CN115395368A - 一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于变电站防雷领域，具体涉及一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，包括：等离子雷电防护装置，等离子雷电防护装置固定在避雷支架顶端，且等离子雷电防护装置与避雷支架电连接，避雷支架下端连接地网水平连接线，地网水平连接线上引出若干条放射线，每条放射线上设有降阻单元和泄流单元，降阻单元包括降阻本体和电解离子系统，降阻本体中极芯通过极芯支架连接，极芯支架垂直方向上焊接直条散流支架，直条散流支架两侧各焊接圆环支架，每个圆环支架内部本体为镂空状，圆环支架两侧各焊接螺旋状散流支架；电解离子系统包括离子释放容器，离子释放容器内设有降阻材料离子缓释剂。本发明通过将雷电流“先消除后入地”式，实现防雷保护。

Description

一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置

技术领域

本发明属于变电站防雷领域，具体涉及一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

变电站传统直击雷防护基本采用避雷针又名防雷针、接闪杆，也可用来保护建筑物、高大树木等避免雷击的装置。在被保护物顶端安装一根接闪器，用符合规格导线与埋在地下的泄流地网连接起来。避雷针规格必须符合国家标准，每一个防雷类别需要的避雷针高度规格都不一样。由最新版国标GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》正名为“接闪杆”。

变电站所处位置地形参差不齐，土壤电阻率各不相同，低土壤电阻率的区域采用避雷针防雷的技术已经非常成熟，高土壤电阻率地区特别是海岛项目中由于电阻率阻值高、岩石林立、施工不便等原因，采用传统防雷的方法非常困难。

与传统防雷方法相比，等离子避雷是使雷电在目标上的感应电荷消失或失效，从而雷电与目标间不能产生电击穿，使目标不遭直接雷击，从而保护目标内信息技术设备不遭直接雷害。

当复杂地形变电站采用等离子防雷技术时，防护理念上认为该装置既避免了直接雷击对设备的破坏，更彻底解决了不接地引雷防护过程中，对设备元器件的损毁。复杂地形变电站采用等离子防雷技术时，由于其设备本身没有合格的接地保护，当雷击电荷超过一定程度时，启动防避功能，主动地产生防护层，虽然可使被保护对象遭雷击的危险性降低，但有可能产生的残余电流无法有效泄放，仍然会出现设备遭雷击损坏的情况。土壤电阻率较高的复杂地形变电站占地面积较小时，采用传统防雷方式，利用避雷针引雷入地的泄流方式时，该方式对大地阻值要求较高，需要的接地泄流面积较大，反击、跨步、接触电压、雷电冲击感应过电压和二次电磁辐射造成的危害仍然存在。如处理不当极易形成接闪器引雷泄放越多危害越多的结果。

主动避雷与传统避雷技术和消雷技术相比较，有下列优点：

1)安全系数大，高电导率气层带电粒子浓度越高，用于对消感应电荷的异号电荷越多，避雷的安全系数就越大。

2)保护彻底。

3)对于任何方向来的雷击可以有同样的保护作用无引雷的副作用。

4)无其他派生危险。

与传统防雷方法相比，等离子避雷是使雷电在目标上的感应电荷消失或失效，从而雷电与目标间不能产生电击穿，使目标不遭直接雷击，从而保护目标内信息技术设备不遭直接雷害。

当复杂地形变电站采用等离子防雷技术时，防护理念上认为该装置既避免了直接雷击对设备的破坏，更彻底解决了不接地引雷防护过程中，对设备元器件的损毁。复杂地形变电站采用等离子防雷技术时，由于其设备本身没有合格的接地保护，当雷击电荷超过一定程度时，启动防避功能，主动地产生防护层，虽然可使被保护对象遭雷击的危险性降低，但有可能产生的残余电流无法有效泄放，仍然会出现设备遭雷击损坏的情况。土壤电阻率较高的复杂地形变电站占地面积较小时，采用传统防雷方式，利用避雷针引雷入地的泄流方式时，该方式对大地阻值要求较高，需要的接地泄流面积较大，反击、跨步、接触电压、雷电冲击感应过电压和二次电磁辐射造成的危害仍然存在。如处理不当极易形成接闪器引雷泄放越多危害越多的结果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，本发明通过将雷电流“先消除后入地”式，实现防雷保护。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，包括：等离子雷电防护装置，所述等离子雷电防护装置固定在避雷支架顶端，且所述等离子雷电防护装置与避雷支架电连接，所述避雷支架下端连接地网水平连接线，所述地网水平连接线上引出若干条放射线，每条所述放射线上设有降阻单元和泄流单元；

所述降阻单元包括降阻本体和电解离子系统，所述降阻本体包括若干个极芯，所述极芯通过极芯支架连接，所述极芯支架垂直方向上焊接直条散流支架，所述直条散流支架两侧各焊接圆环支架，每个圆环支架内部本体为镂空状，圆环支架两侧各焊接螺旋状散流支架；

所述降阻本体和电解离子系统通过圆环支架连接；

所述电解离子系统包括离子释放容器，所述离子释放容器上表面设有第一金属圆管，所述第一金属圆管顶部设有透气呼吸孔，所述离子释放容器内设有降阻材料离子缓释剂，所述离子释放容器下表面设有第二金属圆管，所述第二金属圆管底部设有泄放渗透孔。

进一步地，所述等离子雷电防护装置包括上电极和下电极。

进一步地，所述上电极上端面设置若干个接闪杆。

更进一步地，每个所述接闪杆上安装有若干个离子聚合针结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)现有等离子防雷设备，在结构空间电场上只要有微小的变化，本发明增加离子聚合针结构，使其离子装置大幅度的迅速反应，产生对应的离子流，实时对空间电场进行干预，实现大面积防止雷击产生。

2)本发明与其它类似产品相比，增加了接地部分，通过对复杂地形下变电站的电阻降到要求值，可泄放雷击状态下的残余电流，降阻单元的阻值可放宽宽至30Ω左右，极大节约建设成本。

3)成套装置包含的接地单元为非金属高导电材质，可以实行免维护的目的，接地末端采用泄流环结构，可以有效泄放残余雷电流，减少跨步电压。

4)本实施例所述的装置可分别拆卸包装，现场方便组装，能极大提高工作效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例示出的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置的结构图；

图2是本发明实施例示出的采用复杂地形变电站主动防雷接地成套装置应用时的现场分布示意图；

图3是本发明实施例示出的等离子雷电防护装置的结构图；

图4是本发明实施例示出的电解离子接地系统的结构图；

图5是本发明实施例示出的降阻本体的结构图；

图6是本发明实施例示出的降阻单元的结构图；

图7是本发明实施例示出的计算避雷支架2高度的示意图；

其中，1、等离子雷电防护装置，2、避雷支架，3、泄流单元，4、降阻单元，5、放射线，6、地网水平连接线，7、离子聚合针结构，8、接闪杆，9、第一金属圆管，10、透气呼吸孔，11、离子释放容器，12、固定螺母，13、泄放渗透孔，14、第二金属圆管，15、极芯，16、螺旋散流支架，17、圆环支架，18、极芯支架，19、直条散流支架。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“顶端”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2所示，一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，包括：等离子雷电防护装置1，所述等离子雷电防护装置1固定在避雷支架2顶端，且所述等离子雷电防护装置1与避雷支架2电连接，所述避雷支架2下端连接地网水平连接线6，所述地网水平连接线6上引出若干条放射线5，每条所述放射线5上设有降阻单元4和泄流单元3。

所述降阻单元4包括降阻本体和电解离子系统，所述降阻本体包括若干个极芯15，所述极芯15通过极芯支架18连接，所述极芯支架18垂直方向上焊接直条散流支架19，所述直条散流支架19两侧各焊接圆环支架17，每个圆环支架17内部本体为镂空状，圆环支架17两侧各焊接螺旋状散流支架；

所述降阻本体和电解离子系统通过圆环支架17连接；

所述电解离子系统包括离子释放容器11，所述离子释放容器11上表面设有第一金属圆管9，所述第一金属圆管9顶部设有透气呼吸孔10，所述离子释放容器11内设有降阻材料离子缓释剂，所述离子释放容器下表面设有第二金属圆管14，所述第二金属圆管14底部设有泄放渗透孔13。

作为一种或多种实施方式，所述等离子雷电防护装置1包括上电极和下电极，所述上电极上端面设置若干个接闪杆8，每个所述接闪杆8上设有若干个离子聚合针结构7。

其中，所述等离子雷电防护装置1采用SQM-LP200等离子雷电防护装置，并在原SQM-LP200等离子雷电防护装置上增加若干个离子聚合针结构7，如图3所示。SQM-LP200等离子雷电防护装置内部有等离子发生器，即使在击穿空气介质的最坏条件下，入地电流也很小，而且能够通过接地单元有效泄放。

作为一种或多种实施方式，所述避雷支架2下端通过两条接地线连接地网水平连接线6，所述地网水平连接线6首尾连接成环状。或者，水平连接线6沿避雷支架2一圈做圆线环绕，引下线和避雷支架底座连接。

作为一种或多种实施方式，所述放射线5、地网水平连接线6和接地线均采用柔性石墨制成。所述柔性石墨可采用专利号为“ZL201920830445.0”中公开的一种柔性复合石墨接地体。

作为一种或多种实施方式，所述降阻单元4包括降阻本体和电解离子系统，如图6所示。

如图4所示，所述降阻本体经大型压力机一次高压成型，整体形状为长方体，背面采用喷砂工艺，使用高导电物质进行整体喷涂，通过凹凸错落的涂层有效增大了与土壤接触面积，促进电流的泄放。所述降阻本体内置金属材质双极芯15通过极芯支架18连接。所述极芯支架18垂直方向焊接直条散流支架19。所述直条散流支架19两侧各焊接一个圆环支架17，圆环支架17内部本体为镂空状。圆环支架17两侧各焊接一个螺旋状散流支架16。通过螺旋状散流支架16、圆环支架17、极芯支架18和直条散流支架19形成一个紧密连接的整体，增加了模块本体与极芯的导流面积促进泄放电流。

如图5所示，电解离子系统中间部分为离子释放容器11，所述离子释放容器11为金属材质，呈长方体盒状。上表面中间部位留有圆孔并焊接一根第一金属圆管9。所述第一金属圆管9顶部存在透气呼吸孔10，可注入专用降阻材料离子缓释剂至离子释放容器11中。所述离子释放容器11下表面两侧部位留有圆孔并焊接两根第二金属圆管。所述第二金属圆管底部存在泄放渗透孔13，所述离子缓释剂可有效渗透至土壤中以降低土壤电阻率。所述第二金属圆管插入至降阻本体圆环支架17镂空处，与降阻本体有效连接。所述第二金属圆管底部安装固定螺母12，与降阻本体进行锁紧固定。

作为一种或多种实施方式，所述降阻单元4也可采用专利号为“ZL202020271104.7”中公开的碳结晶复合接地模块。但所述专利碳结晶复合接地模块表面形状为正方形，已知电流扩散及降阻模块设计原理，正方形降阻模块自身存在一定的屏蔽作用，比之等量材料所制的本发明所述降阻单元4长方形降阻本体降阻效果有所下降。同时，本实施例所述降阻单元4自身存在电解离子系统，其充分考虑了电解离子接地系统的接地体长度、初始离子扩散半径、离子缓释剂降阻率和电解离子接地系统利用率等参数对电解离子接地系统的工频接地电阻的影响。

R：电解离子接地系统的工频接地电阻，单位Ω；

K：电解离子接地系统效率；

ρ：土壤电阻率，单位Ω·m；

γ：离子缓释剂降阻率；

δ：电解离子接地系统的初始离子扩散半径，单位m；

Η：电解离子接地系统的长度；

已知接地电阻并联公式如下：

R₁：电解离子接地系统接地电阻，单位Ω；

R₂：降阻单元4降阻本体接地电阻，单位Ω；

K：工频接地电阻并联利用系数，单位Ω；

经计算，本实施例所述降阻单元4的工频接地电阻计算结果，比之专利号为“ZL202020271104.7”所述的碳结晶复合接地模块降阻计算结果，数值百分比降低为60％，即降阻效果提高40％。

作为一种或多种实施方式，所述泄流单元3采用柔性石墨制成的环状结构。在所述泄流单元3环状结构内部敷设专用降阻材料离子缓释剂，所述离子缓释剂导电性能显著，渗透能力强，能改善恶劣地质环境，有效降低土壤电阻率，提高接地散流降阻效果。

其中，降阻单元4、泄流单元3、放射线5、地网水平连接线6和接地线均埋于地下。

作为一种或多种实施方式，所述降阻本体通过极芯15连接放射线5。

作为一种或多种实施方式，同一条放射线5上，所述降阻单元4靠近避雷支架2，所述泄流单元3远离避雷支架2。具体地，地网水平连接线6分四个方向用柔性石墨接地线打放射线5，放射线5末端与降阻单元4一侧极芯固定，降阻单元4另一侧极芯与泄流单元3固定，形成有效连接，促进降阻及电流泄放。

避雷支架2的高度可以通过折线法和滚球法计算出变电站保护的范围。

单支避雷针的保护范围：

a)避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算：

r＝1.5hP

式中：r——保护半径，单位m；

h——避雷针的高度，单位m；

P——高度影响系数，h≤30m，P＝1；30m＜h≤120m，

当h＞120m时，取其等于120m。

b)在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定：

1)当hx≥0.5h时rx＝(h-hx)P＝haP

式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，单位m；

hx——被保护物的高度，单位m；

ha——避雷针的有效高度，单位m。

2)当hx＜0.5h时rx＝(1.5h-2hx)P

如图7所示，单支避雷针的保护范围：

(h≤30m时，θ＝45°)。

本实施例所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置严格按照防雷规范均要求，拥有独立的下引接地，利用该成套设备的接地单元可有效的将阻值降到可保证闪电电流迅速泄入大地的要求范围内。

针对现有等离子防雷设备，在结构空间电场上只要有微小的变化，本发明增加离子聚合针结构，使其离子装置大幅度的迅速反应，产生对应的离子流，实时对空间电场进行干预，实现大面积防止雷击产生。

本发明与其它类似产品相比，增加了接地部分，通过对复杂地形下变电站的电阻降到要求值，可泄放雷击状态下的残余电流，降阻单元的阻值可放宽宽至30Ω左右，极大节约建设成本。

成套装置包含的接地单元为非金属高导电材质，可以实行免维护的目的，接地末端采用泄流环结构，可以有效泄放残余雷电流，减少跨步电压。

本成套装置所含降阻单元4包括降阻本体和电解离子系统。所述降阻本体内置金属材质极芯15与极芯支架18，加以天然矿石水泥基质等优秀导电率及优良的土壤亲和性、吸水性及保水性，降低土壤与降阻本体之间阻抗，埋设后释放电解质，使与其接触之土壤碱离子化，不断增大接地体本身释放电流面积，减低降阻本体与土壤层间接触电阻。同时所述降阻本体自身具有很强的碱离子性，遇水水化产生大量导电性能极优的碱离子电介质，与土壤中的电介质离子形成离子导电的位移电流通路。同时在潮湿的土壤长期养护下会产生二次水化，二次水化的碱卤产物碱离子不但会强化其自身的强度及传导电流的能力，还能以钟乳石效应的方式碱卤化固化周围的土壤，不断的强大其释放电流的体积和能力。所述电解离子接地系统内部填充专用降阻材料离子缓释剂。能够通过顶部的透气呼吸孔10吸收空气和土中的水分，使离子释放容器11内部的离子缓释剂潮解产生电解离子释放到周围的土中，活性调节周围的土，将土的电阻率降至最低，从而使电解离子接地系统的导电性保持较高的水平。这样故障电流就能轻易地扩散到土中，改变了传统接地系统被动地散流方式。

本实施例所述的装置可分别拆卸包装，现场方便组装，能极大提高工作效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，包括：等离子雷电防护装置，所述等离子雷电防护装置固定在避雷支架顶端，且所述等离子雷电防护装置与避雷支架电连接，所述避雷支架下端连接地网水平连接线，所述地网水平连接线上引出若干条放射线，每条所述放射线上设有降阻单元和泄流单元；

所述降阻单元包括降阻本体和电解离子系统，所述降阻本体包括若干个极芯，所述极芯通过极芯支架连接，所述极芯支架垂直方向上焊接直条散流支架，所述直条散流支架两侧各焊接圆环支架，每个圆环支架内部本体为镂空状，圆环支架两侧各焊接螺旋状散流支架；

所述降阻本体和电解离子系统通过圆环支架连接；

所述电解离子系统包括离子释放容器，所述离子释放容器上表面设有第一金属圆管，所述第一金属圆管顶部设有透气呼吸孔，所述离子释放容器内设有降阻材料离子缓释剂，所述离子释放容器下表面设有第二金属圆管，所述第二金属圆管底部设有泄放渗透孔。

2.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述等离子雷电防护装置包括上电极和下电极。

3.根据权利要求2所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述上电极上端面设置若干个接闪杆。

4.根据权利要求3所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，每个所述接闪杆上安装有若干个离子聚合针结构。

5.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述避雷支架下端通过两条接地线连接地网水平连接线。

6.根据权利要求5所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述放射线、地网水平连接线和接地线均采用柔性石墨制成。

7.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述地网水平连接线首尾连接成环状。

8.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述降阻本体通过极芯连接放射线。

9.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，所述泄流单元采用柔性石墨制成的环状结构，其环状内部敷设专用降阻材料离子缓释剂。

10.根据权利要求1所述的复杂地形变电站主动防雷接地成套装置，其特征在于，同一条放射线上，所述降阻单元靠近避雷支架，所述泄流单元远离避雷支架。

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