電網(wǎng)變電設(shè)施防雷保護(hù)措施探討
電網(wǎng)變電設(shè)施防雷保護(hù)措施及供電系統(tǒng)中，各種電氣設(shè)備都有一定的絕緣強(qiáng)度。如果超過(guò)了設(shè)備所能承受的程度，絕緣就會(huì)擊穿。大氣過(guò)電壓的產(chǎn)生是由雷電現(xiàn)象引起。因此要抑制大氣過(guò)電壓，防雷措施就顯得十分重要。
1 、雷電的危害
雷電的形成伴隨著巨大的電流和極高的電壓，在它放電的過(guò)程中產(chǎn)生極大的破壞力，雷電的 危害主要是以下幾個(gè)方面：
1.1 雷電的熱效應(yīng)
雷電產(chǎn)生強(qiáng)大的熱能使金屬熔化，燒斷輸電導(dǎo)線，摧毀用電設(shè)備，甚至引起火災(zāi)。
1.2 雷電的機(jī)械效應(yīng)
雷電強(qiáng)大的電動(dòng)力可以擊毀桿塔，破壞建筑物，人畜已不能幸免。
1.3 雷電的閃絡(luò)放電
雷電產(chǎn)生的高電壓會(huì)引起絕緣子燒壞，斷路器跳閘，導(dǎo)致供電線路停電。
2 、雷電過(guò)電壓簡(jiǎn)介
雷電過(guò)電壓又稱(chēng)為大氣過(guò)電壓它是由于內(nèi)的設(shè)備或構(gòu)筑遭受直接雷擊或雷電感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò) 電壓。由于引起這種過(guò)電壓的能量來(lái)源于外界，固有成為外部過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓產(chǎn)生的雷 電沖擊波，其電壓幅值。可高達(dá)108V，其電流幅值可高達(dá)幾十萬(wàn)安，因此對(duì)電力系統(tǒng)危 害極大，必須采取有效措施加以防護(hù)。
雷電過(guò)電壓的基本形式有3種：
2.1 雷擊過(guò)電壓(直擊雷)
雷電直接擊 中電氣設(shè)備，線路或建筑物，強(qiáng)大的雷電流作用，通過(guò)該 物體泄入大地，在該物體上產(chǎn)生較高的電位差，成為直擊雷過(guò)電壓。雷電流通過(guò)被擊物體時(shí) ，將產(chǎn)生破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，相伴的還有電磁效應(yīng)和對(duì)附近物體的閃絡(luò)放電。
2.2 感應(yīng)過(guò)電壓(感應(yīng)雷)
當(dāng)雷云在架空線路上方時(shí)，由于雷云先導(dǎo)作 用，使架空線路上感應(yīng) 出與先導(dǎo)通道符號(hào)相反的電荷。雷云放電時(shí)，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，架空線路上的電 荷被釋放，形成自由電荷流向線路兩端，產(chǎn)生很高的過(guò)電壓(高壓線路可達(dá)幾十萬(wàn)伏，低壓 線路可達(dá)幾萬(wàn)伏)。
2.3 雷電波入侵
由于直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高 電位雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變配 電所或用戶而造成危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，供電系統(tǒng)中由于雷電波侵入而造成的雷電事故，在整個(gè)事 故中占50%以上。因此，對(duì)其防護(hù)問(wèn)題應(yīng)予以足夠的重視。
3 、防止感應(yīng)雷的措施
防止雷電過(guò)電壓的主要措施是并聯(lián)避雷器。
3.1 避雷器的簡(jiǎn)介
電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在運(yùn)行中除承受正常的工作電壓以外，有時(shí)還遭受操作過(guò)電壓和雷電 過(guò)電壓。過(guò)電壓的數(shù)值遠(yuǎn)超過(guò)工作電壓，使設(shè)備的絕緣壽命縮短，甚至直接遭到破壞。
避雷器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)防止雷電過(guò)電壓的保護(hù)電器，與被保護(hù)的電器設(shè)備并列連接。它們大量應(yīng) 用在牽引變電所、接觸網(wǎng)和電力機(jī)車(chē)中。
牽引變電所中電氣設(shè)備的絕緣水平系由大氣過(guò)電壓決定，因?yàn)閷?duì)于最高電壓等級(jí)目前為110k V的牽引供電系統(tǒng)，其可能遭受的最大操作過(guò)電壓常小于雷電過(guò)電壓的作用值。為防雷害， 在變電所的進(jìn)線、出線側(cè)都并聯(lián)裝設(shè)避雷器以“削減”、“限制”侵入所內(nèi)的雷電波至較低 于各避雷器的殘壓水平，并將雷電流泄入大地，從而保護(hù)了其保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備。而這些設(shè) 備也僅需具有能耐較殘壓值略高的絕緣水平即可不至于損壞。
避雷器的作用就是通過(guò)并聯(lián)放電間隙或非線性電阻，對(duì)入侵的流動(dòng)電波進(jìn)行削幅。降低被保 護(hù)設(shè)備所承受的過(guò)電壓值。避雷器既可用來(lái)防護(hù)大氣過(guò)電壓也可用來(lái)防護(hù)操作過(guò)電壓。
3.2 避雷器的分類(lèi)
①放電間隙及管型避雷器。②閥型避雷器，包括：間隙不帶并聯(lián)電阻的，如FS型；間隙帶 并聯(lián)電阻的，如FZ,間隙帶磁吹的，如FCZ、FCD型。③無(wú)間隙氧化鋅避雷器。
3.3 結(jié)構(gòu)分析
閥型避雷器由火花間隙和閥型電阻盤(pán)兩部分組成。閥型避雷器的閥型電阻盤(pán)是一個(gè)非線性電 阻，在工頻電壓下其電阻值非常大，在沖擊高壓下其阻值非常低。在正常情況下，火花間隙 具有很高的絕緣強(qiáng)度，工頻交流電壓不能將其擊穿，閥型電阻盤(pán)上無(wú)電流通過(guò)；當(dāng)雷電襲來(lái) 時(shí)，火花間隙被迅速擊穿，在沖擊電壓作用下，閥盤(pán)電阻具有很低的電阻值，雷電流通過(guò)閥 型電阻盤(pán)流入大地；當(dāng)雷電流通過(guò)后，由于工頻電流很小，閥型電阻又恢復(fù)了高阻抗的性質(zhì) 。伏秒特性和伏安特性是閥型避雷器的兩個(gè)基本特性，磁吹閥型避雷器是采用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電流 來(lái)提高滅弧性能。
氧化鋅避雷器的基本結(jié)構(gòu)是閥片，閥片以氧化鋅為主要成份，并添加少量的Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金屬氧化物添加劑。這種閥片具有優(yōu)良的非線性和較大的通 流容量。氧化鋅閥片在運(yùn)行電壓下呈絕緣狀態(tài)，通過(guò)的電流很小，隨著閥片承受電壓升高， 電流也隨之增強(qiáng)。
角隙避雷器是利用角形空氣間隙放電將淚流泄入大地而起到保護(hù)作用的。放電時(shí)兩個(gè)間隙中 的電弧因電動(dòng)力的作用被拉長(zhǎng)，在交流過(guò)零時(shí)被周?chē)諝饨橘|(zhì)冷卻熄滅。
管型避雷器當(dāng)線路上遭到雷擊或產(chǎn)生感應(yīng)時(shí)，大氣過(guò)電壓使管型避雷器的外部和內(nèi)部間隙擊 穿，強(qiáng)大的雷擊電流通過(guò)接地裝置進(jìn)入地下。同時(shí)，由于避雷器內(nèi)部間隙發(fā)生強(qiáng)烈的電弧， 使管內(nèi)壁的材料燃燒。產(chǎn)生大量的滅弧氣體從管口噴出，在電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅。
3.4 型號(hào)
3.5 避雷器的選擇
110kV側(cè)的避雷器的選擇：選擇Y10W5-100/295氧化鋅避雷器，其參數(shù)為：系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓為11 0kV，額定電壓100kV，持續(xù)運(yùn)行電壓73kV，8/20us雷電沖擊殘壓(峰值)不大于標(biāo)稱(chēng)放電電流 10kA時(shí)295kV(注：資料來(lái)源；制造廠：平頂山天鷹集團(tuán)有限責(zé)任公司；價(jià)格：0.95萬(wàn)/臺(tái))。
27.5kV側(cè)的避雷器的選擇：選擇Y10W5-40/142氧化鋅避雷器，其參數(shù)為：系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓為2 7.5kV，額定電壓42kV，持續(xù)運(yùn)行電壓30kV，8/20us雷電沖擊殘壓不大于標(biāo)稱(chēng)放電電流10kA 時(shí)為140kV(注：資料來(lái)源；制造廠：平頂山天鷹集團(tuán)有限責(zé)任公司；價(jià)格：0.75萬(wàn)/臺(tái))。
4、 防止直擊雷的措施
防止直擊雷的有效措施就是把雷擊放電直接引至大地而使電氣設(shè)備免遭損害。在輸電線路中 ，一般采用避雷線來(lái)防止直擊雷和減輕感應(yīng)雷。而在變電所設(shè)備區(qū)一般采用安裝避雷針來(lái)防 止直擊雷。
4.1 避雷針的作用。
1 、雷電的危害
雷電的形成伴隨著巨大的電流和極高的電壓，在它放電的過(guò)程中產(chǎn)生極大的破壞力，雷電的 危害主要是以下幾個(gè)方面：
1.1 雷電的熱效應(yīng)
雷電產(chǎn)生強(qiáng)大的熱能使金屬熔化，燒斷輸電導(dǎo)線，摧毀用電設(shè)備，甚至引起火災(zāi)。
1.2 雷電的機(jī)械效應(yīng)
雷電強(qiáng)大的電動(dòng)力可以擊毀桿塔，破壞建筑物，人畜已不能幸免。
1.3 雷電的閃絡(luò)放電
雷電產(chǎn)生的高電壓會(huì)引起絕緣子燒壞，斷路器跳閘，導(dǎo)致供電線路停電。
2 、雷電過(guò)電壓簡(jiǎn)介
雷電過(guò)電壓又稱(chēng)為大氣過(guò)電壓它是由于內(nèi)的設(shè)備或構(gòu)筑遭受直接雷擊或雷電感應(yīng)而產(chǎn)生的過(guò) 電壓。由于引起這種過(guò)電壓的能量來(lái)源于外界，固有成為外部過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓產(chǎn)生的雷 電沖擊波，其電壓幅值。可高達(dá)108V，其電流幅值可高達(dá)幾十萬(wàn)安，因此對(duì)電力系統(tǒng)危 害極大，必須采取有效措施加以防護(hù)。
雷電過(guò)電壓的基本形式有3種：
2.1 雷擊過(guò)電壓(直擊雷)
雷電直接擊 中電氣設(shè)備，線路或建筑物，強(qiáng)大的雷電流作用，通過(guò)該 物體泄入大地，在該物體上產(chǎn)生較高的電位差，成為直擊雷過(guò)電壓。雷電流通過(guò)被擊物體時(shí) ，將產(chǎn)生破壞作用的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，相伴的還有電磁效應(yīng)和對(duì)附近物體的閃絡(luò)放電。
2.2 感應(yīng)過(guò)電壓(感應(yīng)雷)
當(dāng)雷云在架空線路上方時(shí)，由于雷云先導(dǎo)作 用，使架空線路上感應(yīng) 出與先導(dǎo)通道符號(hào)相反的電荷。雷云放電時(shí)，先導(dǎo)通道中的電荷迅速中和，架空線路上的電 荷被釋放，形成自由電荷流向線路兩端，產(chǎn)生很高的過(guò)電壓(高壓線路可達(dá)幾十萬(wàn)伏，低壓 線路可達(dá)幾萬(wàn)伏)。
2.3 雷電波入侵
由于直擊雷或感應(yīng)雷而產(chǎn)生的高 電位雷電波，沿架空線路或金屬管道侵入變配 電所或用戶而造成危害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，供電系統(tǒng)中由于雷電波侵入而造成的雷電事故，在整個(gè)事 故中占50%以上。因此，對(duì)其防護(hù)問(wèn)題應(yīng)予以足夠的重視。
3 、防止感應(yīng)雷的措施
防止雷電過(guò)電壓的主要措施是并聯(lián)避雷器。
3.1 避雷器的簡(jiǎn)介
電力系統(tǒng)中的電氣設(shè)備在運(yùn)行中除承受正常的工作電壓以外，有時(shí)還遭受操作過(guò)電壓和雷電 過(guò)電壓。過(guò)電壓的數(shù)值遠(yuǎn)超過(guò)工作電壓，使設(shè)備的絕緣壽命縮短，甚至直接遭到破壞。
避雷器是專(zhuān)門(mén)用來(lái)防止雷電過(guò)電壓的保護(hù)電器，與被保護(hù)的電器設(shè)備并列連接。它們大量應(yīng) 用在牽引變電所、接觸網(wǎng)和電力機(jī)車(chē)中。
牽引變電所中電氣設(shè)備的絕緣水平系由大氣過(guò)電壓決定，因?yàn)閷?duì)于最高電壓等級(jí)目前為110k V的牽引供電系統(tǒng)，其可能遭受的最大操作過(guò)電壓常小于雷電過(guò)電壓的作用值。為防雷害， 在變電所的進(jìn)線、出線側(cè)都并聯(lián)裝設(shè)避雷器以“削減”、“限制”侵入所內(nèi)的雷電波至較低 于各避雷器的殘壓水平，并將雷電流泄入大地，從而保護(hù)了其保護(hù)范圍內(nèi)的設(shè)備。而這些設(shè) 備也僅需具有能耐較殘壓值略高的絕緣水平即可不至于損壞。
避雷器的作用就是通過(guò)并聯(lián)放電間隙或非線性電阻，對(duì)入侵的流動(dòng)電波進(jìn)行削幅。降低被保 護(hù)設(shè)備所承受的過(guò)電壓值。避雷器既可用來(lái)防護(hù)大氣過(guò)電壓也可用來(lái)防護(hù)操作過(guò)電壓。
3.2 避雷器的分類(lèi)
①放電間隙及管型避雷器。②閥型避雷器，包括：間隙不帶并聯(lián)電阻的，如FS型；間隙帶 并聯(lián)電阻的，如FZ,間隙帶磁吹的，如FCZ、FCD型。③無(wú)間隙氧化鋅避雷器。
3.3 結(jié)構(gòu)分析
閥型避雷器由火花間隙和閥型電阻盤(pán)兩部分組成。閥型避雷器的閥型電阻盤(pán)是一個(gè)非線性電 阻，在工頻電壓下其電阻值非常大，在沖擊高壓下其阻值非常低。在正常情況下，火花間隙 具有很高的絕緣強(qiáng)度，工頻交流電壓不能將其擊穿，閥型電阻盤(pán)上無(wú)電流通過(guò)；當(dāng)雷電襲來(lái) 時(shí)，火花間隙被迅速擊穿，在沖擊電壓作用下，閥盤(pán)電阻具有很低的電阻值，雷電流通過(guò)閥 型電阻盤(pán)流入大地；當(dāng)雷電流通過(guò)后，由于工頻電流很小，閥型電阻又恢復(fù)了高阻抗的性質(zhì) 。伏秒特性和伏安特性是閥型避雷器的兩個(gè)基本特性，磁吹閥型避雷器是采用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)電流 來(lái)提高滅弧性能。
氧化鋅避雷器的基本結(jié)構(gòu)是閥片，閥片以氧化鋅為主要成份，并添加少量的Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金屬氧化物添加劑。這種閥片具有優(yōu)良的非線性和較大的通 流容量。氧化鋅閥片在運(yùn)行電壓下呈絕緣狀態(tài)，通過(guò)的電流很小，隨著閥片承受電壓升高， 電流也隨之增強(qiáng)。
角隙避雷器是利用角形空氣間隙放電將淚流泄入大地而起到保護(hù)作用的。放電時(shí)兩個(gè)間隙中 的電弧因電動(dòng)力的作用被拉長(zhǎng)，在交流過(guò)零時(shí)被周?chē)諝饨橘|(zhì)冷卻熄滅。
管型避雷器當(dāng)線路上遭到雷擊或產(chǎn)生感應(yīng)時(shí)，大氣過(guò)電壓使管型避雷器的外部和內(nèi)部間隙擊 穿，強(qiáng)大的雷擊電流通過(guò)接地裝置進(jìn)入地下。同時(shí)，由于避雷器內(nèi)部間隙發(fā)生強(qiáng)烈的電弧， 使管內(nèi)壁的材料燃燒。產(chǎn)生大量的滅弧氣體從管口噴出，在電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅。
3.4 型號(hào)
3.5 避雷器的選擇
110kV側(cè)的避雷器的選擇：選擇Y10W5-100/295氧化鋅避雷器，其參數(shù)為：系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓為11 0kV，額定電壓100kV，持續(xù)運(yùn)行電壓73kV，8/20us雷電沖擊殘壓(峰值)不大于標(biāo)稱(chēng)放電電流 10kA時(shí)295kV(注：資料來(lái)源；制造廠：平頂山天鷹集團(tuán)有限責(zé)任公司；價(jià)格：0.95萬(wàn)/臺(tái))。
27.5kV側(cè)的避雷器的選擇：選擇Y10W5-40/142氧化鋅避雷器，其參數(shù)為：系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓為2 7.5kV，額定電壓42kV，持續(xù)運(yùn)行電壓30kV，8/20us雷電沖擊殘壓不大于標(biāo)稱(chēng)放電電流10kA 時(shí)為140kV(注：資料來(lái)源；制造廠：平頂山天鷹集團(tuán)有限責(zé)任公司；價(jià)格：0.75萬(wàn)/臺(tái))。
4、 防止直擊雷的措施
防止直擊雷的有效措施就是把雷擊放電直接引至大地而使電氣設(shè)備免遭損害。在輸電線路中 ，一般采用避雷線來(lái)防止直擊雷和減輕感應(yīng)雷。而在變電所設(shè)備區(qū)一般采用安裝避雷針來(lái)防 止直擊雷。
4.1 避雷針的作用。
避雷針的作用主要有兩個(gè)：①當(dāng)云塊接近避雷針時(shí)，避雷針可以把因靜電感應(yīng)帶電，隨時(shí) 放入空氣中與云中的電中和，從而化劇烈的放電為緩和的多次放電，減少雷擊。②作為放 電通路，使電從避雷針導(dǎo)線中流入大地。而不至于破壞設(shè)備或建筑物。
4.2 避雷針的工作原理
避雷針是根據(jù)尖端放電原理制成的。當(dāng)導(dǎo)體帶電時(shí)，尖端附近的電場(chǎng)特別強(qiáng)，使附近氣體電 離導(dǎo)致放電。避雷針針頭是尖的。靜電感應(yīng)時(shí)避雷針尖端總是聚集最多的電荷。避雷針對(duì)帶 電云層形成一個(gè)電容器。由于它較尖，電容器極板面積也很小，電容也很小，它所容納的電 荷也很小。而它又聚集了大部分電荷，所以避雷針于云層之間的空氣很容易擊穿成為導(dǎo)體， 把雷電引入大地。從而保護(hù)了設(shè)備或建筑物。
4.3 避雷針的保護(hù)范圍
避雷針的保護(hù)范圍與采用的針數(shù)及安裝高度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)針數(shù)越多安裝的越高保護(hù)范圍就 越大。
單支避雷針的保護(hù)范圍通常用下列方法計(jì)算：
避雷針在地面上的保護(hù)半徑為：
——保護(hù)半徑(m)
——避雷針高度(m)
避雷針在被保護(hù)物高度水平面上的保護(hù)半徑為：
——避雷針在 水平面上的保護(hù)半徑(m)
——被保護(hù)物高度(m)
——高度影響系數(shù) ≤30m時(shí) =1
5 、文章結(jié)語(yǔ)
變電所主要作用是變換電壓，還有集中和分配電能流向和調(diào)整電壓的任務(wù)。因此，變電 所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是防雷的重要保護(hù)部位。做好變電所的防雷保護(hù)，保證變 電所的正常運(yùn)行，減少停電的范圍和時(shí)間，就能給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)許多方便。
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4.2 避雷針的工作原理
避雷針是根據(jù)尖端放電原理制成的。當(dāng)導(dǎo)體帶電時(shí)，尖端附近的電場(chǎng)特別強(qiáng)，使附近氣體電 離導(dǎo)致放電。避雷針針頭是尖的。靜電感應(yīng)時(shí)避雷針尖端總是聚集最多的電荷。避雷針對(duì)帶 電云層形成一個(gè)電容器。由于它較尖，電容器極板面積也很小，電容也很小，它所容納的電 荷也很小。而它又聚集了大部分電荷，所以避雷針于云層之間的空氣很容易擊穿成為導(dǎo)體， 把雷電引入大地。從而保護(hù)了設(shè)備或建筑物。
4.3 避雷針的保護(hù)范圍
避雷針的保護(hù)范圍與采用的針數(shù)及安裝高度有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)針數(shù)越多安裝的越高保護(hù)范圍就 越大。
單支避雷針的保護(hù)范圍通常用下列方法計(jì)算：
避雷針在地面上的保護(hù)半徑為：
——保護(hù)半徑(m)
——避雷針高度(m)
避雷針在被保護(hù)物高度水平面上的保護(hù)半徑為：
——避雷針在 水平面上的保護(hù)半徑(m)
——被保護(hù)物高度(m)
——高度影響系數(shù) ≤30m時(shí) =1
5 、文章結(jié)語(yǔ)
變電所主要作用是變換電壓，還有集中和分配電能流向和調(diào)整電壓的任務(wù)。因此，變電 所是電力系統(tǒng)的重要組成部分，它是防雷的重要保護(hù)部位。做好變電所的防雷保護(hù)，保證變 電所的正常運(yùn)行，減少停電的范圍和時(shí)間，就能給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)許多方便。
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