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對(duì)配電變壓器的接地及防雷的分析
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作者:ryweld
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發(fā)布時(shí)間: 2018-08-02
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配電變壓器是普遍使用的關(guān)鍵電力設(shè)備，配電變壓器防雷是一個(gè)重要的課題。全國由于雷擊而損壞的配電變壓器超過1%，多雷區(qū)可達(dá)5%.雷擊不但帶來配電變壓器及電氣設(shè)備的損壞，還可能導(dǎo)至大面積的停電事故。配電變壓器的防雷效果主要由以下幾個(gè)方面來決定
配電變壓器是普遍使用的關(guān)鍵電力設(shè)備，配電變壓器防雷是一個(gè)重要的課題。全國由于雷擊而損壞的配電變壓器超過1%，多雷區(qū)可達(dá)5%.雷擊不但帶來配電變壓器及電氣設(shè)備的損壞，還可能導(dǎo)至大面積的停電事故。配電變壓器的防雷效果主要由以下幾個(gè)方面來決定：（1）避雷器；（2）接地方式；（3）接地電阻的大小。由于避雷器是一個(gè)器件，主要是質(zhì)量問題，這里不討論。我們主要討論接地方式和接地電阻問題。
1配電變壓器的接地方式配電變壓器通常采用兩種接地方式：一種是配電變壓器采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)、零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。
另一種接地方式，電力變壓器采用篼壓避雷器引入接地樁接地，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)、零線及變壓器外殼連接在一起，通過另一接地樁接地。這種接地方式簡稱為NP接地方式。
NP連接方式以上是配電變壓器通常采用的兩種接地方式。
下面分析兩種接地方式對(duì)防雷擊的不同影響。
2兩種接地方式對(duì)防雷擊的不同影響2.1對(duì)雷擊過程的分析當(dāng)輸電線遭受雷擊時(shí)，雷云所帶的大量電荷（設(shè)為正電荷）通過放電渠道落到輸電線上，大量的自由電荷向輸電線兩端傳播，在輸電線上引起沖擊電壓波，稱為雷電波。雷電波向輸電線兩端傳播的速度接近光速。雷電波的波形圖如圖（3）所示：雷電波持續(xù)的時(shí)間只有幾十微秒，而電壓由零上升到最大值的時(shí)間只有幾微秒。雷電波可以看成頻率極高的周期波（這個(gè)電壓波可以由傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波及一系列的諧波）。當(dāng)過電壓波到達(dá)變壓器出線端時(shí)，相當(dāng)于給變壓器上一個(gè)頻率極高的篼電壓。這一瞬變過程很快，在高頻下，變壓器的很大，而l/toc比較?。–為匝間電容和線圈對(duì)地電容）。
假定變壓器篼壓端的避雷器響應(yīng)足夠快，而接地電阻足夠小的話，雷電波可以通過接地線引人地下。
但由于接地方式不同和接地電阻不能達(dá)到理想狀態(tài)的原因，很有可能擊穿變壓器，造成變壓器雷擊損壞。下面先對(duì)接地方式進(jìn)行分析。
0P接地保護(hù)方式的分析0P接地方式如圖（1）所示。采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。當(dāng)雷電波襲擊時(shí)，使篼壓側(cè)避雷器動(dòng)作，雷電流通過接地電阻在接地電阻上產(chǎn)生一個(gè)高頻振蕩的沖擊電壓，這個(gè)電壓同時(shí)加在配電變壓器低壓繞阻和低壓線路上，由于低壓線路的阻抗僅為400500歐姆，故該電壓大部分加在低壓繞阻上，通過變壓器鐵芯的電磁耦合，在高壓繞阻上會(huì)產(chǎn)生200-350KV的過電壓，損壞高壓繞阻。此外，由于該過電壓是從篼壓繞阻中性點(diǎn)向繞阻首端傳遞，高壓避雷器不能保護(hù)位于在它前面的繞阻，造成高壓繞阻的損壞。0P保護(hù)方式，其耐雷水平低，當(dāng)接地電阻為10歐姆，流過避雷器的電流大于500A時(shí)，變壓器的高壓繞阻絕緣會(huì)被擊穿。
NP保護(hù)方式的分析NP保護(hù)方式見圖（2）所示，是將高壓避雷器的引下線單獨(dú)接地。低壓繞阻中性點(diǎn)零線和外殼連接在―起通過壓敏電阻接地。
2.3.1消除逆變換電壓NP保護(hù)方式利用大地對(duì)雷電波的衰減作用可基本消除逆變換過電壓。由下式可求出距接地體k處的電位：2吐其中：p為土壤的電阻率；L為接地體的水平長度；h為接地體的垂直長度；I為泄漏雷電流的大?。籜為距接地體的距離。
由于接地體2的存在將使地中的電場分布發(fā)生畸變，接地體2處的電位比上式求出的i值降低至20%左右，故逆變換過電壓不能對(duì)變壓器造成損壞。由于將篼低壓系統(tǒng)隔離，篼壓側(cè)的雷電波無法通過接地體人侵至低壓繞阻及低壓網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)產(chǎn)生逆變過電壓。
2.3.2減小正變換電壓當(dāng)雷電波到達(dá)變壓器時(shí)，變壓器初、次級(jí)繞阻都會(huì)在外加電壓作用下，通過變壓器的次級(jí)繞阻的沖擊電流按變比感應(yīng)出電動(dòng)勢，而使篼壓繞阻的中性點(diǎn)電壓升篼。但由于初、次繞阻接避雷器接地，次級(jí)繞阻通過壓敏電阻接地保證兩接地電阻在一定的范圍之內(nèi)（大于4歐姆），則基本可以減小40%的正變換電壓。
3接地電阻的大小對(duì)防雷效果的影響接地電阻對(duì)防雷效果的影響很大，如果變壓器的容量大于100KVA，則接地電阻要求小于4歐姆。如果接地電阻大于4歐姆，泄放電流（3000A；波頭為1的斜角波）在接地電阻上產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓。這個(gè)電壓會(huì)感應(yīng)在低壓繞阻和低壓側(cè)的電器上，造成變壓器及低壓電器的損壞。對(duì)于有些在高電阻率的土壤地帶，為能降低接地電阻，通常采用如下措施：（1）是延伸水平接地體，擴(kuò)大接地網(wǎng)面積；（2）是在接地坑內(nèi)填充長效化學(xué)降阻劑。通過以上措施保證接地體電阻小于等于4歐姆。
通過以上的分析，對(duì)變壓器的接地方式我們可以得出這樣的結(jié)論：（1）采用NP的接地方式，可以減少雷擊對(duì)變壓器造成的損壞（有資料顯示，在多雷區(qū)配電變壓器的年損壞率從5%7%下降至1%左右）；⑵要保證接地電阻小于4歐姆；（3）可以在低壓側(cè)再加上避雷器和壓敏電阻器以保證低壓側(cè)的電氣設(shè)備。 中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)
1配電變壓器的接地方式配電變壓器通常采用兩種接地方式：一種是配電變壓器采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)、零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。
另一種接地方式，電力變壓器采用篼壓避雷器引入接地樁接地，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)、零線及變壓器外殼連接在一起，通過另一接地樁接地。這種接地方式簡稱為NP接地方式。
NP連接方式以上是配電變壓器通常采用的兩種接地方式。
下面分析兩種接地方式對(duì)防雷擊的不同影響。
2兩種接地方式對(duì)防雷擊的不同影響2.1對(duì)雷擊過程的分析當(dāng)輸電線遭受雷擊時(shí)，雷云所帶的大量電荷（設(shè)為正電荷）通過放電渠道落到輸電線上，大量的自由電荷向輸電線兩端傳播，在輸電線上引起沖擊電壓波，稱為雷電波。雷電波向輸電線兩端傳播的速度接近光速。雷電波的波形圖如圖（3）所示：雷電波持續(xù)的時(shí)間只有幾十微秒，而電壓由零上升到最大值的時(shí)間只有幾微秒。雷電波可以看成頻率極高的周期波（這個(gè)電壓波可以由傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波及一系列的諧波）。當(dāng)過電壓波到達(dá)變壓器出線端時(shí)，相當(dāng)于給變壓器上一個(gè)頻率極高的篼電壓。這一瞬變過程很快，在高頻下，變壓器的很大，而l/toc比較?。–為匝間電容和線圈對(duì)地電容）。
假定變壓器篼壓端的避雷器響應(yīng)足夠快，而接地電阻足夠小的話，雷電波可以通過接地線引人地下。
但由于接地方式不同和接地電阻不能達(dá)到理想狀態(tài)的原因，很有可能擊穿變壓器，造成變壓器雷擊損壞。下面先對(duì)接地方式進(jìn)行分析。
0P接地保護(hù)方式的分析0P接地方式如圖（1）所示。采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。當(dāng)雷電波襲擊時(shí)，使篼壓側(cè)避雷器動(dòng)作，雷電流通過接地電阻在接地電阻上產(chǎn)生一個(gè)高頻振蕩的沖擊電壓，這個(gè)電壓同時(shí)加在配電變壓器低壓繞阻和低壓線路上，由于低壓線路的阻抗僅為400500歐姆，故該電壓大部分加在低壓繞阻上，通過變壓器鐵芯的電磁耦合，在高壓繞阻上會(huì)產(chǎn)生200-350KV的過電壓，損壞高壓繞阻。此外，由于該過電壓是從篼壓繞阻中性點(diǎn)向繞阻首端傳遞，高壓避雷器不能保護(hù)位于在它前面的繞阻，造成高壓繞阻的損壞。0P保護(hù)方式，其耐雷水平低，當(dāng)接地電阻為10歐姆，流過避雷器的電流大于500A時(shí)，變壓器的高壓繞阻絕緣會(huì)被擊穿。
NP保護(hù)方式的分析NP保護(hù)方式見圖（2）所示，是將高壓避雷器的引下線單獨(dú)接地。低壓繞阻中性點(diǎn)零線和外殼連接在―起通過壓敏電阻接地。
2.3.1消除逆變換電壓NP保護(hù)方式利用大地對(duì)雷電波的衰減作用可基本消除逆變換過電壓。由下式可求出距接地體k處的電位：2吐其中：p為土壤的電阻率；L為接地體的水平長度；h為接地體的垂直長度；I為泄漏雷電流的大?。籜為距接地體的距離。
由于接地體2的存在將使地中的電場分布發(fā)生畸變，接地體2處的電位比上式求出的i值降低至20%左右，故逆變換過電壓不能對(duì)變壓器造成損壞。由于將篼低壓系統(tǒng)隔離，篼壓側(cè)的雷電波無法通過接地體人侵至低壓繞阻及低壓網(wǎng)絡(luò)，不會(huì)產(chǎn)生逆變過電壓。
2.3.2減小正變換電壓當(dāng)雷電波到達(dá)變壓器時(shí)，變壓器初、次級(jí)繞阻都會(huì)在外加電壓作用下，通過變壓器的次級(jí)繞阻的沖擊電流按變比感應(yīng)出電動(dòng)勢，而使篼壓繞阻的中性點(diǎn)電壓升篼。但由于初、次繞阻接避雷器接地，次級(jí)繞阻通過壓敏電阻接地保證兩接地電阻在一定的范圍之內(nèi)（大于4歐姆），則基本可以減小40%的正變換電壓。
3接地電阻的大小對(duì)防雷效果的影響接地電阻對(duì)防雷效果的影響很大，如果變壓器的容量大于100KVA，則接地電阻要求小于4歐姆。如果接地電阻大于4歐姆，泄放電流（3000A；波頭為1的斜角波）在接地電阻上產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓。這個(gè)電壓會(huì)感應(yīng)在低壓繞阻和低壓側(cè)的電器上，造成變壓器及低壓電器的損壞。對(duì)于有些在高電阻率的土壤地帶，為能降低接地電阻，通常采用如下措施：（1）是延伸水平接地體，擴(kuò)大接地網(wǎng)面積；（2）是在接地坑內(nèi)填充長效化學(xué)降阻劑。通過以上措施保證接地體電阻小于等于4歐姆。
通過以上的分析，對(duì)變壓器的接地方式我們可以得出這樣的結(jié)論：（1）采用NP的接地方式，可以減少雷擊對(duì)變壓器造成的損壞（有資料顯示，在多雷區(qū)配電變壓器的年損壞率從5%7%下降至1%左右）；⑵要保證接地電阻小于4歐姆；（3）可以在低壓側(cè)再加上避雷器和壓敏電阻器以保證低壓側(cè)的電氣設(shè)備。 中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)
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