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防雷设计
在电力系统中除了内部过电压影响系统的供电可靠性,还有大气过电压,就是所说的雷击过电压。雷击过电压会使电气设备发生损坏，造成停电事故。为保证电力系统的正常安全可靠运行，必须做好电力系统的大气过电压保护。
1.1 雷电过电压的形成与危害
1．直击雷 雷电直接对电气设备或建筑物进行放电，称为直接雷击或直击雷。直击雷过电压又引起数万安的强大雷电流通过被击物体而入地，产生破坏性很大的热效应和机械效应，击坏设备，引起火灾，甚至造成人身伤亡。
2．感应雷 雷电落在电气设备附近或雷动在电气设备上方移动时，通过无暇感应或电磁感应在电气设备上呈现出数万乃至数千万伏的感应过电压，称作感应雷或间接雷击。
3．入侵雷 当输电线路上遭受直接雷或感应雷产生的雷电波侵入发电厂或变电所，产生过电压击坏电气设备，称为雷电波入侵或入侵雷，由于雷电波侵入造成的雷害事故占全部雷害事故的一半以上，因此需采取特别措施。
1.2 电气设备的防雷保护
因为电气设备的结构和工作性质的不同，所采取的措施也不同。
1.2.1 发电厂和变电所的防雷保护
发电厂和变电所电气设备对直击雷的防护主要采用避雷针；对入侵雷的防护采用进线保护和避雷保护的综合措施，即用进线保护限制雷电流的幅值和陡度，用避雷器限制雷电过电压的同值。
1.2.2 架空输电线路的防雷保护
电线路采用装设避雷线的方法防止线路遭受直击雷引起跳闸次数，可采用系统中性点经消弧线圈接地工作方式，为避免雷击跳闸造成供电中断，可采用自动重合闸装置。
1.2.3 直配旋转电机的防雷保护
完善进线保护的同时，还应采用性能良好的阀型避雷器或金属氧化物避雷器，来保护电机的主绝缘，同时还应考虑装设电容器和中性点避避雷器，以保护匝间绝缘和中性点绝缘。
1.2.4 配电网的防雷保护
除了对配电变压器高低压侧以及柱上断路器必须装设避雷器或放电间隙保护外，对配电线路本身主要应适当提高其绝缘水平，应广泛采用重合闸，以减少断线和停电事故。
发电厂是电力系统的心脏，万一发生损坏设备的事故，往往会带来严重的后果，造成重大的损失。设计中重点对发电机、变压器组、线路的防雷保护进行配置。
1.3 避雷针的配置原则
1.4 避雷针位置的确定
首先应根据发电厂设备平面布置图的情况而确定，避雷针的初步选定安装位置与设备的电气距离应符合各种规程规范的要求。
1．电压110KV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的构架或房顶上，但在土壤电阻率大于1000n米的地区，宜装设独立的避雷针。
2．独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，其工频接地电阻不超过10Ω。
3．35KV及以下高压配电装置架构或房顶不宜装避雷针，因其绝缘水平很低，雷击时易引起反击。
4．在变压器的门型架构上，不应装设避雷针、避雷线，因为门形架距变压器较近，装设避雷针后，构架的集中接地装置，距变压器金属外壳接地点在址中距离很难达到不小于15m的要求。
1.5 避雷器的选择和配置
阀式避雷器应按下列条件选择：
1、型式：选择避雷器型式时，应考虑被保护电器的绝缘水平和使用特点，按下表5-1选择：
型号含义：F——阀型避雷器；S——配电所用 Z——发电厂、变电所用；C——磁吹；D——旋转电机用；J——中性点直接接地
2．额定电压
： 避雷器的额定电压应与系统额定电压一致。
表5-1 避雷器型式选择
型号
型式
应用范围
FS
配电用普通阀型
10KV以下配电系统、电缆终端盒
FZ
电站用普通阀型
3~220KV发电厂、变电所配电装置
FCZ
电站用磁吹阀型
330KV及需要限制操作的220KV以及以下配电某些变压器中性点
FCD
旋转电机用磁吹阀型
用于旋转电机、屋内
3．校验项目：
根据避雷器配置原则，配电装置的每组母线上，一般应装设避雷器，变压器中性点接地必须装设避雷器，并接在变压器和断路器之间；110、35kv线路侧一般不装设避雷器。
（一）6KV侧避雷器的选择和校验
（1）型式选择
根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。
（2）额定电压的选择：
因此选 FZ-6避雷器，其参数如下表5-2：
表5-2 避雷器参数
型号
额定电压（kv）
灭弧电压有效值（kv）
工频放电电压有效值（KV）
冲击放电电峰值（1.5/20μs）不大于（KV）
8/20μs冲击残压不大于（KV）
不小于
不大于
FZ-6
6
7.6
16
19
30
27
(二)、220KV侧避雷器的选择和校验
（1）型式选择
根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。
（2）额定电压的选择：
因此选 YIOW-220避雷器，其参数如下表4-3：
3）灭弧电压校验：
4）工频放电电压校验：
上、下限值均满足要求。
表5-3 避雷器参数
型号
额定电压（kv）
灭弧电压有效值（kv）
工频放电电压有效值（KV）
冲击放电电峰值（1.5/20μs）不大于（KV）
8/20μs冲击残压不大于（KV）
不小于
不大于
FCZ-220
220
252
503
580
710
740
所以，所选FCZ-220 型避雷器满足要求。
（三）、110KV侧避雷器的选择和校验
（1）型式选择
根据设计规定选用FCZ系列磁吹阀式避雷器。
（2）额定电压的选择：
因此选FCZ-110避雷器，其参数如下表5-4：
所以，所选FCZ-110型避雷器满足要求。
表5-4 避雷器参数
型号
额定电压（kv）
灭弧电压有效值（kv）
工频放电电压有效值（KV）
冲击放电电峰值（1.5/20μs）不大于（KV）
8/20μs冲击残压不大于（KV）
不小于
不大于
FCZ-110
220
126
255
290
345
365
（四）10.5KV侧避雷器的选择
（1）型式选择
根据设计规定选用FZ系列普通阀式避雷器。
（2）额定电压的选择：
,因此选Y5W-8-10.5避雷器，其参数如下表5-5：
表5-5 避雷器参数
型号
额定电压（kv）
灭弧电压有效值（kv）
工频放电电压有效值（KV）
冲击放电电峰值（1.5/20μs）不大于（KV）
8/20μs冲击残压不大于（KV）
不小于
不大于
Y5W-8-10.5
10
25
51
61
85
90(10KV)
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避雷针装设应注意的问题
应妥善采用独立避雷针和构架避雷针，其联合保护范围应覆盖全所保护对象。
根据《电力设备过电压保护技术规程》SDJ7—76规定：
第70条：独立避雷针（线）宜设独立的接地装置，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的距离不宜小于3m。
第71条：110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在其构架或房顶上；6kV及以上的配电装置，允许将避雷针装在其构架或房顶上；35kV及以下高压配电装置，构架或房顶上不宜装设避雷针。装在构架上的避雷针应与接地网连接，并应在其附近装设集中接地装置。避雷针与主接地网的地下连接点至变压器
接地线与主接地网的地下连接点，沿接地体的长度不得小于15m。在主变压器的门型构架上，不应装设避雷针、避雷线。
第72条：110kV及以上配电装置，可将线路的避雷线引接到出线门型架上；35kV配电装置可将线路的避雷线引接到出线门型架上，但应集中接地装置。
我国规程规定:
1.110kV及以上的配电装置,一般将避雷针在构架上。但是在土壤电阻率
m的地区,仍宜装设独立避雷针,以免发生反击;
2.35kV及以下的配电装置应采用独立避雷针来保护;
3.10kV的配电装置,在
的地区宜采用独立避雷针,在
的地区容许采用构架避雷针。
变电站的直击雷防护设计内容主要是选择避雷针的指数、高度、装设位置、验算它们的保护范围、应有的接地电阻、防雷接地装置的设计等。
计算过程如下：
该变电站设计为矩形，长为54.7m，宽为54.85m。
故避雷针保护半径
AB两针尖的保护范围，O离地最低高度为：
因此可以保护建筑物，符合要求，防雷保护平面图如附录。
END
