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對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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發布時間: 2018-08-02
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配電變壓器是普遍使用的關鍵電力設備，配電變壓器防雷是一個重要的課題。全國由于雷擊而損壞的配電變壓器超過1%，多雷區可達5%.雷擊不但帶來配電變壓器及電氣設備的損壞，還可能導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方面來決定
配電變壓器是普遍使用的關鍵電力設備，配電變壓器防雷是一個重要的課題。全國由于雷擊而損壞的配電變壓器超過1%，多雷區可達5%.雷擊不但帶來配電變壓器及電氣設備的損壞，還可能導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。由于避雷器是一個器件，主要是質量問題，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，變壓器低壓側中性點、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，變壓器低壓側中性點、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防雷擊的不同影響。
2兩種接地方式對防雷擊的不同影響2.1對雷擊過程的分析當輸電線遭受雷擊時，雷云所帶的大量電荷（設為正電荷）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：雷電波持續的時間只有幾十微秒，而電壓由零上升到最大值的時間只有幾微秒。雷電波可以看成頻率極高的周期波（這個電壓波可以由傅立葉級數分解為基波及一系列的諧波）。當過電壓波到達變壓器出線端時，相當于給變壓器上一個頻率極高的篼電壓。這一瞬變過程很快，在高頻下，變壓器的很大，而l/toc比較小（C為匝間電容和線圈對地電容）。
假定變壓器篼壓端的避雷器響應足夠快，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到理想狀態的原因，很有可能擊穿變壓器，造成變壓器雷擊損壞。下面先對接地方式進行分析。
0P接地保護方式的分析0P接地方式如圖（1）所示。采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側中性點零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。當雷電波襲擊時，使篼壓側避雷器動作，雷電流通過接地電阻在接地電阻上產生一個高頻振蕩的沖擊電壓，這個電壓同時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，在高壓繞阻上會產生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向繞阻首端傳遞，高壓避雷器不能保護位于在它前面的繞阻，造成高壓繞阻的損壞。0P保護方式，其耐雷水平低，當接地電阻為10歐姆，流過避雷器的電流大于500A時，變壓器的高壓繞阻絕緣會被擊穿。
NP保護方式的分析NP保護方式見圖（2）所示，是將高壓避雷器的引下線單獨接地。低壓繞阻中性點零線和外殼連接在―起通過壓敏電阻接地。
2.3.1消除逆變換電壓NP保護方式利用大地對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為泄漏雷電流的大小；X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變壓器造成損壞。由于將篼低壓系統隔離，篼壓側的雷電波無法通過接地體人侵至低壓繞阻及低壓網絡，不會產生逆變過電壓。
2.3.2減小正變換電壓當雷電波到達變壓器時，變壓器初、次級繞阻都會在外加電壓作用下，通過變壓器的次級繞阻的沖擊電流按變比感應出電動勢，而使篼壓繞阻的中性點電壓升篼。但由于初、次繞阻接避雷器接地，次級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（大于4歐姆），則基本可以減小40%的正變換電壓。
3接地電阻的大小對防雷效果的影響接地電阻對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）在接地電阻上產生一個很高的電壓。這個電壓會感應在低壓繞阻和低壓側的電器上，造成變壓器及低壓電器的損壞。對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，擴大接地網面積；（2）是在接地坑內填充長效化學降阻劑。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，對變壓器的接地方式我們可以得出這樣的結論：（1）采用NP的接地方式，可以減少雷擊對變壓器造成的損壞（有資料顯示，在多雷區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）可以在低壓側再加上避雷器和壓敏電阻器以保證低壓側的電氣設備。 中國電器工業協會
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，變壓器低壓側中性點、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，變壓器低壓側中性點、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防雷擊的不同影響。
2兩種接地方式對防雷擊的不同影響2.1對雷擊過程的分析當輸電線遭受雷擊時，雷云所帶的大量電荷（設為正電荷）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：雷電波持續的時間只有幾十微秒，而電壓由零上升到最大值的時間只有幾微秒。雷電波可以看成頻率極高的周期波（這個電壓波可以由傅立葉級數分解為基波及一系列的諧波）。當過電壓波到達變壓器出線端時，相當于給變壓器上一個頻率極高的篼電壓。這一瞬變過程很快，在高頻下，變壓器的很大，而l/toc比較小（C為匝間電容和線圈對地電容）。
假定變壓器篼壓端的避雷器響應足夠快，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到理想狀態的原因，很有可能擊穿變壓器，造成變壓器雷擊損壞。下面先對接地方式進行分析。
0P接地保護方式的分析0P接地方式如圖（1）所示。采用高壓避雷器引下線，變壓器低壓側中性點零線及變壓器外殼連接在一起共同接地方式。當雷電波襲擊時，使篼壓側避雷器動作，雷電流通過接地電阻在接地電阻上產生一個高頻振蕩的沖擊電壓，這個電壓同時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，在高壓繞阻上會產生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向繞阻首端傳遞，高壓避雷器不能保護位于在它前面的繞阻，造成高壓繞阻的損壞。0P保護方式，其耐雷水平低，當接地電阻為10歐姆，流過避雷器的電流大于500A時，變壓器的高壓繞阻絕緣會被擊穿。
NP保護方式的分析NP保護方式見圖（2）所示，是將高壓避雷器的引下線單獨接地。低壓繞阻中性點零線和外殼連接在―起通過壓敏電阻接地。
2.3.1消除逆變換電壓NP保護方式利用大地對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為泄漏雷電流的大小；X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變壓器造成損壞。由于將篼低壓系統隔離，篼壓側的雷電波無法通過接地體人侵至低壓繞阻及低壓網絡，不會產生逆變過電壓。
2.3.2減小正變換電壓當雷電波到達變壓器時，變壓器初、次級繞阻都會在外加電壓作用下，通過變壓器的次級繞阻的沖擊電流按變比感應出電動勢，而使篼壓繞阻的中性點電壓升篼。但由于初、次繞阻接避雷器接地，次級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（大于4歐姆），則基本可以減小40%的正變換電壓。
3接地電阻的大小對防雷效果的影響接地電阻對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）在接地電阻上產生一個很高的電壓。這個電壓會感應在低壓繞阻和低壓側的電器上，造成變壓器及低壓電器的損壞。對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，擴大接地網面積；（2）是在接地坑內填充長效化學降阻劑。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，對變壓器的接地方式我們可以得出這樣的結論：（1）采用NP的接地方式，可以減少雷擊對變壓器造成的損壞（有資料顯示，在多雷區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）可以在低壓側再加上避雷器和壓敏電阻器以保證低壓側的電氣設備。 中國電器工業協會
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