供电工程电气课件

第七章供电系统的防雷与接地7.1供电系统的防雷7.2供电系统的接地2023/7/5第一节供电系统的防雷过电压雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波电流。

内部过电压

外部过电压包括操作过电压和谐振过电压等

雷电过电压直击雷击感应雷击雷电波侵入对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。2023/7/5一、雷电冲击波的基本特性

雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。

传播速度

雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。波阻抗波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之间的动态关系，与线路长度无关。

雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安全，必须设置避雷器等防雷保护措施。

变电所常采用一段100～200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。2023/7/5“折线法”二、防雷装置

1.避雷针

避雷针的作用是引雷。保护范围按“折线法”（对电气设备）或“滚球法”（对建筑物）来确定。

“滚球法”2023/7/5续上页2.避雷线

避雷线的接闪原理与避雷针相同。3.避雷带与避雷网

雷电最可能袭击建筑物的屋顶和突出部分。因而，高层建筑一般在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属避雷带防雷。此外，还在屋面上铺设金属线制成的避雷网。4.避雷器避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电线路侵入变电所或其它建筑物，危害电气设备的绝缘。阀电阻特性阀式避雷器管型避雷器和保护间隙金属氧化物避雷器在工频电压下，金属氧化物避雷器呈现极高电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；而当雷电过电压的作用下，其电阻变为很小，能较好地泄放雷电流。2023/7/5三、供电系统的防雷措施户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。需要指出，避雷针若与附近的建筑物或电气设备距离较近时，受到雷击后，其极高的电位，会对这些附近设施放电，这种现象称为反击。为防止反击事故的发生，避雷针与被保护的建筑物和电气设施应保持一定的安全距离，工程上，安全距离应大于5m。变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。

避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。2023/7/5续上页35kV变电所常见防雷保护10kV变电所常见防雷保护2023/7/5四、建筑物的综合防雷措施建筑物防雷工程是一个系统工程，必须将外部防雷措施和内部防雷措施作为整体综合考虑。建筑物按综合防雷措施设置的防雷系统方框图如下图所示。2023/7/5续上页由雷电侵入波或雷击电磁脉冲导致各种线路上出现的过电流和过电压称为电涌（surge）。

电涌保护器（代号SPD）的作用是在电涌冲击发生时迅速动作，将电涌电流引入大地而不在被保护的设备端口残留很大的共模电压，当电涌冲击衰减后又自动恢复初始态不影响被保护设备的运行，并准备接受下一个电涌冲击。由于雷电冲击能量巨大，因此对信息系统的电源保护，从外部总配电室到内部对计算机系统供电，要分多级进行，才能将雷电的能量降到设备所能承受的水平。电涌保护器在TN-S系统中的分级安装见下图所示。2023/7/5第二节供电系统的接地

（一）接地与接地装置

接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。1-接地体2-接地干线3-接地支线4-电气设备5-连接扁钢

接地装置示意图埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。

人工接地体接地体自然接地体典型的接地装置如图所示。

一、接地概念2023/7/5续上页（二）接地电流与对地电压

电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开，如图所示。1-接地体2-流散电场3-接地电流的地中电位分布接地电流、对地电压及接地电流电位分布图

在距离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的电位就越低。电气设备的接地部分，如：接地的外露可导电部分和接地体等，与零电位的“大地”之间的电位差，称为接地部分的对地电压。2023/7/5续上页（三）接地类型

1.功能性接地

为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，例如电源中性点的直接接地或经消弧线圈等的接地，又称工作接地。

2.保护性接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。包括：

3.功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)安全保护接地过电压保护接地防静电接地为防止由带电导体的绝缘损坏所造成人体受到间接电击，而将电气设备的外露可导电部分进行的接地。

为防止过电压对电气设备和人身安全的危害而进行的接地，如防雷接地。为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而进行的接地。

2023/7/5二、长接地必电阻抖及其立计算（一忽）接地温电阻接地误电阻蹦是指天接地属体的您流散念电阻计与接灶地线仍、接丽地体云电阻秀的总爪和。考接地负电阻专主要烘是接锤地体驻的流租散电尤阻，泛接地掩电阻盗与土蚂壤的英电阻改率有触关。工频其接地顿电流汉流经径接地区装置交所呈班现的饮接地仪电阻蜘，称她为工京频接懒地电张阻。扔雷电膏流流联经接晶地装踏置所谈呈现绣的接派地电当阻，刘称为孕冲击拘接地删电阻捧。（二车）工频志接地治电阻躺的计论算电力吃系统贷的不订同接押地装我置对番接地拜电阻轨的要迷求是峰不同驰的。临详见稍相关骂标准谊。单根鬼垂直烦式人营工接街地体多根私垂直烦式人洗工接种地体为接地体的利用系数，考虑了接地体之间存在电场屏蔽效应。20估23造/6循/2享9例题：某直10坡/0混.4kV车间烟变电符所，虽主变亡压器型容量滋为8跌00kV覆A，采用Dy忌n1妨1联结首。已庙知接延于10kV侧的释架空杯线路陆长10案0km，电缆销线路跨长10km。当地痒土质丛为砂经质粘睛土。失经现芝场测气定，惭可利穗用的友自然用接地垦体电优阻为60Ω。已知阅流过顽接地程线的痒低压方侧单炸相接待地短才路电蒸流为10kA，短路灵存在止时间0.喊4s。试确扑定该匀变电休所的确共用墨人工祸接地券装置因。解：1）确定该变电所的接地电阻允许值：

此变复电所陆10kV侧属茄小电悠流接抗地系叼统，瞒其接低地电拍流可继近似振估算团：此变呆电所挡共用鹅接地戚装置恢的接帜地电杜阻应垮同时答满足麻：2）已知可利用的自然接地体电阻。

20鸦23拦/6姐/2门9续上俯页4）高人工纯接地贯体的适初步拥敷设热方案卡：拟选盾用直药径5榆0mm世，长2杰.5m的钢胁管接糠地体贩，沿芝变电鲜所四手周，柏距墙衰脚2短.5停~3m，每隔增5m打入体一根辛钢管象，各节钢管宴接地聋体之坟间用答40黄×4mm2的扁泊钢连幸接构历成一馆个接滑地网钟。3）显然，。需要补充人工接地体。人工接地体所需总电阻：

5）单根人工接地体钢管的接地电阻：可得砂质粘土的土壤电阻率，则

20露23拜/6辞/2诵9续上痰页为使熊得接授地体谱均匀勿对称带，可规按偶沿数布湾置接早地体州。选屯用1沈0或半12线根直匪径5叉0mm呼，长2榆.5m的钢缴管作言接地岂体，权并用40失×4mm2的扁兔钢连性接，言呈环裕形布通置。7）派校验扶接地堪线的解短路挖热稳嫁定：实际铁接地祸线截棵面为怨40野×4闪＝1携60mm2大于火90吸.4mm2，短路丽热稳绸定条粉件合额格。钢质情接地器线热益稳定触系数C=7拴0，则接警地线心的最茫小截哨面应扛符合讯：根据，考虑到管间的屏蔽效应，初步选定为10根。以和n＝10查附录表，取，则6）括人工台接地更装置握需用蜘的钢控管数博量和扒最终娱的接贵地方饮案：20舌23先/6航/2泡9三、洁等电属位联利结（一铁）等心电位老联结先概念等电脖位联狡结是悟使建唐筑物税电气权装置遍的各筝外露观可导励电部养分与猜电气万装置工外的手其它颈金属聋可导粥电部湖分进精行电幕位基送本相资等的耕电气冶连接如。作用洋于全临建筑互物，罩在每计一电乱源进拨线处耽，利嫩用联游结干绩线将六保护福线、悄接地美线的弄总接撒线端扣子与拼建筑吸物内棚电气雨装置考外的债可导朋电部蝇分（幻玉如：爆进出护建筑报物的童金属莲管道闭、建愤筑物清的金碑属结怀构构等件等周）连真接成斜一体陪。指在阻局部乳范围敌内设乏置的捎等电惰位联侵结，甲一般雄在TN系统爪中，筑当配冒电线昨路阻牙抗过晴大、尸保护转动作批时间屈超过甜规定临允许松值时团或为狮满足造防电笋击的剥特殊矿要求展时，滤需作闷局部证等电性位联叙结。指在母伸臂测范围难内的嚷某些薄外露永可导洗电部割分与仇装置烫外可熊导电锐部分脆之间滩所作勒的等忘电位仙联结粗。总等电位联结（MEB）局部等电位联结（LEB）辅助等电位联结（SEB）20毁23铅/6搬/2粪9总等压电位毒联结握示意休图续上鼠页20赛23徐/6阵/2枣9续上甩