电力配电系统的防雷与接地技术探析

 

　　摘要：针对雷电的危害，配电系统采取防雷保护措施是非常有必要的。配电台区的防雷主要目的是减少雷害跳闸次数，降低配电线路损害几率。本文作者结合多年经验简单介绍一些传统的防雷和接地的方法，并详细介绍铜镀钢接地棒的施工与效用。

　　关键字:配电系统,避雷器,垂直地接,铜镀钢接地棒

　　雷电是一种自然现象,随意性很大。配电系统受雷电的危害是有目共睹的。为了避免直接和间接的重大经济损失,有必要对配电系统的防雷与接地技术进行探讨。因此笔者从雷电产生的原理以及雷电的破坏性出发，寻找避免雷击事故的方法,从而保证线路和设备免遭雷击。而良好的地接系统是配电台区免受雷击的重要一环。良好的接地系统应具备两个主要条件。一方面提供一个尽可能低的低电阻对地路径(接地电阻)，接地电阻越低，雷电流、浪涌和故障电流就可越安全地消散到大地。另一方面接地导体应具有良好的防腐能力并能重复通过大的故障电流，接地系统的寿命应不小于地面主要设备的寿命。并且要求系统长期稳定可靠。

　　1影响接地装置的因素

　　输电线路的防雷接地装置是输电线路重要组成部分，是接地体与接地引下线总称。接地电阻指接地体散流电阻、接地引下线电阻和接触电阻的总和，其作用是确保雷电流可靠泄入大地、保护线路设备绝缘、减少线路雷击跳闸、提高运行可靠性和避免跨步电压产生的人身伤害。接地装置由自然接地体和人工接地装置组成，前者接地电阻不能满足要求，需装设人工接地装置。接地装置冲击特性与其结构尺寸、土壤电阻率、接地装置的埋深及雷电流参数有关。

　　2接地电阻值对输电线路防雷影响

　　表1为输电线路耐雷水平与接地电阻关系。在双地线保打下要达至较满意的耐雷水平时，110~500 kV线路进线段的接地电阻均应控制于5~10Ω，一般线段控制于5~20Ω，尤其110~ 220kV线路对接地电阻要求更高，否则线路难以达到基本的耐雷水平。对单地线的输电线路，由于架空地线的祸合系数偏小，在同样接地电阻下，耐雷水平约低25% ,即使确保表1中的接地电阻要求，也不易满足所击的耐雷水平。显然，对于110~500kV电压等级接地电阻的大小均是影响输电线路耐雷水平的关键因素。

　　表1输电线路耐雷水平与接地电阻的关系

　　3传统的防雷接地措施

　　3.1配电线路的防雷与接地。

　　配电线路的防雷可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。

　　⑴10kV裸导线线路。对于10kV裸导线线路，原则上可以采用避雷线进行防雷保护，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷线，而是在一些雷电活动频繁的线段安装避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地。

　　⑵10kV绝缘线线路。由于近几年城网的改造,城镇线路大多都换成了交联聚乙烯(XLPE)架空绝缘线,当雷电过电压闪络,特别是在两相或三相(不一定是在同一电杆上)之间闪络而形成金属性短路通道时,引起数kA工频电流持续0.2~0.3s,直至变电站跳闸为止，因此必要的接地避雷还是很重要的。

　　⑶低压线路。低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器,同时做好接地,接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。

　　3.2输电线路的防雷与接地

　　输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，通过技术经济比较，采用合理的防雷方式。

　　①35kV线路不宜全线架设避雷线，一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线(进线保护段上的避雷线保护角不宜超过200，最大不应超过300)同时在雷电活动强烈的地段架设避雷线，或者安装线路金属氧化物避雷器。

　　②110kV线路应全线架设避雷线，山区应采用双避雷线;但在年平均雷暴日数不超过15日或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设避雷线。

　　3.3电气设备与电子设备的防雷与接地

　　(1)变电所设备的防雷与接地。变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，按照最新的国家强制性标准GB50054-95，对建筑物与设备的防雷接地应采用等电位连接，而不是传统上分别做独立的接地网。

　　(2)计算机、通讯等自动化设备的防雷接地。大楼内计算机等电子设备的第一道保护屏障,由于通讯电台必须通过信号电缆与通讯塔上天线相连因此对于通讯电缆外皮必须做好接地(多点重复接地),并与大楼的接地网连接起来形成等电位,同时可以加装避雷器。对于所有大楼内的电气、电子设备,应该逐级采取防雷保护措施,首先做好大楼和电源的防雷接地,然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器,才能真正防止雷电波的侵入和反击。

　　3.4配电变压器的防雷

　　为了更有效的实施防雷保护以及针对低压配电线路用户的电气安装等问题宜采用低压侧安装避雷器，具体如下：

　　低压侧安装避雷器配电变压器采取3点联合接地方式,当雷落在低压侧线路产生的雷电过电压或操作过电接通过计量表箱加在低压侧绕组上,其感应电压远远变压器高压绕组的允许冲击电压,会击压侧绕组,损坏变压器。同时,雷电冲击电压低压线路侵入用户,也会造成用户家用电器坏,甚至危及人身安全。因而必须采取措施,低压线圈承受的电压,即一般在低压侧也加避雷器。当低电位升高时,通过避雷器放电,使线圈只承受低压避雷器的残压，高压中性点附近的过电压就被限制在可承受之内,防止逆变换损坏变压器

　　4新型接地棒的介绍

　　4.1传统接地材料的局限性

　　传统垂直接地往往镀锌角钢来实现，接地按国家相关接地要求，我们知道只需单点或两点接地即可满足国家要求。计算公式如下：

　　通过以上计算式我们不难发现传统材料的局限性：

　　(1)镀锌扁钢标准长度为2.5米，通过上面公式我们知道，L=2.5m，因此在部分土壤电阻率较高的地方(比如ρ>200欧米)，接地电阻很难达到国家要求值小于4欧;

　　(2)镀锌角钢因为截面较大，在工程施工中需要大面积开挖破坏路面，安装周期长，安装难度大，费时费力;

　　(3)镀锌角钢耐腐蚀性不高，使用5~10年就有可能断裂，作为接地隐蔽工程无法察觉;如未锈断，但因截面被腐蚀减小，导流能力大大下降，经受不住故障电流和雷击电流的冲击，容易引起二次反击事故。

　　4.2铜镀钢接地体的优点

　　(1)铜镀钢接地棒单根长度1.22米，可以通过螺纹连接器组装成任意长度，因此可以增加垂直接地极长度实现降低接地电阻，从而达到国家标准接地要求值;

　　(2)铜镀钢接地棒直径小，安装方便，不用破坏路面，做单点接地时只需开挖12cm×12cm大小的表面;安装难度小，周期短;

　　(3)铜镀钢接地棒抗腐蚀能力优异，使用寿命长达40年

　　铜的导电性是钢材的8倍，抗腐蚀性是钢材的10倍。虽然铜材一次性投入比钢材的大，但铜的使用寿命长，因此，从综合使用的费效比看，铜明显优于钢，不但能省下多次翻修、维护、改造的费用，节约时间及人力物力，更提高了系统使用的稳定性。目前只有中国，前苏联等少数国家和地区采用钢作为接地的主要材料，而其它世界包括欧美等国家均采用铜质或镀铜材料作为接地的主要材料，以达到防腐和降低接地电阻的目的。

　　目前，在欧美国家广泛应用的铜镀钢接地棒是美国艾力高ERITECH镀铜钢棒，接地棒直径1.42cm，单根长度1.22m，可通过连接器组合成任意长度。采用完美的铜分子与钢棒持续结合的工艺制作：由实心冷抽钢棒，先镀上一层镍再在镍层上镀上铜。由于镍与钢芯的完美结合，因而具有强度高、适于深钻、耐腐蚀等优良性能。

　　5结论

　　防雷接地系统是一项系统性、复杂性的工程，因此需引起我们的重视。电力系统部门应根据各地方的不同情况，采取切实可行的防雷方案，科学的规划设计是防治雷击的前提，优良的施工流程则能够保证规划的正确实施，只有这样才能将雷害带来的损失降低到最低限度。另一方面本文通过对防雷接地技术的探究，简单介绍新型的铜镀钢接地棒，因其在工地施工中施工简单，费时较少，耐久性强，值得推广。

　　参考文献

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　　[2]虞昊.现代防雷技术基础[M].北京:清华大学出版社,2006.

　　[3]中国航空工业规划设计研究院《工业与民用配电设计手册》水利电力出版社.1995年.

　　[4]苏邦礼.雷电与避雷工程[M].广州.中山大学出版社.1996.

《电力配电系统的防雷与接地技术探析》

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