大学毕业论文---某冶金机械选修厂总降压及配电系统扩大初步设计(防雷).doc

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1、电气工程系毕业综合实训报告专 业: 电气自动化技术班 级：电气1302班题 目：某冶金机械选修厂总降压及配电系统扩大初步设计（防雷） 学 号： 姓 名： 同组成员： 指导教师： 二一五年十一月1毕业综合实训概述实训目的：宣传和了解防雷的重要性，使同学和老师了解到雷电的危害，在以后的生活与工作中时刻敲响警钟。在做好各项人身安全的防范工作后，要想到雷电对人的威胁，设备的威胁。在以后的建筑设计和电网设计中一定要加入和做好对雷电的防范。 实训时间：2015.9-2015.11实训要求：了解防雷的等级，为实训中所提出的冶金厂的进线路和所以厂房，包括配电室做好防雷的相关工作和器材的预算与器材的选择。 目

2、录防雷的设计41有关防雷的基本知识41.1项目背景41.2项目意义42雷击和雷电对电力系统的威胁因素52.1受雷电事故损害的严重后果53雷电的防范措施63.1第一类防雷建筑物的防雷措施63.2第二类防雷建筑物的防雷措施74防直击雷的环形接地敷设方法:115防雷电波侵入的措施116关于课题中厂房防雷的分析127避雷器的选择148参考文献169致谢17防雷的设计1有关防雷的基本知识1.1项目背景 随着高层建筑的迅速增长，大型施工机械不断增加，为了防止雷电的危害保障人身、建筑物以及设备的安全，已变得越来越重要，因此，也引起人们越来越多的关注。1.2项目意义 因为雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万

3、伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：设备损坏，人员伤亡；设备或元器件寿命降低；传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。目前，世界上各种建筑、设施大多数仍在使用传统的避雷针防雷。用避雷针防止直接雷击实践证明是经济和有效的。但是，随着现代电子技术的不断发展，大量精密电子设备的使用和联网，避雷针对这些电子设备的保护却显得无能为力。避雷针不能阻止感应雷击过电压、操作过电压以及雷电波入侵过电压，而这类过电压却是破坏大量电子设备的罪魁祸首。所以做好防雷工作室很有必要的2雷击和雷电对电力系统的威胁因素 雷电过电

4、压。雷电过电压又称大气过电压或外部过电压，是指雷云放电现象在电力网中引起的过电压。雷电过电压一般分为直击雷、间接雷击和雷电入侵波三种类型。 直击雷是遭受直击雷击时产生的过电压。经验表明直击雷击时雷电电流可高达几百千安，雷电电压可达到几百万伏。遭受直击雷均是毁灭性后果。因此必须采取防御措施。 间接雷击，又称感应雷，是雷电对设备、线路或其他物体的静电感应或电磁感应所引起的过电压。架空线线路上由于静电感应而累积大量异性的束缚电荷，在雷云的电荷向其他地方放电后，线路上的束缚电荷被释放形成自由电荷，向线路两端运行，形成很高的过电压。经验表明，高压线路上的感应雷可高达几十万伏，低压线路上的感应雷也可达到几

5、万伏，对供电系统的危害很大。 雷电入侵波 是感应雷的另一种表现，是由于直击雷或感应雷在电力线路的附近、地面或塔杆顶点，从而在导线上感应产生的冲击电压波，它沿着导线以光速向两侧流动，故又称为电压行波。行波沿着电力线路侵入配电所或者其他建筑物，并在变压器内部引起行波反射，产生很高的过电压。据统计，雷电侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的5070。2.1受雷电事故损害的严重后果雷电能量释放所形成的破坏力可带来极为严重的后果。1）火灾和爆炸。造成更加严重的后果2）触电。对人体器官造成损害最严重的后果会让人死亡3）设备和设施毁坏。让设备无法正常工作或者工作效果受限4）大规模停电。影响居民正常生活3雷

6、电的防范措施3.1第一类防雷建筑物的防雷措施（1）第一类防雷建筑物防雷电感应的措施应符合下列要求: 建筑物内的设备、管道、构架、电缆金属外皮、钢屋架、钢窗等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。金属屋面周边每隔1824m应采用引下线接地一次。现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路，并应每隔1824m采用引下线接地一次。 平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物，其净距小于100mm时应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m；交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻

7、大于0.03时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。 防雷电感应的接地装置应和电气设备接地装置共用，其工频接地电阻不应大于10。防雷电感应的接地装置与独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网的接地装置之间的距离应符合本规范第3.2.1条五款的要求。屋内接地干线与防雷电感应接地装置的连接，不应少于两处。（2）第一类防雷建筑物防止雷电波侵入的措施： 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设，在入户端应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用钢筋混凝土杆和铁横担的架空线，并应使用一段金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引入，其埋

8、地长度应符合下列表达式的要求，但不应小于15m： 在电缆与架空线连接处，尚应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10。 架空金属管造，在进出建筑物处，应与防雷电感应的接地装置相连。距离建筑物100m内的管道，应每隔25m左右接地一次，其冲击接地电阻不应大于20，并宜利用金属支架或钢筋混凝土支架的焊接、绑扎钢筋网作为引下线，其钢筋混凝土基础宜作为接地装置。埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。 法律法规防雷规范第3.2.4条 当建筑物太高或其它原因难以装设独立避雷针、架空避雷线、避雷网时，可将避雷针或网格

9、不大于5m5m或6m4m的避雷网或由其混合组成的接闪器直接装在建筑物上，避雷网应按本规范附录二的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设。并必须符合下列要求: 所有避雷针应采用避雷带互相连接。 引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于12m。 排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的管道应符合本规范第3.2.1条二、三款的要求。 建筑物应装设均压环，环间垂直距离不应大于12m，所有引下线、建筑物的金属结构和金属设备均应连到环上。均压环可利用电气设备的接地干线环路。 防直击雷的接地装置应围绕建筑物敷设成环形接地体，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10，并应和电气设备接地装

10、置及所有进入建筑物的金属管道相连，此接地装置可兼作防雷电感应之用。3.2第二类防雷建筑物的防雷措施（1）第二类防雷建筑物防直击雷的措施： 宜采用装设在建筑物上的避雷网(带)或避雷针或由其混合组成的接闪器。避雷网(带)应按本规范附录二的规定沿屋角、屋脊、屋檐和檐角等易受雷击的部位敷设，并应在整个屋面组成不大于10m10m或12m8m的网格。所有避雷针应采用避雷带相互连接。（2）突出屋面的放散管、风管、烟囱等物体的防护应按下列方式保护： 排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道应符合本规范第3.2.1条二款的要求。 排放无爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、烟囱，1区、11区和2区

11、爆炸危险环境的自然通风管，装有阻火器的排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管，本规范第3.2.1条三款所规定的管、阀及煤气放散管等，其防雷保护应符合下列要求： 金属物体可不装接闪器，但应和屋面防雷装置相连； 在屋面接闪器保护范围之外的非金属物体应装接闪器，并和屋面防雷装置相连。 引下线不应少于两根，并应沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应大于18m。当仅利用建筑物四周的钢柱或柱子钢筋作为引下线时，可按跨度设引下线，但引下线的平均间距不应大于18m。 每根引下线的冲击接地电阻不应大于10。防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置，并宜与埋地金属管道相连

12、；当不共用、不相连时，两者间在地中的距离应符合下列表达式的要求，但不应小于2m： Se20.3KcRi (3.3.4) 式中 Se2 地中距离(rn);KC 分流系数，其值按附录五确定。 在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置宜围绕建筑物敷设成环形接地体。 法律法规防雷规范第3.3.5条 利用建筑物的钢筋作为防雷装置时应符合下列规定： 建筑物宜利用钢筋混凝土屋面、梁、柱、基础内的钢筋作为引下线。本规范第2.0.3条二、三、八、九款所规定的建筑物尚宜利用其作为接闪器. 当基础采用硅酸盐水泥和周围土壤的含水量不低于4%及基础的外表面无防腐层或有沥青质的防腐层时，宜利用基础内的钢筋作为接

13、地装置。 敷设在混凝土中作为防雷装置的钢筋或圆钢，当仅一根时，其直径不应小于10mm。被利用作为防雷装置的混凝土构件内有箍筋连接的钢筋，其截面积总和不应小于一根直径为10mm钢筋的截面积。 利用基础内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m，每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合下列表达式的要求：S4.24kc (3.2.5)式中 S 钢筋表面积总和(m)。 当在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝基础内敷设人工基础接地体时，接地体的规格尺寸不应小于表3.3.5的规定。 构件内有箍筋连接的钢筋或成网状的钢筋，其箍筋与钢筋的连接，钢筋与钢筋的连接应采用土建施工的绑扎法连接或悍接。单根钢

14、筋或圆钢或外引预埋连接板、线与上述钢筋的连接应焊接或采用螺栓紧固的卡夹器连接。构件之间必须连接成电气通路。 当土壤电阻率小于或等于3000m时，在防雷的接地装置同其它接地装置和进出建筑物的管道相连的情况下，防雷的接地装置可不计及接地电阻值，但其接地体应符合下列规定之一： 防直击雷的环形接地体的敷设应符合本规范第3.2.4条六款1项的要求，但土壤电阻率的适用范围应放大到小于或等于3000m。 在符合本规范第3.3.5条规定的条件下利用槽形、板形或条形基础的钢筋作为接地体，当槽形、板形基础钢筋网在水平面的投影面积或成环的条形基础钢筋所包围的面积A大于或等于80m时，可不另加接地体. 在符合本规范第

15、3.3.5条规定的条件下，对6m柱距或大多数柱距为6m的单层工业建筑物，当利用柱子基础的钢筋作为防雷的接地体并同时符合下列条件时，可不另加接地体： 利用全部或绝大多数柱子基础的钢筋作为接地体; 柱子基础的钢筋网通过钢柱，钢屋架，钢筋混凝土柱子、屋架、屋面板、吊车梁等构件的钢筋或防雷装置互相连成整体； 在周围地面以下距地面不小于0.5m，每一柱子基础内所连接的钢筋表面积总和大于或等于0.82m。 法律法规防雷规范第2.0.3条四、五、六款所规定的建筑物，其防雷电感应的措施应符合下列要求： 建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装

16、置。 平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物应符合本规范第3.2.2条二款的要求，但长金属物连接处可不跨接。 建筑物内防雷电感应的接地干线与接地装置的连接不应少于两处。法律法规防雷规范第3.3.8条 防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，应符合下列要求.： 当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间不相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定：当 lx5Ri时，sa30.3kc（Ri +0.1lx ） (3.3.8-1)当lx5Ri 时，sa30.075kc（Ri+lx） (3.3.8-2)式中 sa3一 空气中距离(m);Ri 一引下线的冲击接地电阻

17、();lx 一 引下线计算点到地面的长度(m)。 当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间相连或通过过电压保护器相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定： sa40.075kc lx (3.3.8-3) 式中 sa4一 空气中距离(m)I lx 一引下线计算点到连接点的长度(m)。 当利用建筑物的钢筋或钢结构作为引下线，同时建筑物的大部分钢筋、钢结构等金属物与被利用的部分连成整体时，金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制。 当金属物或线路与引下线之间有自然接地或人工接地的钢筋混凝土构件、金属板、金属网等静电屏蔽物隔开时，金属物或线路与引下线之间的距离可不受限制。 当金属物或线路与引下线之

18、间有混凝土墙、砖墙隔开时，混凝土墙的击穿强度应与空气击穿强度相同，砖墙的击穿强度应为空气击穿强度的1/2。当距离不能满足本条第一、二款的要求时，金属物或线路应与引下线直接相连或通过过电压保护器相连。 在电气接地装置与防雷的接地装置共用或相连的情况下：当低压电源线路用全长电缆或架空线换电缆引入时，宜在电源线路引入的总配电箱处装设过电压保护器，当Y，yno型或D，yn11型接线的配电变压器设在本建筑物内或附设于外墙处时，在高压侧采用电缆进线的情况下，宜在变压器高、低压侧各相上装设避雷器，在高压侧采用架空进线的情况下，除按国家现行有关规范的规定在高压侧装设避雷器外，尚宜在低压侧各相上装设避雷器。4防

19、直击雷的环形接地敷设方法: 当建筑物高于30m时，尚应采取以下防侧击的措施：从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连；2. 30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。在电源引入的总配电箱处宜装设过电压保护器。 当树木高于建筑物且不在接闪器保护范围之内时，树木与建筑物之间的净距不应小于5m。5防雷电波侵入的措施应符合下列要求： 当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地；对本规范第2.0.3条四、五、六款所规定的建筑物，上述金属物尚应与防雷的接地装置相连。 法律法规防雷规范第2.0.3条四、五、六款

20、所规定的建筑物，其低压电源线路应符合下列要求：7应符合本规范(3.2.3)表达式的要求，但电缆埋地长度不应小于15m。入户端电缆的金属外 2.平均雷暴日小于30d/a 地区的建筑物，可采用低压架空线直接引入建筑物内，但应符合下列要求： 在入户处应装设避雷器或设23mm的空气间隙，并应与绝缘子铁脚、金具连在一起接到防雷的接地装置上，其冲击接地电阻不应大于5。 入户处的三基电杆绝缘子铁脚、金具应接地，靠近建筑物的电杆，其冲击接地电阻不应大于10，其余两基电杆不应大于20。 本规范第2.0.3条一、二、三、八、九款所规定的建筑物，其低压电源线路应符合下列要求： 当低压架空线转换金属皑装电缆或护套电缆

21、穿钢管直接埋地引入时，其埋地长度应大于或等于15m，尚应符合本条第二款1项的其它要求。 当架空线直接引入时，在入户处应加装避雷器，并将其与绝缘子铁脚、金具连在一起接到电气设备的接地装置上。靠近建筑物的两基电杆上的绝缘子铁脚应接地，其冲击接地电阻不应大于30。 架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连；当不相连时，架空管道应接地，其冲击接地电阻不应大于10。本规范第.2.0.3条四、五、六款所规定的建筑物，引入、引出该建筑物的金属管道在进出处应与防雷的接地装置相连；对架空金属管道尚应在距建筑物约25m处接地一次，其冲击接地电阻不应大于10。6关于课题中厂房防雷的分析 查阅

22、相关资料，发现常规厂房的最高防雷等级为三级防雷等级。所以防雷方式采取三级防雷等级进行防雷。防直击雷： 厂房要防直击雷首先想到的是在屋顶安装避雷针，因为避雷针所用材料少，省钱。但是考虑到没有适合的高层建筑可以安装，同时考虑到避雷针还是引雷针，可能会对厂房内的大型高压设备产生冲击，所以本课题中的避雷方式不考虑避雷针。 关于避雷网和避雷带的选择，由于厂房面积不大所以选择避雷带就可以起到防雷的作用，不需要避雷网。这样我们最终的选择就是避雷带，安装部位为厂房顶部靠近边缘侧，和突出屋顶的部位。材料的选择： 避雷带选择圆钢，直径为10mm。距离建筑物边缘0.2m。得：避雷带长度的计算公式为：(长-0.2)+

23、(宽-0.2)*2=避雷带长度/单位m 照明车间的长，宽，高规格为10m*8m*5m，上方的避雷带长度为（10-0.2）+（8-0.2）*2=(9.8+7.8）*2=17.6*2=35.2m空压站： 长，宽，高规格为8m*4m*5m，上方的避雷带长度为(8-0.2)+(4-0.2)*2=11.6*2=23.2m综合楼： 长，宽，高规格为20m*12m*12m，上方的避雷带长度为(20-0.2)+(12-0.2)*2=31.6*2=63.2m铆焊车间： 长，宽，高规格为13m*8m*8m，上方的避雷带长度为(13-0.2)+(8-0.2)*2=20.6*2=41.2m机修车间： 长，宽，高规格为

24、10m*6m*8m，上方的避雷带长度为(10-0.2)+(6-0.2)*2=15.6*2=31.2m电弧炉： 长，宽，高规格为8m*4m*8m，上方的避雷带长度为(8-0.2)+(4-0.2)*2=11.6*2=23.2m得出最终防雷带的总长度为：35.2m+23.2m+63.2m+41.2m+31.2m+23.2m=217.2m0.22km装置名称装置特点接地电阻/建筑物的防雷装置第三类防雷建筑物公用接地装置30 注：-冲击接地电阻。 复合环形接地网的接地电阻（单位为）式中 A接地网所包围的面积，单位为m 土壤电阻率，单位为m。呼市的土壤为黄土，黄土电阻率为200m 接地选择接地网，规格为5

25、000mm*5000mm的正方形框，然后方框组成网格，网格个数为10*10个，即为100个，用于接各种需要接地的高低压接电电器的外壳和接屋顶的防雷带。 边长为10*5000mm=5m 面积为5m*5m=25m得出0.6*200m/=24接地线路 地上部分 为了节省成本的情况下可靠安全，接地线路定为角钢 室内接地线为角钢厚度为2.3mm（最小尺寸为2.0mm）的角钢，厚度室外接地线为角钢厚度为2.8mm（最小尺寸为2.5mm）的角钢 地下部分 交流回路为厚度为4.2mm（最小尺寸为4.0mm）的角钢，直流回路为6.2mm的角钢（最小尺寸为6.0mm）的角钢 基地装置的选择，由于建筑群比较接近，可

26、以选择全部接入到一张接地网上。具体地点可以安排到经常没人经过的某片空地上，或者在上方铺设50-60厘米的防护层。7避雷器的选择 避雷器的类型有 阀式避雷器 电站型碳化硅伐式避雷器 配电型碳化硅避雷器 旋转电机保护用碳化硅阀式避雷器 金属氧化物避雷器 用于中性点非直接接地系统的金属氧化物避雷器 电站用和配电用无间隙金属氧化物避雷器 旋转电机保护用无间隙金属氧化物避雷器 低压无间隙金属氧化物避雷器特性 因为经常用的是金属氧化物避雷器，所以在这里我们选择金属氧化物作为线路里的避雷器。 1 2 3 4 5 6/ 78 1是表示避雷器的类型，我们选择的金属氧化物避雷器，选择填写Y 2是额定放电电流/kA

27、，我们在相关资料里查到应填写5 3为结构特征代号，W-无间隙，C-有串联间隙，B-有并联间隙，在这里我们用无间隙的避雷器，填写W 4用途代号Z-电站用（电站型），S-配变电所用（配电型），X-线路用，R-并联电容器组保护用，填写S 5为设计序号，填写 6额定电压/kV，填写10 7额定放电电流下的残压值/kV，填写15.08是避雷器的特殊性质，W-耐污型，K-具备抗震能力，G-高海拔地区用，T-湿热带地区用，填写W 得出最终型号Y5WS10/15.0 W8参考文献1江文 许慧中 供配电技术 机械工业出版社 20159致谢 在即将毕业之际，我怀揣着梦想仰望未来。怀着感恩的心写下这篇论文，我要感谢同学在我这篇论文遇到困难时的帮助，感谢老师在我写完论文后对我论文做出的指导，对我所做的不足的方面及时的指出。使我的论文从一个不成熟的想法做到了一篇近乎全面的说明性论文。 这里我要鸣谢我的指导老师：李老师、张老师、赵老师。老师在我写论文的不断的给我提出想法，对我论文的方向不断的进行改正，删除了最初我论文中对于雷电的产生一部分。改成了防雷的目的及意义，这对我论文的来说是有了质的飞跃。感谢老师对我论文格式的指导，使论文看起来更加工整舒服。 谢谢仔细阅读我论文的每一个人，谢谢。17