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对配电变压器的接地及防雷的分析
来源: | 作者:ryweld | 发布时间: 2018-08-02 | 337 次浏览 | 分享到:
配电变压器是普遍使用的关键电力设备,配电变压器防雷是一个重要的课题。全国由于雷击而损坏的配电变压器超过1%,多雷区可达5%.雷击不但带来配电变压器及电气设备的损坏,还可能导至大面积的停电事故。配电变压器的防雷效果主要由以下几个方面来决定
配电变压器是普遍使用的关键电力设备,配电变压器防雷是一个重要的课题。全国由于雷击而损坏的配电变压器超过1%,多雷区可达5%.雷击不但带来配电变压器及电气设备的损坏,还可能导至大面积的停电事故。配电变压器的防雷效果主要由以下几个方面来决定:(1)避雷器;(2)接地方式;(3)接地电阻的大小。由于避雷器是一个器件,主要是质量问题,这里不讨论。我们主要讨论接地方式和接地电阻问题。

1配电变压器的接地方式配电变压器通常采用两种接地方式:一种是配电变压器采用高压避雷器引下线,变压器低压侧中性点、零线及变压器外壳连接在一起共同接地方式。

另一种接地方式,电力变压器采用篼压避雷器引入接地桩接地,变压器低压侧中性点、零线及变压器外壳连接在一起,通过另一接地桩接地。这种接地方式简称为NP接地方式。

NP连接方式以上是配电变压器通常采用的两种接地方式。

下面分析两种接地方式对防雷击的不同影响。

2两种接地方式对防雷击的不同影响2.1对雷击过程的分析当输电线遭受雷击时,雷云所带的大量电荷(设为正电荷)通过放电渠道落到输电线上,大量的自由电荷向输电线两端传播,在输电线上引起冲击电压波,称为雷电波。雷电波向输电线两端传播的速度接近光速。雷电波的波形图如图(3)所示:雷电波持续的时间只有几十微秒,而电压由零上升到最大值的时间只有几微秒。雷电波可以看成频率极高的周期波(这个电压波可以由傅立叶级数分解为基波及一系列的谐波)。当过电压波到达变压器出线端时,相当于给变压器上一个频率极高的篼电压。这一瞬变过程很快,在高频下,变压器的很大,而l/toc比较小(C为匝间电容和线圈对地电容)。

假定变压器篼压端的避雷器响应足够快,而接地电阻足够小的话,雷电波可以通过接地线引人地下。

但由于接地方式不同和接地电阻不能达到理想状态的原因,很有可能击穿变压器,造成变压器雷击损坏。下面先对接地方式进行分析。

0P接地保护方式的分析0P接地方式如图(1)所示。采用高压避雷器引下线,变压器低压侧中性点零线及变压器外壳连接在一起共同接地方式。当雷电波袭击时,使篼压侧避雷器动作,雷电流通过接地电阻在接地电阻上产生一个高频振荡的冲击电压,这个电压同时加在配电变压器低压绕阻和低压线路上,由于低压线路的阻抗仅为400500欧姆,故该电压大部分加在低压绕阻上,通过变压器铁芯的电磁耦合,在高压绕阻上会产生200-350KV的过电压,损坏高压绕阻。此外,由于该过电压是从篼压绕阻中性点向绕阻首端传递,高压避雷器不能保护位于在它前面的绕阻,造成高压绕阻的损坏。0P保护方式,其耐雷水平低,当接地电阻为10欧姆,流过避雷器的电流大于500A时,变压器的高压绕阻绝缘会被击穿。

NP保护方式的分析NP保护方式见图(2)所示,是将高压避雷器的引下线单独接地。低压绕阻中性点零线和外壳连接在―起通过压敏电阻接地。

2.3.1消除逆变换电压NP保护方式利用大地对雷电波的衰减作用可基本消除逆变换过电压。由下式可求出距接地体k处的电位:2吐其中:p为土壤的电阻率;L为接地体的水平长度;h为接地体的垂直长度;I为泄漏雷电流的大小;X为距接地体的距离。

由于接地体2的存在将使地中的电场分布发生畸变,接地体2处的电位比上式求出的i值降低至20%左右,故逆变换过电压不能对变压器造成损坏。由于将篼低压系统隔离,篼压侧的雷电波无法通过接地体人侵至低压绕阻及低压网络,不会产生逆变过电压。

2.3.2减小正变换电压当雷电波到达变压器时,变压器初、次级绕阻都会在外加电压作用下,通过变压器的次级绕阻的冲击电流按变比感应出电动势,而使篼压绕阻的中性点电压升篼。但由于初、次绕阻接避雷器接地,次级绕阻通过压敏电阻接地保证两接地电阻在一定的范围之内(大于4欧姆),则基本可以减小40%的正变换电压。

3接地电阻的大小对防雷效果的影响接地电阻对防雷效果的影响很大,如果变压器的容量大于100KVA,则接地电阻要求小于4欧姆。如果接地电阻大于4欧姆,泄放电流(3000A;波头为1的斜角波)在接地电阻上产生一个很高的电压。这个电压会感应在低压绕阻和低压侧的电器上,造成变压器及低压电器的损坏。对于有些在高电阻率的土壤地带,为能降低接地电阻,通常采用如下措施:(1)是延伸水平接地体,扩大接地网面积;(2)是在接地坑内填充长效化学降阻剂。通过以上措施保证接地体电阻小于等于4欧姆。

通过以上的分析,对变压器的接地方式我们可以得出这样的结论:(1)采用NP的接地方式,可以减少雷击对变压器造成的损坏(有资料显示,在多雷区配电变压器的年损坏率从5%7%下降至1%左右);⑵要保证接地电阻小于4欧姆;(3)可以在低压侧再加上避雷器和压敏电阻器以保证低压侧的电气设备。 中国电器工业协会