如何正确安装避雷器和接地装置？

一、避雷器

避雷器是连接在电力线路或设备与大地之间,一方面,在配电设备受到雷击时,避雷器通过接地装置向大地释放;另一方面,当系统出现操作过电压时,使其急速向大地放电,从而达到对系统或设备的过电压保护。同时,当过电压降到电气设备或线路的正常电压时,避雷器则停止放电,以防止正常电流向大地流通,因此,也保证了系统或设备的正常工作。

用于配电系统的避雷器主要有氧化锌避雷器和阀型避雷器等。

(一)金属氧化物避雷器

金属氧化物避雷器(又称氧化锌避雷器)一般可分为无间隙和有串联间隙两类。由于无间隙氧化锌避雷器使用越来越广泛,并且取得了很好的运行效果,而有串联间隙的氧化锌避雷器未发挥出氧化锌避雷器的优异性能,其结构又类似于阀型避雷器,故在此主要介绍无间隙氧化锌避雷器。

1.结构

10kV无间隙硅橡胶外套氧化锌避雷器,其电阻片采用氧化锌为基体,掺入少量其他氧化物,在1100～1350℃高温下焙烧结成阀饼,若干阀饼叠装成柱,两端安装金属端子。然后用绝缘带滚胶缠绕制成芯棒。芯棒干燥后,对其外部进行机加工整形,涂覆偶联剂放置真空浇注机内,热压浇注硅橡胶外壳成型。棒芯也有采用将阀饼叠装进绝缘筒后,热压浇注硅橡胶外壳成型的。

氧化锌避雷器阀片具有优异的非线性电压—电流特性,高电压导通,而低电压不导通,不需要串联间隙,可避免传统避雷器因火花间隙放电特性变化而带来的缺点。氧化锌避雷器具有保护特性好、吸收过电压能量大、结构简单等特点。

氧化锌避雷器在冲击过电压下动作后,没有工频续流通过,故不存在灭弧问题,保护水平只由氧化锌阀片的残压决定,避免了间隙放电特性变化的影响;另一方面,由于没有串联间隙的绝缘隔离,氧化锌阀片不仅要承受雷电过电压、操作过电压,还要承受工频过电压和持续运行正常相电压(含发生线路单相接地故障时、健全相电压异常升高),在这些电压作用下,氧化锌阀片的特性将会劣化。此外,由于在小电流区域内,氧化锌阀片的电阻温度系数为负值,运行中吸收过电压能量后,所引起的温升可能会导致避雷器热稳定的破坏。氧化锌避雷器与传统的一阀型有间隙的碳化硅避雷器相比,电气性能、技术参数和试验方法有所不同。其主要技术参数见表4-7。

2.主要电气参数

(1)额定电压。无间隙氧化锌避雷的额定电压为系统施加到其两端子间的最大允许工频电压有效值,它不等于系统的标称电压。如10kV电网中性点不接地或经消弧线圈接地的系统所采用的无间隙氧化锌避雷器的额定电压为17kV。

(2)持续运行电压。无间隙氧化锌避雷器的持续运行电压,为允许持久地施加在氧化锌避雷器端子间的工频电压有效值。

表4-7　无间隙金属氧化物避雷器技术参数

注 1.H—复合绝缘外套;Y—金属氧化物;5(1.5)—标称放电电流(kA);W—无间隙结构;S—配电型;□/□—分子为避雷器额定电压,分母为标称放电电流下残压(kV)。2.本表数值部分摘自《交流无间隙金属氧化物避雷器》(GB11032—2000)。

(3)冲击电流残压。包括陡波冲击电流残压、雷击冲击电流残压和操作冲击电流残压。

(4)直流1mA参考电压。是避雷器在通过直流1mA时测出的避雷器上的电压。

3.应用

在安装无间隙氧化锌避雷器时,应考虑系统中性点的接地方式,以及与被保护的设备的配合。长期放置后安装或带电安装,应先进行直流1mA参考电压试验,或进行绝缘电阻的测量,对10kV避雷器用2500V绝缘电阻表测量,绝缘电阻不低于1000MΩ,合格后方可安装。

4.金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求

金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求见表4-8。

表4-8　金属氧化物避雷器的试验项目、周期和要求

续表

(二)阀形避雷器

1.结构

阀形避雷器主要由瓷套,火花间隙和阀形电阻片组成,其外形结构见图4-44,阀形避雷器的优点是运行经验成熟,缺点是密封不严,易受潮失效,甚至引发爆炸。

图4-44　10kV阀形避雷器外形结构图

(a)FS2-10型;(b)FS3-10型;(c)FS4-10型

2.工作原理

在正常情况下,阀形避雷器火花间隙有足够的绝缘强度,不会被正常工作电压击穿;如图4-45所示,当有雷电过电压时,火花间隙就被击穿放电。雷电压作用在阀形电阻上,电阻值会变得很小,把雷电流汇入大地。之后,作用在阀形电阻上的电压为正常的工作电压时,电阻值变得很大,限制工频电流通过,因此线路又恢复了正常对地绝缘。

图4-45　阀形避雷器的单位火花间隔

1—电极;2—云母绝缘片

3.主要电气参数

(1)避雷器额定电压。避雷器能够可靠地工作并能完成预期动作的负荷试验的最大允许工频电压,称为避雷器的额定电压。

(2)工频放电电压。这是与火花间隙的结构、工艺水平有关的参数,其具有一定的分散性、一般取工频放电电压平均值的±(7%～10%),规定为其上限。

(3)冲击放电电压和冲击电流残压。是供绝缘配合计算用的重要数据。选取标准冲击放电电压和标称放电电流残压中的一个最大者作为避雷器的保护水平。保护水平与避雷器额定电压(峰值)之比称为保护比,它是避雷器保护特性的一个指标其值愈低,保护性能愈优越。

二、接地装置

(一)接地装置的作用和对接地电阻的要求

1.接地装置的作用

为了保证电气设备的安全、可靠运行和人身安全,供电系统需要有符合规定的接地。所谓接地就是将供、用电设备、防雷装置等的某一部分通过金属导体组成接地装置与大地进行良好的连接。

从电力系统的中性点运行方式不同,接地可分为两类:一类是三相电网中中性点直接接地系统;另一类是中性点不接地系统。目前在我国三相三线制供电电压为35kV、10kV、6kV、3kV的配电线路中,一般均采用中性点不接地系统。0.4kV的三相四线制低压配电线路,采用中性点直接接地系统;在0.4kV供电系统中接用的电气设备、凡因绝缘损坏而可能呈现对地电压的金属部位,均应接地。否则,该电气设备一旦漏电,将对人有致命的危险,如图4-46所示。

图4-46　中性点直接接地系统

接地的电气设备,因绝缘损坏而造成相线与设备金属外壳接触时,其漏电电流通过接地体向大地呈半球形流散。电流在地中流散时,所形成的电压降,距接地体愈近就愈大,距接地体愈远就愈小。通常当距接地体大于20m时,地中电流所产生的电压降已接近于零值。因此,零电位点通常指远距离接地体20m之外处,如图4-47所示。

电气设备接地引下导线和埋入地中的金属接地体的总和称为接地装置。

接地体又称为接地极,指埋入地中直接与土壤接触的金属导体或金属导体组,是接地电流流向土壤的散流件。利用地下金属构件、管道等作为接地体的称自然接地体;按设计规范要求埋设的金属接地极称为人工接地体。

接地线指电气设备需要接地的部位用金属导体与接地体相连接的部分,是接地电流由接地部位传导至大地的途径。接地线中沿建筑物面敷设的共用部分称为接地干线,电气设备金属外壳连接至接地干线部分称为接地支线。

图4-47　地中电流和对地电压散流场

2.接地的种类

接地按照目的要求不同可以分为下述几类。

(1)工作接地。所谓工作接地是因电气设备正常工作或排除事故的需要而进行的接地,例如图4-46中变压器低压侧中点接地便是工作接地。

(2)保护接地。所谓保护接地是为了防止电气设备金属外壳因绝缘损坏而带电而进行的接地。(www.xing528.com)

(3)防雷接地。防雷接地是为了将雷电流引入大地而进行的接地。

(4)防静电接地。防静电接地是为了防止由于静电聚集而形成火花放电的危险,把可能产生静电的设备接地,如易燃油、汽、金属储藏的接地。

(5)防干扰接地。防干扰接地是为防止电干扰装设的屏蔽物的接地。

3.对接地电阻的要求

接地装置的接地电阻是指接地线电阻、接地体电阻、接地体与土壤之间的过渡电阻和土壤流散电阻的总和。

(1)高压电气设备的保护接地电阻。

1)大接地短路电流系统:在大接地短路系统中,由于接地短路电流很大,接地装置一般均采用棒形和带形接地体联合组成环形接地网,以均压的措施达到降低跨步电压和接触电压的目的,一般要求接地电阻rjd≤0.5Ω。

2)小接地短路电流系统:当高压设备与低压设备共用接地装置时,要求在设备发生接地故障时,对地电压不超过120V,要求接地电阻

rjd≤120/Ijd≤10Ω

式中 Ijd——接地短路电流的计算值,A。

当高压设备单独装设接地装置时,对地电压可放宽至250V,要求接地电阻

rjd≤250/Ijd≤10Ω

(2)低压电气设备的保护接地电阻,在1kV以下中性点直接接地与不接地系统中,单相接地短路电流一般都很小。为限制漏电设备外壳对地电压不超过安全范围,要求保护接地电阻

rjd≤4Ω

(二)接地装置的材料和接地体形式

1.接地装置的材料

接地装置的材料,一般由钢管、角铁、铁带及钢绞线等制成。

(1)接地体的材料及规格。接地体的材料一般由钢管、铁带等制成,一般采用的钢管壁厚应大于3.5mm,外径大于25mm,长度一般为2～3m。如果钢管直径超过50mm时,虽然管径增大,但散流电阻降低得很少。角钢接地体一般采用50mm×6mm或40mm×5mm的角钢,垂直打入地中,它也是具有钢管的效果。扁钢接地体,其截面不小于100mm2,厚度不小于4mm。一般应用25mm×4mm或40mm×4mm的扁钢,埋深应不少于0.5～0.8m为宜。

(2)接地引下线的规格。接地引下线一般采用钢材为如下标准。

1)圆钢引下线直径一般不小于8mm。

2)扁钢截面不小于12mm×4mm。

3)镀锌钢绞线截面不小于25mm2。

对低压线路绝缘子铁脚接地可用简易引下线,例如直径为6mm的圆钢,或是两根8号铁线。与空气交界处引下线最好用镀锌钢材,或涂以沥青等防腐剂。

钢、铝、铜接地线的等效截面可参见表4-9。

2.接地体的形式和尺寸

根据土壤电阻率的不同,接地体的形式也是多种多样的,一般有以下几种。

(1)放射形接地体。放射形接地体采用一至数条接地带敷设在接地槽中,一般应用在土壤电阻率较小的地区。

(2)环状接地体。环状接地体是用扁钢围绕杆塔构成的环状接地体。

(3)混合接地体。混合接地体是由扁钢和钢管组成的接地体。

表4-9　钢、铝、铜接地线的等效截面

接地体按其埋入地中的方式有水平接地体和垂直接地体之分。

1)水平接地体。该接地水平的埋入地中,其长度和根数按接地电阻的要求确定。接地体的选择优先采用圆钢,一般直径为8～10mm。扁钢截面为25mm×4mm～40mm×4mm。热带地区应选择较大截面;干寒地区,选择小截面。

2)垂直接地体。该接地体是垂直打入地中,长度为1.5～0.3m。截面按机械强度考虑,角钢为20mm×20mm×3mm～50mm×50mm×5mm,钢管直径为20～50mm,圆钢直径为10～12mm。

(三)接地装置的维护

接地装置是电力系统安全技术中的主要组成部分。接地装置在日常运行中容易受自然界及外力的影响与破坏,致使接地线锈蚀中断、接地电阻变化等现象,这将影响电气设备和人身的安全。因此,在正常运行中的接地装置,应该有正常的管理、维护和周期性的检查、测试和维修,以确保其安全性能。

1.新装接地装置后的验收内容

(1)按设计图纸要求(施工规范要求)检查接地线或接零线导体规格、导体连接工艺。

(2)连接部分采用螺栓夹板压紧的,其接触面可靠,螺栓应有防松动的开口垫圈。

(3)连接部分采用焊接的,应符合规程要求并保证焊接面积。

(4)穿过建筑物及引出地面部分,都应有保护套管。

(5)利用金属物体、钢轨、钢管等作为自然接地线时,在每个连接处都应有规定截面的跨接线。

(6)接规范要求涂刷防腐漆。

(7)接地电阻值应小于规定值。

2.接地装置运行中巡视检查内容

(1)电气设备与接地线、接地网的连接有无松动脱落等现象。

(2)接地线有无损伤、腐蚀、断股及固定螺栓松动等现象。

(3)有严重腐蚀可能时,应挖开距地面50cm处,检查接地装置引接部分的腐蚀程度。

(4)对移动式电气设备,每次使用前须检查接地线是否接触良好,有无断股现象。

(5)人工接地体周围地面上,不应堆放及倾倒有强烈腐蚀性的物质。

(6)接地装置在巡视检查中,若发现有下列情况之一时,应予修复。

1)遥测接地电阻,发现其接地电阻值超过原规定值时。

2)接地线连接处焊接开裂或连接中断时。

3)接地线与用电设备压接螺丝松动、压接不实和连接不良时。

4)接地线有机械性损伤、断股、断线以及腐蚀严重(截面减小30%)时。

5)地中埋设件被水冲刷或由于挖土而裸露地面时。