风电场的防雷和接地

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1、风电场电气系统华北电力大学电气与电子工程学院朱永强张旭主编普通高等教育“十一五”电气信息类规划教材§7风电场的防雷和接地7.1雷电的产生机理、危害及防护7.2接地的原理、意义及措施7.3大型风力机的防雷保护7.4集电线路的防雷与接地7.5升压变电站的防雷与接地2§7.1雷电的产生机理、危害及防护§7.1.1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

2、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。3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

3、引起火灾、爆炸。§7.1.2雷电的危害4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。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。§7

4、.1.3雷电的一般防护5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。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。§7.1.3雷电的一般防护6§7.2接地的原理、意义及措施§7.2.1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

5、到接地电极上。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。7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与土壤间的过渡电阻和大地的散流电阻。前两者较小，可忽略不计，主要是大地的散流电阻。故接地电阻与土壤的电阻率ρ成正比，与接地体的半径成反比。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。§7.

6、2.1接地基本概念图7-5接地装置对地电位分布曲线Uk—接触电位差；Ukb—跨步电位差8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）。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）。§7.2.1接地基本概念称为接触电压；称为跨步电压；为带电的设备外壳电压；为前脚电位；为后脚电位。9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。冲击电阻：

7、峰值电压与峰值电流之比。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：§7.2.1接地基本概念10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：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β=0.9，m=0.8，

8、对水平及闭合接地体β=2.2，m=0.9。§7.2.1接地基本概念11§7.2.2接地的意义功能性接地工作接地逻辑接地信号接地屏蔽接地保护性接地保护接地防雷接地防静电接地防电腐蚀接地121．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