配电系统的防雷与接地

通天雷神

配电系统的防雷与接地  

雷电的危害，大家是有目共睹的。然而，近几年随着电网的改造，特别是城网改造和变电所自动化系统的建设，大家可能对这些设备的防雷接地保护还是认识不足，以致造成了多起雷害事故，造成自动化系统的瘫痪和一些电网设备事故，损失是比较严重的。因此，我们有必要探讨一下供、配电系统的防雷接地问题，为设计和施工人员提供一定的帮助。

1　电力线路的防雷与接地

1.1　输电线路的防雷与接地

输电线路的防雷，应根据线路的电压等级、负荷性质和系统运行方式，并结合当地地区雷电活动的强弱、地形地貌特点及土壤电阻率高低等情况，通过技术经济比较，采用合理的防雷方式。

(1)　35kV线路不宜全线架设避雷线，一般在变电所的进线段架设1～2km的避雷线，同时在雷电活动强烈的地段架设避雷线，或者安装线路金属氧化物避雷器。

(2)　110kV线路应全线架设避雷线，山区应采用双避雷线；但在年平均雷暴日数不超过15日或运行经验证明雷电活动轻微的地区，可不架设避雷线。

(3)　220kV线路应全线架设避雷线，同时应采用双避雷线。

对于架设避雷线的线路，应注意杆塔上避雷线对边导线的保护角，一般采用20°～30°保护角，同时做好杆塔的接地。根据土壤电阻率的不同，杆塔的工频接地电阻，不宜大于表1所列数值。

表1　杆塔的接地电阻

地壤电阻率(Ω·m) 100及以下 100以上至500 500以上至1000
工频接地电阻(Ω) 10 15 20

对于35kV线路装设的金属氧化物避雷器的技术参数，一般应满足以下条件：

①持续运行电压(有效值)不小于40.8kV；

②额定电压(有效值)不小于51kV；

③直流1mA参考电压不小于73kV(范围在73～74kV之间)；

④标准放电电流5kA等级下残压(峰值)不大于：

雷电冲击134kV、操作冲击114kV、陡波冲击154kV。

⑤2000μs方波电流(峰值)200A。

⑥对绝缘配置，根据线路污秽等级要求确定。

1.2　配电线路的防雷与接地

与输电线路一样，配电线路的防雷也可采用避雷线或者避雷器，对于不同电压等级和不同线路采取的措施也不一样。

(1)　10kV裸导线线路。对于10kV裸导线线路，原则上可以采用避雷线进行防雷保护，但由于成本高，施工不方便，目前基本上都不采用避雷线，而是在一些雷电活动频繁的线段安装避雷器，同时按照要求做好杆塔的接地。

(2)　10kV绝缘线线路。由于近几年城网改造，北京地区城镇线路基本上都换成了交联聚乙烯架空绝缘线，但其防雷措施与原来的裸导线线路的防雷措施并没有变化，致使发生了数十起雷击绝缘线断线事故。对于架空绝缘线目前可采取以下防雷措施：①安装避雷线，此种方法避雷效果最好，但可行性和难度大，成本高。②提高线路绝缘子耐压水平，将10kV绝缘子换为防雷绝缘子，将大大提高防雷水平。③在多雷区或者按照一定档距安装线路避雷器，减少雷击断线事故。④延长闪烁路径，导致电弧容易熄灭，局部增加绝缘强度，如在导线与绝缘子相连处加强绝缘，以及采用长闪烁路径避雷器等。⑤局部剥离绝缘导线，使之局部成为裸导线，从而电弧能在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀，同时也可为以后施工提供一个挂地线点。

(3)　低压配电线路。低压线路应从变压器出口处安装低压避雷器或击穿保险器，同时做好接地，接地装置的接地电阻不应大于4Ω。中性点直接接地的低压电力网中的中性线应在电源点接地。低压配电线路，在干线和分支线终端处应重复接地，每年重复接地装置的接地电阻应不大于10Ω，对于较长的线路，重复接地应不少于3处。特别是为防止雷电波沿低压配电线路侵入用户，对于接户线上的绝缘子铁角应接地，接地电阻应小于30Ω，这一点对于我们进行的一户一表改造工作尤其应引起重视。

1.3　电力电缆线路的防雷与接地

电力电缆由于其本身结构特点和与其他电气设施连接的要求，根据不同电压等级采取不同的防雷方法。对于35kV及以下电压等级的电力电缆，基本上应采取在电缆终端头附近安装避雷器，同时终端头金属屏蔽、铠装必须接地良好。对于110kV及以上的高压电缆，当电缆线路遭受雷电冲击电压作用时，在金属护套的不接地端或交叉互连处会出现过电压，可能会使护层绝缘发生击穿，应采取以下保护方案之一：①电缆金属护套一端互连接地，另一端接保护器。②电缆金属护套交叉互连，保护器Y0接线。③电缆金属护套交叉互连，保护器Y接线或Δ接线。④电缆金属护套一端互连接地加均压线。⑤电缆金属护套一端互连接地加回流线。

2　电气设备与电子设备的防雷与接地

2.1　变电所设备的防雷与接地

变电所设备的防雷离不开建筑物的防雷，按照最新的国家强制性标准GB50054－95，对建筑物与设备的防雷接地应采用等电位连接，而不是传统上分别做独立的接地网。所谓等电位连接，就是把建筑物本身和其内外各种导电物用导体(电气上)焊接起来，以保证等电位。由于雷电流峰值非常大，流经之处都立即升至很高的电位(相对于大地而言)，因此对于附近尚处在大地电位的电气、电子设备和人产生旁侧闪烁，容易引起设备和人身事故。所以等电位连接是防雷的关键措施这一。

(1)　所内建筑物的防雷。

建筑物本身的防雷装置是建筑物内电气设备及系统防雷的第一道屏障，建筑物本身的防雷性能直接影响到内部的电气设备的防雷，因此首先必须重视建筑物本体的防雷。

现代建筑物防雷主要由顶部避雷带、网状接闪器、建筑物的梁、柱、楼板和四周墙体内的主钢筋作引下线，利用地下钢筋混凝土基础作为接地体。在建筑物设计和施工时就要考虑到作为网状接闪器、引下线和接地体的钢筋网络之间的电气连接，使之成为较理想的"法拉第笼"式避雷器。防雷网与建筑物钢筋混凝土相结合，已成为国内外公认的经济可靠的防雷方式，因此在设计、施工时都应预留从各层楼板、梁、柱内钢筋焊出接头，以便与室内外接地线相连。

(2)　室外设备的防雷。

为了防止直击雷，室外可根据需要，安装一支或多支避雷针，计算其保护范围，以达到保护室外所有设备要求为原则。同时对于室外架构母线和变压器中性点应加装避雷器保护，室外做一接地网，所有设备的接地引下线都与该接地体焊接，以保证等电位。

为了防止雷击产生过电压，各种设备的绝缘水平应能满足电压对该设备的绝缘要求，我们在设备定货和出厂试验时应严格把关，按照规程要求确保设备绝缘耐压水平，以防雷害击穿。这种防雷结构有很多优点：①可避免"绕击"；②能起"法拉第笼"的屏蔽作用，可大大削弱雷电电磁脉冲的侵入；③因建筑物各层的梁、柱、楼板、墙体的钢筋和金属管线等导电体在电气上已连成一体，做到几乎处处电位相等，从而保证了设备的安全；④"笼"式避雷装置的引下线是由为数众多的钢筋组成，大大分散了雷电流，并削弱了建筑物内信息设备所受到的脉冲电磁场冲击幅值；⑤接地体是分布在地下四周的钢筋混凝土基础，可形成均匀分布的均压网，与大地接触面广，接地电阻低且又稳定。

(3)　室内设备的防雷。

室内各种金属屏、柜外皮均应与底座槽钢可靠焊接或用螺栓连接，保证接触良好，同时槽钢应与电缆沟道内的电缆支架用镀锌扁钢焊接起来，形成一个整体，与室外接地网形成一个完整的大接地网。

2.2　计算机、通讯等自动化设备的防雷接地

大楼内计算机等电子设备的第一道保护屏障，由于通讯电台必须通过信号电缆与通讯塔上天线相连，因此对于通讯电缆外皮必须做好接地(多点重复接地)，并与大楼的接地网连接起来形成等电位，同时可以加装避雷器。

对于通讯电台应加串口保护器如SD25－V24／24，其它电子设备的通讯接口都应加装相应的串口保护器，其实就是各种小防雷器(OBO、PHOENIX都有相应接口的保护器)，这里就不再一一列举。对于大楼内的电子设备，最重要的就是将各个独立的接地网连接成一个共用接地系统，其它如分开、独立、专用等接地方案都是不妥的，在工程中也没有实际意义。对于所有大楼内的电气、电子设备，应该逐级采取防雷保护措施，首先做好大楼和电源的防雷接地，然后在机房和各设备端口安装相应的避雷器，才能真正防止雷电波的侵入和反击。

3　结束语

配电系统的防雷与接地应从工程设计阶段就认真加以考虑，根据各地的实际情况，采取切实可行的防雷方案，选用质量可靠的电气设备和可靠性高的防雷设备，同时真正按照等电位的原则，做好符合要求的共用接地网，综合考虑防雷与接地，只有这样我们的线路和设备才能避免遭受雷击的危害。

通天雷神

配电系统中性点接地方式探讨 [转帖]

戴克铭 (江苏苏州供电局 苏州 215004)

　　1999年，苏州供电局组织有关人员到上海、珠海、广州、厦门、大连、沈阳、北京等地对10 kV系统的中性点经电阻接地方式和经消弧线圈接地方式进行了调研、分析。现将调研情况介绍如下。

1 各单位配电系统中性点接地方式

1.1 上海地区

　　上海地区35 kV、10 kV配电系统中性点原由电阻接地改为经消弧线圈接地，现在大部分又改为电阻接地。当中性点采用消弧线圈接地时，在试检线路或对线路分段时，往往会发生另一相接地，导致线路跳闸。

　　在中性点经电阻接地系统中，设备仍按不接地系统选择。发生单相金属性接地，保护时间较短，在非金属性单相接地(经过渡电阻接地)靠零序保护，时间稍长。在35/10 kV变电站内变压器采用△/Y接地，中性点引出经电阻接地。

　　上海电网对中性点接地方式的选择有如下规定：主城区部分，35 kV、10 kV系统由于电缆出线日益增多，电缆在发生单相接地故障后，如不及时切除，易扩大事故，因此 ，新建变电站应采用电阻接地方式。边缘地区新建35 kV、10 kV系统宜采用电阻接地方式。郊区农村地区35 kV和10 kV架空配电线路宜采用消弧线圈自动补偿接地方式。

1.2 大连地区

　　该地区配电系统绝大部分为电缆和架空线混合线路 。现有5个66 kV变电站的10条10 kV母线装有消弧线圈，消弧线圈为50～100 A ，当电容电流变化达到消弧线圈一档即进行操作，其中2台为自动跟踪补偿。

1.3 沈阳地区

　　配电系统绝大部分为电缆和架空线混合线路。原来66/10 kV变电站的主变并列运行，电容电流较大，一部分装设了消弧线圈，25～62.5 A，为自动跟踪补偿。现变压器绝大部分改为分别运行，电容电流不大，因此，消弧线圈均没投入。

1.4 北京地区

　　　北京郊区四环路之内，大部分是电缆和架空线混合线路，1996年开始全部采用中性点经电阻接地。而四环路之外全部采用中性点经消弧线圈接地或不接地。即使10 kV出线以电缆为主，也是采用中性点经消弧线圈接地。

　　由中性点经消弧线圈接地改为电阻接地之后，要求用户的保护增加零序保护，零序电流互感器采用100/5 A或50/1 A。

　　在中性点经电阻接地系统中，电缆仍按不接地系统选择，若开关设备为国外设备，电缆按接地系统选择；若为国内产品，电缆则仍选用目前生产的常规产品。

1.5 珠海地区

　　　1998年底，市区配电系统基本上都是架空线和电缆混合线路，变电站全部采用中性点经电阻接地方式。郊区全部为架空线路的变电站，其中有一座110 kV变电站，原先是中性点经电阻接地，由于该站的出线均为架空线路，开关跳闸次数较多，所以已改成中性点经消弧线圈接地，但因电容电流较小，消弧线圈至今未投运。电阻接地系统的设备按接地系统选择。

1.6 广州地区

　　市区配电线路在进行电缆改造时，因订购进口电力电缆时按中性点接地系统的绝缘标准，部分进口的配电设备也是中性点接地系统的绝缘标准，所以也将配电线路改为中性点经电阻接地，经过一段时间的运行，情况良好。现在，市区变电站全部采用中性点经电阻接地方式，郊区变电站采用中性点经消弧线圈接地或不接地方式。

　　配电系统中性点改电阻接地时，除变电站的出线加装零序保护外，要求高压装置的用户也要加装零序保护。

1.7 厦门地区

　　市区配电系统基本上是架空线和电缆混合线路，变电站基本为不接地方式，电缆按不接地系统选择。

2 各单位配电系统运行中的一些情况及意见

(1) 上海市区供电局认为在中性点经电阻接地系统中，发生单相接地时，另外两相电压也会升高，因此，电缆仍应按不接地系统选择。

(2) 珠海供电局采用中性点经电阻接地方式，运行情况较好，只是单相接地电流较大，容易发生针式瓷瓶爆裂。

(3) 广州供电局在中性点经电阻接地系统中，曾发生过单相接地不跳闸，原因是安装变电站的零序电流互感器时，没有将电缆的铠装外护套剥掉，一起穿过零序电流互感器。当发生单相接地时，电缆和铠装分流，导致零序保护拒动。

(4) 厦门供电局采用中性点经电阻接地后，由于海风、树枝碰线情况较多，因此线路跳闸增多。采用中性点经消弧线圈接地，当配电线路增长，尤其是电缆长度增加，或者配网运行方式改变，都有可能发生欠补偿情况，就要进行电容电流的实测和消弧线圈容量的调整。

(5) 各地区在改为中性点经电阻接地后，没有发生过因导线断落对行人造成伤害，也没有发生过因跨步电压、接触电压或反击造成人员或设备事故。

(6) 这些地区的供电局都认为中性点不接地或经消弧线圈接地发生单相接地时，过电压倍数过高，可达7-8倍。而中性点经电阻(电抗)接地系统过电压倍数较低。

(7) 上海曾发生过在中性点经消弧线圈接地系统中，因线路单相接地产生过电压导致变电站母线故障全站失电事故。北京10 kV配电系统也发生过几起单相接地过电压事故，均扩大了事故范围。虽然上述事故的扩大是由于多种因素造成的，但也不能排除中性点不接地或经消弧线圈接地方式的影响。

通天雷神

电力设备工作接地的一般要求

1、为了保护人身和设备的安全，电力设备宜接地或接零。三线制直流回路的中性线宜直接接地。

2、不同用途和不同电压的电气设备，除另有规定者外，应使用一个总的接地体，接地电阻应符合其中最小值的要求。

3、如因条件限制，做接地有困难时，允许设置操作和维护电力设备用的绝缘台。绝缘台的周围，应尽量使操作人员没有偶然触及外物的可能.

4、低压电力网的中性点可直接接地或不接地。380/220低压电力网的中性点一般直接接地。

5、中性点直接接地的低压电力网，应装设能迅速自动切除接地短路故障的保护装置。
  在中性点直接接地的低压电力网中，电力设备的外壳宜采用接零保护，即接零。
  由同一发电机、同一变压器或同一段母线供电的低压线路，不宜同时采用接零、接地两种保护方式。

  在低压电力网中，全部采用接零保护确有困难时，也可同时采用接零和接地两种保护方式，但不接零的电力设备或线段，应装设能自动切除接地故障的装置（如漏电流保护装置）。在城防、人防等潮湿场所或条件特别恶劣场所的供电网中，电力设备的外壳应采用接零保护。

6、在中性点直接接地的低压电力网中，除另有规定者和移动式设备外，零线应在电源处接地。
 在架空线路的干线和分支线的终端及沿线每一公里处，零线应重复接地。
 
 小知识：交流电：1000V以上为高压，1000V以下为低压；直流电：1200V以上为高压，1200V以下为低压。

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