央避雷線根據(jù)彼德遜法則，接地點(diǎn)（A）的電流計(jì)算可等效為下圖，令Z0=300Ω，Z=400Ω，計(jì)算A點(diǎn)電壓。2/5/2023雷擊于線路附近大地的情況

雷擊于線路附近大地或接地的線路桿塔頂部等，在絕緣的導(dǎo)線上引起感應(yīng)過(guò)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓典型實(shí)例分析2/5/2023(一)雷電活動(dòng)頻度雷暴日（Td）：一年中發(fā)生雷電的天數(shù)，以聽(tīng)到雷聲為準(zhǔn)，在一天內(nèi)只要聽(tīng)到過(guò)雷聲，無(wú)論次數(shù)多少，均計(jì)為一個(gè)雷暴日。雷暴小時(shí)（Th）：一年中發(fā)生雷電放電的小時(shí)數(shù)，在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要有一次雷電，即計(jì)為一個(gè)雷電小時(shí)。注意點(diǎn)（1）一個(gè)雷暴日折合三個(gè)雷暴小時(shí)。（2）雷暴日與該地區(qū)所在緯度、當(dāng)?shù)貧庀髼l件、地形地貌有關(guān)（3）Td<15，少雷區(qū)；>40，多雷區(qū)；>90，強(qiáng)雷區(qū)雷電參數(shù)2/5/2023(二)地面落雷密度地面落雷密度g表示每平方公里地面在一個(gè)雷暴日受到的平均雷擊次數(shù)。我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Td=40的地區(qū)取g=0.07。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：某些地面落雷密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上述平均值，它們或者是一塊土壤電阻率遠(yuǎn)小于周邊地區(qū)的場(chǎng)地、或者在山谷邊的小河近旁、或者是迎風(fēng)的山坡等。它們被稱為易擊區(qū)，在為發(fā)電廠、變電所、輸電線路選址時(shí)應(yīng)盡量避免這些地方。雷電參數(shù)2/5/2023(三)雷道波阻抗雷電通道長(zhǎng)度數(shù)千米，半徑僅為數(shù)厘米，類似于一條分布參數(shù)線路，具有某一等值波阻抗，稱為雷道波阻抗。主放電過(guò)程可看作是一個(gè)電流波沿著波阻抗為Z0的雷道投射到雷擊點(diǎn)的波過(guò)程。我國(guó)有關(guān)規(guī)程建議取Z0

≈300Ω

(四)雷電波的極性負(fù)極性雷擊均占75～90%，對(duì)設(shè)備絕緣危害較大,防雷計(jì)算中一般均按負(fù)極性考慮。雷電參數(shù)2/5/2023(五)雷電流幅值通常定義雷電流為雷擊于低阻接地電阻(Ri≤30Ω)的物體時(shí)流過(guò)雷擊點(diǎn)的電流。它近似等于電流入射波I0的兩倍，即一般地區(qū)，雷電流幅值超過(guò)的概率可按下式計(jì)算雷電參數(shù)2/5/2023波前陡度的最大極限值一般可取50kA/us左右。(六)雷電流的波前時(shí)間、陡度及波長(zhǎng)雷電流的波前時(shí)間T1處于1～4us的范圍內(nèi)，平均為2.6us。波長(zhǎng)T2處于20～100us的范圍內(nèi)，多數(shù)為40us左右。我國(guó)防雷設(shè)計(jì)采用2.6/40us的波形；在絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊電壓的波形定為1.2/50us雷電流波前的平均陡度(kA/us)雷電參數(shù)2/5/2023(七)雷電流的計(jì)算波形1、雙指數(shù)波2、斜角波3、斜角平頂波4、半余弦波雷電參數(shù)2/5/2023(八)雷電的多重放電次數(shù)及總延續(xù)時(shí)間有55％的對(duì)地雷擊包含兩次以上的重復(fù)沖擊；3～5次沖擊者有25%；10次以上者有4%。平均重復(fù)沖擊次數(shù)取3次。一次雷電總延續(xù)時(shí)間，有50%小于0.2s(九)放電能量A=QU=107V×20C＝20×107W.s，放電能量不大，但是在極短時(shí)間內(nèi)放出的，因而功率很大。雷電參數(shù)2/5/20231、雷電流的特性雷電放電速度很快，雷電流的幅值很大，陡度很高，且其電流的大小與土壤電阻率、雷擊點(diǎn)的散流電阻有關(guān)。2、雷電的危害分為三類直擊雷——雷直接擊在建筑物和設(shè)備上而發(fā)生的機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。感應(yīng)雷——雷電流產(chǎn)生的電磁效應(yīng)和靜電效應(yīng)。高電位的引入——雷電流沿電氣線路和管道引入建筑物的內(nèi)部。雷電防護(hù)基礎(chǔ)2/5/20233、耐雷水平電氣設(shè)備或其他設(shè)備能承受的最大雷電流沖擊而不至于損壞時(shí)的電流，單位一般是kA。2/5/2023現(xiàn)代防雷體系高空防雷區(qū)低空防雷區(qū)地下防雷區(qū)2/5/2023高空防雷區(qū)2/5/2023低

空

防

雷

區(qū)2/5/2023地下防雷區(qū)2/5/2023接閃器防護(hù)范圍的確定接閃器（避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網(wǎng)）的防護(hù)范圍一般用滾球法明確定，不同的防雷等級(jí)所用球的半徑不同2/5/2023輸電線路避雷線的防雷效果采用不同半徑的滾球所得到到避雷線的防護(hù)范圍不一樣，對(duì)應(yīng)的繞擊概率也不相同2/5/2023只要能設(shè)法制止上述發(fā)展過(guò)程中任一環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，就可避免雷擊引起長(zhǎng)時(shí)間停電事故。

線路雷害事故發(fā)展過(guò)程及防護(hù)措施2/5/2023(一)避雷線（架空地線）110kV及以上架空輸電線路防雷措施是沿全線架設(shè)避雷線；35kV及以下的線路主要依靠架設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘來(lái)進(jìn)行防雷保護(hù)。（二）降低桿塔接地電阻提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工頻接地電阻一般為10～30Ω。（三）加強(qiáng)線路絕緣增加絕緣子串中的片數(shù)、改用大爬距懸式絕緣子、增大塔頭空氣間距等等，但有相當(dāng)大的局限性。一般優(yōu)先采用降低桿塔接地電阻的辦法來(lái)提高線路耐雷水平。（四）耦合地線作為一種補(bǔ)救措施，具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，因而能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。輸電線路上采用的各種防雷保護(hù)措施2/5/2023

(五)消弧線圈能使雷電過(guò)電壓所引起來(lái)的一相對(duì)地沖擊閃絡(luò)不轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的工頻電弧，即大大減小建弧率和斷路器的跳閘次數(shù)。(六)避雷器僅用作線路上雷電過(guò)電壓特別大或絕緣薄弱點(diǎn)的防雷保護(hù)。它能免除線路絕緣的沖擊閃絡(luò)，并使建弧率降為零。(七)不平衡絕緣一回路的三相絕緣子片數(shù)少于另一路的三相。(八)自動(dòng)重合閘線路絕緣不會(huì)發(fā)生永久性的損壞或劣化。輸電線路上采用的各種防雷保護(hù)措施2/5/2023接觸網(wǎng)無(wú)避雷線，不能有效防止直擊雷。鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)對(duì)地的空氣間隙太小，規(guī)范規(guī)定困難值為240mm，耐雷水平僅11kA，超過(guò)雷電流概率為75％，與絕緣子不匹配。接觸網(wǎng)支柱是利用回流線作閃絡(luò)保護(hù)地線的集中接地，支柱基礎(chǔ)上的螺栓可起到一定的接地作用，但普遍接地電阻較大。接觸網(wǎng)防雷技術(shù)可以參考輸電線路的防雷措施，但從客觀環(huán)境看，接觸網(wǎng)防雷較為復(fù)雜一些。接觸網(wǎng)防雷的特點(diǎn)接觸網(wǎng)的防雷2/5/2023日本防雷現(xiàn)狀

區(qū)域劃分防雷措施架空避雷線避雷器設(shè)置位置A區(qū)雷害嚴(yán)重且重要線路，進(jìn)行全面防雷保護(hù)全線架設(shè)避雷線牽引變電所出口接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)兩側(cè)架空線與電纜連接處架空線終端B區(qū)雷害比較嚴(yán)重且重要的線路，對(duì)雷害場(chǎng)所、重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行必要的防雷保護(hù)特別需要的場(chǎng)所沿接觸網(wǎng)架設(shè)避雷線1、牽引變電所出口2、接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)兩側(cè)3、架空線與電纜連接處4、架空線終端C區(qū)A和B以外的區(qū)域牽引變電所出口接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)兩側(cè)架空線與電纜連接處2/5/2023S狀horn每間隔200m加一個(gè)帶放電horn的絕緣子來(lái)分段在架空地線分段區(qū)間的中間進(jìn)行接地。接地阻抗30Ω以下2/5/2023AT供電線接觸導(dǎo)線鋼軌AT保護(hù)線中性線避雷器放電開(kāi)始電壓42kV放電器放電開(kāi)始電壓：5kV接地阻抗

10Ω以下2/5/2023國(guó)內(nèi)接觸網(wǎng)防雷現(xiàn)狀在TB10009-98《鐵路電氣牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：1、吸流變壓器的原邊應(yīng)設(shè)避雷裝置。2、重雷區(qū)及超重雷區(qū)，下列重點(diǎn)位置應(yīng)設(shè)避雷裝置。1）分相和站場(chǎng)端部的絕緣關(guān)節(jié)；2）長(zhǎng)度2000m及以上隧道的兩端；3）供電線或AF線連接到接觸網(wǎng)上的連接處。通過(guò)規(guī)范可以看出，我國(guó)電氣化鐵路接觸網(wǎng)防雷工程設(shè)計(jì)中，除了通過(guò)絕緣子自恢復(fù)絕緣外，還在接觸網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)位置設(shè)置了避雷器以達(dá)到防雷的目的。

2/5/20231－避雷器2－回流線3－承力索4－接觸網(wǎng)導(dǎo)線圖4接觸網(wǎng)示意圖加避雷器2/5/2023兩種主要的避雷器用于接觸網(wǎng)線路的避雷器主要有兩種，一種是火花間隙形避雷器，另一種是氧化鋅避雷器2/5/2023在接觸網(wǎng)上安裝避雷器的優(yōu)點(diǎn):避雷器的體積小、重量輕，安裝在現(xiàn)有接觸網(wǎng)上不會(huì)明顯增加支柱的機(jī)械負(fù)荷。避雷器的結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方式簡(jiǎn)單，便于現(xiàn)場(chǎng)安裝和更換。避雷器的保護(hù)水平與接觸網(wǎng)的絕緣水平配合良好，特別是帶間隙避雷器的50％沖擊放電電壓與接觸網(wǎng)絕緣子的放電特性一致，且正、負(fù)極性的分散性要小。2/5/2023變電所的防雷保護(hù)變電所的直擊雷保護(hù)避雷器保護(hù)變電所的進(jìn)線段保護(hù)變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題2/5/2023裝設(shè)避雷針或避雷線注意對(duì)絕緣水平不高的35kV以下的配電裝置，構(gòu)架避雷針容易導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)(反擊)。變電所的直擊雷防護(hù)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是選擇避雷針的支數(shù)、高度、裝設(shè)位置、驗(yàn)算它們的保護(hù)范圍、應(yīng)有的接地電阻、防雷接地裝置設(shè)計(jì)等。對(duì)于獨(dú)立避雷針，則還有一個(gè)驗(yàn)算它對(duì)相鄰配電裝置構(gòu)架及其接地裝置的空氣間距及地下距離的問(wèn)題。變電所的直擊雷防護(hù)2/5/2023裝設(shè)避雷器是變電所對(duì)入侵雷電過(guò)電壓波進(jìn)行防護(hù)的主要措施，它的保護(hù)作用主要是限制過(guò)電壓波的幅值。但是還需要有“進(jìn)線段保護(hù)”與之配合。閥式避雷器的保護(hù)作用基于三個(gè)前提：1)它的伏秒特性與被保護(hù)絕緣的伏秒特性有良好的配合2)它的伏安特性應(yīng)保證其殘壓低于被保護(hù)絕緣的沖擊電氣強(qiáng)度3)被保護(hù)絕緣必須處于該避雷器的保護(hù)距離之內(nèi)。避雷器保護(hù)2/5/2023保證在靠近變電所的一段不長(zhǎng)(一般為l～2km)的線路上不出現(xiàn)繞擊或反擊。對(duì)于那些未沿全線架設(shè)避雷線的35kV及以下的線路來(lái)說(shuō)，首先在靠近變電所(l~2km)的線段上加裝避雷線，使之成為進(jìn)線段；對(duì)于全線有避雷線的110km及以上的線路，將靠近變電所的一段長(zhǎng)2km的線路劃為進(jìn)線段。在進(jìn)線段上,加強(qiáng)防雷措施、提高耐雷水平。進(jìn)線段的作用：1）雷電過(guò)電壓波在流過(guò)進(jìn)線段時(shí)因沖擊電暈而發(fā)生衰減和變形，降低了波前陡度和幅值；2）限制流過(guò)避雷器的沖擊電流幅值變電所進(jìn)線段保護(hù)2/5/2023(一)變電所防雷接線進(jìn)線段提高耐雷性能的保護(hù)措施：1)在進(jìn)線保護(hù)段內(nèi)，避雷線的保護(hù)角不宜超過(guò)20°。2)采取措施以保證進(jìn)線段的耐雷水平。(二)三相繞組變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)有雷電過(guò)電壓波時(shí)，通過(guò)繞組間的靜電耦合和電磁耦合，低壓側(cè)出現(xiàn)一定過(guò)電壓。在任一相低壓繞組加裝閥式避雷器。變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題2/5/2023

(三)自耦變壓器的防雷保護(hù)高壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，應(yīng)在中壓斷路器QF2的內(nèi)側(cè)裝設(shè)一組閥式避雷器（圖8-14中的FV2）進(jìn)行保護(hù)。中壓側(cè)進(jìn)波時(shí)，在高壓斷路器QF1的內(nèi)側(cè)也應(yīng)裝設(shè)一組避雷器（圖8-14中的FV1）進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)中壓側(cè)接有出線時(shí)，還應(yīng)在AA′之間再跨接一組避雷器（圖8-14中的FV3）。變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題2/5/2023

(四)變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)110kV及以上的中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)1、中性點(diǎn)為全絕緣時(shí)，一般不需采用專門的保護(hù)。但在變電所只有一臺(tái)變壓器且為單路進(jìn)線的情況下，仍需在中性點(diǎn)加裝一臺(tái)與繞組首端同樣電壓等級(jí)的避雷器。2、當(dāng)中性點(diǎn)為降級(jí)絕緣時(shí)，則必須選用與中性點(diǎn)絕緣等級(jí)相當(dāng)?shù)谋芾灼骷右员Ｗo(hù)，同時(shí)注意校核避雷器的滅弧電壓35kV及以下的中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)變壓器的中性點(diǎn)都采用全絕緣，一般不設(shè)保護(hù)裝置。變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題2/5/20231)GIS絕緣的伏秒特性很平坦，其絕緣水平主要取決于雷電沖擊水平。采用氧化鋅避雷器；2)GIS結(jié)構(gòu)緊湊，被保護(hù)設(shè)備與避雷器相距較近，比常規(guī)變電所有利；3)GIS的同軸母線筒的波阻抗小，過(guò)電壓幅值和陡度都顯著變小，對(duì)變電所的進(jìn)行波防護(hù)有利；4)GIS內(nèi)絕緣電場(chǎng)結(jié)構(gòu)不均勻，易擊穿，要求防雷保護(hù)措施更加可靠、在絕緣配合中留有足夠的裕度。

(五)氣體絕緣變電所防雷保護(hù)的特點(diǎn)全封閉SF6氣體絕緣變電所(GIS)的特點(diǎn)：變電所防雷的幾個(gè)具體問(wèn)題2/5/2023（一）接地一般概念電工中“地”是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。電氣設(shè)備導(dǎo)電部分和非導(dǎo)電部分與大地的人為連接稱為接地。電力系統(tǒng)的接地分為三類：1）工作接地：正常工作需要而設(shè)置的接地。0.5~10Ω2）保護(hù)接地：為了保護(hù)人身安全金屬接地。1~10Ω3）防雷接地：將雷電流順利泄入地下，減小它所引起的過(guò)電壓防雷接地2/5/2023沖擊接地電阻，工頻或直流下的接地電阻，二者之比稱為沖擊系數(shù)。的值一般小于1，但在接地體很長(zhǎng)時(shí)也有可能大于1。接地電阻Re等于從接地體到地下遠(yuǎn)處零位面之間的電壓Ue與流過(guò)的工頻或直流電流Ie之比。2/5/2023常見(jiàn)的一些接地體的工頻接地電阻計(jì)算公式1、單根垂直接地體2、多根垂直接地體3、水平接地體2/5/2023(二)防雷接地及有關(guān)計(jì)算防雷接地所泄放的電流是沖擊大電流。接地體單位長(zhǎng)度電感L0，壓降L0di/dt很可觀，使接地體變成非等電位物體。L0的影響使伸長(zhǎng)接地體的沖擊接地電阻Ri增大接地體周圍會(huì)出現(xiàn)一個(gè)火花放電區(qū)，使沖擊接地電阻Ri變小。兩者對(duì)接地電阻的影響相反。看兩個(gè)因素的相對(duì)強(qiáng)弱而定。2/5/2023接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)影響著接地系統(tǒng)的性能的主要因素：1、土壤參數(shù)2、接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)3、接地電流2/5/2023土壤參數(shù)對(duì)接地系統(tǒng)的影響土壤參數(shù)主要是指土壤電阻率，但土壤電阻率并不是一個(gè)恒定的值，當(dāng)土壤類型與土壤結(jié)構(gòu)不同，或者溫度與濕度發(fā)生變化時(shí)，土壤的電阻率會(huì)發(fā)生較大的改變2/5/2023土壤電阻率對(duì)安全的影響土壤電阻率直接影響接地電流的分布，同時(shí)也影響著地電位的分布2/5/2023土壤類型土壤類型是可以根據(jù)主要礦物成份分類，也可以按土壤固體物質(zhì)的顆粒大小分類。2/5/2023土壤結(jié)構(gòu)土壤結(jié)構(gòu)主要是指土壤內(nèi)物質(zhì)的分布方式，即孔隙度，孔隙結(jié)構(gòu)，毛細(xì)管的含量等2/5/2023土壤溫度土壤溫度發(fā)生變化時(shí)，其電阻率發(fā)生變化，凍土的電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未凍土2/5/2023含水量對(duì)土壤電阻率的影響2/5/2023土壤電阻計(jì)算優(yōu)化主要采用的方法是對(duì)土壤進(jìn)行分層處理。分層方法有：水平雙層垂直雙層水平多層垂直多層2/5/2023土壤水平分層2/5/2023均勻土壤水平雙層土壤水平多層土壤2/5/2023土壤垂直分層2/5/2023垂直雙層土壤垂直三層土壤2/5/2023接地網(wǎng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化高土壤電阻率地區(qū)，應(yīng)盡量降低接地裝置的接地電阻，以滿足規(guī)范要求。針對(duì)降低接地電阻的問(wèn)題，常見(jiàn)的方法有：增大地網(wǎng)面積、敷設(shè)外引接地網(wǎng)、增設(shè)垂直接地體、深埋接地網(wǎng)、使用降阻劑等。2/5/2023增大地網(wǎng)面積

增大地網(wǎng)面積是降低地網(wǎng)接地電阻最為有效的措施。然而，隨著面積的增大,電流密度的不均勻也在增加，降阻的效果逐漸趨于飽和。并且,增大面積亦會(huì)大大增加投資。2/5/2023敷設(shè)外引接地網(wǎng)其原理是在在已建成地網(wǎng)的附近，找一處電阻率較低的地方（如水塘、水田、水洼地等），再建設(shè)一個(gè)新地網(wǎng)，然后把兩地網(wǎng)連接，從而使地網(wǎng)的接地電阻降低。敷設(shè)外引接地網(wǎng)示意圖2/5/2023增設(shè)垂直接地體增設(shè)垂直接地體的原理是流過(guò)大地的電流呈垂直和水平向外擴(kuò)散，充分利用電流垂直方向的擴(kuò)散分量，將較大的電流引入地的深層。垂直接地體一般架設(shè)在水平接地體上，從而構(gòu)成立體地網(wǎng)。除了傳統(tǒng)的扁鋼，接地模塊在這方面應(yīng)用比較廣泛。2/5/2023接地模塊是一種以導(dǎo)電非金屬材料為主的接地體。其特點(diǎn)是用料少、耗資小、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性好,特別適合于高阻率土壤地區(qū)使用。方形接地模塊圓柱形接地模塊2/5/2023使用降阻劑通過(guò)置換或者使用高壓泵將低電阻率材料壓入的方法可降低地網(wǎng)附近的土壤電阻率,在一定程度上相當(dāng)于加大了地網(wǎng)導(dǎo)體的半徑從而降低土壤與接地體間的接觸電阻。但是隨著時(shí)間流逝，這種方法的效果會(huì)越來(lái)越不明顯，而且降阻劑具有腐蝕作用，長(zhǎng)期使用會(huì)對(duì)地網(wǎng)產(chǎn)生腐蝕。2/5/2023青藏鐵路防雷接地工程2/5/2023青藏線防雷接地工程2/5/2023高速鐵路牽引變電所綜合接地牽引變電所接地系統(tǒng)的電流特點(diǎn)由于機(jī)車在運(yùn)行中要進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)以及升降弓等操作，因此通過(guò)接地系統(tǒng)的電流不是恒定值。接地系統(tǒng)要起到收集地回流的作用，因此正常情況下接地系統(tǒng)中有電流通過(guò)，電流的大小由供電方式?jīng)Q定。2/5/2023圖8直供方式圖9BT供電方式2/5/2023牽引變電所接地中主要存在的問(wèn)題地網(wǎng)電流對(duì)接地性能的影響牽引電流通過(guò)回流網(wǎng)流回主變壓器，電流通過(guò)接地網(wǎng)時(shí)，會(huì)造成接地網(wǎng)各個(gè)部位電位不相等，地電位差異將對(duì)測(cè)量以及信號(hào)設(shè)備造成影響。地網(wǎng)電流變化對(duì)綜合自動(dòng)化設(shè)備的電磁干擾變電所采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)大量使用了以計(jì)算機(jī)和微處理機(jī)為基礎(chǔ)的微電子設(shè)備。這些設(shè)備比傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式更容易受到電磁場(chǎng)的干擾。地網(wǎng)電流變化時(shí)將產(chǎn)生電磁波，這些電磁波有可能干擾上述設(shè)備。2/5/2023減少接地網(wǎng)電勢(shì)差常用的方法有采用環(huán)網(wǎng)消除局部電位差。接地環(huán)網(wǎng)可以分為四個(gè)部分：主控室接地環(huán)網(wǎng)、高壓室接地環(huán)網(wǎng)、主變壓器接地環(huán)網(wǎng)、各接地環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線。各接地環(huán)網(wǎng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線與變電所的主接地網(wǎng)連接以減少各接地環(huán)網(wǎng)電位差，避免在各接地環(huán)網(wǎng)之間的二次電纜或通訊電纜屏蔽層中產(chǎn)生大電流燒壞這些設(shè)備。牽引變電所綜合接地2/5/2023當(dāng)設(shè)備與干擾源串聯(lián)時(shí)，各個(gè)設(shè)備接地電流在引線電阻上產(chǎn)生的電位疊加，A、B、C點(diǎn)間的電位差較大，該接地方式會(huì)增大A點(diǎn)干擾源的電壓信號(hào)，但在簡(jiǎn)單的接地系統(tǒng)中應(yīng)用仍然較多。

改變接地方式減少電磁干擾圖16設(shè)備串聯(lián)接地方法示意圖牽引變電所綜合接地2/5/2023干擾源與設(shè)備間的地線是并聯(lián)時(shí)，各電路的地電位只與本電路的地電流、地線阻抗有關(guān)，B、C點(diǎn)間的電位差較小。通常情況下，A點(diǎn)離接地網(wǎng)越近，抗干擾效果越好。圖17設(shè)備并聯(lián)接地方法示意圖2/5/2023牽引變電所綜合接地系統(tǒng)的組成方案2/5/2023上圖為一種牽引變電所綜合接地方案，圖中根據(jù)設(shè)備的不同用途以及地點(diǎn)位置設(shè)置了三個(gè)接地環(huán)網(wǎng)；一次設(shè)備與二次設(shè)備分別接于不同的接地環(huán)網(wǎng)中，回流電流單獨(dú)使用一個(gè)環(huán)網(wǎng)，強(qiáng)弱電設(shè)備分別設(shè)置接地母排并采用并聯(lián)接地方式。這樣不但可以減少同一個(gè)系統(tǒng)中不同設(shè)備接地點(diǎn)的電位差，還可以降低高壓設(shè)備以及電源對(duì)綜合自動(dòng)化裝置中通信和信號(hào)設(shè)備的電磁干擾，有效地解決了原來(lái)的接地系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。2/5/2023天府廣場(chǎng)綜合接地工程2/5/2023遂渝線綜合接地工程2/5/2023絕緣、接地與防雷三、防雷接觸網(wǎng)工作的額定電壓為25kV，但在某種情況下會(huì)出現(xiàn)大超過(guò)25kV的電壓，稱為過(guò)電壓。過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓和大氣過(guò)電壓。大氣過(guò)電壓是指在接觸網(wǎng)附近，發(fā)生雷擊時(shí)使接觸產(chǎn)生的過(guò)電壓。這種峰值很高的過(guò)電壓會(huì)使絕緣子閃絡(luò)、擊穿而發(fā)生短路事故，造成接觸網(wǎng)設(shè)備損壞，當(dāng)安裝了避雷器后，它能及時(shí)地將雷電引入大地。2/5/2023絕緣、接地與防雷三、防雷避雷器安裝在接觸網(wǎng)支柱上，與接觸懸掛相連接，作為接觸網(wǎng)大氣過(guò)電壓保護(hù)之用。目前接觸網(wǎng)上采用的避雷器