供電工程電氣課件

第七章供電系統(tǒng)的防雷與接地7.1供電系統(tǒng)的防雷7.2供電系統(tǒng)的接地2023/5/18第一節(jié)供電系統(tǒng)的防雷過電壓雷電流是一個陡度很高、幅值很大的沖擊波電流。

內(nèi)部過電壓

外部過電壓包括操作過電壓和諧振過電壓等

雷電過電壓直擊雷擊感應(yīng)雷擊雷電波侵入對電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備來說，雷電流的陡度越大，在負(fù)載電感L上產(chǎn)生的過電壓也越大，對絕緣的破壞性也就越嚴(yán)重。2023/5/18一、雷電沖擊波的基本特性

雷電沖擊波具有波的傳導(dǎo)特性。輸電線路受到雷擊后，產(chǎn)生的雷電沖擊波會向輸電線路兩側(cè)流動傳播，雷電波在傳導(dǎo)過程中到達(dá)結(jié)點(diǎn)后，還會發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。

傳播速度

雷電波沿架空線傳播的速度與光速（3×108m/s）相同，而在電纜中傳播的速度約為上值的1/2～1/3。波阻抗波阻抗表征的是沿導(dǎo)線傳播的電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動態(tài)關(guān)系，與線路長度無關(guān)。

雷電入射波到達(dá)線路末端結(jié)點(diǎn)處會發(fā)生全反射，線路的開路末端電壓將增大至雷電行波電壓的2倍，嚴(yán)重威脅線路的絕緣安全，必須設(shè)置避雷器等防雷保護(hù)措施。

變電所常采用一段100～200m的進(jìn)線電纜，以達(dá)到降低行波陡度的效果。2023/5/18“折線法”二、防雷裝置

1.避雷針

避雷針的作用是引雷。保護(hù)范圍按“折線法”（對電氣設(shè)備）或“滾球法”（對建筑物）來確定。

“滾球法”2023/5/18續(xù)上頁2.避雷線

避雷線的接閃原理與避雷針相同。3.避雷帶與避雷網(wǎng)

雷電最可能襲擊建筑物的屋頂和突出部分。因而，高層建筑一般在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬避雷帶防雷。此外，還在屋面上鋪設(shè)金屬線制成的避雷網(wǎng)。4.避雷器避雷器的作用是防止雷電過電壓沿輸電線路侵入變電所或其它建筑物，危害電氣設(shè)備的絕緣。閥電阻特性閥式避雷器管型避雷器和保護(hù)間隙金屬氧化物避雷器在工頻電壓下，金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)極高電阻，能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流，無需火花間隙來熄滅由工頻續(xù)流引起的電弧；而當(dāng)雷電過電壓的作用下，其電阻變?yōu)楹苄?，能較好地泄放雷電流。2023/5/18三、供電系統(tǒng)的防雷措施戶外變配電所中，一般采用避雷針作為直擊雷的防護(hù)裝置，并要求所有被保護(hù)的電氣設(shè)備和建筑物均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。需要指出，避雷針若與附近的建筑物或電氣設(shè)備距離較近時，受到雷擊后，其極高的電位，會對這些附近設(shè)施放電，這種現(xiàn)象稱為反擊。為防止反擊事故的發(fā)生，避雷針與被保護(hù)的建筑物和電氣設(shè)施應(yīng)保持一定的安全距離，工程上，安全距離應(yīng)大于5m。變配電所中一般需要通過裝設(shè)閥式避雷器或氧化鋅避雷器對變壓器進(jìn)行雷電侵入波的防護(hù)。避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地中性線及金屬外殼連在一起接地。

避雷器的選擇，必須使其伏秒特性與變壓器伏秒特性合理配合，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。2023/5/18續(xù)上頁35kV變電所常見防雷保護(hù)10kV變電所常見防雷保護(hù)2023/5/18四、建筑物的綜合防雷措施建筑物防雷工程是一個系統(tǒng)工程，必須將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體綜合考慮。建筑物按綜合防雷措施設(shè)置的防雷系統(tǒng)方框圖如下圖所示。2023/5/18續(xù)上頁由雷電侵入波或雷擊電磁脈沖導(dǎo)致各種線路上出現(xiàn)的過電流和過電壓稱為電涌（surge）。

電涌保護(hù)器（代號SPD）的作用是在電涌沖擊發(fā)生時迅速動作，將電涌電流引入大地而不在被保護(hù)的設(shè)備端口殘留很大的共模電壓，當(dāng)電涌沖擊衰減后又自動恢復(fù)初始態(tài)不影響被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行，并準(zhǔn)備接受下一個電涌沖擊。由于雷電沖擊能量巨大，因此對信息系統(tǒng)的電源保護(hù)，從外部總配電室到內(nèi)部對計算機(jī)系統(tǒng)供電，要分多級進(jìn)行，才能將雷電的能量降到設(shè)備所能承受的水平。電涌保護(hù)器在TN-S系統(tǒng)中的分級安裝見下圖所示。2023/5/18第二節(jié)供電系統(tǒng)的接地

（一）接地與接地裝置

接地是指電氣設(shè)備為達(dá)到安全和功能需要為目的，將其某一部分與大地之間作良好的電氣連接。1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設(shè)備5-連接扁鋼

接地裝置示意圖埋入地中并與土壤作良好接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體或稱接地極。

人工接地體接地體自然接地體典型的接地裝置如圖所示。

一、接地概念2023/5/18續(xù)上頁（二）接地電流與對地電壓

電氣設(shè)備在發(fā)生接地故障時，電流將通過接地體以半球形向大地中散開，如圖所示。1-接地體2-流散電場3-接地電流的地中電位分布接地電流、對地電壓及接地電流電位分布圖

在距離接地體越遠(yuǎn)的地方，半球的球面積越大，其散流電阻越小，相對于接地點(diǎn)處的電位就越低。電氣設(shè)備的接地部分，如：接地的外露可導(dǎo)電部分和接地體等，與零電位的“大地”之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓。2023/5/18續(xù)上頁（三）接地類型

1.功能性接地

為保證電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備達(dá)到正常工作要求而進(jìn)行的接地，例如電源中性點(diǎn)的直接接地或經(jīng)消弧線圈等的接地，又稱工作接地。

2.保護(hù)性接地為了保證電網(wǎng)故障時人身和設(shè)備的安全而進(jìn)行的接地。包括：

3.功能性與保護(hù)性合一的接地(如屏蔽接地)安全保護(hù)接地過電壓保護(hù)接地防靜電接地為防止由帶電導(dǎo)體的絕緣損壞所造成人體受到間接電擊，而將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行的接地。

為防止過電壓對電氣設(shè)備和人身安全的危害而進(jìn)行的接地，如防雷接地。為了消除靜電對電氣設(shè)備和人身安全的危害而進(jìn)行的接地。

2023/5/18二、接地電阻及其計算

（一）接地電阻接地電阻是指接地體的流散電阻與接地線、接地體電阻的總和。接地電阻主要是接地體的流散電阻，接地電阻與土壤的電阻率有關(guān)。

工頻接地電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻，稱為工頻接地電阻。雷電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻，稱為沖擊接地電阻。

（二）工頻接地電阻的計算電力系統(tǒng)的不同接地裝置對接地電阻的要求是不同的。詳見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

單根垂直式人工接地體多根垂直式人工接地體為接地體的利用系數(shù)，考慮了接地體之間存在電場屏蔽效應(yīng)。2023/5/18例題：某10/0.4kV車間變電所，主變壓器容量為800kVA，采用Dyn11聯(lián)結(jié)。已知接于10kV側(cè)的架空線路長100km，電纜線路長10km。當(dāng)?shù)赝临|(zhì)為砂質(zhì)粘土。經(jīng)現(xiàn)場測定，可利用的自然接地體電阻為60Ω。已知流過接地線的低壓側(cè)單相接地短路電流為10kA，短路存在時間0.4s。試確定該變電所的共用人工接地裝置。解：1）確定該變電所的接地電阻允許值：

此變電所10kV側(cè)屬小電流接地系統(tǒng)，其接地電流可近似估算：

此變電所共用接地裝置的接地電阻應(yīng)同時滿足：

2）已知可利用的自然接地體電阻。

2023/5/18續(xù)上頁

4）人工接地體的初步敷設(shè)方案：擬選用直徑50mm，長2.5m的鋼管接地體，沿變電所四周，距墻腳2.5~3m，每隔5

m打入一根鋼管，各鋼管接地體之間用40×4mm2的扁鋼連接構(gòu)成一個接地網(wǎng)。3）顯然，。需要補(bǔ)充人工接地體。人工接地體所需總電阻：

5）單根人工接地體鋼管的接地電阻：可得砂質(zhì)粘土的土壤電阻率，則

2023/5/18續(xù)上頁為使得接地體均勻?qū)ΨQ，可按偶數(shù)布置接地體。選用10或12根直徑50mm，長2.5m的鋼管作接地體，并用40×4

mm2

的扁鋼連接，呈環(huán)形布置。

7）校驗(yàn)接地線的短路熱穩(wěn)定：實(shí)際接地線截面為40×4＝160mm2大于90.4mm2，短路熱穩(wěn)定條件合格。

鋼質(zhì)接地線熱穩(wěn)定系數(shù)C=70，則接地線的最小截面應(yīng)符合：

根據(jù)，考慮到管間的屏蔽效應(yīng)，初步選定為10根。以和n＝10查附錄表，取，則

6）人工接地裝置需用的鋼管數(shù)量和最終的接地方案：2023/5/18三、等電位聯(lián)結(jié)（一）等電位聯(lián)結(jié)概念等電位聯(lián)結(jié)是使建筑物電氣裝置的各外露可導(dǎo)電部分與電氣裝置外的其它金屬可導(dǎo)電部分進(jìn)行電位基本相等的電氣連接。作用于全建筑物，在每一電源進(jìn)線處，利用聯(lián)結(jié)干線將保護(hù)線、接地線的總接線端子與建筑物內(nèi)電氣裝置外的可導(dǎo)電部分（如：進(jìn)出建筑物的金屬管道、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件等）連接成一體。

指在局部范圍內(nèi)設(shè)置的等電位聯(lián)結(jié)，一般在TN系統(tǒng)中，當(dāng)配電線路阻抗過大、保護(hù)動作時間超過規(guī)定允許值時或?yàn)闈M足防電擊的特殊要求時，需作局部等電位聯(lián)結(jié)。

指在伸臂范圍內(nèi)的某些外露可導(dǎo)電部分與裝置外可導(dǎo)電部分之間所作的等電位聯(lián)結(jié)?？偟入娢宦?lián)結(jié)（M