接触网防雷接地装置分析毕业设计论文.docx
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接触网防雷接地装置分析毕业设计论文
毕业设计（论文）
中文题目：
接触网防雷接地装置分析
一、设计（论文）题目：
接触网防雷接地装置分析
二、设计（论述）内容
本文通过对避雷器、接地线、接地体的类别、特点、以及注意事项进行了系统的介绍分析，并详细的介绍了接地体土壤电阻的测量与降低方法，让我们进一步了解防雷接地装置的组成,从而为接触网防雷接地装置的安装提供可靠依据。
三、基本要求
1.接触网防雷接地装置组成
2.选择合适的避雷器
3.接地极的安装
4.接地电阻测量
四、接地装置形状选择
接地装置的组成包括引下线、接地母线、汇流排、垂直接地体和水平接地体等。
其中，垂直接地体和水平接地体通常称地网，地网的接地电阻值达到设计要求是十分重要的。
以热镀锌角钢（L50×50×5×2000）作为垂直接地体为例，深埋0.8m,垂直接地体之间距离4—6m，其接地体安设示意图如图所示。
接地装置的组成
1、汇流排2、接地母线3、垂直接地体4、水平接地体
五、其他需要说明的问题
由于某些技术发展不完善和条件的限制等原因，文章可能对某些观点的阐述不准确，也可能因为本人水平的原因，对某些观点的阐述可能有错误。
望给予批评指正。
七、进度计划
设计环节
日期
1
搜集相关材料，查阅有关文献，在充分理解工作目的和意义的基础上，制定研究方案、制定进度计划、拟定题目
月日
2
拟定题目后，开始阅读资料、考虑方案、实验调试等毕业设计工作，并将毕业设计的部分成果交指导教师，进行检查。
月日
3
向指导老师提交毕业设计（论文）初稿。
月日
4
对毕业论文做必要的修改。
严格按毕业设计（论文）的规范要求，正式书写或打印论文，交指导教师评阅。
月日
中文摘要
高速铁路的接触网随着电气化铁道分布极广,所经过地区的地理、地势、气象、气候条件差别较大,情况复杂,雷电过电压现象严重威胁了电气化铁路牵引供电的可靠性,使接触网线路遭受雷击引起损坏，因此在接触网上装设防雷接地装置对于避免接触网损坏、为动车组稳定供电是至关重要的。
为了提高高速铁路接触网防雷措施和技术，减少铁路因接触网过电压所在造成的财产损失和人员伤亡，文章着重对接触网防雷接地装置进行了研究分析。
首先本文对避雷器、接地线的类别、原理以及接地体的安装进行了介绍，以及对土壤电阻的测量调整做了详细举例说明，最后文章还对接触网防雷接地装置的日常维护进行了说明，通过对防雷接装置的介绍分析，为接触网防雷接地设计提供了理论依据。
关键词：
接触网避雷器接地线接地体土壤电阻
Abstract
ThecontactnetofMassRapidTransitalongwiththeelectrificationrailroaddistributeveryandwidely,thegeography,thegeography,weatherandweatherconditiondifferenceofregionpassedbymorebig,thecircumstanceiscomplicated,thethunderandlightningconductedelectricitytopressaphenomenontoseriouslythreatenthecredibilitythattheelectrificationrailroadleadspowersupplyandmadetogetintouchwithnetcircuittosufferthundertoarousedamage,thereforeequiptokeepthunderfromconnectingingettingintouchwithnetagroundofdeviceforavoidgettingintouchwithnetdamage,formoveacarsetstablepowersupplyistopassimportant.
ForraisingMassRapidTransitcontactthenetdefendsthundermeasureandtechnique,decreaserailroadbecauseofcontactthenetconductelectricitytopresspropertylossandpersonnel'sdeadandinjuredthattheplaceresultsin,thearticleemphasizestogetintouchwithanettokeepthunderfromconnectingagroundofdevicetocarryonresearchanalysis.Firstthistexttothelightningarrester,connectagroundofcategoryofline,principleandconnectedagroundofgearingofbodytocarryonintroduction,anddidtoillustratewithexampleindetailtothediagraphadjustmentofsoilelectricresistance,finallyarticlestillcarriedonelucidationtothedailymaintenancethatgetsintouchwithanettokeepthunderfromconnectingagroundofdevice,passedtogetintouchwithanettokeepthunderfromconnectingagroundofdesigntoprovideatheorybasistowardsdefendingtheintroductionanalysisthatthethunderconnectsdevice,for.
Keywords:
GetintouchwithanetLightningarresterConnectagroundoflineConnectagroundofbodySoilelectricresistanc
1概述
1.1防雷接地装置概述
随着高速铁路的发展，列车速度提高，密度加大，轨道交通系统工程数量的不断增多,架空接触网的雷害问题变得日益突出。
频繁雷击会使电器损坏严重，整个铁路运输系统增大调节难度，这就迫切要求采取措施降低雷击跳闸次数，提高供电可靠性。
因此，在接触网重要区段安装避雷器成为降低线路雷击跳闸次数的措施之一。
接触网的额定电压为25kv，其绝缘等级与电力系统中配电网相当，但由于地理环境的不确定性，不同位置所采取的具体防雷措施也不是完全一样的。
例如，高架区段不架设地线，而是利用高架桥接地扁钢来达到接地保护目的停车场线架设架空地线，架空地线或接地扁钢引至牵引变电所的接地母排上，构成闪络保护回路。
接触网各绝缘子接地端的金属底座、开关底座、腕臂底座等均与架空地线或接地扁钢相连，接触网上网开关处设避雷器。
高架桥接触网每隔500m设一处避雷器，并将桥墩内部钢筋网作为其接地体，接地电阻小于10Ω。
避雷系统的使用，为列车的高速运行提供了可靠地供电，从而大大的提高了顾客的生命安全，为铁路的建设和发展做出了巨大贡献。
1.2防雷接地装置组成
1.2.1雷电接受装置
雷电接受装置直接或间接接受雷电的金属杆（接闪器）。
工作中，我们接触到的防雷保护装置很多，例如：
避雷线、避雷针、保护间隙、各种避雷器、防雷接地、电抗线圈、电容器组、消弧线圈、自动重合闸等。
但对于接触网及其附属设施而言，通常的防雷装置有3种，避雷针、避雷器和避雷线。
避雷针看似价廉简单，实则价高复杂。
因为，人们往往只看见电线杆塔或者建筑物上的一段金属，而不知道它还有更重要的接地装置，即地下钢铁网。
为了让接地装置的接地电阻达标（一般需要小于4欧姆，甚至小于1欧姆），需要往地下埋入大量钢铁。
避雷针的保护范围与其高度有关，一般保护半径在100米左右。
（有一种“预放电型避雷针”，保护范围是普通避雷针的十多倍，但价格也贵。
）避雷针适合用在电子设备集中的场合。
避雷线就是在接触网上方架设一条或两条金属线，并每隔一定距离做一个接地装置。
它的保护范围取决于它的长度，即避雷线架设到哪里，保护就到哪里。
对于输电线、接触网来说，这是最为简单可靠的保护，但缺点是，架设避雷线要消耗大量金属线，价格不菲（这也许就是我国“突飞猛进”的高铁不架设避雷线的主要原因），因此一般在雷电多发地区使用。
避雷器只能对雷击过电压进行有限保护。
它由工厂制造，种类很多，用途各异，价格因其性能而有所不同，性能越好，价格越高。
对接触网而言，虽然安装简单，但清洁维护不便，且适用范围和保护范围都很有限。
由于防雷装置的复杂性，文章主要对避雷器的原理、类别进行了较为详细的分析。
1.2.2接地线
接地线又称引下线，是雷电接受装置与接地装置连接用的金属导体。
它的作用是把雷电接受装置上的雷电流传递到接地装置上，接地线一般采用圆钢或扁钢组成。
1.2.3接地体
接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，作用是把雷击电流有效地泄入大地，现在常用的接地装置有水平接地极、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。
2避雷器
避雷器是保护电工设备免遭雷电冲击波袭击的设备。
能释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，截断续流，不致引起系统接地短路。
避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。
当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电。
2.1避雷器的类型
避雷器按其发展的先后可分为：
保护间隙——是最简单形式的避雷器；管型避雷器——也是一个保护间隙，但它能在放电后自行灭弧；阀型避雷器——是将单个放电间隙分成许多短的串联间隙，同时增加了非线性电阻，提高了保护性能；磁吹避雷器——利用了磁吹式火花间隙，提高了灭弧能力，同时还具有限制内部过电压能力；氧化锌避雷器——利用了氧化锌阀片理想的伏安特性（非线性极高，即在大电流时呈低电阻特性，限制了避雷器上的电压，在正常工频电压下呈高电阻特性），具有无间隙、无续流残压低等优点，也能限制内部过电压，被广泛使用。
避雷器有高压和低压避雷器之分，电涌保护器的种类名目繁多，在中国的市场上已经超过了上百种，如何对不同品牌、不同型号的避雷器进行分类也许就摆在我们面前。
低压配电系统中的避雷器主要有以下几种分类：
（1）按组合结构分：
间隙类（开放式间隙、密闭式间隙）；放电管类（开放式放电管密封式放电管）；压敏电阻类（单片、多片）；抑制二极管类；压敏电阻/气体放电管组合类（简单组合、复杂组合）；碳化硅类。
（2）按照其保护性质有可以分为：
开路式避雷器、短路式避雷器或开关型、限压型。
（3）按照工作状态（安装形式）又可分为：
并联避雷器和串联式避雷器。
图2-1HY5WT-42/120高压避雷器
HY5WT-42/120高压避雷器用于保护电气化铁道的各种电气设备、接触网、电力机车免受大气过电压和操作电压的损坏。
其核心元件（电阻片）采用了以氧化锌为主的先进配方，具有十分优异的非线性（伏安）特性，即在正常工作电压之下，通过的电流只有微安级，当遭受到过电压时，通过的电流瞬间达到数千安培，使高压避雷器处于导通状态，释放过电压能量，从而有效地限制了过电压对输变电设备的侵害。
高压避雷器具有良好的陡波响应特性，对陡波电压无延迟，操作残压低，没有放电分散性等优点。
使得陡波、操作波下的保护裕度大大提高，而且在绝缘配合方面，能够作到陡波、雷电波、操作波的保护裕度接近一致，从而对电力设备提供最佳的保护。
产品采用整体注射成型、两头包封工艺，密封性能良好、防爆性能优异，耐污秽免清洗并能减少雾天湿闪发生，耐电蚀、抗老化，体积小、重量经，便于安装和维护。
是瓷套高压避雷器的更新换代产品。
2.2避雷器的保护原理
避雷器实质上是一种放电器，并联连接在被保护设备附近。
避雷器保护作用原理如图所示。
避雷器的击穿电压要比被保护设备的低。
当过电压波沿线路入侵并超过避雷器的放电电压时，避雷首先放电把入侵波导入大地，限制了作用于设备上的过电压数值，从而保护了设备绝缘免遭击穿破坏。
当入侵波消失后，避雷器应能自行恢复绝缘能力，以免造成工频接地短路事故。
过电压波
避
雷
器被保护设备
图2-2避雷器的保护作用原理示意图
对避雷器一般有如下几个基本要求：
（1）具有较强的绝缘自恢复能力
（2）具有平直的伏秒特性曲线
（3）具有一定通流容量
2.3避雷器保护特性
2.3.1避雷器的保护特性曲线
各种型号的避雷器在同用途同电压级时，其雷电残压参数相同或接近，这是因为各生产厂都是按国标规定决定残压值的。
有人认为既然雷电残压值一样，它们的保护作用和效果也应是一样的，随意选用哪种型号都可以。
这是一种偏见，因为除雷电残压外，还有其它保护参数，如工频放电电压值，冲击放电电压值，是考察避雷器暂态过电压承受能力，保证其长期正常运行的参数；又如是否有雷电陡波残压值，是标示避雷器防雷保护功能完全的重要参数。
综合来看，只有串联间隙氧化锌避雷器齐备上述保护特性参数，也就是说它有齐全的防护功能。
2.3.2串联间隙氧化锌避雷器
碳化硅避雷器因其间隙结构（隙距小，数量多）带来一些缺点：
如没有雷电陡波保护功能；没有连续雷电冲击保护能力；动作特性稳定差可能遭受暂态过电压危害；动作负载重寿命短等。
无间隙氧化锌避雷器因其拐点电压较低，有暂态过电压承受能力差，损坏爆炸率高和寿命短等缺点。
串联间隙氧化锌避雷器既有间隙又用ZnO阀片，其间隙结构不同于碳化硅避雷器，因其间隙数量少，当过电压达到冲击放电电压时间隙无时延击穿，同时因隙距大动作特性稳定，故它可避免碳化硅避雷器间隙带来的一切缺点。
串联间隙氧化锌避雷器的间隙已将全部暂态过电压限定在保护死区内免受其危害，故它可避免无间隙氧化锌避雷器因拐点电压偏低带来一切缺点。
串联间隙氧化锌避雷器仍有前两种避雷器保护性能优点，而避免它们的缺点。
2.3.3避雷器运行工况监测
避雷器失效的主要特征是泄漏电流增大，运行中不易发现，有可能长时带病运行，以致扩大事故，故有必要监察其运行工况。
碳化硅避雷缺乏监察手段，靠每年定期普遍测试筛选淘汰这样作事倍功半，还不能随时剔除失效品。
氧化锌避雷器可附带脱离器，当其失效损坏时，脱离器自动动作（30mA时不大于8min）退出运行，以免造成更大损失和事故，提高运行安全可靠性。
2.3.4避雷器使用寿命问题
避雷器使用寿命与许多因素有关，除制造质量，密封失效受潮及其它外界因素外，避雷器阀片的老化速度是影响寿命的关键因素。
碳化硅避雷器因其动作和负载重，续流大，动作特性稳定差，可能遭受暂态过电压危害等原因，加速阀片老化，寿命不长，一般7～10年，甚致有仅3～5年的。
无间隙氧化锌避雷器的阀片长期承受电网电压，工作条件严酷，拐点电压低，动作频度大，还可能遭受暂态过电压危害，温度热损伤等原因，迅速加快阀片老化，寿命较短，有的比碳化硅避雷器还短。
串联间隙氧化锌避雷器的间隙可保证阀片只在过电压保护动作过程承受高电压，时间极短（100μs内），在其它情况下阀片对于电网电压，或处于隔离状态（纯间隙时），或处于低电位状态（复合间隙电阻分压），大大改善阀片长期工作条件，还可免受暂态过电压危害和温度热损伤，保证阀片温度不超过55℃，从而保证避雷器寿命达20年以上。
2.4管型避雷器
管型避雷器实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，其工作就是隔离工作电压，避免产气管被流经管子的工频泄露电流所烧坏；另一个装设在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙，管型避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关，原理结构见下图2-3：
图2-3
2.4.1管型避雷器的主要优缺点
（1）伏秒特性较陡且放电分散性较大，而一般变压器和其他设备绝缘的冲击放电伏秒特性较平，二者不能很好配合；
（2）管型避雷器动作后工作母线直接接地形成截波，对变压器纵绝缘不利。
此外，其放电特性受大气条件影响较大，因此管型避雷器目前只用于线路保护（如大跨越和交叉档距以及发、变电所的进线保护）。
2.4.2管型避雷器的应用
（1）保护输电线路上的个别薄弱环节，如杆上隔离开关，换位杆，交叉跨越处或木杆线路上的个别金属杆，线路与电源连接处以及接地电阻难于降低的个别杆塔等。
（2）作为发电厂直配发电机和变电所的进线保护，将进线上侵入的雷电波大部分放掉，减轻厂、所阀型避雷器的负担，从而防止危险过电压的出现。
（3）直接保护配电网的杆上变压器和电器。
2.4.3管型避雷器的动作原理
管型避雷器由产生气体的管子、内部间隙和外部间隙三部分组成。
外部间隙将管子和工作电压隔离，使在正常情况下没有高电场加在管子上，从而避免管壁的损坏，并防止在内部过电压下动作。
内部间隙由管子内的棒形电极和管子端部的环形电极组成，当产生过电压时，内部间隙被击穿，在冲击火花的通路上，伴随着系统的工频短路电流。
由于短路电弧的高温作用，在管内产生强烈的气体和相当大的压力（几十个大气压），气体从开口端喷出，产生纵向吹风，待电流经过零值时，即行消弧，整个消弧过程在0.01～0.02s以内。
外部间隙最小值：
3kV为8mm，6kV为10mm，10kV为15mm，20kV为60mm，35kV为100mm，60kV为200mm，110kV为350mm。
2.5氧化锌避雷器
氧化锌避雷器是七十年代发展起来的一种新型避雷器，它主要由氧化锌压敏电阻构成。
每一块压敏电阻从制成时就有它的一定开关电压（叫压敏电压），在正常的工作电压下（即小于压敏电压）压敏电阻值很大，相当于绝缘状态，但在冲击电压作用下（大于压敏电压），压敏电阻呈低值被击穿，相当于短路状态。
然而压敏电阻被击后，是可以恢复绝缘状态的；当高于压敏电压的电压撤销后，它又恢复了高阻状态。
因此，如在电力线上安装氧化锌避雷器后，当雷击时，雷电波的高电压使压敏电阻击穿，雷电流通过压敏电阻流入大地，可以将电源线上的电压控制在安全范围内，从而保护了电气设备的安全。
2.5.1氧化锌避雷器分类
（1）按电压等级分
氧化锌避雷器按额定电压值来分类，可分为三类；
高压类；其指66KV以上等级的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为1000kV、750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、66kV七个等级。
中压类；其指3kV～66kV（不包括66kV系列的产品）范围内的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为3kV、6kV、10kV、35KV四个电压等级。
低压类；其指3KV以下（不包括3kV系列的产品）的氧化锌避雷器系列产品，大致可划分为1kV、0.5kV、0.38kV、0.22kV四个电压等级。
（2）按用途分
氧化锌避雷器按用途可划分为系统用线路型、系统用电站型、系统用配电型、并联补偿电容器组保护型、电气化铁道型、电动机及电动机中性点型、变压器中性点型七类。
（3）按结构分
氧化锌避雷器按结构可划分为两大类；
瓷外套；瓷外套氧化锌避雷器按耐污秽性能分为四个等级，Ⅰ级为普通型、Ⅱ级为用于中等污秽地区（爬电比距20mm/KV）、Ⅲ级为用于重污秽地区（爬电比距25mm/kV）、Ⅳ级为用于特重污秽地区（爬电比距31mm/kV）。
复合外套；复合外套氧化锌避雷器是用复合硅橡胶材料做外套，并选用高性能的氧化锌电阻片，内部采用特殊结构，用先进工艺方法装配而成，具有硅橡胶材料和氧化锌电阻片的双重优点。
该系列产品除具有瓷外套氧化锌避雷器的一切优点外，另具有绝缘性能、高的耐污秽性能、良好的防爆性能以及体积小、重量轻、平时不需维护、不易破损、密封可靠、耐老化性能优良等优点。
（4）按结构性能分
氧化锌避雷器按结构性能可分为；无间隙（W）、带串联间隙（C）、带并联间隙（B）三类。
2.5.2运行注意事项
氧化锌避雷器均装设了在线泄漏电流表，以此来监视避雷器的运行状况。
在线泄漏电流表反映的是通过瓷套外绝缘和避雷器阀片的电流和通过避雷器阀片的电流。
（1）避雷器的在线泄漏电流表读数异常增大
避雷器内部受潮主要是密封不良引起的。
潮气的来源有：
在避雷器生产过程中，安装环境湿度超标；
②阀片及内部零部件烘干不彻底，有部分潮气滞留；
③装配时将密封圈漏放、放偏。
或在密封圈与瓷套密封封面之间夹有杂物。
④运行一段时期后密封部件损坏造成进潮。
（2）避雷器的在线泄漏电流表读数降低甚至为零。
2.5.3特性
氧化锌避雷器七大特性：
（1）避雷器的通流能力
这主要体现在避雷器具有吸收各种雷电过电压、工频暂态过电压、操作过电压的能力。
（2）保护特性优异
氧化锌避雷器是用来保护电力系统中各种电器设备免受过电压损坏的电器产品，具有良好保护性能。
因为氧化锌阀片的非线性伏安特性十分优良，使得在正常工作电压下仅有几百微安的电流通过，便于设计成无间隙结构，使其具备保护性能好、重量轻、尺寸小的特征。
当过电压侵入时，流过阀片的电流迅速增大，同时限制了过电压的幅值，释放了过电压的能量，此后氧化锌阀片又恢复高阻状态，使电力系统正常工作。
（3）密封性能良好
避雷器元件采用老化性能好、气密性好的优质复合外套，采用控制密封圈压缩量和增涂密封胶等措施，陶瓷外套作为密封材料，确保密封可靠，使避雷器的性能稳定。
（4）机械性能
主要考虑以下三方面因素：
A承受的地震力；
B作用于避雷器上的最大风压力；
C避雷器的顶端承受导线的最大允许拉力。
（5）解污秽性能
无间隙氧化锌避雷器具有较高的耐污秽性能。
目前国家标准规定的爬电比距等级为：
II级中等污秽地区：
爬电比距20mm/kv
III级重污秽地区：
爬电比距25mm/kv
IV级特重污秽地区：
爬电比距31mm/kv
（6）高运行可靠性
长期运行的可靠性取决于产品的质量，及对产品的选型是否合理。
影响它的产品质量主要有以下三方面：
A避雷器整体结构的合理性；
B氧化锌阀片的伏安特性及耐老化特性；
C避雷器的密封性能。
（7）工频耐受能力
由于电力系统中如单相接地、长线电容效应以及甩负荷等各种原因，会引起工频电压的升高或产生幅值较高的暂态过电压，避雷器具有在一定时间内承受一定工频电压升高能力。
3接地线
3.1高压接地线概述
（1）高压接地线作用：
高压接地线是用于线路和变电施工，为防止临近带电体产生静电感应触电或误合闸时保证安全之用。
（2）高压接地线结构：
携带型高压接地线由绝缘操作杆、导线夹、
（3）短路线、接地线、接地端子、汇流夹、接地夹。
图3-1高压接地线
3.2高压接地线分类：
（1）高压接地线按照使用环境可以分为：
室内母排型接地线（JDX-NL）和室外线路型接地线（JDX-WS）。
（2）高压
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