电气设备的防雷与接地

1、第八章 防雷、接地与电气安全供配电系统第八章2022-7-4第一节 过电压与防雷 在供电系统中，过电压有两种：内部过电压和雷电过电压。内部过电压是供电系统中开关操作、负荷骤变或由于故障而引起的过电压，运行经验证明，内部过电压对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。雷电引起的过电压，叫做大气过电压。这种过电压危害相当大，应特别加以防护。 供配电系统第八章2022-7-4雷电的形成及效应水汽负下降正上升负雷云正雷云随气流漂大地感应出与雷云极性相反的电荷冲击分裂冰晶下降到一定高度与地形成很大的雷电场供配电系统第八章2022-7-4雷电的形成及效应 1）到达一定距离，电场击穿空气的绝缘，对最接近的物体

2、放电，雷击，产生破坏性很大的热效应和机械效应。供配电系统第八章2022-7-4雷电的形成及效应 2）架空线上感应大量电荷，雷云对其他物体放电后，这些电荷沿架空线泄放，形成雷电波。供配电系统第八章2022-7-4 3）雷电虽未击中电力设备，但产生静电感应或电磁感应，引起过电压，叫做感应过电压或感应雷。雷电的形成及效应供配电系统第八章2022-7-4原则:不要“突出”。 空旷地带不要在大树下躲雨 雷雨天不要用金属柄伞 雷雨天不要靠近金属如何降低被雷击可能性供配电系统第八章2022-7-4 1）雷电流的幅度和陡度雷电的有关名词概念 2）年平均雷暴日数 3）年预计雷击次数供配电系统第八章2022-7-

3、4防雷装置接闪器接闪器：避雷针、避雷线和避雷带。 避雷针的作用实质上是引雷作用，是将雷电引到自己身上来，经引下线、接地体将雷电流泄放到大地，避免了在它所保护范围其它物体遭受雷击。避雷针保护范围的大小与其高度有关。供配电系统第八章2022-7-4 保护范围用“滚球法”来确定。 当避雷针高度为h时，如hhr，地面上的保护半径r0为 单支避雷针的保护范围 )2(r0hhhr 高度为hx的平面xx上的保护半径rx为 )2(xrx0 xhhhrr避雷针的保护范围供配电系统第八章2022-7-4 例8-1避雷针的保护范围供配电系统第八章2022-7-4 高度为hx的平面xx上的保护宽度bx为 )2()2(

4、xrxrxhhhhhhb避雷线的保护范围供配电系统第八章2022-7-4避雷带和避雷网 避雷带和避雷网用于在建筑物的边缘及凸出部分上加装，通过引下线和接地装置很好地连接。对建筑物进行保护。供配电系统第八章2022-7-4避雷器避雷器是用来防止雷电产生过电压波沿线路侵入变电所或其它设备内，从而使被保护设备的绝缘免受过电压的破坏。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。 供配电系统第八章2022-7-4管型避雷器1产气管；2胶木管；3棒形电极；4环形电极；5动作指示器；s1内间隙；s2外间隙管型避雷器又称为排气式避雷器，主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱

5、点的保护，保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。 供配电系统第八章2022-7-4保护间隙又称角型避雷器，是一个较简单的防雷设备，它由两个金属电极构成的，其中一个电极固定在绝缘子上，而另一个电极则经绝缘子与第一个电极隔开，并使这一对空气间隙保持适当的距离。工作原理：在正常运行的情况下，间隙对地是绝缘的，而当架空电力线路遭受雷击时，间隙的空气被击穿，将雷电流泄入大地，使线路绝缘子或其它电气设备的绝缘上不致发生闪络，起到了保护作用。用于室外且负荷不重要的线路上。 供配电系统第八章2022-7-4由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运

6、行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷阀型避雷器电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。 供配电系统第八章2022-7-4金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻片是氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工频电压下，它具有极大的电阻，金属氧化物避雷器能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火

7、花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；在雷电过电压作用下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。目前氧化物避雷器广泛应用于高低压设备的防雷保护。 供配电系统第八章2022-7-4架空线的防雷措施架设避雷线。这是防雷的有效措施，但造价高，只在66kV及以上的架空线线路上才装设。35kV的架空线路上，一般只在进出变电所的一段线路上装设。而10kV及以下线路上一般不装设避雷线。供配电系统第八章2022-7-4架空线的防雷措施提高线路本身的绝缘水平。可以采用高一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平。尽量装设自动重合闸装置。线路发生雷击闪络之所以跳闸，是因为闪络造成了稳定的电弧而形成短路。当线路断开后，电弧即

8、行熄灭，而把线路再接通时，一般电弧不会重燃，因此重合闸后，线路恢复正常状态，能缩短停电时间。装设避雷器和保护间隙。这是用来保护线路上个别绝缘薄弱地点，包括个别特别高的杆塔，带拉线的杆塔、跨越杆塔、分支杆塔、转角杆塔以及木杆线路中的金属杆塔等处。 供配电系统第八章2022-7-4变配电所的防雷措施1. 装设避雷针。装设避雷针来防止直接雷。2. 装设避雷器。这主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所。 310kV变压器的防雷保护 310kV配电装置防止雷电波侵入的保护接线 供配电系统第八章2022-7-4建筑物的防雷分类根据发生雷电事故的可能性和后果，建筑物分成三类。 第一类：易爆

9、炸，且破坏力大。 第二类：易爆炸，但破坏力不大；较易受雷击的省部级办公楼；易受雷击的一般民用建筑物；国家级重要建筑物。 第三类：有易燃物的工业建筑；较易受雷击的工业建筑；较第二类雷击概率低的省部级办公楼和一般民用建筑物；较突出的高建筑物；省级重点文物保护建筑物及省级档案馆。供配电系统第八章2022-7-4建筑物的防雷措施建筑物易受雷击的部位： 越“突出”，越易受雷击，主要为屋顶。 a b c da屋面坡度为零 b屋面坡度1/10 c1/10屋面坡度1/2 d屋面坡度1/2易受雷击部位 - -不易受雷击的屋脊或屋檐 雷击率最高的部位对建筑物易受雷击的部位，应装设避雷针或避雷带、网。屋顶上装设的避

10、雷带、网，一般应经2根引下线与接地装置相连。供配电系统第八章2022-7-4建筑物的防雷措施对第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物中有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防雷电感应和防雷电波侵入的措施，并定期检查防雷装置。第二类防雷建筑物除有爆炸危险者外及第三类防雷建筑物，应有防直击雷和防雷波侵入的措施。供配电系统第八章2022-7-4第二节 电气装置的接地及有关保护接地的基本概念 单独讲“地”，是从地理角度看地，是指地球陆地的表面层，我们称之为“地理地”。 从电学角度看“地”，“地”是一个电阻非常低，而且电容量非常大的物体，它拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此电气上把

11、它作为系统的参考电位体，通常把它看作零电位，这种“地”称为“电气地”。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。供配电系统第八章2022-7-4第二节 电气装置的接地及有关保护接地的基本概念 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。 接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。 埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。 接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。 由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。 供配电系统第八章2022-7-4接地电流电位分布曲线 当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一

12、电流称为接地电流IE。试验表明，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分与零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压，如图中的UE。 接地电流和对地电压供配电系统第八章2022-7-4接触电压是指设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差。跨步电压是指在故障点附近行走，两脚之间出现的电位差。 接触电压和跨步电压供配电系统第八章2022-7-4 人在接近接地故障点时，跨步越大，越靠近，跨步电压越大。因此遇到电线落在地上，或是发生碰壳故障，要注意：不要太靠近；脚步要小；穿

13、绝缘鞋。防止触电供配电系统第八章2022-7-4工作接地、保护接地和重复接地工作接地保护接地重复接地接接 地地供配电系统第八章2022-7-4 1、工作接地 工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。 2、保护接地 为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。 保护接地可分为三种不同类型，两种思路： a.直接：使设备的电位降低； b.间接：使保护动作。 接 地 供配电系统第八章2022-7-4低压配电系统的中性点运行方式按保护接地形式分为：TN系统：所有设备的外露可导电部分均接公共

14、保护线(PE线)或公共的保护中性线(PEN线)。 TT系统：所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地 。IT系统：所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地 ，但其电源中性点不接地或经1000阻抗接地，且通常不引出中性线 。供配电系统第八章2022-7-4TN系统 保护原理：发生故障接地，产生大电流，保护装置动作。供配电系统第八章2022-7-4 保护原理：接地体分流。 IT 系 统供配电系统第八章2022-7-4 保护原理：当两个接地电阻足够小，发生接地故障时，可使保护动作。不可靠，再加装漏电保护器。TT 系 统供配电系统第八章2022-7-4（1）同一低压系统中，不能有的采取保

15、护接地，有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压。注 意外壳接零外壳接零外壳接地外壳接地ERIE供配电系统第八章2022-7-4（2）中性点不接地系统中的设备不允许采用保护接零。因为任一设备发生碰壳时都将使所有设备外壳上出现近于相电压的对地电压，这是十分危险的。（3）在中性线上不允许安装熔断器和开关，以防中性线断线，失去保护接零的作用，为安全起见，中性线还必须实行重复接地，以保证接零保护的可靠性。 注 意供配电系统第八章2022-7-4 在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，

16、称为重复接地。 重复接地供配电系统第八章2022-7-4 有了重复接地后，是否保护线断了也问题不大？重复接地供配电系统第八章2022-7-4低压配电系统的漏电电流保护 漏电保护器 又称“剩余电流保护器”（IEC标准名称，缩写RCD），它是在规定条件下，当漏电电流（剩余电流）达到或超过规定值时能自动断开电路的一种保护电器。漏电保护器原理接线图TAN-零序电流互感器 YA-极化电磁铁 QF-断路器 YR-自由脱扣机构供配电系统第八章2022-7-4低压配电系统的漏电电流保护漏电保护器供配电系统第八章2022-7-4漏电保护器的安装图8-42 各种RCD在低压配电线路中的接线示意图供配电系统第八章2

17、022-7-4漏电保护器的安装图8-43 PE线和PEN线不得穿过RCD的零序电流互感器铁心图8-44 RCD在TN系统中的正确接线供配电系统第八章2022-7-4一、电气安全有关概念 电流对人体的作用第三节 电气安全与触电急救 人体触电可分两种情况： 雷击和高压触电雷击和高压触电：将使人的肌体遭受严重的电灼伤、组织炭化坏死及其他难以恢复的永久性伤害。特殊场合，人触及高压后，由于不能自主地脱离电源，将导致迅速死亡的严重后果。 低压触电低压触电：在数十至数百毫安电流作用下，使人的肌体产生病理生理性反应，轻的有针刺痛感，或出现痉挛、血压升高、心律不齐以致昏迷等暂时性的功能失常，重的可引起呼吸停止、

18、心脏骤停、心室纤维性颤动甚至死亡。供配电系统第八章2022-7-4电流对人体的作用触电高压：雷击和高压触电，电流大，灼伤居多， 也有致死。低压：小电流，几十到几百毫安，机体产生病 理生理反应。 不同的触电电流和时间对人身机体的反应见图8-1。第三节 电气安全与触电急救供配电系统第八章2022-7-4第三节 电气安全与触电急救供配电系统第八章2022-7-4安全电流及其有关因素 安全电流安全电流：人可摆脱的最大电流。各国不一致，我国为30mA，但触电时间不超过1s，因此安全电流也称为30mAs。 安全电流与下列因素有关 1）触电时间： It30mAs t小，I稍大也关系不大。 2）电流性质： 直

19、流、交流、高频，以5060HZ最严重。 3）电流路径：心脏。 4）身体状况：主要指心脏。供配电系统第八章2022-7-4安全电压和人体电阻 安全电压：不会致人死或残的电压。 安全与否，取决于电流，因此，安全电压与人体电阻有关。人体电阻由体内电阻和接触电阻组成，取下限1700，由于安全电流为30mA，因此安全电压为50V。 安全电压值的规定，各国有所不同，我国根据具体环境条件的不同，安全电压值规定为： 在无高度触电危险的建筑物中为65V。 在有高度触电危险的建筑物中为24V。 在有特别触电危险的建筑物中为12V。 供配电系统第八章2022-7-4二、电气安全的一般措施有一定的电气安全知识。严格执行安全工作规程。 总的原则 人身与带电体的安全距离。 采用电气安全用具。 不得长时间超负荷用电，不得随意加大熔体规格。 不得在架空线路和室外配电装置上空及附近放风筝。 高压设备上工作必须遵守有关要求。供配