0245-某中外合資機(jī)械廠變電所及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)【全套9張CAD圖】,全套9張CAD圖,中外合資,機(jī)械廠,變電所,配電,系統(tǒng),設(shè)計(jì),全套,cad 第8章 變電所防雷與接地設(shè)計(jì) 8.1 過(guò)電壓概念 過(guò)電壓是指在電氣設(shè)備上或線路上出現(xiàn)的超過(guò)正常工作要求的電壓。按電壓產(chǎn)生的原因不同，分為內(nèi)部過(guò)電壓，雷電過(guò)電壓。 1、 內(nèi)部過(guò)電壓 由于電力系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)操作，出現(xiàn)故障或其他原因，使電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在其過(guò)渡過(guò)程中出現(xiàn)因電磁能在系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生振蕩而引起的過(guò)電壓。 2、 雷電過(guò)電壓 又稱為大氣過(guò)電壓或外部過(guò)電壓，它是由于電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備或構(gòu)筑物遭受到來(lái)自大氣中的雷擊或雷電感應(yīng)而引起的過(guò)電壓。雷電過(guò)電壓產(chǎn)生的雷電沖擊波，其電壓幅值可高達(dá)1億伏，其電流幅值可高達(dá)幾十萬(wàn)安培，因此對(duì)供電系統(tǒng)危害極大，必須采用有效措施加以保護(hù)，雷電壓又有兩種基本形式：一種是雷電直接擊中電氣設(shè)備，線路或構(gòu)筑物，其過(guò)電壓引起強(qiáng)大的雷電流通過(guò)這些物體放電入地，從而產(chǎn)生破壞性極大的熱效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，相伴的還有電磁效應(yīng)和閃絡(luò)放電，這稱為直接雷擊或直擊雷。另一種是雷電對(duì)設(shè)備、線路或其他物體的靜電感應(yīng)或電磁感應(yīng)所引起的過(guò)電壓，稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)雷。雷電過(guò)電壓的形式除了以上直擊雷和感應(yīng)雷兩種基本形式外，還有沿著線路侵入變配電所或用戶的過(guò)電壓波，稱為雷電波侵入或高電位侵入，這種雷電波侵入可由線路上遭受直擊雷或感應(yīng)雷引起的。 8.2防雷措施 1、裝設(shè)避雷針 用來(lái)保護(hù)整個(gè)配電所，使之免遭直接雷擊 2、高壓側(cè)裝設(shè)閥式避雷器 主要用來(lái)保護(hù)主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所。要求避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器安裝，其接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)及金屬外殼連在一起接地。如果進(jìn)線具有一段引入電纜的架空線路，則閥式避雷器或排氣式避雷器應(yīng)裝在架空線路終端的電纜頭處。 3、低壓側(cè)裝設(shè)閥式避雷器或保護(hù)間隙 這主要是在多雷區(qū)用來(lái)防止雷電波沿低壓線路侵入而擊穿變壓器的絕緣，低壓中性點(diǎn)接地時(shí)宜選用低壓無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。 8.3 保護(hù)范圍的確定 保護(hù)范圍的確定目前采用了IEC推薦的“滾球法”，就是選擇一個(gè)半徑為（滾球半徑）的球體，沿需要保護(hù)直擊雷的部位滾動(dòng)，如果球體只接觸到避雷針（線）或避雷針（線）與地面，而不觸及需要保護(hù)的部位，則該部位就在避雷針（線）的保護(hù)范圍之內(nèi)。 單支避雷針的保護(hù)范圍按下列方法計(jì)算：（參看下圖） （1）當(dāng)避雷針高度時(shí) 1.距地面處做一平行于地面的平行線 2.以避雷針的針尖為圓心，為半徑，做弧線交于平行線的A、B兩點(diǎn)。 3.該弧線與針尖相交并與地面相切。從此弧線起到地面止的整個(gè)錐形空間，就是避雷針的保護(hù)范圍。 4.避雷針在被保護(hù)物高度的平面上的保護(hù)半徑，按下式計(jì)算： （9-1） 式中 為滾球半徑 5.避雷針在地面上的保護(hù)半徑，按下式計(jì)算 （9-2） （2）當(dāng)避雷針高度時(shí) 在避雷針上取高度的一點(diǎn)代替單支避雷針的針尖做圓心。其余做法與上面一樣。 8.4 防雷設(shè)計(jì) 先計(jì)算建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)，用下列公式來(lái)計(jì)算： 式中：N——建筑物的年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)（次/年） ——年平均雷暴日數(shù)，按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)、站資料確定 ——與建筑物截收雷擊次數(shù)相同的等效面積（） 而 式中 L、W、H 分別為建筑物的長(zhǎng)、寬、高 （單位：m） 本變電所的長(zhǎng)尾20米，寬為9米，高為8米。 所以 即： 次/年 查《簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表ZD10-4知，建筑物年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)N≥0.06的一般性工業(yè)建筑物，屬于第三類防雷建筑物。而現(xiàn)在N=0.015，所以該建筑物為第三類防雷建筑物。 （1）變電所的防雷設(shè)計(jì) 由《簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表ZD10-7知，對(duì)平面屋面的建筑物，當(dāng)寬度不大于20m時(shí)，可沿周邊敷設(shè)一周避雷帶。 1、 避雷帶采用截面為48mm2的扁鋼，厚度為4mm2，沿屋頂周圍裝設(shè)，高出屋面150mm，支持卡間距為1.5m。 2、 防雷接地裝置與電氣設(shè)備的接地裝置及埋地的金屬管道相連。 3、 引下線一般不能少于兩根，采用Φ6mm的圓鋼， （2）對(duì)直擊雷的防護(hù) 下面確定變電所的保護(hù)范圍： 能對(duì)變壓器起到保護(hù)作用。 （3）避雷器的選擇校驗(yàn) 1、高壓閥式避雷器的選擇校驗(yàn)： a、 額定電壓：按電網(wǎng)額定電壓選擇 b、 滅弧電壓：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，不得低于設(shè)備最高運(yùn)行線電壓；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，取為設(shè)備最高運(yùn)行相電壓的80%。 c、 工頻放電電壓：在中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)中，一般大于設(shè)備最高運(yùn)行相電壓的3.5倍；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，應(yīng)大于設(shè)備最高運(yùn)行相電壓的三倍。 d、 絕緣配合：被保護(hù)設(shè)備絕緣的基本沖擊電壓水平（約為設(shè)備沖擊試驗(yàn)電壓的90%）應(yīng)大于避雷器殘余的15%，不過(guò)一般滿足條件，可不再校驗(yàn)。 2、我國(guó)生產(chǎn)的FS系列3~10KV配電用閥式避雷器用做保護(hù)變配電所設(shè)備和線路免受大氣過(guò)電壓的損害。其技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)《工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)》上冊(cè)表5-1-2，選擇校驗(yàn)如下： a、 對(duì)于FS2-10，避雷器額定電壓為12.7KV，其滅弧電壓見(jiàn)《簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)》表ZL6-2知是12.7KV，滿足條件 b、 工頻放電電壓為26~31KV，而設(shè)備最高運(yùn)行時(shí)的相電壓的3.5倍為 c、 滿足工頻放電電壓。 由此選擇FS2-10型閥式避雷器 8.5 接地的設(shè)計(jì) 1、接地的目的及對(duì)人體的影響 接地的一個(gè)主要目的是為了保障人身安全。電流通過(guò)人體時(shí)，人體內(nèi)部組織將產(chǎn)生復(fù)雜的作用。人體觸電可分為兩種情況：一種是雷擊或高壓觸電，較大的安培數(shù)量級(jí)的電流，通過(guò)人體所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，化學(xué)效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，將人體的肌體遭受嚴(yán)重的電灼傷，組織炭化壞死以及其他難以恢復(fù)的永久傷害。另一種是低壓觸電，在數(shù)十至數(shù)百毫安電流作用下，使人的肌體產(chǎn)生病理性反應(yīng)，輕的針刺痛感，或出現(xiàn)痙攣，血壓升高，以致昏迷等暫時(shí)性的功能失常，重的可引起呼吸停止、心跳驟停，心室纖維性顫抖等危急生命的傷害。 2、接地的類型 1、工作接地 為保護(hù)電力系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到正常工作要求而進(jìn)行接地 2、保護(hù)接地 為保障人身安全防止間接觸電而將設(shè)備的外圍可導(dǎo)電部分進(jìn)行接地。其形式有兩種：一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)各自的PE線分別直接接地。另一種是設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分經(jīng)公共接的PE線或PEN線接地。 3、重復(fù)接地 將零線上的多點(diǎn)與大地多次做金屬性連接。 3、接地的范圍 下列電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分幾裝置外導(dǎo)電部分，均應(yīng)接地或接保護(hù)線 1.電器的柜、屏、箱的框架，金屬架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu)，以及靠近帶電體的金屬圍欄和金屬門 2.電纜的金屬外皮，穿導(dǎo)線的鋼管和電纜接線盒，終端盒的金屬外殼。 3.有避雷線的電力線路桿塔 4.在非瀝青地面的居民區(qū)，無(wú)避雷線的小接地短路電流架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔。 4、接地裝置的計(jì)算 對(duì)于大接地電流系統(tǒng)，不論自然接地體是否符合要求，仍應(yīng)裝設(shè)人工接地體，本設(shè)計(jì)中采用垂直接地體。有《工廠供電》P227知，人工接地體中的垂直接地體采用直徑為50mm，長(zhǎng)度為2.5m的鋼管最為經(jīng)濟(jì)合理，為了減少外界溫度變化時(shí)對(duì)流散電阻的影響，埋如地下的垂直接地體上端距地面不應(yīng)小于0.5m。 1、由設(shè)計(jì)規(guī)范要求知變電所允許的接地電阻值 2、接地裝置的初步方案 現(xiàn)初步考慮周圍繞變電所建筑物四周，距變電所墻腳2~3m，打入一圈直徑50mm，長(zhǎng)2.5mm的鋼管接地體，每隔5m打入一根，管間用的扁鋼焊接。 3、計(jì)算單根鋼管接地電阻 查《工廠供電》附表24，得砂質(zhì)黏土的 所以單根鋼管接地電阻 4、確定接地鋼管數(shù)和最后方案 根據(jù)，考慮到管間屏蔽效應(yīng)，初選15根直徑為50mm，長(zhǎng)2.5mm的鋼管做接地體，以查《工廠供電》附表25，按的值取中間值，因此可取 所以 考慮到接地體的均勻?qū)ΨQ布置，選16根直徑為50mm、長(zhǎng)為2.5mm的鋼管作接地體，管距5m，用40的扁鋼管連接，緩刑布置。 查《工廠配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》式14-7，水平接地極的接地電阻計(jì)算公式為： 式中： ——土壤電阻率() ——接地體長(zhǎng)度(m) ——接地體埋深(m) ——接地極的直徑或等效直徑（m） ——水平接地極的形狀系數(shù)（環(huán)形為1.69） 所以： 圓鋼的總電阻為： 則總的接地電阻為： 滿足接地要求。 87