接触网防雷接地装置分析

接触网防雷接地装置分析 毕业设计(论文) 中文题目:接触网防雷接地装置分析 专 业: 电气化铁道技术 姓 名: 学 号: *** 指导教师: *** 2013年4月20日 一、设计(论文)题目: 接触网防雷接地装置分析 二、设计(论述)内容 三、基本要求 1.接触网防雷接地装置组成 2.选择合适的避雷器 3.接地极的安装 4.接地电阻测量 四、接地装置形状选择 接地装置的组成包括引下线、接地母线、汇流排、垂直接地体和水平接地体等。其中，垂直接地体和水平接地体 通常称地网，地网的接地电阻值达到设计要求是十分重要的。以热镀锌角钢(L50×50×5×2000)作为垂直接地体为例，深埋0.8m, 垂直接地体之间距离4—6m，其接地体安设示意图如图所示。 接地装置的组成 、汇流排 2、接地母线 3、垂直接地体 4、水平接地体 1 五、其他需要说明的问题 由于某些技术发展不完善和条件的限制等原因，文章可能对某些观点的阐述不准确，也可能因为本人水平的原因，对某些观点的阐述可能有错误。望给予批评指正。 中 文 摘 要 高速铁路的接触网随着电气化铁道分布极广,所经过地区的地理、地势、气象、 气候条件差别较大, 情况复杂,雷电过电压现象严重威胁了电气化铁路牵引供电 的可靠性,使接触网线路遭受雷击引起损坏，因此在接触网上装设防雷接地装置 对于避免接触网损坏、为动车组稳定供电是至关重要的。 为了提高高速铁路接触网防雷措施和技术，减少铁路因接触网过电压所在造成 的财产损失和人员伤亡，文章着重对接触网防雷接地装置进行了研究分析。首先 关键词:接触网 避雷器 接地线 接地体 土壤电阻 Abstract The contact net of Mass Rapid Transit along with the electrification railroad distribute very and widely, the geography, the geography, weather and weather condition difference of region passed by more big, the circumstance is complicated, the thunder and lightning conducted electricity to press a phenomenon to seriously threaten the credibility that the electrification railroad leads power supply and made to get in touch with net circuit to suffer thunder to arouse damage, therefore equip to keep thunder from connecting in getting in touch with net a ground of device for avoid getting in touch with net damage, for move a car set stable power supply is to pass important. For raising Mass Rapid Transit contact the net defends thunder measure and technique, decrease railroad because of contact the net conduct electricity to press property loss and personnel’s dead and injured that the place results in, the article emphasizes to get in touch with a net to keep thunder from connecting a ground of device to carry on research analysis.First this text to the lightning arrester, connect a ground of category of line, principle and connected a ground of gearing of body to carry on introduction, and did to illustrate with example in detail to the diagraph adjustment of soil electric resistance, finally article still carried on elucidation to the daily maintenance that gets in touch with a net to keep thunder from connecting a ground of device, passed to get in touch with a net to keep thunder from connecting a ground of design to provide a theory basis towards defending the introduction analysis that the thunder connects device, for. Keywords: Get in touch with a net Lightning arrester Connect a ground of line Connect a ground of body Soil electric resistanc 目 录 中 文 摘 要 ................................................................................................................ IV Abstract ......................................................................................................................... V 目 录............................................................................................................................ 2 1 概 述 .......................................................................................................................... 1 1.1 防雷接地装置概 述 ......................................................................................................... 1 1.2 防雷接地装置组 成 ......................................................................................................... 1 1.2.1 雷电接受装置 .................................................................................... 1 1.2.2 接地线 ................................................................................................ 2 1.2.3 接地体 ................................................................................................ 2 2 避雷 器 ...................................................................................................................... 3 2.1 避雷器的类 型 ................................................................................................................. 3 2.2 避雷器的保护原 理 ......................................................................................................... 4 2.3 避雷器保护特 性 ............................................................................................................. 4 2.3.1 避雷器的保护特性曲线 .................................................................... 4 2.3.2 串联间隙氧化锌避雷器 .................................................................... 5 2.3.3 避雷器运行工况监测 ........................................................................ 5 2.3.4 避雷器使用寿命问题 ........................................................................ 5 2.4 管型避雷 器 ..................................................................................................................... 5 2.4.1 管型避雷器的主要优缺点 .............................................................. 6 2.4.2 管型避雷器的应用 .......................................................................... 6 2.4.3 管型避雷器的动作原理 .................................................................... 6 2.5 氧化锌避雷 器 ................................................................................................................. 6 2.5.1 氧化锌避雷器分类 ............................................................................ 7 2.5.2 运行注意事项 .................................................................................... 7 2.5.3 特性 .................................................................................................. 8 3 接地 线 ...................................................................................................................... 9 3.1 高压接地线概 述 ............................................................................................................. 9 3.2 高压接地线分 类: ......................................................................................................... 9 3.3 技术参 数......................................................................................................................... 9 3.4 使用说 明........................................................................................................................... 9 3.5 携带型短路接地线使用和维 护 ................................................................................... 10 4 接地体 .................................................................................................................... 11 4.1 接地极的安装要 求 ....................................................................................................... 11 4.2 影响接地电阻的因 素 ................................................................................................... 12 4.3 接地电阻测量原 理 ......................................................................................................... 13 4.4 土壤电阻率的确 定 ....................................................................................................... 14 4.4.1 土壤电阻率的定义 .......................................................................... 14 4.4.2 土壤电阻率的确定 .......................................................................... 14 4.5 接地装置的设 计 ........................................................................................................... 15 4.5.1 垂直接地体电阻值的计算 .............................................................. 15 4.5.2 单元水平接地体电阻值计算 .......................................................... 15 4.5.3 垂直接地体数量的计算 .................................................................. 15 4.6 降低接地电阻的方 法 ................................................................................................... 16 4.7 测量接地电阻应注意的问 题 ....................................................................................... 16 5 防雷接地装置的维护与故障处理 ........................................................................ 18 5.1 防雷接地装置的检 测 ................................................................................................... 18 5.2 防雷接地装置的维 护 ................................................................................................... 18 5.3 防雷装置的故障类型及原 因 ....................................................................................... 19 5.4 避雷器检修周期确定的原则及检修项 目 ..................................................................... 19 5.4.1 避雷器大修周期确定的原则 .......................................................... 19 5.4.2 避雷器的检修项目 .......................................................................... 19 6 防雷问题的几点思考 ............................................................................................ 20 6.1 避雷器自身过电压防护问 题 ....................................................................................... 20 6.2 避雷器自身对电力系统不安全影 响 ........................................................................... 20 6.3 避雷器其连续雷电冲击保护能 力 ............................................................................... 20 结论 .............................................................................................................................. 21 参考文献................................................ 22 1 概述 1.1 防雷接地装置概述 随着高速铁路的发展，列车速度提高，密度加大， 轨道交通系统工程数量的 不断增多, 架空接触网的雷害问题变得日益突出。频繁雷击会使电器损坏严重，整个铁路 运输系统增大 调节难度，这就迫切要求采取措施降低雷击跳闸次数，提高供电可靠性。因此， 在接触网重 要区段安装避雷器成为降低线路雷击跳闸次数的措施之一。 接触网的额定电压为25 kv，其绝缘等级与电力系统中配电网相当， 但由于地 理环境的 不确定性，不同位置所采取的具体防雷措施也不是完全一样的。例如，高架区 段不架设地线， 而是利用高架桥接地扁钢来达到接地保护目的停车场线架设架空地线，架空地 线或接地扁钢 引至牵引变电所的接地母排上，构成闪络保护回路。接触网各绝缘子接地端的 金属底座、开 关底座、腕臂底座等均与架空地线或接地扁钢相连，接触网上网开关处设避雷 器。高架桥接 触网每隔500 m设一处避雷器，并将桥墩防雷接地装置组成 1.2.1 雷电接受装置 雷电接受装置直接或间接接受雷电的金属杆(接闪器)。工作中，我们接触到的防雷保护 装置很多，例如:避雷线、避雷针、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器 组、消弧线圈、自动重合闸等。但对于接触网及其附属设施而言，通常的防雷装置有3种， 避雷针、避雷器和避雷线。 避雷针看似价廉简单，实则价高复杂。因为，人们往往只看见电线杆塔或者建筑物上的 一段金属，而不知道它还有更重要的接地装置，即地下钢铁网。为了让接地装置的接地电阻 达标(一般需要小于4欧姆，甚至小于1欧姆)，需要往地下埋入大量钢铁。避雷针的保护范 围与其高度有关，一般保护半径在100米左右。(有一种“预放电型避雷针”，保护范围是普 通避雷针的十多倍，但价格也贵。)避雷针适合用在电子设备集中的场合。 避雷线就是在接触网上方架设一条或两条金属线，并每隔一定距离做一个接地装置。它 的保护范围取决于它的长度，即避雷线架设到哪里，保护就到哪里。对于输电线、接触网来 说，这是最为简单可靠的保护，但缺点是，架设避雷线要消耗大量金属线，价格不菲(这也 许就是我国“突飞猛进”的高铁不架设避雷线的主要原因)，因此一般在雷电多发地区使用。 避雷器只能对雷击过电压进行有限保护。它由工厂制造，种类很多，用途各异，价格因 其性能而有所不同，性能越好，价格越高。对接触网而言，虽然安装简单，但清洁维护不便， 且适用范围和保护范围都很有限。 由于防雷装置的复杂性，文章主要对避雷器的原理、类别进行了较为详细的分析。 1 1.2.2 接地线 接地线又称引下线，是雷电接受装置与接地装置连接用的金属导体。它的作用是把雷电接受装置上的雷电流传递到接地装置上，接地线一般采用圆钢或扁钢组成。 1.2.3 接地体 接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，作用是把雷击电流有效地泄入大地，现在常用的接地装置有水平接地极、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。 2 2 避雷器 避雷器是保护电工设备免遭雷电冲击波袭击的设备。能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，截断续流，不致引起系统接地短路。避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘;电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。 2.1 避雷器的类型 避雷器按其发展的先后可分为:保护间隙——是最简单形式的避雷器;管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧;阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能;磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制按照其保护性质有可以分为:开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型。 (3) 按照工作状态(安装形式)又可分为:并联避雷器和串联式避雷器。 图2-1 HY5WT-42/120高压避雷器 HY5WT-42/120高压避雷器用于保护电气化铁道的各种电气设备、接触网、电力机车免受大气过电压和操作电压的损坏。其核心元件(电阻片)采用了以氧化锌为主的先进配方，具有十分优异的非线性(伏安)特性，即在正常工作电压之下，通过的电流只有微安级，当遭受到过电压时，通过的电流瞬间达到数千安培，使高压避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。 高压避雷器具有良好的陡波响应特性，对陡波电压无延迟，操作残压低，没有放电分散性等优点。使得陡波、操作波下的保护裕度大大提高，而且在绝缘配合方面，能够作到陡波、雷 3 电波、操作波的保护裕度接近一致，从而对电力设备提供最佳的保护。 产品采用整体注射成型、两头包封工艺，密封性能良好、防爆性能优异，耐污秽免清洗并能减少雾天湿闪发生，耐电蚀、抗老化，体积小、重量经，便于安装和维护。是瓷套高压避雷器的更新换代产品。 2.2 避雷器的保护原理 避雷器实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近。避雷器保护作用原 理如图所示。避雷器的击穿电压要比被保护设备的低。当过电压波沿线路入侵并超过避雷器的放电电压时，避雷首先放电把入侵波导入大地，限制了作用于设备上的过电压数值，从而保护了设备绝缘免遭击穿破坏。 当入侵波消失后，避雷器应能自行恢复绝缘能力，以免造成工频接地短路事故。 图2-2 避雷器的保护作用原理示意图 对避雷器一般有如下几个基本要求: (1) 具有较强的绝缘自恢复能力 (2) 具有平直的伏秒特性曲线 (3) 具有一定通流容量 2.3 避雷器保护特性 2.3.1 避雷器的保护特性曲线 各种型号的避雷器在同用途同电压级时，其雷电残压参数相同或接近，这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。有人认为既然雷电残压值一样，它们的保护作用和效果也应是一样的，随意选用哪种型号都可以。这是一种偏见，因为除雷电残压外，还有其它保护参数，如工频放电电压值，冲击放电电压值，是考察避雷器暂态过电压承受能力，保证其长期正常运行的参数;又如是否有雷电陡波残压值，是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。综合来看，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数，也就是说它有齐全的防护功能。 4 2.3.2 串联间隙氧化锌避雷器 碳化硅避雷器因其间隙结构(隙距小，数量多)带来一些缺点:如没有雷电陡波保护功能;没有连续雷电冲击保护能力;动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害;动作负载重寿命短等。无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低，有暂态过电压承受能力差，损坏爆炸率高和寿命短等缺点。串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片，其间隙结构不同于碳化硅避雷器，因其间隙数量少，当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿，同时因隙距大动作特性稳定，故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区避雷器运行工况监测 避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大，运行中不易发现，有可能长时带病运行，以致扩大事故，故有必要监察其运行工况。碳化硅避雷缺乏监察手段，靠每年定期普遍测试筛选淘汰这样作事倍功半，还不能随时剔除失效品。氧化锌避雷器可附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作(30mA时不大于8min)退出运行，以免造成更大损失和事故，提高运行安全可靠性。 2.3.4 避雷器使用寿命问题 避雷器使用寿命与许多因素有关，除制造质量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。碳化硅避雷器因其动作和负载重，续流大，动作特性稳定差，可能遭受暂态过电压危害等原因，加速阀片老化，寿命不长，一般7,10年，甚致有仅3,5年的。无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压，工作条件严酷，拐点电压低，动作频度大，还可能遭受暂态过电压危害，温度热损伤等原因，迅速加快阀片老化，寿命较短，有的比碳化硅避雷器还短。串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短(100μs管型避雷器 管型避雷器实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，其工作就是隔离工作电压，避免产气管被流经管子的工频泄露电流所烧坏;另一个装设在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙，管型避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关，原理结构见下图2-3: 5 图2-3 2.4.1 管型避雷器的主要优缺点 (1)伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般变压器和其他设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好配合; (2)管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波，对变压器纵绝缘不利。 此外，其放电特性受大气条件影响较大，因此管型避雷器目前只用于线路保护(如大跨越和交叉档距以及发、变电所的进线保护)。 2.4.2 管型避雷器的应用 (1) 保护输电线路上的个别薄弱环节，如杆上隔离开关，换位杆，交叉跨越处或木杆线路上的个别金属杆，线路与电源连接处以及接地电阻难于降低的个别杆塔等。 (2) 作为发电厂直配发电机和变电所的进线保护，将进线上侵入的雷电波大部分放掉，减轻厂、所阀型避雷器的负担，从而防止危险过电压的出现。 (3) 直接保护配电网的杆上变压器和电器。 2.4.3 管型避雷器的动作原理 管型避雷器由产生气体的管子、氧化锌避雷器 氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。 6 每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压(叫压敏电压)，在正常的工 作电压下(即小于压敏电压)压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下(大于压敏电压)，压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。然而压敏电阻被击后，是可以恢复绝缘状态的;当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。因此，如在电力线上安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，可以将电源线上的电压控制在安全范围氧化锌避雷器分类 (1) 按电压等级分 氧化锌避雷器按额定电压值来分类，可分为三类; 高压类;其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV七个等级。 中压类;其指3kV,66kV(不包括66kV系列的产品)范围运行注意事项 氧化锌避雷器均装设了在线泄漏电流表，以此来监视避雷器的运行状况。在线泄漏电流表反映的 是通过瓷套外绝缘和避雷器阀片的电流和通过避雷器阀片的电流。 (1)避雷器的在线泄漏电流表读数异常增大 避雷器内部受潮主要是密封不良引起的。潮气的来源有: ?在避雷器生产过程中，安装环境湿度超标; ?阀片及内部零部件烘干不彻底，有部分潮气滞留; ?装配时将密封圈漏放、放偏。或在密封圈与瓷套密封封面之间夹有杂物。 7 ?运行一段时期后密封部件损坏造成进潮。 (2)避雷器的在线泄漏电流表读数降低甚至为零。 2.5.3 特性 氧化锌避雷器七大特性: (1) 避雷器的通流能力 这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。 (2) 保护特性优异 氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好保护性能。因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。当过电压侵入时，流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。 (3) 密封性能良好 避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套，采用控制密封圈压缩量和增涂密封胶等措施，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，使避雷器的性能稳定。 (4) 机械性能 主要考虑以下三方面因素: A承受的地震力; B作用于避雷器上的最大风压力; C避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。 (5) 解污秽性能 无间隙氧化锌避雷器具有较高的耐污秽性能。 目前国家规定的爬电比距等级为: 中等污秽地区:爬电比距20mm/kv II级 III级 重污秽地区:爬电比距25mm/kv IV级 特重污秽地区:爬电比距31mm/kv (6) 高运行可靠性 长期运行的可靠性取决于产品的质量，及对产品的选型是否合理。影响它的产品质量主要有以下三方面: A 避雷器整体结构的合理性; B 氧化锌阀片的伏安特性及耐老化特性; C 避雷器的密封性能。 (7) 工频耐受能力 由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及甩负荷等各种原因，会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压，避雷器具有在一定时间内承受一定工频电压升高能力。 8 3 接地线 3.1 高压接地线概述 (1)高压接地线作用: 高压接地线是用于线路和变电施工，为防止临近带电体产生静电感应触电或误合闸时保证安全之用。 (2)高压接地线结构: 携带型高压接地线由绝缘操作杆、导线夹、 (3)短路线、接地线、接地端子、汇流夹、接地夹。 图3-1 高压接地线 3.2 高压接地线分类: (1)高压接地线按照使用环境可以分为:室技术参数 (1)10KV高压接地线 绝缘杆部分长度:700 mm 握手部分长度:300 mm 金属接头部分长度:50 mm 节数:1 杆径:30mm 总长(不包括线夹):1050 mm (2)35KV接地线 标称截面:25mm2 总根数:810 平均直径(mm):0.2mm 计算截面:(mm2):25.43 金属接头部分长度:50 mm 节数:1 杆径:30mm (3)110KV高压接地线 标称截面:35mm2 总根数:1136 平均直径(mm):0.2mm 计算截面:(mm2):35.67 绝缘杆部分长度:1360 mm 握手部分长度: 700 mm 金属接头部分长度:140 mm 节数:2 杆径:30mm 总长(不包括线夹):2200 mm 3.4 使用说明 (1)挂接地线时:先连结接地夹，后接接电夹;拆除接地线时，必须按程序先拆接电夹，后拆接地夹。 9 (2)安装:将接地软铜线分相上双眼铜鼻子固定在接地棒上的接电夹(接电夹有固定式和活动式)相应位置上，将接地线合相上的单眼铜鼻子固定在接地夹或地针上，构成一套完整的接地线。 (3)核实接地棒的电压等级与操作设备的电压等级是否一致。 (4)接地软铜线有分相式和组合式，接地棒有平口式和双簧钩式线夹。 3.5 携带型短路接地线使用和维护 使用携带型短路接地线前，应先验电确认已停电，在设备上确认无电压后进行。先将接地线夹连接在接地网或扁铁件上，然后用接地操作棒分别将导线端线类拧紧在设备导线上。拆除短路接地线时，顺序正好与上述相反。 装设的短路接地线，它和带电设备的距离，考虑到接地线摆的影响，其安全距离应不小于《电力安全工作规程》新规定的数值。 严禁不用线夹而用缠绕的方法进行接地短路。 悬挂点如有接地点，应用接地线夹或专用铜棒作接地连接;如无固定接地点可利用;则可用临时接地点，接地极埋入地下深度应不小于0.6m。 携带型短路接地线应妥善保管。每次使用前，均应仔细检查其是否完好，软铜线无祼露，螺母不松脱，否则不得使用。 携带型短路接地线检验周期为每五年一次，检验项目同出厂检验。经试验合格的携带型短路接地线在经受短路后，应根据经受短路电流大小和外观检验判断，一般应予报废。 10 4 接地体 在电气化铁道运用中，接触网接地一般直接接至钢轨或保护线上，除此之外，很多地点必须采用接地体接地，如:按有隔离开关、避雷器、吸流变压器的支柱;需要进行双接地的支柱以及远离钢轨的支柱等。根据使用材质的不同可分为角钢接地体、钢管接地体、圆钢接地体。 3 4 300 名 称镀锌扁钢 型号及规格40×4 2500 镀锌角钢L50×50×5钢 板100×100×8镀锌角钢L50×50×5 120 100 安 装 说 明 接地体和连接线的规格有特殊要求时,由工程设计决定。 图4-1 角钢接地示意图 2.角钢接地极安装方法 1.L50×50×5角钢接地极制作图 A-A剖面图 4.1 接地极的安装要求 见图: 角钢作为人工接地极做法 (1)接地装置宜采用钢材，接地装置的导体截面应符合热稳定和机械强度的要求，但应不小 于下表4-1规格。 表4-1 11 10 (2)接地体顶面埋没深度不应小于0.6米，角钢及钢管接地体应垂直配置。除接地体外，接地体的引出线应作防腐处理;使用镀锌扁钢时，引出线的螺栓连接部分应补刷防腐漆。 (3)为减少相邻接地体的屏蔽作用，垂直接地体的间距不应小于其长度的两倍 ，水平接地体的间距应根据设计规定，不宜小于5米。 (4)接地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。 (5)接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀，接地线在穿过墙壁时应通过明 孔，穿钢管或其他坚固的保护套。 (6)电气装置的每个接地部分应以单独的接地线与接地干线连接，不得在一个接地线中串接几个需要接地部分。 (7)敷设完接地体的土沟回填土接地线应按水平或垂直敷设，但亦可与建筑物倾斜结构平行，在直线段上不应有高低起伏及弯等情况。 5) 接地线跨越建筑物伸缩缝、沉降缝时，应加设补偿器，补偿器可用接地线本身弯成弧状代替。 (9) 在进行检修工作时，需临时接地的地方(如配电间隔、母线分段处、 引出线室等)均应引入接地干线，并设有专供连接临时接地线使用的接地板和螺栓。 (10) 接地线的连接应采用焊接，焊接必须牢固无虚焊。接至电气设备的接地线应用螺栓连接;有色金属接地线不能采用焊接时，可用螺栓连接。螺栓连接的接触面应按要求，作表面处理。 (11) 接地线(体)的连接应采用搭接焊，其焊接长度必须为: 1) 扁钢宽度的2倍(且至少三个棱边焊接); 2)圆钢直径的6倍; 3)扁、圆钢(或角钢)焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，并应焊以由钢带弯成的弧形(或直角形)卡子，或直接由钢带本身弯成弧形(或直角形)与钢管(或角钢)焊接。 4.2 影响接地电阻的因素 接地装置的接地电阻由接地体金属电阻、接地体与土壤的接触电阻和土壤电阻三部分组成。 一般接地体金属的电阻率愈小，接地体截面积愈大，接地体的电阻愈小，反之愈大。接地体与土壤的接触面积愈大，愈紧密，接地体与土壤的接触电阻愈小，反之愈大。由于金属接地体的电阻在整个接地电阻中所占比例很小，往往可以忽略不计。接地体形状一定要按规定要求埋设，接触电阻的变化也不大。影响接地电阻大小的主要因素是土壤电阻。 土壤电阻可用土壤电阻率(ρ)来衡量，它的数值等于电流通过边长为1cm的正立方体的土壤的电阻，单位为Ω?cm。不同的土壤，其土壤电阻率是不同的，影响土壤电阻率大小的原因除土壤本身的性质外，还和土壤的含水量、土壤的温度等有关。土壤电阻率随土壤的含水量的增加而减小;但土壤的温度在零下时，土壤中水分冻结，所以土壤电阻率很大。土壤温度 12 升高，土壤中的盐类溶解量增大，电阻率减小。但土壤温度继续升高，由于土壤中水分蒸发，使土壤含水量减少，所以电阻率又会增大。各种土壤的电阻率见表4-2。 表4-2 土壤电阻率参考值Ω? cm 避雷针接地装置的接地电阻，可以根据土镇电阻率和接地体的有关参数，用相应的经验公式进行估算，但因土壤电阻率的大小受到很多因素的影响，估算往往不能精确，这种方法常用于接地装置设计时的计算。对已投入实际使用中的避雷针，常用实测方法来得出其接地电阻。 4.3 接地电阻测量原理 接地电阻的测量 接地装置的接地电阻关系到保护接地(零)的有效性及电力系统的运行，接地装置投入使用前和使用中都要测量接地电阻的实际值。，以判断其是否符合要求。 目前，常用的接地电阻测量方法主要有电流——电压表法和接地电阻测量仪法两种。 土壤能够导电是由于土壤中电解质的作用，所以测量接地电阻时如使用直流电就会引起化学极化作用，从而严重影响测量结果。故测量接地电阻时一般都采用交流电来测量。 在被测接地装置的接地体E′的几十米外设辅助接地极C′，并将交流电压加于此两极上，电流I将通过电极和大地。借助电压表和电位极P′，可以得到E，和C，的联接线上的电位分布曲线。从曲线可以看出，在接近电极E′1,2处电位下降得很快，然后渐慢，到2,3处电压维持不变，从3,4处电位向相反方向增大。电位所以这样分布是因为从接地体出来的电流分散在各个不同的方向所致。 13 图4-2 接地电阻测量原理 当遭到雷击时，雷电流通过接地体泄入大地。距接地体越近的地方电阻越大，距按地体越远的地方电阻越小，一般距离接地体20m以外时土壤的电阻就可以忽略不计。所以雷电的绝大部分电压将降落在接地体的附近，故测量接地电阻可用一个辅助接地极，设在离按地体一定距离的大地中，即可测得接地电阻。为了避免杂散电流的干扰和把辅助接地极的电阻包含在土壤电阻率的确定 4.4.1 土壤电阻率的定义 工程上以1 立方米的某种土壤在相对两面之间具有的地电阻值称之为土壤电阻率。工程中采用单根钢管或圆钢作垂直接地体测试土壤电阻率。(单位为Ω• m) 4.4.2 土壤电阻率的确定 土壤电阻率ρ的精确测量方法是费朗克•文纳的四电极法。工程中近似估算时，可根据土壤电阻率的定义，近似求出土壤电阻率ρ。 14 其中ρ:土壤电阻率(Ω• m)L:垂直接地体长度(m)d:接地体直径(或角钢等效边宽)(m ) 本次测试中接地体采用角钢，由参考资料[4]查得:等效直径d=0.84b，将 d=0.84b R=35Ω L=1.5m b=0.05m代入式(3)式得出土壤电阻率: ρ= 329.7/4.96=66.4Ω• m 4.5 接地装置的设计 4.5.1 垂直接地体电阻值的计算 接地装置设计以海南海口美兰机场雷达站沿围墙做的一字型地网为例进行设计计算，要求接地电阻R?4Ω。按《建筑物防雷设计》GB50057-2000)规定，垂直接地体采用长度2m热镀锌角钢(L50×50×5×2000),已测得土壤电阻率 ρ=66.4Ω• m, 设计要求接地电阻R?4Ω。 单根垂直接地体的接地电阻R1，由式(3)计算得出: R1=5.28×5.25=27.7Ω 4.5.2 单元水平接地体电阻值计算 单元水平接地体的接地电阻，由下式得出: ρ:土壤电阻率 L:水平接地体总长度(m) d:水平接地体直径(若用角钢为边宽、扁钢为宽度的1/2)(m ) t:埋在地下深度(m) K:与接地体型式有关的系数 (见表1) 已知:ρ=66.4Ω• m L=5m K=1.0 由表(1)查得b=0.05 t=0.8m，代入式(4)得: R2= 2.1×6 =13.8Ω 4.5.3 垂直接地体数量的计算 将公式:R= [R1R2/(R2 n+R1)]ηn 变换得出: n= R1(1/ Rηn—1/ R2) ――――,(5) 其中:η—利用系数(0.55~0.85) n—垂直接地体数量(m) R1—单根垂直接地体的接地电阻27.7Ω R2—单元水平接地体的接地电阻 13.8Ω 15 R=4Ω 取ηn=0.55 代入式(8)得:R= R1(1/ Rηn—1/ R2)=27.7(1/4×0.55—1/13.8)=10.45(根)。垂直接地体取整数11 根，水平接地体长度为5×11=55 m 4.6 降低接地电阻的方法 当防雷装置的接地电阻超过规定值时，应设法降低接地体附近的土壤电阻率，使接地电阻符合规定要求。 降低接地电阻的方法主要有以下几种: (1) 换土法 换土法是用电阻率低的粘土、泥炭、黑土等替换接地体周围电阻率高的土壤。其方法是:将接地体周围的土壤挖出，把预先准备好的低电阻率土壤填入，并分层夯实。必要时可在新填土中加入适量焦炭、木炭等易吸湿物质、以保持土中的含水，改善土壤的导电性。 (2) 深埋接地体 深埋接地体是在接地体所处地层电阻率大而在该处较深层的的情况下采用。其方法是，将接地体挖出后，再把接地体坑深挖至低电阻率土层，然后放人接地体，并与引下线焊接可靠后填实并深埋接地体。 (3) 保水法 保水法是采取把接地体埋在建筑物的背阳面比较潮湿的地点，在埋接地体的地表面栽种植物，将废水(无腐蚀)引向埋设接地体的地点。或采用钢管钻孔接地体使水渗入钢管测量接地电阻应注意的问题 各种行业标准繁多，测试方法各不相同，但归结起来值得注意的有如下几点: (1) 电压辅助接地极必须安置在离地网零电位区间;电流辅助接地极必须依测试仪器线长度拉直安置在远离地网。否则就会给测试结果带来一定测试误差。 (2) 如果要增加被测连接线长度，连接导线直径不小于1~1.5?2。连接导线电阻值应从 16 测试结果中减去。 (3) 测试时如读数抖动，应关掉干扰信号源测试，或由于地网带电引起，应将地网与电源断开再进行测试。 (4) 测试时应在不同方向测试2-3 次，必须每个方向均达到设计要求，特殊情况可测1~2 个方向。根据每次测试的接地电阻值R1 ，R2 为并联关系因此可取其中最小只值为准，或是取算数平均值为准期待国家标准《建筑物防雷装置安全检测技术规范》给出判定标准。 17 5 防雷接地装置的维护与故障处理 5.1 防雷接地装置的检测 防雷接地装置的检测,是防雷检测工作的一个重点和不可缺的项目。 在电气工程中,常以大地作为电位的参考点,凡与大地相连接的点称为零电位点,又称接地点。把电气设备或线路的某一部分与接地体连接起来,称为“接地”。接地装置所起的主要作用是散流,最终目的是为了安全。防雷接地的目的和作用就是把雷电流通过接地体向大地泄放,从而保护被保护物的安全,起到防雷作用。 如果接地装置不能达到安全技术要求,不但安全得不到保证,而且还会造成一种安全的假象,形成事故隐患。接地是防雷技术最重要的环节,不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷,雷电流最终要散逸到大地。因此,没有合理而良好的接地装置,想达到防雷是不可能的。 日常防雷检测工作中,对接地装置方面的检测,多数只进行接地电阻的测量,这是很不全面的。在检测工作中,对接地装置应尽可能全面地进行检查。其检测防雷接地装置的维护 在日常运行中，应及时清扫避雷器的瓷套表面的积污与锈蚀，因为当瓷套表面受到严重污染时，将使电压分布很不均匀。在有并联分路电阻的避雷器中，当其中一个元件的电压分布增大时，通过其并联电阻中的电流将显著增大，则可能烧坏并联电阻而引起故障。此外，也可能影响阀型避雷器的灭弧性能。因此，当清扫时避雷器瓷套表面污秽时，应注意不得刮伤釉面，若瓷套径向有穿透性裂纹，外表破损面超过单个伞裙10%或破损总面积虽不超过单伞的l0%，但同一方向破损伞裙多于两个以上者，还应该进行更换。 检查避雷器的一次引线及接地引下线。。检查接线端子有无过热，一次接线端子接触面有无氧化层，紧固件是否齐全，连接是否可靠;检查一次引线紧固件是否己按要求紧固，缺少的螺栓垫圈应补全。接地引下线接地应可靠，发现接触不良应清除锈蚀后紧固，接地线应完好，无断股现象。有烧伤痕迹和断股现象以及放电记录器是否烧通过这方面的检查，最容易发现避雷器的隐形缺陷;检查避雷器上端引线处密封是否良好，避雷器密封不良会进水受潮易引起事故，因而应检查瓷套与法兰连接处的水泥接合缝是否严密;检查避雷器与被保护电气设备之间的电气距离是否符合要求，避雷器应尽量靠近被保护的电气设备，避雷器在雷雨后应检查记录器的动作情况;检查泄漏电流，工频放电电压大于或小于标准值时，应进行检修和试验;放电记录器动作次数过多时，应进行检修;瓷套及水泥接合处有裂纹;法兰盘和橡皮垫有脱落时，应进行检修。 避雷器的绝缘电阻应定期进行检查。测量时应用2500伏绝缘摇表，侧得的数值与以前一次的结果比较，无明显变化时可继续投入运行。绝缘电阻显著下降时，一般是由密封不良而受潮或火花间隙短路所引起的，当低于合格值时，应作特性试验;绝缘电阻显著升高时，一般是由于内部并联电，阻接触不良或断裂以及弹簧松弛和内部元件分离等造成的。 18 5.3 防雷装置的故障类型及原因 (1)受潮。其原因主要是密封机构密封不良，瓷套管上有裂纹，外部的潮气侵入避雷器大修周期确定的原则 (1)在预防性试验或在线监测中发现避雷器性能不合格，应安排大修。现场经验表明， 阀型避雷器预防性试验有一项不合格者，就应大修。 ,6年应安排大修。 (2)对阀型避雷器，运行4 (3)阀型避雷器放电5次以上或雷电流超过5kA者，应安排大修。 (4)当避雷器有明显缺陷，影响电气强度或密封者，应安排大修。 5.4.2 避雷器的检修项目 (1)检查阀片表面有无击穿孔，侧面有无电弧烧灼痕迹以及绝缘层有无缺损。 (2)检查电极有无放电烧伤痕迹，电极有无氧化或受潮生锈等。检查云母垫片是否变形、起泡。 (3)检查灭弧盒。对磁吹阀型避雷器，应检查其灭工作面是否光滑，有无喷射金属铜的痕迹。 (4)对磁吹阀型避雷器，应检查磁吹线圈连接是否牢固，线圈有无损伤等。 19 6 防雷问题的几点思考 6.1 避雷器自身过电压防护问题 避雷器是过电压保护电器，其自身仍存在过电压防护问题。对于能量有限的过电压如雷电过电压和操作过电压，避雷器泄流能起限压保护作用。对能量是无限(有补充能源)的过电压，如暂态过电压(工频过电压和谐振过电压的总称)，其频率或为工频或为工频的整数倍或分数倍，与工频电源频率总有合拍的时候，如因某些原因而激发暂态过电压，工频电源能自动补充过电压能量，即使避雷器泄流过电压幅值不衰减或只弱衰减，暂态过电压如果进入避雷器保护动作区，势必长时反复动作直至热崩溃，避雷器损坏爆炸，因此暂态过电压对避雷器有致命危害。如果已将全部暂态过电压限定在保护死区避雷器自身对电力系统不安全影响 保护间隙和管型避雷器在间隙击穿后，保护回路再也没有限流元件，保护动作都要造成接地故障或相间短路故障，保护作用增多电力系统故障率，影响电力系统的正常、安全运行。应用氧化锌避雷器，从根本上避免保护作用产生接地故障或相间短路故障，且不用自动重合闸装置就能减少线路雷害停电事故。 6.3 避雷器其连续雷电冲击保护能力 有时高压电力装置可能遭受连续雷电冲击，连续雷电冲击是指两次雷电入侵波间隔时间仅数百μs至数千μs，间隔时间极短。碳化硅避雷器保护动作既泄放雷电流也泄放工频续流，切断续流时耗最大达10000μs，一次保护循环时间要远大于10000μs才能恢复到可进行再次动作能力，故碳化硅避雷器没有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器保护动作只泄放雷电流，雷电流泄放(小于100μs)完毕，立即恢复到可进行再次动作能力，故氧化锌避雷器具有连续雷电冲击保护能力，这对于多雷区或雷电活动特殊强烈地区的防雷保护尤为重要。 20 结论 综合防雷系统工程中，不管是避雷针、避雷网、避雷带等，还是各种防雷电感应的SPD，能起到防雷作用最重要的环节之一，需要有良好接地。在一定的土质、气候情况下，良好接地取决于接地装置的形状，接地体的材料、规格和采取有效的降阻措施。 21 参考文献 [1] 田 雨，津滨线防雷保护[J]，电气化铁道 [2] 沈海滨 陈维江 张少军等，一种防止10 kV架空绝缘导线雷击断线用新型串联间隙金属氧化物避雷器[J]，电网技术 [3] 沈海滨、陈维江、王立天等，城市轨道交通接触网带间隙避雷器的应用[J]，电气化铁道 [4] 赵玉林，高电压技术，中国电力出版社，2008。 。 [5] 国网运行有限公司，互感器、滤波器及避雷器设备，中国电力出版社，2009 [6] 鲁铁成，电力系统过电压，中国电力出版社，2009. [7] 刘惠民，电力电容器及避雷器，中国电力出版社， 2009. 22