变电站防雷保护及防雷范围计算.6.22

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1、变电站防雷保护与防雷范围计算变电站防雷保护与防雷范围计算二二0 0一七年六月一七年六月晋晋 煤煤 供供 电电 分分 公公 司司变电站防雷保护与防雷范围计算变电站防雷保护与防雷范围计算雷电知识简述雷电知识简述变电站防雷措施变电站防雷措施避雷针保护范围计算（滚球法）避雷针保护范围计算（滚球法）接地体及接地网接地体及接地网 晋煤供电晋煤供电第一章第一章 雷电知识简述雷电知识简述 雷电的实质是一种气体放电现象，叫做大气过电压。雷电的实质是云团在雷电的实质是一种气体放电现象，叫做大气过电压。雷电的实质是云团在大气中上下翻滚不断的摩擦碰撞而使某些云团带正电荷，而某些云团带负电荷，大气中上下翻滚不断的摩擦碰

2、撞而使某些云团带正电荷，而某些云团带负电荷，当两个云团接近到一定距离时，击穿大气互相放电的过程，这就是人们在天空当两个云团接近到一定距离时，击穿大气互相放电的过程，这就是人们在天空经常看到的雷电，当带电云团接近大地附近的比较高的建筑物或者物体时，会经常看到的雷电，当带电云团接近大地附近的比较高的建筑物或者物体时，会在建筑物或比较高的物体中感应出相反的电荷，会产生雷云对大地的放电，即在建筑物或比较高的物体中感应出相反的电荷，会产生雷云对大地的放电，即我们经常说的雷击现象，遭受雷击时，会产生很大的雷电流和雷电压，对于建我们经常说的雷击现象，遭受雷击时，会产生很大的雷电流和雷电压，对于建筑物及设备甚

3、至人身都会产生极大的威胁。通常建筑物遭受雷击都是下形雷造筑物及设备甚至人身都会产生极大的威胁。通常建筑物遭受雷击都是下形雷造成的，下形雷主要是指雷电由雷云向地面建筑物行进的，反之称为上形雷，比成的，下形雷主要是指雷电由雷云向地面建筑物行进的，反之称为上形雷，比较少见。雷电的种类通常有三类，比较常见的是线形雷。片形雷比较少见，另较少见。雷电的种类通常有三类，比较常见的是线形雷。片形雷比较少见，另外有时候还能看到球形雷。外有时候还能看到球形雷。晋煤供电晋煤供电第一章第一章 雷电知识简述雷电知识简述 雷电通常有直击雷、感应雷和雷电侵入波三种形式。雷电通常有直击雷、感应雷和雷电侵入波三种形式。直击雷直

4、击雷 带电荷的雷云电压可以达到几亿伏特，当雷云接近地面并对地面带电荷的雷云电压可以达到几亿伏特，当雷云接近地面并对地面物体放电时，就是我们常说的雷击，这种情况会发生激烈放电，并伴随着闪电物体放电时，就是我们常说的雷击，这种情况会发生激烈放电，并伴随着闪电和雷鸣称为直击雷，雷电的放电过程通常分为先导放电、主放电和余光三个阶和雷鸣称为直击雷，雷电的放电过程通常分为先导放电、主放电和余光三个阶段。段。感应雷感应雷 也叫作感应过电压或雷电过电压，一般有也叫作感应过电压或雷电过电压，一般有静电感应静电感应和和电磁感应电磁感应两两种。静电感应的产生是由于雷云接近地面建筑物，在建筑物顶端感应出大量异种。静电

5、感应的产生是由于雷云接近地面建筑物，在建筑物顶端感应出大量异性电荷，而雷云并没有对建筑物放电，当雷云对其它物体或雷云放电时，建筑性电荷，而雷云并没有对建筑物放电，当雷云对其它物体或雷云放电时，建筑物中的电荷会失去束缚，而沿着建筑物传播，这就形成了静电感应。电磁感应物中的电荷会失去束缚，而沿着建筑物传播，这就形成了静电感应。电磁感应是因为雷电流会在周围产生强烈变化的电磁场，而变化的电磁场会使周围的导是因为雷电流会在周围产生强烈变化的电磁场，而变化的电磁场会使周围的导体产生很高的感应电压。体产生很高的感应电压。雷电侵入波雷电侵入波 指的是雷击过程中，产生的冲击波沿着高压输电线路传播。指的是雷击过程

6、中，产生的冲击波沿着高压输电线路传播。晋煤供电晋煤供电第一章第一章 雷电知识简述雷电知识简述 危害危害 雷击的破坏主要包括雷击的破坏主要包括电作用的破坏电作用的破坏、机械作用的破坏机械作用的破坏和和热作用的破坏热作用的破坏三个方面。三个方面。电电作用的破坏作用的破坏主要有产生几百万伏的冲击电压能损坏电气设备的绝缘，造成大面积停电甚主要有产生几百万伏的冲击电压能损坏电气设备的绝缘，造成大面积停电甚至设备的报废，高电压损坏绝缘的同时，产生电火花或者爆炸事故的发生，另外，巨大至设备的报废，高电压损坏绝缘的同时，产生电火花或者爆炸事故的发生，另外，巨大的雷电流可能引发周围产生强电场，可能导致触电伤亡事

7、故的发生。的雷电流可能引发周围产生强电场，可能导致触电伤亡事故的发生。机械作用机械作用主要是雷主要是雷电流通过被击物时，产生大量的热量，使气体气化膨胀可能导致爆炸，另外，由于电动电流通过被击物时，产生大量的热量，使气体气化膨胀可能导致爆炸，另外，由于电动力的产生，也可能损坏电气设备。力的产生，也可能损坏电气设备。热作用的破坏热作用的破坏主要是雷电流通过导体，产生的大量的主要是雷电流通过导体，产生的大量的热量可能引发火灾，如果接触到易燃易爆物，则可能发生爆炸。热量可能引发火灾，如果接触到易燃易爆物，则可能发生爆炸。晋煤供电晋煤供电 第一章第一章 雷电知识简述雷电知识简述雷电的放电过程基本上可以分

8、为三个阶段，即先导放电、主放电和余光三个阶段。雷电的放电过程基本上可以分为三个阶段，即先导放电、主放电和余光三个阶段。雷电放电原理雷电放电原理 雷电放电的雷电流波形雷电放电的雷电流波形 晋煤供电晋煤供电 第二章第二章 变电站防雷措施变电站防雷措施 晋煤供电晋煤供电 通过前面对雷电知识的简单介绍，大家都知道雷电的危害极大。对于电力系通过前面对雷电知识的简单介绍，大家都知道雷电的危害极大。对于电力系统中的变电站而言，站内电气设备正常运行时，设备的绝缘水平都处于正常的工统中的变电站而言，站内电气设备正常运行时，设备的绝缘水平都处于正常的工作电压之下，设备的绝缘不会遭到损坏，但是当雷电发生时，雷电过电

9、压和雷电作电压之下，设备的绝缘不会遭到损坏，但是当雷电发生时，雷电过电压和雷电过电流会侵入电力设备，使电力设备的绝缘遭到破坏，超过了电气设备正常的绝过电流会侵入电力设备，使电力设备的绝缘遭到破坏，超过了电气设备正常的绝缘水平，雷电直接击中电气设备，会产生巨大的雷电流和雷电压，当通过设备时，缘水平，雷电直接击中电气设备，会产生巨大的雷电流和雷电压，当通过设备时，会产生电作用和热作用甚至机械作用的破坏。另外雷云在空中漂浮时，会在架空会产生电作用和热作用甚至机械作用的破坏。另外雷云在空中漂浮时，会在架空线路上感应出相反的电荷，当雷云离开时或者雷云对地建筑物放电时，架空线路线路上感应出相反的电荷，当雷

10、云离开时或者雷云对地建筑物放电时，架空线路中的感应电荷失去束缚，会沿着输电线路传播进入变电站，这就是我们说的感应中的感应电荷失去束缚，会沿着输电线路传播进入变电站，这就是我们说的感应过电压也就是感应雷。都会造成变电站电气设备的损害。所以对变电站的雷电防过电压也就是感应雷。都会造成变电站电气设备的损害。所以对变电站的雷电防护尤其重要。护尤其重要。第二章第二章 变电站防雷措施变电站防雷措施 晋煤供电晋煤供电变电站的防雷措施变电站的防雷措施 主要分为主要分为外部防护外部防护和和内部防护内部防护。外部防护外部防护即把雷电通过接闪器接收，通过引下线导入大地把雷电流泄露到大即把雷电通过接闪器接收，通过引下

11、线导入大地把雷电流泄露到大地中。第二是阻塞防护，即阻塞沿着输电线路或信号线侵入的过电压，此种防护地中。第二是阻塞防护，即阻塞沿着输电线路或信号线侵入的过电压，此种防护不仅用于雷电过电压防护也适用于内部过电压防护。第三，限制被保护设备上的不仅用于雷电过电压防护也适用于内部过电压防护。第三，限制被保护设备上的过电压幅值，主要由避雷器实现。避雷针、避雷网和避雷带及其引下线和接地体过电压幅值，主要由避雷器实现。避雷针、避雷网和避雷带及其引下线和接地体构成了外部防雷系统，主要是对建筑物实施防雷保护的。构成了外部防雷系统，主要是对建筑物实施防雷保护的。内部防雷内部防雷则是防止内部过电压对电力设备的危害，是

12、外部防雷系统无法满足则是防止内部过电压对电力设备的危害，是外部防雷系统无法满足对于内部过电压的危害，为了防止内部过电压的危害，需要对电缆及保护设备进对于内部过电压的危害，为了防止内部过电压的危害，需要对电缆及保护设备进行等电位连接。因为雷电引起损害的原因也是有巨大电位差的存在，对于防雷的行等电位连接。因为雷电引起损害的原因也是有巨大电位差的存在，对于防雷的等电位连接，需要对进出线电缆，信号线，金属管道等都需要与避雷器进行等电等电位连接，需要对进出线电缆，信号线，金属管道等都需要与避雷器进行等电位连接，首先进行局部等电位连接，最后还要进行主等电位连接。位连接，首先进行局部等电位连接，最后还要进行

13、主等电位连接。第二章第二章 变电站防雷措施变电站防雷措施 具体防护措施具体防护措施:因为对于下形雷来说，雷电直接击打变电所电气设备上，或者架因为对于下形雷来说，雷电直接击打变电所电气设备上，或者架空线路上的感应过电压都会以雷电波的形式侵入变电所，所以如何对空线路上的感应过电压都会以雷电波的形式侵入变电所，所以如何对直击雷和雷电侵入波的防护称为变电站防雷的关键点。直击雷和雷电侵入波的防护称为变电站防雷的关键点。直击雷的防护直击雷的防护，主要采用的措施是，主要采用的措施是避雷针避雷针，避雷针把雷电引向自，避雷针把雷电引向自身，并把雷电流泄漏到大地中，整个变电站的建筑物和整个电力设备身，并把雷电流泄

14、漏到大地中，整个变电站的建筑物和整个电力设备的全部必须在避雷针的保护范围内，对于避雷针的保护范围，在下章的全部必须在避雷针的保护范围内，对于避雷针的保护范围，在下章会做整体介绍。会做整体介绍。雷电侵入波的防护雷电侵入波的防护，主要是在进线上加装，主要是在进线上加装避雷器避雷器。晋煤供电晋煤供电 第三章第三章 避雷针保护范围计算避雷针保护范围计算 变电站防雷装置种类繁多，但是常用的防雷装置主要有避雷针、避雷线、避雷网、变电站防雷装置种类繁多，但是常用的防雷装置主要有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带以及避雷器比较常见。避雷带以及避雷器比较常见。避雷针避雷针主要是对整个变电站的建筑物实施防雷。主要是对

15、整个变电站的建筑物实施防雷。避雷线避雷线主要是对高压输电线路以及进出变电站的线路实施防雷保护。主要是对高压输电线路以及进出变电站的线路实施防雷保护。避雷网和避雷带避雷网和避雷带也同样是对建筑物防雷。也同样是对建筑物防雷。避雷器避雷器主要对电力设备实施防雷保护的。主要对电力设备实施防雷保护的。无论哪种防雷装置，总体上都是由三大部分组成分别称为无论哪种防雷装置，总体上都是由三大部分组成分别称为接闪器接闪器、引下线引下线和和接地装接地装置置三部分。三部分。接闪器接闪器主要是接受雷击的部件，一般突出于建筑物或建筑物的金属屋顶都可做接主要是接受雷击的部件，一般突出于建筑物或建筑物的金属屋顶都可做接闪器，

16、主要是把雷电引向自身，通过自身放电保护周围建筑物的，例如避雷针、避雷闪器，主要是把雷电引向自身，通过自身放电保护周围建筑物的，例如避雷针、避雷线、避雷网和避雷带突出上面的部分都称为接闪器。线、避雷网和避雷带突出上面的部分都称为接闪器。引下线引下线主要作用是通过雷电流，主要作用是通过雷电流，保证雷电流通过时不至于融化引下线，一般用直径不小于保证雷电流通过时不至于融化引下线，一般用直径不小于 10mm 10mm 的圆钢或截面不小于的圆钢或截面不小于80mm80mm2 2 的扁钢制成。的扁钢制成。接地装置接地装置指的是埋在地下的部分，防雷装置的接地装置与一般的指的是埋在地下的部分，防雷装置的接地装置

17、与一般的接地装置基本相同，所不同的是防雷装置的接地体更大。接地装置基本相同，所不同的是防雷装置的接地体更大。晋煤供电晋煤供电 避雷针避雷针 避雷针也称为引雷针，主要是把雷电引向自身，通过自身放电保护建筑物避雷针也称为引雷针，主要是把雷电引向自身，通过自身放电保护建筑物，避雷针高于被保护建筑物，避雷针保护建筑物的大体范围如下图所示。一般称，避雷针高于被保护建筑物，避雷针保护建筑物的大体范围如下图所示。一般称避雷针的保护范围为伞状保护，避雷针在雷云的作用下，其顶端电场强度最大，避雷针的保护范围为伞状保护，避雷针在雷云的作用下，其顶端电场强度最大，所以吸引雷电流过来通过避雷针放电，之后通过引下线和接

18、地体把雷电流泄入大所以吸引雷电流过来通过避雷针放电，之后通过引下线和接地体把雷电流泄入大地，保护建筑物安全。地，保护建筑物安全。晋煤供电晋煤供电 避雷针避雷针图图 常见接闪器外形图常见接闪器外形图避雷针一般用镀锌钢管制成，避雷针的直径不得小于下列数值避雷针一般用镀锌钢管制成，避雷针的直径不得小于下列数值:针长针长 1m 以下以下 圆钢圆钢 12mm，钢管，钢管 20mm 针长针长 12m 圆钢圆钢 16mm，钢管，钢管 25mm 晋煤供电晋煤供电 避雷针避雷针 避雷针的保护范围计算避雷针的保护范围计算 避雷针的保护范围的计算方法，国际电工委员会避雷针的保护范围的计算方法，国际电工委员会 IEC

19、 推荐使用推荐使用滚球法滚球法来确来确定，也可以使用折线法来确定，对于同一类型的避雷针，采用滚球法的精确度定，也可以使用折线法来确定，对于同一类型的避雷针，采用滚球法的精确度要高于折线法。要高于折线法。GB50057-2016规定采用滚球法来确定接闪器的保护范围。规定采用滚球法来确定接闪器的保护范围。雷电的放电过程比较复杂，收到很多因素的影响，所以绝对保证不受雷击是雷电的放电过程比较复杂，收到很多因素的影响，所以绝对保证不受雷击是不现实的。在保护范围内，尽可能的保护被保护物不会遭受雷击，我国的保护不现实的。在保护范围内，尽可能的保护被保护物不会遭受雷击，我国的保护概率是按照概率是按照 99.9

20、%确定的，这个雷击概率是完全可以接受的。确定的，这个雷击概率是完全可以接受的。晋煤供电晋煤供电避雷针的保护范围计算避雷针的保护范围计算 晋煤供电晋煤供电滚球法：滚球法：假想有一个以雷击距为半径的假想有一个以雷击距为半径的假想球体从天空而降，沿随机假想球体从天空而降，沿随机路径逼近地面或地面上物体，路径逼近地面或地面上物体，球体最先触及的且处于地电位球体最先触及的且处于地电位的点，是最可能的雷击点。的点，是最可能的雷击点。避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）原理原理 当雷云的下行先导向地面上被保护物体发展时，处在高处的接当雷云的下行先导向地面上被保护物体发展时，处在高处的

21、接闪器率先将先导引向自身，使雷击发生在接闪器上，让强大的雷电闪器率先将先导引向自身，使雷击发生在接闪器上，让强大的雷电流经引下线和接地装置泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。流经引下线和接地装置泄入大地，从而使被保护物体免遭直接雷击。因此，常规接闪器因此，常规接闪器避雷针的真正功能不是避雷，而是引雷，避雷针的真正功能不是避雷，而是引雷，靠靠“自我牺牲自我牺牲”，来换取其下面的物体得到保护。，来换取其下面的物体得到保护。晋煤供电晋煤供电避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）o定义o滚球法：是指以某一定半径hr的球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器（包括被利

22、用作为接闪器的金属物），或只触及接闪器和地面（包括与大地接触并能承受雷击的金属物），而不触及需要保护的部位，则该部分就得到接闪器的保护。图中阴影部分为该接闪器的保护范围。晋煤供电晋煤供电建筑物hr接闪器避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）滚球法特点滚球法特点 以雷击距为基础，将滚球半径与雷电流幅值联系起来，其保护范围能反以雷击距为基础，将滚球半径与雷电流幅值联系起来，其保护范围能反映与雷电流幅值的相关性。映与雷电流幅值的相关性。建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范GB50057-2016GB50057-2016中取雷击距经验公式为：中取雷击距经验公式为：hr=10Im

23、hr=10Im0.650.65 Im=(hr/10)Im=(hr/10)1.541.54 Im:Im:雷电流幅值（雷电流幅值（kAkA）hr:hr:滚球半径滚球半径(吸引半径吸引半径)(m)(m)强雷（雷电流幅值较大）对应的滚球半径大强雷（雷电流幅值较大）对应的滚球半径大;弱雷（雷电流幅值较小）弱雷（雷电流幅值较小）对应的滚球半径小。对应的滚球半径小。典型值典型值：30m 5.4kA;45m 10.1kA;60m 15.8kA30m 5.4kA;45m 10.1kA;60m 15.8kA 晋煤供电晋煤供电避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）同样的接闪器，选择不同的滚球半

24、径，确定的保护范围是不同的；滚球半径越小，确定的保护范围就越小；也就是说弱雷（雷电流幅值较小）时，保护范围较小。幅值较小的雷电流可能穿越较大滚球半径对应的保护范围，击中被保护物体。晋煤供电晋煤供电避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）滚球半径的选择滚球半径的选择 根据建筑物的防雷类别，选择合适的滚球半径，确定接闪器的保护范围，设计建筑物的直击雷防护系统。建筑物防雷设计规范GB50057-2016中规定：晋煤供电晋煤供电避雷针的保护范围计算（滚球法）避雷针的保护范围计算（滚球法）o 滚球法的应用 1.确定接闪器的保护范围 2.设计直击雷防护装置o 以下针对 1.单支避雷针

25、2.双支避雷针（等高的）晋煤供电晋煤供电单针的保护范围计算单针的保护范围计算 晋煤供电晋煤供电单针保护范围的立体图，为一对称的圆弧曲面锥体单针的保护范围计算单针的保护范围计算 根据滚球法定义，通过根据滚球法定义，通过作图法作图法确定单支避雷针的保护范围，分两种情形：确定单支避雷针的保护范围，分两种情形：1.1.避雷针的高度避雷针的高度hhhhr r 2.2.避雷针的高度避雷针的高度hhhhr r hhhhr r：晋煤供电晋煤供电步骤：步骤：1.1.离地面离地面hrhr高度作一平行线平行于地面高度作一平行线平行于地面2.2.以避雷针的针尖为圆心，以避雷针的针尖为圆心，hrhr为半径画弧，交平行线

26、与为半径画弧，交平行线与A A、B B两点两点3.3.分别以分别以A A、B B为圆心，以为圆心，以hrhr为半径画弧，两弧交于针尖，并与地面相切为半径画弧，两弧交于针尖，并与地面相切4.4.将圆弧以避雷针为轴，旋转将圆弧以避雷针为轴，旋转180180度，所得的圆弧曲面圆锥体就是单支避雷针的保护范度，所得的圆弧曲面圆锥体就是单支避雷针的保护范围。围。rhhhrAB地面单针的保护范围计算单针的保护范围计算 晋煤供电晋煤供电问题问题：h已知，求在hx高度上的保护半径rx?(公式法确定保护范围)hx：建筑物高度 rx：为hx高度上的保护半径 r0：地面上的保护半径 h：避雷针的高度单针的保护范围计算

27、单针的保护范围计算 晋煤供电晋煤供电解：根据勾股定理解：根据勾股定理 通常设计避雷针时，通常设计避雷针时，hxhx已知，滚球半径已知，滚球半径hrhr也已知，也已知，因此因此r r1 1已知。已知。因为因为 ，解方程可得：，解方程可得：若已知r0=r1+rx,可得 取（hhr)hrABhrhxrxr1r0=rx+r1h地面横截面r0hr-hhr)2()(220hhhhhhrrrr)2()(221xrxxrrhhhhhhr)2()2(10 xrxrxhhhhhhrrr)2()(220hhhhhhrrrr202rhhhrr212)(rrhhhxrr212)(rrhhhxrr单针的保护范围计算单针的

28、保护范围计算 也就是说，如果下列变量已知：也就是说，如果下列变量已知：1.1.滚球半径滚球半径hr hr 单针的高度单针的高度h h 2.2.辅助变量辅助变量r1r1 建筑物高度上单针的保护范围建筑物高度上单针的保护范围r rx x可求。可求。晋煤供电晋煤供电 实际需用的针高与实际需用的针高与h h的关系的关系1 1、独立针，针高、独立针，针高=h;2=h;2、非独立针，针高、非独立针，针高=h-=h-建高建高特别提醒单针的保护范围计算单针的保护范围计算 hhrhhr时，在避雷针上截取高度为时，在避雷针上截取高度为h hr r的一点，代替避雷针针尖为圆心，的一点，代替避雷针针尖为圆心，其他步骤

29、同其他步骤同hhhhr r。特点：1）在hhr时，避雷针保护范围不随针高再增大 2）在hhr部分，将会出现侧向暴露区，在避雷针的该部分上将会遭受侧面雷击。晋煤供电晋煤供电双针的保护范围计算双针的保护范围计算o 等高双针等高双针分析条件：1)hhr 2)两针的距离 D2r0，两圆相切，各按单针设计 D2r0，两圆不交，各按单针设计 D2r0，两圆相交 其中，r0为单针地面保护半径 晋煤供电晋煤供电220rrrr=h-h-hh 2h-h双针的保护范围计算双针的保护范围计算等高双针保护的立体图等高双针保护的立体图特点：1.两侧和单针保护范围相同 2.两针间保护区域上边线为一段圆弧(端点为两针针尖）晋

30、煤供电晋煤供电双针的保护范围计算双针的保护范围计算问题问题：如何确定等高双针的保护范围如何确定等高双针的保护范围 1.两侧和单针保护范围相同 2.C、E两点为两侧滚球在地面的切点，位于两针间连线的垂直平分线上。3.两针间保护区域上边线为一段圆弧，弧AFB的半径为：R=OA=OB=弧上任一点F有如下式子成立：晋煤供电晋煤供电地面上保护范围的截面FOCEBADxhrhhxFAOB保护范围RBAOhrhrhr-hx地面上保护范围的截面FOCEBADxhrhhxFRBAOhrhrhr-hx轴线上的222/Dhhr22XRhhrx 双针的保护范围计算双针的保护范围计算4.两针之间的保护范围 保护范围轴对

31、称 以以ACBACB为例：为例：在任一保护高度hx和C点所处的垂直平面上，以hx为假想避雷针高，按单支针的方法逐点确定 晋煤供电晋煤供电双针的保护范围计算双针的保护范围计算等高双针在高度为等高双针在高度为hxhx平面上保护范围平面图平面上保护范围平面图 确定任意平面上保护范围截面的方法：确定任意平面上保护范围截面的方法：以单支避雷针的保护以单支避雷针的保护半径半径r rx x为半径，以为半径，以A A、B B为圆为圆心作弧线与四边形心作弧线与四边形AEBCAEBC相交；相交；以单支避雷针的以单支避雷针的(r(ro or rx x)为半为半径，以径，以E E、C C为圆心作弧线与为圆心作弧线与上

32、述弧线相接。如图阴影部上述弧线相接。如图阴影部分所示。分所示。晋煤供电晋煤供电r1r0rxBACE双针的保护范围计算双针的保护范围计算问题：问题：如何设计等高双针全保护？步骤：步骤：1.1.列出关系式列出关系式 单针地面保护半径：辅助变量：单针在hx高度的保护范围：共有四个变量：h h，h hr r，h hx x，r rx x，已知三个，可求另一个,一般，求避雷针高度h，因此必须已知h hr r，h hx x，r rx x。分析：分析：滚球半径h hr r已知，h hx x（被保护物体的高度）已知，r rx x（避雷针在h hx x上的保护半径）未知。晋煤供电晋煤供电220rrrr=h-h-h

33、h 2h-h221rrxxrxr=h-h-h=h2h-hx01rxrxr=r-r=h 2h-h-h2h-h双针的保护范围计算双针的保护范围计算2.2.几何图解法确定几何图解法确定r rx x步骤如下：步骤如下：晋煤供电晋煤供电 (1)做避雷针A、B的垂直平分线CD (2)在垂直平分线上找到一点G，使 ，H是CD线上建筑物边上的一点。(3)以G为圆心，以GH长为半径做弧S (4)连接AG，BG，与弧S相交于E、F点 (5)以A、B为圆心，以AE、BF为半径作圆，即为所求r rx x圆AEBFr rx x (6)用勾股定理求出r rx x ，或者量出长度，按比例计算（比例图）rxA AB BCDH

34、r1建筑物GGEFS1xrxGH=r=h2h-h双针的保护范围计算双针的保护范围计算3.3.计算避雷针高计算避雷针高h h 将r rx x代入公式 ，（r1已知）求解一元二次方程得出 因为，讨论的是hhr的情形 即为避雷针高度即为避雷针高度 晋煤供电晋煤供电xrrrhhhr10222rrx1h=hh-r+r22rrx1h=hh-r+r第四章第四章 接地体及接地网接地体及接地网 变电站的接地主要是为了安全考虑而设计的，接地的合理性决定了人身和变电站的接地主要是为了安全考虑而设计的，接地的合理性决定了人身和电气设备的安全，接地系统中主要包含两部分，分别称为接地体和接地线，接电气设备的安全，接地系统

35、中主要包含两部分，分别称为接地体和接地线，接地体是指直接埋入土壤中的部分，而接地线指的是连接接地体和设备的部分。地体是指直接埋入土壤中的部分，而接地线指的是连接接地体和设备的部分。如下图所示，接地系统中包括接地干线和支线。把多个接地体组成的接地系统如下图所示，接地系统中包括接地干线和支线。把多个接地体组成的接地系统称为接地网。称为接地网。晋煤供电晋煤供电图图 接地网示意图接地网示意图 第四章第四章 接地体及接地网接地体及接地网 变电站接地的分类变电站接地的分类 变电站接地比较常见的有三种分别为：工作接地 保护接地 防雷接地 晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地体及接地网接地体及接地网工作接地工作

36、接地 三相电力系统的连接方式有星形连接和三角形连接，当电源如果采用星形连三相电力系统的连接方式有星形连接和三角形连接，当电源如果采用星形连 接的时候，会有一个中性点的存在，中性点可以引出接地，也可以不接地。接的时候，会有一个中性点的存在，中性点可以引出接地，也可以不接地。是要根据电力系统运行的需要设置的，如果是要求接地的，根据电力系统电是要根据电力系统运行的需要设置的，如果是要求接地的，根据电力系统电 压等级的要求，接地电阻一般在压等级的要求，接地电阻一般在 0.50.51010范围内，如果超出此范围，势必范围内，如果超出此范围，势必 影响系统的安全性。影响系统的安全性。保护接地保护接地 把电

37、气设备裸露的金属外壳通过接地线接入接地体，主要是为了人身安全而把电气设备裸露的金属外壳通过接地线接入接地体，主要是为了人身安全而 设置的，它在设备外壳故障时才发挥作用，正常运行时是对系统没有影响的。设置的，它在设备外壳故障时才发挥作用，正常运行时是对系统没有影响的。防雷接地防雷接地 为了泄放雷电流而设置的接地体，防雷接地电阻值也不能过高，防止泄放雷为了泄放雷电流而设置的接地体，防雷接地电阻值也不能过高，防止泄放雷 电流的时候地电位的升高。电流的时候地电位的升高。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地体及接地网接地体及接地网变电站接地网的敷设要求：变电站接地网的敷设要求：接地体和接地线构成了变电站的

38、接地网，对于接地体而言，主要包括两种，接地体和接地线构成了变电站的接地网，对于接地体而言，主要包括两种，自自然接地体和人工接地体然接地体和人工接地体。当自然接地体满足接地电阻的阻值要求和热稳定要求时，可。当自然接地体满足接地电阻的阻值要求和热稳定要求时，可以不专门装设人工接地体，自然接地体的好处是比人工接地体投资小很多，一般来说，以不专门装设人工接地体，自然接地体的好处是比人工接地体投资小很多，一般来说，建筑物埋设与地下的钢筋结构，埋设在地下的金属水管、井管等等，但是不能是输送建筑物埋设与地下的钢筋结构，埋设在地下的金属水管、井管等等，但是不能是输送可燃性或爆炸性的管道，可燃性或爆炸性的管道，

39、当自然接地体不满足要求时，必须装设人工接地体。当自然接地体不满足要求时，必须装设人工接地体。接地体接地体内部的连接需要进行焊接以保证连接的可靠性。内部的连接需要进行焊接以保证连接的可靠性。人工接地体一般采用圆钢或角钢人工接地体一般采用圆钢或角钢，不，不能埋设在垃圾处或有腐蚀性场所的地方，如果不得不这样做，需要采用换土的方法来能埋设在垃圾处或有腐蚀性场所的地方，如果不得不这样做，需要采用换土的方法来进行处理。同理进行处理。同理接地线也分为人工接地线和自然接地线接地线也分为人工接地线和自然接地线两种，选择的方法与接地体的两种，选择的方法与接地体的选择类似。选择类似。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接

40、地网与接地体接地网与接地体 晋煤供电晋煤供电 接地装置的埋设常见的有两种，垂直埋设的接地体和水平埋设的接地体。如下图所示。图图 接地体埋设方法接地体埋设方法第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体 晋煤供电晋煤供电 一、水平接地网的设计一、水平接地网的设计 GB/T50065-2011GB/T50065-2011中规定变电站水平接地网应符合下列要求：中规定变电站水平接地网应符合下列要求：1 1、水平接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，变电站接地、水平接地网应利用直接埋入地中或水中的自然接地极，变电站接地网除应利用自然接地极外，还应敷设人工接地极。网除应利用自然接地极外，还应敷设人工接

41、地极。2 2、当利用自然接地极和引外接地装置时，应采用、当利用自然接地极和引外接地装置时，应采用不少于不少于2 2 根导线根导线在在不不同地点同地点与水平接地网相连接。与水平接地网相连接。3 3、变电站的接地网，应与、变电站的接地网，应与110kV110kV及以上架空线路的地线直接相连，并及以上架空线路的地线直接相连，并应有便于分开的连接点。应有便于分开的连接点。6kV66kV 6kV66kV 架空线路的地线不得直接和变电站配架空线路的地线不得直接和变电站配电装置架构相连电装置架构相连。变电站接地网应在地下与架空线路地线的接地装置相连。变电站接地网应在地下与架空线路地线的接地装置相连接，接，连

42、接线埋在地中的长度不应小于连接线埋在地中的长度不应小于15m 15m。第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体 变电站接地网除应利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工接变电站接地网除应利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工接地网，并应符合下列要求地网，并应符合下列要求:1 1、人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小、人工接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的于均压带间距的1/2 1/2，接地网内应敷设水平均压带，接地网的埋设深度不宜小接地网内应敷设水平均压带，接地网的埋设深度不宜小于于O.8m O.8m。2 2、接地网

43、均压带可采用、接地网均压带可采用等间距或不等间距布置等间距或不等间距布置。3 3、35kV 35kV 及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设沥青路及以上变电站接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设沥青路面或在地下装设面或在地下装设2 2 条与接地网相连的均压带。在现场有操作需要的设备处，应条与接地网相连的均压带。在现场有操作需要的设备处，应铺设沥青、绝缘水泥或鹅卵石。铺设沥青、绝缘水泥或鹅卵石。4 4、6kV6kV和和10kV10kV变电站和配电站，当采用建筑物的基础作接地极，且接地电变电站和配电站，当采用建筑物的基础作接地极，且接地电阻满足规定值时，可不另设人工接地。阻满足规定值

44、时，可不另设人工接地。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体人工接地极：人工接地极：水平敷设时可采用圆钢、扁钢;垂直敷设时可采用角钢或钢管。腐蚀较重地区采用铜或铜覆钢材时，水平敷设的人工接地极可采 用圆铜、扁铜、铜绞线、铜覆钢绞线、铜覆圆钢或铜覆扁钢;垂 直敷设的人工接地极可采用圆铜或铜覆圆钢等。在接地导体在接地导体(线线)引进建筑物的人口处应设置标志。明敷的接地导体引进建筑物的人口处应设置标志。明敷的接地导体(线线)表面应涂表面应涂15mm-100mm 15mm-100mm 宽度相等的绿色和黄色相间的条纹。宽度相等的绿色和黄色相间的条纹。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地

45、网与接地体接地网与接地体 变电站电气装置中电气装置接地导体变电站电气装置中电气装置接地导体(线线)的连接，应符合下列要求的连接，应符合下列要求:1)采用铜或铜覆钢材的接地导体(线)应采用放热焊接方式连接。钢接地导体(线)使用搭接焊接方式时，其搭接长度应为扁钢宽度的2倍或圆钢直径的6倍。2)当利用钢管作接地导体(线)时，钢管连接处应保证有可靠的电气连接。当利用穿线的钢管作接地导体(线)时，引向电气装置的钢管与电气装置之间，应有可靠的电气连接。3)接地导体(线)与管道等伸长接地极的连接处宜焊接。连接地点应选在近处，在管道困检修而可能断开时，接地装置的接地电阻应符合本规范的要求。管道上表计和阀门等处

46、，均应装设跨接线。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体 4)采用铜或铜覆钢材的接地导体(线)与接地极的连接，应采用放热焊接;接地导体(线)与电气装置的连接，可采用螺栓连接或焊接。螺栓连接时的允许温度为250C。连接处接地导体(线)应适当加大截面，且应设置防松螺帽或防松垫。5)电气装置每个接地部分应以单独的接地导体(线)与接地母线相连接，严禁在一个接地导体(线)中串接几个需要接地的部分。6)接地导体(线)与接地极的连接，接地导体(线)与接地极均为铜(包含铜覆钢材)或其中一个为铜时，应采用放热焊接工艺，被连接的导体应完全包在接头里，连接部位的金属应完全熔化，并应连接牢固。放热

47、焊接接头的表面应平滑，应无贯穿性的气孔。晋煤供电晋煤供电第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体二、雷电保护和防静电的接地二、雷电保护和防静电的接地 变电站雷电保护的接地，应符合下列要求变电站雷电保护的接地，应符合下列要求:变电站配电装置构架上避雷针(含悬挂避雷线的架构)的接地引下线应与接地网连接，并应在连接处加装集中接地装置。引下线与接地网的连接点至变压器接地导体(线)与接地网连接点之间 主控制室、配电装置室和35kV 及以下变电站的屋顶上如装设直击雷保护装置，若为金属屋顶或屋顶上有金属结构时，则应将金属部分接地;屋顶为钢筋混凝土结构时，则应将其焊接成网接地;结构为非导电的屋顶时，则应采用

48、避雷带保护，该避雷带的网格应为8m-10m，并应每隔10m-20m 设接地引下线。该接地引下线应与主接地网连接，并应在连接处加装集中接地装置。沿接地极的长度，不应小于15m。变电站避雷器的接地导体(线)应与接地网连接，且应在连接处设置集中接地装置。晋煤供电晋煤供电 晋煤供电晋煤供电 第四章第四章 接地网与接地体接地网与接地体 Q/JM J1.01232014 35kV110kV Q/JM J1.01232014 35kV110kV变电站建设规范中防雷、接地要求：变电站建设规范中防雷、接地要求：5.1 110kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于 110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压不大于185kV时，还应在间隙旁并联 金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。5.2避雷器应采用金属氧化物避雷器。5.3室外设备构架应有两处与接地网可靠连接。5.4应采取有效措施防止空间磁场对二次电缆的干扰，宜根据开关场和一次设 备安装的实际情况，敷设与变电站主接地网紧密连接的等电位接地网。等电位接 地网参照国家电网公司十八项电网重大反事故措施（2011年）15.7.3条。晋煤供电晋煤供电