风力发电原理风电场防雷接地

紫琅职业技术学院—— 新能源工程系
风力发电原理与应用
风电场防雷接地
§7 风电场的防雷和接地
➢ 雷电的产生机理、危害及防护 ➢ 接地的原理、意义及措施 ➢ 大型风力机的防雷保护 ➢ 集电线路的防雷与接地 ➢ 升压变电站的防雷与接地
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开发新型能源，主导低碳经济
一、雷电的产生机理、危害及防护
➢ 冲击电阻：峰值电压与峰值电流之比。
Rch Um / Im
➢ 接地体上最大电压出现的时刻，不一定是最大电流出现 的时刻。工程上通常是测量工频（或直流）接地电阻，
并用冲击系数来表示冲击接地电阻与工频接地电阻的关
系，即：
Rch
Rd
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接地基本概念
Uk
➢ 接地电阻：即接地装置 对地电压与入地电流之
比。它包括接地线、接
地体的电阻以及接地体
Ud IdRd
wk.baidu.com
Id
U f (r)
Ukb
与土壤间的过渡电阻和 大地的散流电阻。前两
r0
0.8
r
X
者较小，可忽略不计，
主要是大地的散流电阻。
dr
故接地电阻与土壤的电
阻率ρ成正比，与接地体
接地装置对地电位分布曲线
的半径成反比。设接地 装置（接地体）为一半 径为的半球体，并认为 接地体周围土质均匀。
➢ 雷电的产生机理
雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象。 电位差可达数兆伏甚至数十兆伏，放电电流几十千安甚至几 百千安。经验表明，对地放电的雷云绝大部分带负电荷，所 以雷电流的极性也为负的。
雷电的类型 直击雷：雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。 感应雷：包括静电感应雷和电磁感应雷。 球形雷：是一种球形的发红光或极亮白光的火球。
➢ 电力系统中的接地：通常是指中性点或相线上某点的金 属部分。
➢ 电气设备的接地：通常情况下是指不带电的金属导体 （一般为金属外壳或底座）。
➢ 非电气设备的导体接地：如风管、输油管及建筑物的金 属构件经金属接地线与接地电极相连接。
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接地基本概念
Ukb U2 U3
U
称为接触电压；U
jc
kb
称为跨步电压；U
d
为带电的设备外壳
电压；U 2为前脚电位；U 3为后脚电位。
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接地基本概念
➢ 工频接地电阻：对电力系统中的工作接地和保护接地， 接地电阻是指工频交流（或直流）电流流过接地装置时 所呈现的电阻。
接地装置：对地保持一个低的电位差，埋入地中并直接 与大地接触的金属导体。 作用：使雷电流顺利入地，减小雷电流通过时的电位升 高。
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二、接地的原理、意义及措施
接地基本概念
➢ 接地：在电力系统中，接地通常指的是接大地，即将电 力系统或设备的某一金属部分经金属接地线连接到接地 电极上。
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➢ 雷电的危害
直击雷：雷云放电时，雷电流可达几百千安。通过被雷击物 体时，产生大量的热量，使物体燃烧。
感应雷：雷电感应是雷电的第二次作用，即雷电流产生的电 磁效应和静电效应作用。
在雷云向其他地方放电后，云与大地之间的电场突然消失， 但建筑物的顶部或架空线路上的电荷不能很快泄入大地， 残留的大量电荷相互排斥而产生强大的能量使建筑物震 裂。同时，残留电荷形成的高电位，往往造成屋内电线、 金属管道和大型金属设备放电，击穿电气绝缘层或引起 火灾、爆炸。
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➢ 雷电的一般防护
避雷针：由接闪器、支持构架、引下线和接地体四部分构成。 原理：使雷云先导放电通道所产生的电场发生畸变，致使雷 云中的电荷被吸引到避雷针，并安全泄放入地。
避雷线：由悬挂在被保护物上空的镀锌钢绞线（接闪器）、 接地引下线和接地体组成。主要用于输电线路、发电厂和变 电站的防雷保护。
β=0.9，m=0.8，对水平及闭合接地体β=2.2，m=0.9。
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接地的意义
功能性接地
工作接地
逻辑接地
保护性接地
信号接地
保护接地 防雷接地 防静电接地
屏蔽接地
防电腐蚀接地
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1、功能性接地
原理：与避雷针基本相同，但对电场畸变的影响比避雷针小。
避雷器：用来限制沿线路侵入的雷电过电压（或因操作引起 的内过电压）的一种保护设备。
原理：实质上是一种放电器，把它与被保护设备并联，并在 被保护设备的电源侧。
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➢ 雷电的一般防护
避雷带和避雷网：在建筑物最可能遭到雷击的地方采用 镀锌扁钢或镀锌圆钢，并通过接地引下线与埋入地中的 接地体相连构成避雷带，再由避雷带构成的避雷网。 原理：避雷带、避雷网与避雷针及避雷线一样可用于直 击雷防护。
➢ 1．工作接地
➢ 为保证电力系统的正常运行，在电力系统的适当地点进 行的接地，称为工作接地。在交流系统中，适当的接地 点一般为电气设备，例如变压器的中性点；在直流系统 中还包括相线接地。
➢ 2．逻辑接地
➢ 电子设备为了获得稳定的参考电位，将电子设备中的适 当金属部件，如金属底座等作为参考零电位，把需要获 得零电位的电子器件接于该金属部件上，如金属底座等， 这种接地称为逻辑接地。该基准电位不一定与大地相连 接，所以它不一定是大地的零电位。
➢ 冲击系数 ：一般用实验方法求得，在缺乏准确数据
时，对集中的人工接地体或自然接地体的冲击系数，也 可按下式计算：
0.9
1
(I )m
l1.2
式中：I为冲击电流幅值，kA；ρ为土壤电阻率，kΩ·m；l为垂直接地体
或水平接地体长度，或环形闭合接地体的直径，或方形闭合接地
体的边长，m；β及m为与接地体形状有关的系数，对垂直接地体
Uk—接触电位差；Ukb—跨步电位差
Rd
r0 dRd
dr
r0 2r 2
2r0
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接地基本概念
➢ 接触电压：即当电气设备绝缘损坏外壳带电时，有可能 施加于人体的电压。为保证人身安全（≤50V）。
U jc U d U1
➢ 跨步电压：未触及该设备，但由于人在跨步过程中，两 只脚所处的位置不同所产生的电压。同样不允许超过安 全电压（≤50V）。