淺談熱力站的防雷和接地系統設計

杜丹俠

太原市集中供熱工程規模較大,熱網覆蓋范圍較廣,熱力站的電氣設計中,安全措施是否恰當,關系到熱力站運行人員的人身安全和廣大居民的采暖質量。因此,熱力站的防雷和接地系統必需從工程設計階段就認真加以考慮,采取切實可行的防雷及接地方案,選用質量可靠的電氣設備,嚴格執行國家的技術經濟政策,真正做到:保障人身與設備安全、供電可靠、技術先進和經濟合理。

1 熱力站的防雷

雷電是不可避免的自然災害,地球上任何時候都有雷電在活動。而雷電會引起建筑物的損壞、人員傷亡,對電力、電訊等設備造成損壞。雷電的破壞作用歸納起來有兩種:1)直接擊在建筑物上產生熱效作用和電動力作用;2)雷電流產生的靜電感應作用和電磁感應作用以及雷電波侵入作用。國際電工委員會編制的標準(IEC1024-1)將建筑物的防雷裝置分為兩大部分:外部防雷裝置和內部防雷裝置。

建筑的外部防雷主要是指防直擊雷和防側擊雷,其作用是保護建筑物本身不遭受雷擊,主要由接閃器、引下線和接地裝置組成。接閃器(也叫接閃裝置)有三種形式:避雷針、避雷帶和避雷網,它位于建筑物的頂部,其作用是引雷或叫截獲閃電,即把雷電流引下。引下線,上與接閃器連接,下與接地裝置連接,它的作用是把接閃器截獲的雷電流引至接地裝置。接地裝置位于地下一定深度之處,它的作用是使雷電流順利流散到大地中去。

內部防雷接地裝置的作用是減少建筑物內的雷電流和所產生的電磁效應以及防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害。除外部防雷裝置外,所有為達到此目的所采用的設施、手段和措施均為內部防雷裝置,它包括等電位聯結設施(物)、屏蔽設施、加裝的避雷器以及合理布線和良好接地等措施。

由于熱力站多為一、二層高的一般工業性建筑,按《建筑物防雷設計規范》中的分類,其防雷等級應歸為第三類。

1)采用在女兒墻上安裝的避雷帶(φ 10 mm圓鋼)作為接閃器。并形成不大于20 m×20 m的避雷網,避雷帶與引下線和防雷接地極相連,避雷帶在過伸縮縫處應留足夠長度,不同標高屋面的避雷帶之間用直徑為10 mm的鍍鋅圓鋼可靠焊接。

2)利用構造柱中兩根φ 16以上主筋上下焊接連通作避雷引下線。間距不大于25 m,引下線應對稱設置。要求引下線從上至下可靠焊接,其上端應與接閃器相接,下端應與接地極相接,各構件間應確保連接成電氣通路。要求接地電阻R≤1 Ω,當實測電阻不滿足接地條件時,應補打接地極,接地極通常每組用扁鋼連接的兩根相距5 m的50 mm×5 mm角鋼制成,埋地深度大于0.6 m。有多根引下線時,在引下線距地面1.5 m～1.8 m處,宜設置斷接卡。

3)把建筑物內及附近的所有金屬物,如混凝土內的鋼筋、自來水管、暖氣管及其他金屬管道、電力系統的零線等用電氣聯結的方法連接起來,使整座建筑物成為一個良好的等電位體。當雷電來襲時,由于建筑物內部及其附近基本上做到等電位,因而不會發生建筑物內部的設備被高電位反擊和人被雷擊的事故。

2 熱力站的接地

熱力站的供配電系統大多數采用了高供低計的供電方式,即電源進線為高壓10 kV供電,經D,yn11結線級別的三相配電變壓器后,到低壓配電系統,低壓配電電壓采用220 V/380 V,帶電導體系統的形式采用單相二線制和三相四線制,大多數用電設備采用放射式配電。

2.1 熱力站保護接地的范圍

電力設備的下列金屬部分,除另有規定者外,均應接地或接零:1)變壓器、電機、電器、攜帶式及移動式用電器具等的底座或外殼。2)電力設備傳動裝置。3)互感器的二次繞組。4)配電、控制、保護用的屏(柜、箱)與操作臺的金屬框架和底座。5)室內外配電裝置的金屬構架和鋼筋混凝土構架,以及靠近帶電部分的金屬圍欄和金屬門。6)交直流電力電纜接線盒、終端盒和膨脹器的金屬外殼及電纜的金屬護層、可觸及的金屬保護管、穿線的鋼管等。7)裝有避雷線的電力線路桿塔。8)在非瀝青地區的居住區內,無避雷線小接地短路電流架空電力線路的金屬桿塔的鋼筋混凝土桿塔。9)裝在配電線路桿上的開關設備、電容器等電力設備。10)控制電纜的金屬護層。11)電纜橋架、支架和井架。12)封閉母線的外殼及其他裸露的金屬部分。

2.2 接地方式分析

接地方式共分為五種,具體如下:1)TN-S系統。又稱五線制系統,即三根相線A,B,C,一根中性線N及一根保護線 PE,僅電力系統一點接地,用電設備的外露可導電部分接到PE線上。2)TN-C系統。又稱四線制系統,與TN-S系統的差別是將N線與PE線合并成一根PEN線。3)TN-C-S系統。又稱四線半系統,即在TN-C系統的末端將PEN線分為PE及N線。分開后即不允許再合并。4)TT系統。電力系統直接接地,用電設備的外露可導電部分采用各自的PE線接地。5)IT系統。電力系統不接地或經過高阻抗接地,用電設備的外露可導電部分經過各自的PE線接地。

熱力站接地系統的設計包括變配電裝置的接地、低壓用電設備的接地、照明裝置的接地、自控儀器儀表及計算機的接地。為了更好地提高供電質量,增強供電系統的電磁適應性,熱力站接地系統一般選用TN-S系統。

2.3 接地電阻阻值的確定

1)3 kV～10 kV配變電所高低共用接地裝置和低壓電力設備接地裝置的接地電阻最大允許值為4 Ω。使用同一接地裝置的并列運行的發電機、變壓器等電力設備,當其總容量不超過100 kVA時,接地電阻允許不超過10 Ω。2)電子設備接地電阻值一般為4 Ω。如果與防雷接地系統共用接地體時,其接地電阻為1 Ω。

2.4 電力設備接地的一般要求

根據《工業與民用電力裝置的接地設計規范》及《電力設備接地設計技術規程》的有關規定,對熱力站的電力設備接地規定如下:1)為了保證人身和設備的安全,電力設備宜接地或接零。2)不同用途和不同電壓的電氣設備,除另有規定者外,應使用一個總的接地體,接地電阻應符合其中最小值的要求。3)如因條件限制,接地有困難時,允許設置操作和維護電力設備用的絕緣臺。絕緣臺的周圍,應盡量使操作人員沒有觸及外物的可能。4)在中性點直接接地的低壓電力網中,電力設備的外殼宜采用低壓接零保護,即接零。由同一臺發電機、同一臺變壓器或同一段母線供電的低壓線路,不宜采用接零、接地兩種保護方式。5)在中性點直接接地的低壓電力網中,除另有規定者和移動式設備外,零線應在電源處接地。

[1] GB 50057-94,建筑物防雷設計規范[S].

[2] 王時煦.建筑物防雷設計[M].北京:中國建筑工業出版社,1980:19-20.

[3] GBJ 65-83,工業與民用電力裝置的接地設計規范[S].