《工厂变配电技术（第二版）》课件 第五章 电气防雷与接地

电气防雷与接地第五章3623635－1大气过电压5－2防雷装置5－3防雷措施5－4电气设备接地5－１

大气过电压364学习目标了解大气过电压的含义、分类和危害。365过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作电压的、对绝缘有危害的异常电压。过电压按产生的原因不同，分为内部过电压和雷电过电压两大类。内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负荷变化或发生故障等，系统的工作状态突然改变而引起的过电压。雷电过电压又称大气过电压，是由于电力系统中的设备、线路或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。366一、直击雷过电压雷云直接对输电线路或电气设备放电，强大的雷电流通过输电线路或电气设备时引起过电压，从而产生破坏性很大的热效应和机械效应，称为直击雷过电压，如图所示。367直击雷过电压示意图a）积云b）放电二、感应雷过电压雷云不是直接击于输电线路或电气设备上，而是由雷云对输电线路或电气设备的静电感应所产生的过电压，称为感应雷过电压。如图所示，雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚大量被束缚住的异性电荷。如图所示，雷云对地放电或对其他异性雷云中和放电后，线路上的电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成电位很高的过电压。368感应雷过电压的形成a）雷云在线路上方时b）

雷云对地（或其他雷云）放电后三、雷电波侵入直击雷或感应雷会产生的高电位的电磁波称为雷电波，雷电波会沿架空线或金属管道侵入变配电所或用户设备而造成危害。据统计，在工厂变配电系统中，由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占所有雷害事故的50%以上。因此，对其防护应予以足够的重视。3695－２防雷装置370学习目标1.了解接闪器的分类及作用。2.了解避雷器的分类及其不同的应用场所。371由于雷电总是发生在地面上的凸出物体处，因此如果将一物体放置在高于被保护物体处，雷电到来时便会击中该物体，从而使被保护物体免于雷击。防雷装置一般都是根据这一原理工作的。位于顶部，利用其高出被保护物的凸出地位把雷电引向自身，承接直击雷放电的金属装置就是接闪器。接闪器承接雷击放电后，通过引下线将雷云中的电荷引至接地装置，人为地给雷云创造一条放电通路，将电流导入大地。引下线采用圆钢或扁钢，沿建筑物外墙明敷，经最短路径接地。接闪器有多种类型。接闪的金属杆称为接闪杆，接闪的金属线称为接闪线（或架空地线），接闪的金属带称为接闪带，接闪的金属网称为接闪网。372一、接闪杆、接闪线、接闪带和接闪网1.接闪杆如图所示，接闪杆（也称避雷针）采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成，供各种铁塔、油罐、烟囱及高层建筑物等安装使用。373接闪杆2.接闪线如图所示，接闪线（也称避雷线）的功能和原理与接闪杆基本相同，保护架空线路或其他物体免遭直接雷击。374接闪线3.接闪带如图所示，接闪带（也称避雷带）为建筑物的屋脊和屋顶四周敷设的接地导体，是由接闪杆、接闪线发展而来的，多是用圆钢（直径不小于8mm）或扁钢（截面不小于48mm2）做成的条形长带。高层楼宇的接闪带多沿屋脊、山墙、通风管道及平屋顶的边沿等地方敷设。375接闪带4.接闪网如图所示，接闪网（也称避雷网）也主要用来保护建筑物特别是高层建筑物，使它们免遭直接雷击或感应雷击，分为明网和暗网。376接闪网二、避雷器避雷器用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物而危及被保护设备的绝缘，或防止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰，广泛应用于发电、输变电、配电系统中。避雷器与被保护设备或设施并联，并且安装在被保护设备的电源侧，如图所示。377避雷器的连接1.阀型避雷器阀型避雷器如图所示，由装在密封瓷套管中的火花间隙和阀片（非线性电阻）串联组成。阀型避雷器上端与导线相连接，下端与接地体相连接，结构如图所示。378阀型避雷器379阀型避雷器的结构a）FS系列b）FZ系列1—上接线端2—火花间隙3—云母片4—瓷套管5—阀片6—下接线端7—火花间隙8—阀片9—瓷套管10—云母片11—分路电阻器2.管型避雷器管型避雷器又称排气式避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成，如图所示。产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成，内部间隙装在产气管内，一个电极为棒形，另一个电极为环形。管型避雷器是一种灭弧能力很强的保护间隙。380管型避雷器a）实物图b）

结构示意图1—产气管2—棒形电极3—环形电极4—接地支座5—管口6—线路s1—外部间隙s2—内部间隙3.保护间隙保护间隙又称角型避雷器，是最为简单、经济的防雷设备，结构十分简单。常见的三种保护间隙如图所示。其中一个电极接于线路，另一个电极接地。当线路中侵入雷电波引起过电压时，间隙击穿放电，将雷电流泄入大地。381常见的三种保护间隙a）

双支持绝缘子单间隙b）单支持绝缘子单间隙c）

双支持绝缘子双间隙s—保护间隙s1—主间隙s2—辅助间隙保护间隙的保护性能差、灭弧能力小，只用于室外不重要的架空线路。如图所示为变压器中性点保护间隙装置。382变压器中性点保护间隙装置4.金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器如图所示。金属氧化物避雷器按有无火花间隙分为两种类型，一种是无火花间隙、只有压敏电阻片的避雷器，比较常见；另一种是有火花间隙并有金属氧化物电阻片的避雷器，它是普通阀型避雷器的换代产品。金属氧化物避雷器具有无间隙、无续流、体积小和质量小等优点。383金属氧化物避雷器5.电涌保护器电涌保护器如图所示。电涌保护器又称浪涌保护器，是用于低压配电系统中电子信号设备上的一种雷电电磁脉冲（浪涌电压）保护设备。其连接与一般避雷器一样，与被保护设备并联，接于被保护设备的电源侧。384电涌保护器5－３

防雷措施385学习目标掌握架空线路、变配电所和配电设备防雷保护的方法。386一、架空线路的防雷保护1.装设接闪线在电杆（或铁塔）的顶部装设接闪线，用接地线将接闪线与接地装置连接在一起，使雷电流经接地装置流入大地，以达到防雷的目的。因为装设接闪线造价高，所以只在66kV及以上架空线路上沿全线架设，35kV

的架空线路仅在进出变配电所的一段线路上装设，10kV及以下的架空线路一般不装设接闪线。3872.提高线路自身的绝缘水平对于10kV

及以下架空线路，经常采用木横担、瓷横担或高一级的绝缘子来提高线路的防雷水平。经验证明，电压较低的线路，木质电杆对减少雷害事故有显著的作用。3~10kV线路一般用钢筋混凝土电杆，采用铁横担架线。若采用木横担，则可以减少雷害事故，但木横担由于防腐性能差，使用寿命不长，因此仅在重雷区使用。3883.装设避雷器或保护间隙对于架空线路中个别绝缘薄弱地点，可以装设避雷器或保护间隙防雷。对于中性点不接地系统的3~10kV架空线路，常在三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙防雷，如图所示。389顶线绝缘子上装设保护间隙示意图1—绝缘子2—架空导线3—保护间隙

4—接地引下线5—电杆二、变配电所的防雷保护1.装设接闪杆防止直击雷接闪杆分为独立接闪杆和构架接闪杆两种，独立接闪杆和接地装置一般是独立的；构架接闪杆是装设在构架或厂房上的，其接地装置与构架或厂房的接地体相连，因而与电气设备的外壳也连在一起。变配电所对直击雷的防护，一般采用装设独立接闪杆的方法，使电气设备全部处于接闪杆的保护范围之内。屋内配电装置一般不需要装设直击雷保护装置，因为建筑物本身可对其内部电气设备起到一定的保护作用。3902.装设接闪线或避雷器防止雷电波侵入对于3~10kV的变配电所架空进线，一般装设避雷器来防止雷击闪络引起的雷电波侵入对变配电所电气设备的危害，如图所示。对于35kV

及以上的变配电所架空进线，一般架设

1~2km的接闪线来防止雷击闪络引起的雷电波侵入对变配电所电气设备的危害，如图所示。391变配电所防护雷电波侵入示意图a）3~10kV

架空和电缆进线b）35kV

架空和电缆进线FV—阀型避雷器FE—管型（排气式）避雷器FMO—金属氧化物避雷器三、高压电动机的防雷保护高压电动机对雷电波侵入的防护采用FCD系列磁吹阀型避雷器或采用有串联间隙的金属氧化物避雷器，如图所示。392高压电动机防护雷电波侵入示意图FV1—普通阀型避雷器FE—管型（排气式）避雷器FV2—磁吹阀型避雷器四、配电设备的防雷保护1.配电变压器及柱上油开关的保护3~35kV配电变压器一般采用阀型避雷器进行保护。避雷器应装在高压熔断器的后面。在缺少阀型避雷器时，可用保护间隙进行保护，这时应尽可能采用自动重合熔断器。为了提高保护的效果，防雷保护设备应尽可能地靠近变压器安装。避雷器或保护间隙的接地线应与变压器的外壳及变压器低压侧中性点连在一起共同接地。柱上油开关可用阀型避雷器或管型避雷器来保护。对经常闭路运行的柱上油开关，可只在电源侧安装避雷器。对经常开路运行的柱上油开关，则应在其两侧都安装避雷器。3932.低压线路的保护低压线路的保护是将靠近建筑物的一根电杆上的绝缘子铁脚接地。这样当雷击低压线路时，就可向绝缘子铁脚放电，把雷电流泄入大地，起到保护作用。其接地电阻一般应不大于30Ω。3945－4

电气设备接地395学习目标1.了解电气设备接地的目的、接地装置的构成和散流效应原理。2.掌握电气设备的工作接地、保护接地和重复接地的方法。396接地是指电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。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）。接地体分为人工接地体和自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线只在设备、装置发生故障情况下通过接地故障电流。397一、电气设备接地的目的1.防止人体触电当人体接触或接近带电体时，让人体与带电体处在同一电位可避免触电。而要保持相同的电位，最简便的做法就是使电气设备的某部分与大地连接起来。2.防止电气设备的机械性损坏在供配电系统遭受雷击、受到冲击电流的冲击、遭受静电或出现共振等情况时，以及在与其他高压系统发生剐碰事故的情况下，供配电系统中会出现过电压，可能导致电气设备绝缘材料的损坏或性能变坏等，采取接地措施，可以有效地抑制过电压的出现。3983.防止火灾及爆炸发生因用电而导致火灾或爆炸的点火源，主要来自雷电袭击、静电放电、电火花、电弧，以及电气设备的加热和漏电等。采取接地措施，在系统正常运行和发生事故的情况下可以有效地抑制点火源的出现。4.保证电气设备正常工作很多电气设备在正常工作时是必须接地的，如变压器的中性点、防雷设备的接地等。为了电气设备的正常工作以及保障人身安全，需要接地的场合必须接地。399二、接地装置的构成接地线和接地体合称为接地装置。接地体在大地中通过接地线连接起来的整体称为接地网。接地装置由接地体和接地线两部分构成，接地线通常采用

25mm×4mm、40mm×4mm扁钢或直径为16mm的圆钢。接地线又分为接地干线和接地支线。400三、接地装置的散流效应1.接地电流与对地电压当电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流，用

IE

表示。半球形的球面距接地体越远，球面积越大，散流电阻越小，地表电位也就越低。接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线如图所示。实验表明，在距接地故障点20m左右的地方，散流电阻实际上已接近于零，通常把这个电位为零的地方称为电气上的“地”。401402接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线电气设备的接地部分与零电位的“地”之间的电位差称为接地部分的对地电压，用

UE

表示。2.接触电压和跨步电压接触电压是指电气设备的绝缘损坏时，在身体可触及的两部分之间出现的电位差。跨步电压是指人在接地故障点附近行走时，两脚之间所出现的电位差，用

Ustep

表示，如图所示。403接触电压和跨步电压四、电气设备的接地1.工作接地