发电厂防雷接地与过电压保护

发电厂防雷接地与过电压保护

一、雷电放电

云层受强气流作用，内部剧烈的相对运动使云各部分带有不同极性的电荷，形成雷云。

雷云中的电荷分布不均匀，一般为密集的中心。当雷云中电荷密集处的场强达到25～30V/cm时，就会发生放电。大部分只发生在云间，只有小部分对地放电，对地放电的雷云90%是负极性的。

雷云放电分三个阶段：先导放电、主放电和余光放电。先导放电延续几毫秒，从雷云开始，以游离方式逐级向下发展，形成一条高温、高电导、高电位的通道（先导通道）伸向大地。沿先导通道充满密集的电荷，当向下延伸的先导通道与大地接近而将空气间隙击穿短接时，开始主放电，通道产生突发的明亮，并有巨大的雷响，大量电荷对地放电，产生幅值很大的冲击电流（一般几十万安培），时间短，一般不超过0.1毫秒。然后剩余的电荷沿通道继续放电，亮光很小，称为余光放电，大约再持续几毫秒。

雷过电压又称为大气过电压，分直击雷过电压和感应雷过电压。

二、避雷针与避雷线保护

为防止直击雷的破坏，电气设备要采取防雷措施，避雷针和避雷线。

避雷针用于保护发电厂和变电所。分接闪器（针头）、引下线和接地体。针头为10mm以上、长1到2m的圆钢制作，引下线不小于10mm的圆钢，接地体2.5m长的钢管或角钢。

避雷线是悬挂线在空中的水平接地导线，也叫架空地线，保护架空线路。

1 避雷针的保护范围

单支避雷针：

rx

当hx≥h/2时，rx=(h-hx)p（m）；

当hx＜h/2时，rx=(1.5h-2hx)p（m）；

式中：h为避雷针高度（m）；

P为高度影响系数，当h≤30m时，p=1；30＜h≤120m时，p=5.5/√h。

双支避雷针：

两支避雷针的保护范围，按经过两个避雷针顶点连线中间的下方一点的圆弧来确定，该点的高度计算如下：

h0=h-D/7p

D为避雷针间的距离（m）；p与单支的形容一致。

2 避雷线

避雷线顶部的保护夹角为25°，比避雷针45°小，计算公式为：

当hx≥h/2时，rx=0.47(h-hx)p（m）；

当hx＜h/2时，rx=(h-1.53hx)p（m）；

式中：h为避雷针高度（m）；

P为高度影响系数，当h≤30m时，p=1；30＜h≤120m时，

p=5.5/√h。

双避雷线保护：

h0=h-D/4p

三、避雷器

限制过电压，保护电气设备的一种装置。

主要有三种：保护间隙、阀式避雷器和氧化锌避雷器。

保护间隙：限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段保护。避雷器：用于变电所和发电厂的保护，在220KV及以下系统是用来限制大气过电压，在超高压系统中，还用于限制内过电压或做内过电压的后备保护。

1 保护间隙

由两个相距一定距离的、敞露于大气的电极构成，与被保护设备并联。缺点是熄弧能力差，不能自行熄灭，而引起断路器跳闸。

2 阀式避雷器

装在密封瓷套中的间隙（火花间隙）和非线性电阻（阀片）串联构成。正常情况下，火花间隙将带电部分与阀片隔开，雷电波幅值超过避雷器冲击放电电压时，火花间隙被击穿，冲击电流经阀片流入大地，阀片上出现电压降（残压）。只要使避雷器的冲击放电电压和残压低于被保护设备的冲击耐压值，设备就可被保护。

避雷器的灭弧电压必须高于所在系统的最高工作电压，才能保证雷电波过后顺利熄灭工频续流电弧。

阀式避雷器分普通型和磁吹型。普通型火花间隙是由多个单个间隙串联而成，由黄铜板冲压成，用云母垫隔开，间隙在1mm以下，工频续流电弧被分成多段短弧，容易熄灭。同时，阀片电阻是非线性的，电压大，电阻小，工频下电阻变大，也限制了工频续流。

磁吹型避雷器火花间隙与阀式类似，结构更复杂，利用磁场的每个电弧产生运动（旋转或拉长）来加强去游离，提高灭弧能力。磁场由间隙串联的线圈产生。

辅助间隙是为消除磁吹线圈在冲击电流

通过时产生过大的压降而使保护性能变坏。

冲击电压作用下，主间隙被击穿，放电电流

通过磁吹线圈，其上的压降使辅助间隙击穿

放电电流通过辅助间隙、主间隙和电阻阀片

流入大地，使避雷器的压降不致增大。当工频续流通过时，磁吹线圈压降减小，又迫使辅助间隙中的电弧熄灭，工频续流就很快转入磁吹线圈，产生磁场的吹弧作用。

阀式避雷器的阀片均由金刚砂（SIC碳化硅）和结合剂烧结而成。普通型的阀片为低温烧结成，非线性系数小，通流容量小，不能承受持续时间较长的内过电压冲击电流；磁吹型的阀片，为高温烧结成，非线性系数较高，通流容量大，可用于限制内部过电压。

国产普通型避雷器有FS和FZ型两种型号，FS型通流容量小，只用于小容量的10KV以下配电装置中；FZ型性能较好，通流容量大，用于大中型变电所中。

国产磁吹型避雷器主要有FCZ电站型保护旋转电机的FCD型。

高压避雷器顶部装有均压环，用以减少对地电容引起的电压不均匀现象。3、氧化锌避雷器

实际也是一种阀式避雷器，其阀片以氧化锌为主料，加少量金属氧化物，高温烧结成。氧化锌阀片伏安特性远好于金刚砂阀片，是普通型和磁吹型避雷器的替代产品。

三、发电厂的接地

电气设备接地有四种：

工作接地：是为了保证电力系统正常运行所需要的接地。

防雷接地：是针对防雷保护的需要而设置的接地。

保护接地：是为了人身安全而设置的接地，也叫安全接地。把电气设备外壳接地。

仪控接地：热力控制系统、数据采集系统、计算机监控系统、微机保护系统和远动通讯等系统中，为稳定电位、防止干扰而设置的接地，也叫电子系统接地。

1 接触电压和跨步电压

电流经接地体进入大地并向周围扩散所遇到的电阻叫接地电阻。正常情况下，大地看为零电位，但大地具有一定的电阻率，当电流流过，大地各处就具有不同的电位，以电流场的形式向四处扩散，离电流注入点越远，散流面积越大，电位越小，一般15米外即可看为零电位。

一设备发生接地，那么接地点的最大接地电压Um=IR，I为接地电流，R 为接地电阻，电流一定时，接地电阻越小，接地电压越小。