電氣設備的防雷與接地

1、第八章 防雷、接地與電氣安全供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4第一節(jié) 過電壓與防雷 在供電系統(tǒng)中，過電壓有兩種：內(nèi)部過電壓和雷電過電壓。內(nèi)部過電壓是供電系統(tǒng)中開關操作、負荷驟變或由于故障而引起的過電壓，運行經(jīng)驗證明，內(nèi)部過電壓對電力線路和電氣設備絕緣的威脅不是很大。雷電引起的過電壓，叫做大氣過電壓。這種過電壓危害相當大，應特別加以防護。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4雷電的形成及效應水汽負下降正上升負雷云正雷云隨氣流漂大地感應出與雷云極性相反的電荷沖擊分裂冰晶下降到一定高度與地形成很大的雷電場供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4雷電的形成及效應 1）到達一定距離，電場擊穿空氣的絕緣，對最接近的物體

2、放電，雷擊，產(chǎn)生破壞性很大的熱效應和機械效應。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4雷電的形成及效應 2）架空線上感應大量電荷，雷云對其他物體放電后，這些電荷沿架空線泄放，形成雷電波。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 3）雷電雖未擊中電力設備，但產(chǎn)生靜電感應或電磁感應，引起過電壓，叫做感應過電壓或感應雷。雷電的形成及效應供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4原則:不要“突出”。 空曠地帶不要在大樹下躲雨 雷雨天不要用金屬柄傘 雷雨天不要靠近金屬如何降低被雷擊可能性供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 1）雷電流的幅度和陡度雷電的有關名詞概念 2）年平均雷暴日數(shù) 3）年預計雷擊次數(shù)供配電系統(tǒng)第八章2022-7-

3、4防雷裝置接閃器接閃器：避雷針、避雷線和避雷帶。 避雷針的作用實質(zhì)上是引雷作用，是將雷電引到自己身上來，經(jīng)引下線、接地體將雷電流泄放到大地，避免了在它所保護范圍其它物體遭受雷擊。避雷針保護范圍的大小與其高度有關。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 保護范圍用“滾球法”來確定。 當避雷針高度為h時，如hhr，地面上的保護半徑r0為 單支避雷針的保護范圍 )2(r0hhhr 高度為hx的平面xx上的保護半徑rx為 )2(xrx0 xhhhrr避雷針的保護范圍供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 例8-1避雷針的保護范圍供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 高度為hx的平面xx上的保護寬度bx為 )2()2(

4、xrxrxhhhhhhb避雷線的保護范圍供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4避雷帶和避雷網(wǎng) 避雷帶和避雷網(wǎng)用于在建筑物的邊緣及凸出部分上加裝，通過引下線和接地裝置很好地連接。對建筑物進行保護。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4避雷器避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生過電壓波沿線路侵入變電所或其它設備內(nèi)，從而使被保護設備的絕緣免受過電壓的破壞。它一般接于各段母線與架空線的進出口處，與被保護設備并聯(lián)，裝在被保護設備的電源側(cè)。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4管型避雷器1產(chǎn)氣管；2膠木管；3棒形電極；4環(huán)形電極；5動作指示器；s1內(nèi)間隙；s2外間隙管型避雷器又稱為排氣式避雷器，主要用于變配電所的進線保護和線路絕緣弱

5、點的保護，保護性能較好的管型避雷器可用于保護配電變壓器。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4保護間隙又稱角型避雷器，是一個較簡單的防雷設備，它由兩個金屬電極構成的，其中一個電極固定在絕緣子上，而另一個電極則經(jīng)絕緣子與第一個電極隔開，并使這一對空氣間隙保持適當?shù)木嚯x。工作原理：在正常運行的情況下，間隙對地是絕緣的，而當架空電力線路遭受雷擊時，間隙的空氣被擊穿，將雷電流泄入大地，使線路絕緣子或其它電氣設備的絕緣上不致發(fā)生閃絡，起到了保護作用。用于室外且負荷不重要的線路上。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4由火花間隙和閥片組成，裝在密封的磁套管內(nèi)。閥型避雷器的火花間隙組是由多個單間隙串聯(lián)組成的。正常運

6、行時，間隙介質(zhì)處于絕緣狀態(tài)，僅有極小的泄漏電流通過閥片。當系統(tǒng)出現(xiàn)雷閥型避雷器電過電壓時，火花間隙很快被擊穿，使雷電沖擊電流很容易通過閥性電阻而引入大地，釋放過電壓負荷，閥片在大的沖擊電流下電阻由高變低，所以沖擊電流在其上產(chǎn)生的壓降（殘壓）較低，此時，作用在被保護設備上的電壓只是避雷器的殘壓，從而使電氣設備得到了保護。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4金屬氧化物避雷器又稱壓敏避雷器。它是一種沒有火花間隙只有壓敏電阻片的閥型避雷器。壓敏電阻片是氧化鋅等金屬氧化物燒結而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工頻電壓下，它具有極大的電阻，金屬氧化物避雷器能迅速有效地阻斷工頻電流，因此不需要火

7、花間隙來熄滅由工頻續(xù)流引起的電?。辉诶纂娺^電壓作用下，其電阻變得很小，能很好地泄放雷電流。目前氧化物避雷器廣泛應用于高低壓設備的防雷保護。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4架空線的防雷措施架設避雷線。這是防雷的有效措施，但造價高，只在66kV及以上的架空線線路上才裝設。35kV的架空線路上，一般只在進出變電所的一段線路上裝設。而10kV及以下線路上一般不裝設避雷線。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4架空線的防雷措施提高線路本身的絕緣水平?？梢圆捎酶咭患夒妷旱慕^緣子，以提高線路的防雷水平。盡量裝設自動重合閘裝置。線路發(fā)生雷擊閃絡之所以跳閘，是因為閃絡造成了穩(wěn)定的電弧而形成短路。當線路斷開后，電弧即

8、行熄滅，而把線路再接通時，一般電弧不會重燃，因此重合閘后，線路恢復正常狀態(tài)，能縮短停電時間。裝設避雷器和保護間隙。這是用來保護線路上個別絕緣薄弱地點，包括個別特別高的桿塔，帶拉線的桿塔、跨越桿塔、分支桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔以及木桿線路中的金屬桿塔等處。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4變配電所的防雷措施1. 裝設避雷針。裝設避雷針來防止直接雷。2. 裝設避雷器。這主要用來保護主變壓器，以免雷電沖擊波沿高壓線路侵入變電所。 310kV變壓器的防雷保護 310kV配電裝置防止雷電波侵入的保護接線 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4建筑物的防雷分類根據(jù)發(fā)生雷電事故的可能性和后果，建筑物分成三類。 第一類：易爆

9、炸，且破壞力大。 第二類：易爆炸，但破壞力不大；較易受雷擊的省部級辦公樓；易受雷擊的一般民用建筑物；國家級重要建筑物。 第三類：有易燃物的工業(yè)建筑；較易受雷擊的工業(yè)建筑；較第二類雷擊概率低的省部級辦公樓和一般民用建筑物；較突出的高建筑物；省級重點文物保護建筑物及省級檔案館。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4建筑物的防雷措施建筑物易受雷擊的部位： 越“突出”，越易受雷擊，主要為屋頂。 a b c da屋面坡度為零 b屋面坡度1/10 c1/10屋面坡度1/2 d屋面坡度1/2易受雷擊部位 - -不易受雷擊的屋脊或屋檐 雷擊率最高的部位對建筑物易受雷擊的部位，應裝設避雷針或避雷帶、網(wǎng)。屋頂上裝設的避

10、雷帶、網(wǎng)，一般應經(jīng)2根引下線與接地裝置相連。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4建筑物的防雷措施對第一類防雷建筑物和第二類防雷建筑物中有爆炸危險的場所，應有防直擊雷、防雷電感應和防雷電波侵入的措施，并定期檢查防雷裝置。第二類防雷建筑物除有爆炸危險者外及第三類防雷建筑物，應有防直擊雷和防雷波侵入的措施。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4第二節(jié) 電氣裝置的接地及有關保護接地的基本概念 單獨講“地”，是從地理角度看地，是指地球陸地的表面層，我們稱之為“地理地”。 從電學角度看“地”，“地”是一個電阻非常低，而且電容量非常大的物體，它擁有吸收無限電荷的能力，而且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，因此電氣上把

11、它作為系統(tǒng)的參考電位體，通常把它看作零電位，這種“地”稱為“電氣地”。電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4第二節(jié) 電氣裝置的接地及有關保護接地的基本概念 電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。 接地裝置是由接地體和接地線兩部分組成的。 埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體或接地極。 接地體與電氣設備的金屬外殼之間的連接線，稱為接地線。 由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4接地電流電位分布曲線 當電氣設備發(fā)生接地故障時，電流就通過接地體向大地作半球形散開，這一

12、電流稱為接地電流IE。試驗表明，在距單根接地體或接地故障點20m左右的地方，實際上散流電阻已趨近于零，電位為零的地方，稱為電氣上的“地”或“大地”。電氣設備的接地部分與零電位的“地”（大地）之間的電位差，就稱為接地部分的對地電壓，如圖中的UE。 接地電流和對地電壓供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4接觸電壓是指設備的絕緣損壞時，在身體可同時觸及的兩部分之間出現(xiàn)的電位差?？绮诫妷菏侵冈诠收宵c附近行走，兩腳之間出現(xiàn)的電位差。 接觸電壓和跨步電壓供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 人在接近接地故障點時，跨步越大，越靠近，跨步電壓越大。因此遇到電線落在地上，或是發(fā)生碰殼故障，要注意：不要太靠近；腳步要??；穿

13、絕緣鞋。防止觸電供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4工作接地、保護接地和重復接地工作接地保護接地重復接地接接 地地供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 1、工作接地 工作接地是為保證電力系統(tǒng)和電氣設備達到正常工作要求而進行的一種接地，例如電源中性點的接地、防雷裝置的接地等。 2、保護接地 為了保障人身安全，將電力設備正常情況不帶電的外殼與接地體之間作良好的金屬連接，稱為保護接地。 保護接地可分為三種不同類型，兩種思路： a.直接：使設備的電位降低； b.間接：使保護動作。 接 地 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4低壓配電系統(tǒng)的中性點運行方式按保護接地形式分為：TN系統(tǒng)：所有設備的外露可導電部分均接公共

14、保護線(PE線)或公共的保護中性線(PEN線)。 TT系統(tǒng)：所有設備的外露可導電部分均各自經(jīng)PE線單獨接地 。IT系統(tǒng)：所有設備的外露可導電部分也都各自經(jīng)PE線單獨接地 ，但其電源中性點不接地或經(jīng)1000阻抗接地，且通常不引出中性線 。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4TN系統(tǒng) 保護原理：發(fā)生故障接地，產(chǎn)生大電流，保護裝置動作。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 保護原理：接地體分流。 IT 系 統(tǒng)供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 保護原理：當兩個接地電阻足夠小，發(fā)生接地故障時，可使保護動作。不可靠，再加裝漏電保護器。TT 系 統(tǒng)供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4（1）同一低壓系統(tǒng)中，不能有的采取保

15、護接地，有的又采取保護接零，否則當采取保護接地的設備發(fā)生單相接地故障時，采取保護接零的設備外露可導電部分將帶上危險的電壓。注 意外殼接零外殼接零外殼接地外殼接地ERIE供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4（2）中性點不接地系統(tǒng)中的設備不允許采用保護接零。因為任一設備發(fā)生碰殼時都將使所有設備外殼上出現(xiàn)近于相電壓的對地電壓，這是十分危險的。（3）在中性線上不允許安裝熔斷器和開關，以防中性線斷線，失去保護接零的作用，為安全起見，中性線還必須實行重復接地，以保證接零保護的可靠性。 注 意供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 在中性點直接接地的低壓電力網(wǎng)中采用接零時，將零線上的一點或多點再次與大地作金屬性連接，

16、稱為重復接地。 重復接地供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4 有了重復接地后，是否保護線斷了也問題不大？重復接地供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4低壓配電系統(tǒng)的漏電電流保護 漏電保護器 又稱“剩余電流保護器”（IEC標準名稱，縮寫RCD），它是在規(guī)定條件下，當漏電電流（剩余電流）達到或超過規(guī)定值時能自動斷開電路的一種保護電器。漏電保護器原理接線圖TAN-零序電流互感器 YA-極化電磁鐵 QF-斷路器 YR-自由脫扣機構供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4低壓配電系統(tǒng)的漏電電流保護漏電保護器供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4漏電保護器的安裝圖8-42 各種RCD在低壓配電線路中的接線示意圖供配電系統(tǒng)第八章2

17、022-7-4漏電保護器的安裝圖8-43 PE線和PEN線不得穿過RCD的零序電流互感器鐵心圖8-44 RCD在TN系統(tǒng)中的正確接線供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4一、電氣安全有關概念 電流對人體的作用第三節(jié) 電氣安全與觸電急救 人體觸電可分兩種情況： 雷擊和高壓觸電雷擊和高壓觸電：將使人的肌體遭受嚴重的電灼傷、組織炭化壞死及其他難以恢復的永久性傷害。特殊場合，人觸及高壓后，由于不能自主地脫離電源，將導致迅速死亡的嚴重后果。 低壓觸電低壓觸電：在數(shù)十至數(shù)百毫安電流作用下，使人的肌體產(chǎn)生病理生理性反應，輕的有針刺痛感，或出現(xiàn)痙攣、血壓升高、心律不齊以致昏迷等暫時性的功能失常，重的可引起呼吸停止、

18、心臟驟停、心室纖維性顫動甚至死亡。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4電流對人體的作用觸電高壓：雷擊和高壓觸電，電流大，灼傷居多， 也有致死。低壓：小電流，幾十到幾百毫安，機體產(chǎn)生病 理生理反應。 不同的觸電電流和時間對人身機體的反應見圖8-1。第三節(jié) 電氣安全與觸電急救供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4第三節(jié) 電氣安全與觸電急救供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4安全電流及其有關因素 安全電流安全電流：人可擺脫的最大電流。各國不一致，我國為30mA，但觸電時間不超過1s，因此安全電流也稱為30mAs。 安全電流與下列因素有關 1）觸電時間： It30mAs t小，I稍大也關系不大。 2）電流性質(zhì)： 直

19、流、交流、高頻，以5060HZ最嚴重。 3）電流路徑：心臟。 4）身體狀況：主要指心臟。供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4安全電壓和人體電阻 安全電壓：不會致人死或殘的電壓。 安全與否，取決于電流，因此，安全電壓與人體電阻有關。人體電阻由體內(nèi)電阻和接觸電阻組成，取下限1700，由于安全電流為30mA，因此安全電壓為50V。 安全電壓值的規(guī)定，各國有所不同，我國根據(jù)具體環(huán)境條件的不同，安全電壓值規(guī)定為： 在無高度觸電危險的建筑物中為65V。 在有高度觸電危險的建筑物中為24V。 在有特別觸電危險的建筑物中為12V。 供配電系統(tǒng)第八章2022-7-4二、電氣安全的一般措施有一定的電氣安全知識。嚴格執(zhí)行安全工作規(guī)程。 總的原則 人身與帶電體的安全距離。 采用電氣安全用具。 不得長時間超負荷用電，不得隨意加大熔體規(guī)格。 不得在架空線路和室外配電裝置上空及附近放風箏。 高壓設備上工作必須遵守有關要求。供配