1、第九章 防雷与接地 第一讲 过电压与防雷2过电压及雷电的有关概念 1、内部过电压：是由于电力系统中开关操作、发生故障或负荷骤变时引起的过电压。内部过电压大致可分为操作过电压及谐振过电压。操作过电压是由于系统中开关操作或是负荷骤变引起的过电压。谐振过电压是由于线路中的电感、电容值达到谐振频率时使得线路发生谐振而产生的过电压，弧光接地引起的断续性电弧产生的过电压也是由于谐振引起的。2、雷电过电压：电力系统中的设备或建筑物遭受雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生极强的雷电冲击波，产生的电压和电流都非常大，对电力系统和建筑物造成极大危害，必须采取有效措施加以防护。3雷电现象及危害 雷电的形成
2、在闷热的天气里，地面湿气上升，遇到冷空气凝成冰晶。由于某种原因冰晶一部分带了正电，一部分带了负电。带正电的冰晶上升形成正雷云，带负电的冰晶则下降，形成负雷云。据观测，在地面上产生雷击的多为负雷云。当雷云接近地面时，地面会感应出大量异性电荷，在某一方位上电场强度达到一定程度时，就会发生放电，形成直击雷。首先，雷云向这一方向放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。在雷电先导下行到离地面一定距离时，地面也形成一个上行的迎雷先导。雷电先导和迎雷先导接通，正、负电荷中和而产生强大的雷电流，这是直击雷的主放电。主放电结束之后，雷云中的剩余电荷继续向大地放电，称为余辉放电。4雷电过电压的危害 1）直接雷
3、击 2）感应雷击 3）雷电波入侵5防雷设备（一）接闪器 (二)避雷器6电气装置的防雷 接触网的防雷措施 接触网是露天设施，容易遭受雷击的侵害，所以应做好必要的防雷措施。1、在高雷区及强雷区，分相和站场端部绝缘锚段关节、长度2000m及以上隧道两端、较长的供电线或AF线连接到接触网上的接线处应装设避雷器。这个较长的供电线或AF线是指从变电所、分区所等引出至接触网上网点的距离超过200m的供电线或AF线。对于超重雷区，为了防止直击雷对接触网及支柱造成危害，以提高接触网运行的可靠性，有必要设置独立的避雷线。避雷线的架设高度可根据保护范围计算确定。保护角可取0-45。2、强雷区应架设独立的避雷线，7电
4、气装置的防雷 牵引变电所的过电压保护 考虑到系统参数、断路器性能、系统运行接线、操作方式等因素，牵引供电系统的内部过电压倍数取2.5倍最高工作电压。线路和变电所的绝缘，在一般情况下应能耐受通常出现的内部过电压，按外部过电压选择变电所的绝缘时，应以金属氧化物或阀式避雷器的残压为基础。8牵引变电所的过电压保护 1、牵引变电所、开闭所、分区所和自耦变压器所的电气设备防止直击雷的过电压保护装置宜采用避雷针。当牵引变电所、开闭所、分区所和自耦变压器所的电气设备布置在室内时，可不专设直击雷的保护装置。9牵引变电所的过电压保护 2、室外配电装置应设直击雷保护。主控室和配电装置室可不装设直击雷保护。为保护其他
5、设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控室和27.5kV高压室的顶上。雷电活动特殊强烈地区的主控室和高压配电装置室宜设直击雷保护装置。变电所的建筑物、构筑物的保护，可按照建筑物、构筑物防雷的有关规定执行。3、独立避雷针不应设在人经常通行的地方。避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m，否则应采取均压措施或铺设砾石或沥青地面。10牵引变电所的过电压保护 4、110kV及以上配电装置，宜将避雷针装在配电装置的架构上，但在土壤电阻率大于1000m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。27.5kV高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针。装在架构上的避雷针应与接
6、地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。装有避雷针的架构上，接地部分与带电部分间的空气中距离不得小于绝缘子串的长度；但在空气污秽地区，如有困难，空气中距离可按非污秽区标准绝缘子串的长度确定。避雷针与主接触网的地下连接点至变压器接地线与主接触网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。变压器的门形架构上不宜装设避雷针。11牵引变电所的过电压保护 5、110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接道出线门型架构上，土壤电阻率大于1000m的地区，应装设集中接地装置。27.5kV（35kV）配电装置，在土壤电阻率不大于500m的地区，允许将线路的避雷线引进到出线门型架构上，但应装设集中接地装置。土
7、壤电阻率大于500m的地区，避雷线应架设到线路终端杆塔为止。从线路终端杆塔到配电装置的一档线路的保护，可采用独立避雷针，也可在线路终端杆塔上装设避雷针。12牵引变电所的过电压保护 6、牵引变电所、开闭所和分区所的每组母线上都宜装设金属氧化物或阀式避雷器，所内所有避雷器应以最短的接地线与配电装置的主接地网连接，同时应在其附近装设集中接地装置。7、各所馈线段的雷电侵入波的过电压保护，应在馈电线的首端装设金属氧化物或阀式避雷器，重雷区及以上地区，宜在馈电线首端加设抗雷线圈。13牵引变电所的过电压保护 8、自耦变压器必须在其两条出线上装设金属氧化物或阀式避雷器，作为过电压保护装置。9、牵引变电所电缆沟
8、内的接地线应单独敷设，宜在高压侧与接地网相连，严禁将27.5kV电气设备的接地线接于电缆沟内的地线上。14第二讲电气装置的接地15接地的有关概念 1、接地和接地装置 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。电气装置的接地由接地体和接地线构成。接地体是指埋入地中并直接与大地接触的金属导体。它分为自然接地体和人工接地体。自然接地体，是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管、钢筋混凝土建筑物基础内的钢管和金属设备支架等。人工接地体是指人为的埋入地下的金属件，包括钢管、角钢、扁钢、圆钢等。接地线是指电气设备、杆塔的接地螺栓与接地体或零线连接用的在正常情况下不载流的金属导体，
9、接地线在故障情况下要通过故障电流。接地体和接地线的总和称为接地装置 电气装置的外露可导电部分均需有效接地。16接地的有关概念 2、接地电流和跨步电压 当电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地作半球形散开，这个电流被称为接地电流。由于这半球形的球面，距离接地体越远，球面越大，其散流电阻越小，相对于接地点的电位来说，其电位越低，在距离接地故障点约20m的地方，散流电阻实际上已接近于零。这电位为零的地方，称为电气上的“地”。17接地的有关概念 3、接触电势和跨步电势 接触电势指的是设备的绝缘损坏时，在身体触及的两部分之间出现的电势差。如人手触及带电设备外壳，手和脚之间的电位差就是接触电势。跨步
10、电势指的是当人在接地故障点附近行走时，两脚之间会出现电位差，这个电势差就称为跨步电势。在带电的电线落地点附近行走或发生雷击时恰好在防雷接地体附近行走时，也会有跨步电压。越靠近接地点或跨步越长，跨步电势越大。离接地故障点达20m时，跨步电势接近为零。18电力设备接地要求 电力设备的下列金属部分除另有规定外，均应接地或接零 1、电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的底座和外壳。2、电气设备的传动装置。3、互感器的二次绕组。4、配电盘的框架 5、室内外配电装置的金属架构或钢筋混凝土架构以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。6、交、直流电力电缆的接线盒、终端盒的外壳和电缆的外皮、穿线的钢管等。7
11、、装在配电线路杆上的开关设备，电容器等电力设备。8、铠装控制电缆的外皮。19电力设备接地要求 1、安装在配电盘、控制盘和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。2、在已接地金属架构上的设备（应保证电气接触良好）。20接地装置的装设与布置(一)自然接地体的利用 在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体。如果实地测量所利用的自然接地体接地电阻已满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，一般就不必再装设人工接地装置了。但是，35kV及以上变配电所还必须敷设以水平接地体为主的人工接地网。利用自然接地
12、体时，一定要保证其良好的电气连接。在建、构筑物结构的结合处，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。需要注意的是可燃和有爆炸物质的管道不能作为自然接地体。21接地装置的装设与布置人工接地体的装设人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用扁钢或圆钢。圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100 mm2，其厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5 mm。在腐蚀性较强的土壤中，应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。接地线应与水平接地体的截面相同。人工垂直接地体的长度宜为2.5m。人工
13、垂直接地体间的距离及人工水平接地体间的距离宜为5m，当受地方限制时可适当减小。人工接地体在土壤中的埋设深度不应小于0.5m。接地体应远离由于砖窑、烟道等高温影响使土壤电阻率升高的地方。22降阻措施 在高土壤电阻率地区，降低防直击雷接地装置接地电阻宜采用下列方法：1、采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度。2、接地体埋于较深的低电阻率土壤中。3、采用降阻剂。4、局部进行土壤置换处理，换以电阻率较低的粘土或黑土。埋在土壤中的接地装置，其连接应采用焊接，并在焊接处作防腐处理。对110kV及以上变电所或腐蚀性较强场所的接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。不得采用铝导体作接地体或接地线
14、。23防雷装置的接地要求 防直击雷的人工接地体距建筑物出入口或人行道不应小于3m。当小于3m时应采取下列措施之一：1、水平接地体局部深埋不应小于1m；2、水平接地体局部应包绝缘物，可采用5080mm厚的沥青层；3、采用沥青碎石地面或在接地体上面敷设5080mm厚的沥青层，其宽度应超过接地体2m。24接触电势、跨步电势及其计算 不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者外，应使用一个总接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。在确定接地装置型式和布置时，应尽可能降低接触电势和跨步电势25接地电阻要求及其计算 接地电阻是接地装置的电阻与接地体的散流电阻的总和。由于接地装置的电阻相对较小，因此可认为接
15、地电阻就是接地体的散流电阻。接地电阻按其通过电流的性质分以下两种：1、工频接地电阻：是工频接地电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻。2、冲击接地电阻：是雷电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻。26接触网的接地 根据铁路电力牵引供电设计规范规定，接触网支柱及接触网带电体邻近的金属结构应该可靠接地。接地根据用途不同，可以分为工作接地和安全接地。1、工作接地指为保证电力系统和电气设备为达到正常工作要求而进行的一种接地。比如电源中性点的接地、防雷装置的接地等都属于工作接地。2、安全接地指为保障人身安全，防止间接触电而将设备外露可导电部分接地27工作接地 1）接触网支柱宜利用回流线或保护线作为闪络保护地
16、线的集中接地方式。2）当成排支柱不悬挂回流线或保护线时，可增设架空地线实现集中接地。零散的接触网支柱宜单独设接地极接地（有信号轨道回路区段），或通过接地线直接接钢轨（无信号轨道回路区段）。3）对于钢柱，回流线或保护线宜采用绝缘方式，对于钢筋混凝土支柱，回流线或保护线是否需要采用绝缘方式可根据混凝土保护层厚度及供电计算结果确定。4）与回流线或保护线连接的吸上线在有信号轨道回路区段可直接接扼流变压器线圈中性点，无信号轨道回路则可直接接钢轨。28安全接地 1）接触网带电体5米以内的所有金属结构（信号机、水鹤、桥栏杆等）均应单独设接地极实现安全接地。2）开关、避雷器、吸流变压器等设备的底座应单独设接地极实现安全接地。3）架空地线下锚处及长度超过1000m的锚段中间应单独设接地极实现安全接地。4）接触网设备及其邻近接地装置的电阻不应大于表9-2规定数值。接地体一般有镀锌扁钢和角钢焊接而成，接地线一般采用圆钢，埋入地下的接地线直径不应小于12mm，露出地面的接地线直径不应小于10mm。29
