天皋电气浅谈配电变压器的接地及防雷技术

天皋电气浅谈配电变压器的接地及防雷技术

       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。
　　这种接地方式简称为0P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：雷电波持续的时间只有几十微秒，而电压由零上升到zui大值的时间只有几微秒。雷电波可以看成频率*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*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。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，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：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。
　　由于接地体存在将使地中的电场分布发生畸变，接地体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。