浅谈热力站的防雷和接地系统设计

杜丹侠

太原市集中供热工程规模较大,热网覆盖范围较广,热力站的电气设计中,安全措施是否恰当,关系到热力站运行人员的人身安全和广大居民的采暖质量。因此,热力站的防雷和接地系统必需从工程设计阶段就认真加以考虑,采取切实可行的防雷及接地方案,选用质量可靠的电气设备,严格执行国家的技术经济政策,真正做到:保障人身与设备安全、供电可靠、技术先进和经济合理。

1 热力站的防雷

雷电是不可避免的自然灾害,地球上任何时候都有雷电在活动。而雷电会引起建筑物的损坏、人员伤亡,对电力、电讯等设备造成损坏。雷电的破坏作用归纳起来有两种:1)直接击在建筑物上产生热效作用和电动力作用;2)雷电流产生的静电感应作用和电磁感应作用以及雷电波侵入作用。国际电工委员会编制的标准(IEC1024-1)将建筑物的防雷装置分为两大部分:外部防雷装置和内部防雷装置。

建筑的外部防雷主要是指防直击雷和防侧击雷,其作用是保护建筑物本身不遭受雷击,主要由接闪器、引下线和接地装置组成。接闪器(也叫接闪装置)有三种形式:避雷针、避雷带和避雷网,它位于建筑物的顶部,其作用是引雷或叫截获闪电,即把雷电流引下。引下线,上与接闪器连接,下与接地装置连接,它的作用是把接闪器截获的雷电流引至接地装置。接地装置位于地下一定深度之处,它的作用是使雷电流顺利流散到大地中去。

内部防雷接地装置的作用是减少建筑物内的雷电流和所产生的电磁效应以及防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害。除外部防雷装置外,所有为达到此目的所采用的设施、手段和措施均为内部防雷装置,它包括等电位联结设施(物)、屏蔽设施、加装的避雷器以及合理布线和良好接地等措施。

由于热力站多为一、二层高的一般工业性建筑,按《建筑物防雷设计规范》中的分类,其防雷等级应归为第三类。

1)采用在女儿墙上安装的避雷带(φ 10 mm圆钢)作为接闪器。并形成不大于20 m×20 m的避雷网,避雷带与引下线和防雷接地极相连,避雷带在过伸缩缝处应留足够长度,不同标高屋面的避雷带之间用直径为10 mm的镀锌圆钢可靠焊接。

2)利用构造柱中两根φ 16以上主筋上下焊接连通作避雷引下线。间距不大于25 m,引下线应对称设置。要求引下线从上至下可靠焊接,其上端应与接闪器相接,下端应与接地极相接,各构件间应确保连接成电气通路。要求接地电阻R≤1 Ω,当实测电阻不满足接地条件时,应补打接地极,接地极通常每组用扁钢连接的两根相距5 m的50 mm×5 mm角钢制成,埋地深度大于0.6 m。有多根引下线时,在引下线距地面1.5 m～1.8 m处,宜设置断接卡。

3)把建筑物内及附近的所有金属物,如混凝土内的钢筋、自来水管、暖气管及其他金属管道、电力系统的零线等用电气联结的方法连接起来,使整座建筑物成为一个良好的等电位体。当雷电来袭时,由于建筑物内部及其附近基本上做到等电位,因而不会发生建筑物内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。

2 热力站的接地

热力站的供配电系统大多数采用了高供低计的供电方式,即电源进线为高压10 kV供电,经D,yn11结线级别的三相配电变压器后,到低压配电系统,低压配电电压采用220 V/380 V,带电导体系统的形式采用单相二线制和三相四线制,大多数用电设备采用放射式配电。

2.1 热力站保护接地的范围

电力设备的下列金属部分,除另有规定者外,均应接地或接零:1)变压器、电机、电器、携带式及移动式用电器具等的底座或外壳。2)电力设备传动装置。3)互感器的二次绕组。4)配电、控制、保护用的屏(柜、箱)与操作台的金属框架和底座。5)室内外配电装置的金属构架和钢筋混凝土构架,以及靠近带电部分的金属围栏和金属门。6)交直流电力电缆接线盒、终端盒和膨胀器的金属外壳及电缆的金属护层、可触及的金属保护管、穿线的钢管等。7)装有避雷线的电力线路杆塔。8)在非沥青地区的居住区内,无避雷线小接地短路电流架空电力线路的金属杆塔的钢筋混凝土杆塔。9)装在配电线路杆上的开关设备、电容器等电力设备。10)控制电缆的金属护层。11)电缆桥架、支架和井架。12)封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分。

2.2 接地方式分析

接地方式共分为五种,具体如下:1)TN-S系统。又称五线制系统,即三根相线A,B,C,一根中性线N及一根保护线 PE,仅电力系统一点接地,用电设备的外露可导电部分接到PE线上。2)TN-C系统。又称四线制系统,与TN-S系统的差别是将N线与PE线合并成一根PEN线。3)TN-C-S系统。又称四线半系统,即在TN-C系统的末端将PEN线分为PE及N线。分开后即不允许再合并。4)TT系统。电力系统直接接地,用电设备的外露可导电部分采用各自的PE线接地。5)IT系统。电力系统不接地或经过高阻抗接地,用电设备的外露可导电部分经过各自的PE线接地。

热力站接地系统的设计包括变配电装置的接地、低压用电设备的接地、照明装置的接地、自控仪器仪表及计算机的接地。为了更好地提高供电质量,增强供电系统的电磁适应性,热力站接地系统一般选用TN-S系统。

2.3 接地电阻阻值的确定

1)3 kV～10 kV配变电所高低共用接地装置和低压电力设备接地装置的接地电阻最大允许值为4 Ω。使用同一接地装置的并列运行的发电机、变压器等电力设备,当其总容量不超过100 kVA时,接地电阻允许不超过10 Ω。2)电子设备接地电阻值一般为4 Ω。如果与防雷接地系统共用接地体时,其接地电阻为1 Ω。

2.4 电力设备接地的一般要求

根据《工业与民用电力装置的接地设计规范》及《电力设备接地设计技术规程》的有关规定,对热力站的电力设备接地规定如下:1)为了保证人身和设备的安全,电力设备宜接地或接零。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,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触及外物的可能。4)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低压接零保护,即接零。由同一台发电机、同一台变压器或同一段母线供电的低压线路,不宜采用接零、接地两种保护方式。5)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。

[1] GB 50057-94,建筑物防雷设计规范[S].

[2] 王时煦.建筑物防雷设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1980:19-20.

[3] GBJ 65-83,工业与民用电力装置的接地设计规范[S].