工厂供配电技术项目6供配电系统的保护

工厂供配电技术供配电系统的保护项目六为避免供配电系统因异常情况或故障造成电气设备停电、损坏等不良影响，需要在供配电系统中设置必要的保护。本项目主要介绍供配电系统的继电保护，以及电气设备的防雷保护和接地保护等。项目导入了解电气设备的防雷保护和接地保护供配电系统的继电保护/任务导航/任务一任务二一、继电保护概述二、高压线路的继电保护三、变压器的继电保护四、高压电动机的继电保护五、微机控制的继电保护一、过电压二、电气设备的防雷保护三、电气设备的接地保护四、安全用电项目目标知识目标技能目标素质目标了解继电保护的相关知识。掌握高压线路、变压器、高压电动机和微机控制的继电保护。熟悉过电压的概念。了解电气设备的防雷保护和接地保护。了解安全用电措施和触电急救知识。树立客观、严谨、细致的工作作风。培育执着专注、踏实认真的职业素质。弘扬精益求精、科学严谨、追求卓越的工匠精神。能够校验电磁式电流继电器的准确度。能够测量接地电阻。任务一供配电系统的继电保护任务引入当供配电系统中发生短路故障时，供配电线路上的电流会在短时间内急剧增大。如果不及时采取措施限制这种过大的电流，不仅会损坏电气设备，还可能引发火灾、爆炸等灾难性后果。因此，装设过电流保护装置对于保障供配电系统的安全稳定运行至关重要。电磁式电流继电器常用作过电流保护装置中的启动元件，当供配电线路上的电流超过额定值时，它会迅速响应，切断故障线路。电磁式电流继电器的准确度会影响供配电系统的可靠性和安全性。电磁式电流继电器接线图下面请大家按照如图所示的电磁式电流继电器接线图连接好电路，并校验电磁式电流继电器的准确度。一、继电保护概述继电保护是对供配电系统中的异常运行状态或发生的故障进行检测，从而发出报警信号，或直接将故障部分隔离、切除的一种重要措施。常见的继电保护高压线路的继电保护变压器的继电保护高压电动机的继电保护继电保护装置是按照继电保护的要求，将各种继电器按一定方式进行连接和组合的电气装置，下面主要介绍继电保护装置的相关知识。一、继电保护概述1．继电保护装置的任务当供配电系统发生故障时，最靠近故障点的继电保护装置应迅速跳闸，切除故障部分，恢复其他无故障部分的正常运行，同时发出报警信号提醒值班人员检查，以便及时消除故障。1）故障时跳闸当供配电系统出现异常运行状态（过负荷或欠压）时，继电保护装置应发出报警信号，提醒值班人员注意并及时处理，以免造成用电设备故障。2）异常运行状态发出报警信号继电保护装置可与供配电系统中的自动装置配合，在条件允许时，采取预定措施，缩短事故停电时间，从而提高供配电系统的运行可靠性。3）与自动装置配合一、继电保护概述2．对继电保护装置的基本要求选择性速动性可靠性灵敏性1）选择性定义：指当供配电系统发生故障时，只使电源一侧离故障点最近的继电保护装置动作，将故障部分切除，保证非故障部分仍正常运行。继电保护装置的选择性动作示意图如图所示，当k点发生故障时，应由离k点最近的继电保护装置1动作，使断路器QF跳闸，只切除电动机M，而其他断路器都不跳闸，该动作称为选择性动作。一、继电保护概述2）速动性定义：指当供配电系统发生故障时，继电保护装置应尽快动作，快速切除故障，以减小对用电设备的损坏程度，缩小故障的影响范围。2．对继电保护装置的基本要求3）可靠性定义：指继电保护装置在应该动作时，不应拒绝动作；在不应该动作时，不应误动作。4）灵敏性定义：指继电保护装置在其保护范围内对故障和异常运行状态的反应能力。若继电保护装置对其保护范围内极轻微的故障都能及时地反应动作，则说明继电保护装置的灵敏性高。一、继电保护概述3．继电保护装置的组成继电保护装置的组成1）测量部分作用：测量被保护元件的输入信号，如电流、电压等，并与已给的整定值进行比较，从而判断继电保护装置是否应该动作。2）逻辑部分作用：根据测量部分各输出量的大小、性质，出现的顺序或它们的组合，使继电保护装置按照一定的逻辑程序工作，最后确定是否应使断路器跳闸或发出报警信号，并将有关指令传递给执行部分。3）执行部分作用：根据逻辑部分传递的指令，完成继电保护装置所担负的任务，如跳闸、发出报警信号等。一、继电保护概述继电器是继电保护装置的基本元件。4．常用的保护继电器继电器控制继电器机电控制电路中应用较多的继电器属于控制继电器保护继电器供配电系统中应用较多的继电器属于保护继电器根据应用的不同一、继电保护概述4．常用的保护继电器常用的保护继电器电磁式继电器感应式继电器（a）电磁式（b）电磁式（c）电磁式（d）电磁式

（e）电磁式（f）电磁式电流继电器电压继电器

中间继电器信号继电器时间继电器时间继电器

（通电延时）（断电延时）其中应用最多的为感应式电流继电器（g）感应式电流继电器一、继电保护概述1）电磁式继电器4．常用的保护继电器电磁式继电器工作原理1—铁心；2—线圈；3、5—静触点；4—动触点；6—衔铁；7—弹簧。电磁式继电器的结构电磁式继电器的基本原理是相同的。当线圈2上有输入信号（电流或电压）时，将产生电磁效应，衔铁6在电磁力的吸引作用下克服弹簧7的拉力被吸向铁心1，从而带动动触点4与静触点3吸合。断电后，衔铁6被弹簧7拉回到原来的位置，电磁式继电器恢复到起始状态，动触点4与静触点3断开、与静触点5闭合。一、继电保护概述电磁式电流继电器和电磁式电压继电器在继电保护装置中应用较多，通常用作启动元件。下面简要介绍这两种继电器。4．常用的保护继电器一、继电保护概述4．常用的保护继电器

过电压继电器欠电压继电器在供配电系统中应用较多，其图形符号如图所示。一、继电保护概述2）感应式电流继电器感应式电流继电器的文字符号为KA，图形符号如图所示。常用的感应式电流继电器为GL型，它属于测量元件，广泛应用于反时限过电流保护的继电保护装置中。4．常用的保护继电器GL型电流继电器的动作特性曲线GL型电流继电器感应系统带有反时限动作特性电磁系统是瞬时动作的一、继电保护概述4．常用的保护继电器GL型电流继电器的动作特性曲线一、继电保护概述GL型电流继电器兼有两种保护利用感应部分实现过电流保护利用电磁部分实现电流速断保护小提示二、高压线路的继电保护根据GB/T50062—2008《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》的规定，3～66kV线路的故障或异常运行，应装设相间短路保护装置、单相接地保护装置和过负荷保护装置。对于线路的相间短路保护，主要采用带时限的过电流保护和瞬时动作的电流速断保护。相间短路保护应动作于跳闸，切除短路故障。当过电流保护的动作时限不大于0.5～0.7s时，可不装设瞬时动作的电流速断保护。对于线路的单相接地保护，主要采用两种方式：①在发电厂和变电所高压母线上，装设无选择性的绝缘监视装置，并动作于信号；②在高压线路上，装设有选择性的单相接地保护装置（零序电流保护装置），并动作于信号，但当危及人身和设备安全时，应动作于跳闸。对于可能出现过负荷的电缆线路，应装设过负荷保护装置，并动作于信号。二、高压线路的继电保护当通过高压线路的电流大于继电器的动作电流时，继电保护装置启动，并用时限保证动作的选择性，这种继电保护称为过电流保护。1．过电流保护过电流保护由电磁式电流继电器等构成的定时限过电流保护由感应式电流继电器等构成的反时限过电流保护根据采用继电器的不同1）定时限过电流保护二、高压线路的继电保护1．过电流保护定时限过电流保护装置的原理图当被保护线路发生短路故障时，短路电流经电流互感器TA1、TA2流入电磁式电流继电器KA1、KA2，若短路电流大于KA1或KA2的整定值，则其动触点闭合并将电磁式时间继电器KT的线圈回路接通，KT开始延时。经过整定的延时后，KT的触点闭合，使电磁式信号继电器KS发出信号。与此同时，电磁式中间继电器KM的线圈得电，触点闭合，接通跳闸线圈YR回路，使断路器QF跳闸，切除短路故障。短路故障切除后，定时限过电流保护装置中除KS外的其他所有继电器均自动返回起始状态，KS可手动复位。定义：指继电保护装置的动作时间是固定不变的，与短路电流大小无关。二、高压线路的继电保护1．过电流保护从上述原理可以看出，要使定时限过电流保护装置满足动作可靠、灵敏，并满足选择性的要求，必须解决三个问题：一是正确整定定时限过电流保护装置的动作电流；二是正确整定定时限过电流保护装置的动作时限；三是正确校验定时限过电流保护装置的灵敏度。二、高压线路的继电保护1．过电流保护二、高压线路的继电保护1．过电流保护定时限过电流保护装置动作时限的整定二、高压线路的继电保护1．过电流保护二、高压线路的继电保护知识链接当线路发生短路故障时，线路上的保护装置将在瞬间发出信号，使断路器跳闸，这个立即动作的保护称为主保护。当主保护因为各种原因没有动作，经过整定的延时后，另一个保护装置将启动并动作，切除短路故障，这个保护称为后备保护。二、高压线路的继电保护1．过电流保护2）反时限过电流保护反时限过电流保护装置的原理图KA1、KA2为GL型电流继电器，其本身动作带有时限，并有动作信号牌，因此回路中不需要设置电磁式时间继电器和电磁式信号继电器。当线路发生短路故障时，电流继电器KA1、KA2动作，经过反时限延时后，其常开触点闭合，常闭触点断开。这时断路器跳闸线圈YR1、YR2因去分流而通电，从而使断路器QF跳闸，切除短路故障。同时，KA1、KA2的信号牌掉下，指示保护装置已经动作。短路故障被切除后，KA1、KA2自动返回，其信号牌可利用外壳上的旋钮手动复位。二、高压线路的继电保护1．过电流保护反时限过电流保护装置动作电流的整定、灵敏度的校验方法与定时限过电流保护装置完全相同；动作时限的整定方法与定时限过电流保护装置相似，其∆t一般取0.7s。（1）定时限过电流保护装置优点：动作时间准确，易于整定，且不论短路电流大小，动作时间是一定的；缺点：所需要的继电器数量多，接线复杂，采用直流操作电源，投资较大，且在靠近电源处短路时，保护装置的动作时间较长。（2）反时限过电流保护装置优点：所需要的继电器数量大为减少，接线简单，可采用交流操作电源，投资较小；缺点：动作时限的整定较麻烦，误差较大，且当短路电流较小时，其动作时间较长，使故障的持续时间延长。二、高压线路的继电保护2．电流速断保护过电流保护有一个明显的缺点：线路越靠近电源，过电流保护的动作时间越长，短路电流越大，危害也越严重。为克服这一缺点，应在靠近电源出口处设置电流速断保护。对于采用DL型电流继电器组成的电流速断保护，相当于在定时限过电流保护中抽去电磁式时间继电器。实质上是一种瞬时动作的过电流保护定时限过电流保护和电流速断保护相配合的线路原理图KA1、KA2、KT、KS1、KM构成定时限过电流保护，KA3、KA4、KS2、KM构成电流速断保护。后者比前者只少了电磁式时间继电器KT。二、高压线路的继电保护2．电流速断保护二、高压线路的继电保护2．电流速断保护对于GL型电流继电器，还需要整定速断电流倍数，确保其速断电流倍数在合理范围内。二、高压线路的继电保护2．电流速断保护由于电流速断保护的动作电流是按躲过被保护线路末端的最大三相短路电流来整定的，因此在被保护线路末端发生的不是最大三相短路电流（如两相短路电流）时，电流速断保护不能动作，即电流速断保护实际上不能保护线路的全长。这种继电保护装置不能保护的区域，称为保护死区。二、高压线路的继电保护为弥补电流速断保护存在保护死区的缺点，一般规定，只要装设电流速断保护的线路，都必须装设带时限的过电流保护。在电流速断保护的保护区内，电流速断保护为主保护，过电流保护为后备保护；在电流速断保护的保护死区内，过电流保护为主保护。小提示二、高压线路的继电保护2．电流速断保护二、高压线路的继电保护3．单相接地保护单相接地保护又称零序电流保护，它是通过零序电流互感器将一次回路发生单相接地故障所产生的零序电流反映到其二次侧的电磁式电流继电器中去，使电磁式电流继电器动作，从而接通信号回路，发出报警信号。（a）架空线路用

（b）电缆线路用1—电缆头；2—零序电流互感器；3—接地线；4—固定金具；5—电缆。单相接地保护其一般采用由三个同型号、规格的单相电流互感器同极性并联所组成的零序电流互感器来实现。其一般采用专门的零序电流互感器，套在电缆头处来实现。当一次回路发生单相接地故障时，产生零序电流，该电流流经零序电流互感器，在其二次侧产生感应电动势和感应电流，使电磁式电流继电器KA动作，并发出信号。二、高压线路的继电保护装设电缆头的接地线时，必须穿过零序电流互感器的铁心，否则单相接地保护不起作用。小提示二、高压线路的继电保护3．单相接地保护1）动作电流的整定二、高压线路的继电保护3．单相接地保护二、高压线路的继电保护4．过负荷保护当电缆线路出现过负荷时，电磁式电流继电器KA动作，经过整定的延时后，电磁式时间继电器KT的触点闭合，使电磁式信号继电器KS发出信号。过负荷保护装置的原理图过负荷保护装置的整定三、变压器的继电保护变压器的短路故障内部故障变压器绕组的相间短路匝间短路单相接地短路外部故障短路电流产生的电弧不仅会破坏绕组的绝缘、烧坏铁心，还会使变压器绝缘油受热分解产生大量气体，引起变压器油箱爆炸。因此，内部故障是很危险的。主要是引出线绝缘套管的故障，它可能引起引出线相间短路或接地短路。三、变压器的继电保护变压器的异常运行主要是外部短路或过负荷引起的过电流、温度升高和油面下降等。根据变压器的短路故障和异常运行等情况，变压器一般应进行下列继电保护。（1）瓦斯保护。（2）单相接地保护。（3）差动保护。（4）过电流保护。（5）电流速断保护。（6）过负荷保护。容量为800kV·A及以上的油浸式变压器和容量为400kV·A及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。（1）瓦斯保护。三、变压器的继电保护当变压器低压侧发生单相接地短路故障时，短路电流很大，应装设保护装置动作于跳闸。虽然变压器高压侧装设的过电流保护可兼作低压侧的单相接地保护，但是保护的灵敏度往往达不到要求。为提高保护的可靠性，可采用四种保护方式：①低压侧装设三相均带过电流脱扣器的低压断路器；②低压侧三相装设熔断器保护；③在变压器中性点引出线上装设零序电流保护；④采用两相三继电器或三相三继电器接线的过电流保护。（2）单相接地保护。三、变压器的继电保护形式：纵联差动保护用于单回路，横联差动保护用于双回路。（3）差动保护。容量为10000kV·A及以上单独运行的变压器和容量为6300kV·A及以上并列运行的变压器，应装设纵联差动保护。高压侧为6～10kV的车间变电所的主变压器，一般装设带时限的过电流保护和电流速断保护。若过电流保护的动作时限为0.5～0.7s，则可不装设电流速断保护。（4）过电流保护。三、变压器的继电保护容量为10000kV·A以下单独运行的变压器，应装设电流速断保护；容量为2000kV·A及以上的变压器，当电流速断保护灵敏度不符合要求时，应装设纵联差动保护。（5）电流速断保护。容量为400kV·A及以上并列运行的变压器或作为其他负荷备用电源的单独运行的变压器，应装设过负荷保护。（6）过负荷保护。三、变压器的继电保护变压器过电流保护、电流速断保护和过负荷保护的组成、工作原理及整定与高压线路相应的继电保护基本相同。这里主要介绍变压器瓦斯保护、单相接地保护和差动保护的相关知识。1．瓦斯保护瓦斯保护的主要元件是瓦斯继电器，它装设在变压器的油箱与油枕之间的连通管上。1—油箱；2—连通管；3—瓦斯继电器；4—油枕。变压器的安装为使油箱内产生的气体能够顺畅地通过瓦斯继电器排往油枕，安装变压器时应取1%～1.5%的倾斜度连通管对油箱顶盖还应取2%～4%的倾斜度三、变压器的继电保护1．瓦斯保护瓦斯继电器浮筒式开口杯式根据结构的不同1—上油杯；2—上动触点；3—上静触点；4—下油杯；5—下动触点；6—下静触点；7—下油杯平衡锤；8—下油杯转轴；9—挡板；10—上油杯平衡锤；11—上油杯转轴。开口杯式瓦斯继电器的结构目前广泛采用的是开口杯式瓦斯继电器，其结构如图所示。变压器正常运行时，瓦斯继电器的上、下油杯中均充满油，在平衡锤的作用下，其上、下两对触点均处于断开状态。三、变压器的继电保护1．瓦斯保护当变压器油箱内部发生轻微故障导致油面下降时，因上油杯中盛有剩余的油，使其力矩大于上油杯平衡锤的力矩而降落。此时上触点接通信号回路，发出报警信号，这称为轻瓦斯动作。如果变压器出现漏油，将会引起瓦斯继电器内的油慢慢流尽，先是上油杯降落，发出轻瓦斯动作信号油面继续下降会使下油杯降落，从而使断路器跳闸，切除变压器，同时发出重瓦斯动作信号当变压器油箱内部发生严重故障时，由故障产生的大量气体将带动油流冲击挡板，使下油杯降落。此时下触点接通跳闸回路，使断路器跳闸，同时发出报警信号，这称为重瓦斯动作。三、变压器的继电保护2．单相接地保护变压器低压侧的单相接地保护原理图当变压器低压侧发生单相接地短路故障时，接地电流经电流互感器TA使电磁式电流继电器KA动作，从而使断路器跳闸，将故障切除。它由电流互感器TA和电磁式电流继电器KA组成。三、变压器的继电保护2．单相接地保护三、变压器的继电保护2．单相接地保护三、变压器的继电保护3．差动保护变压器差动保护的原理图三、变压器的继电保护3．差动保护变压器差动保护的原理图三、变压器的继电保护3．差动保护四、高压电动机的继电保护高压电动机在运行中，会出现各种故障或异常运行状态，若不及时发现和处理将会导致其损坏。高压电动机一般应设置电流速断保护、单相接地保护和过负荷保护。1．电流速断保护高压电动机的相间短路是其最严重的故障，它会使高压电动机严重烧毁，因此发生该故障时应将其迅速切除。容量在2000kW以下的高压电动机，广泛采用电流速断保护作为其相间短路的主保护。四、高压电动机的继电保护1．电流速断保护四、高压电动机的继电保护1．电流速断保护四、高压电动机的继电保护2．单相接地保护高压电动机单相接地电流大于5A时，应设置有选择性的单相接地保护。四、高压电动机的继电保护3．过负荷保护对于容易发生过载和在机械负载情况下不允许启动或不允许自启动的高压电动机，均应设置过负荷保护。高压电动机的过负荷保护应具有反时限特性，即过负荷倍数越大，允许过负荷的时间越短。五、微机控制的继电保护随着电力系统不断向高电压、远距离、大容量的方向发展，其对继电保护的要求也越来越高，现有的模拟式继电保护将难以满足要求，微机控制的继电保护应运而生。微机控制的继电保护简称微机保护，它充分利用计算机的存储记忆、逻辑判断和数值运算等信息处理功能，是基于可编程数字电路技术和实时数字信号处理技术实现的继电保护。作用：可显著改善原有继电保护的工作性能，大大提高电力系统运行的安全性和稳定性。五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成硬件系统软件系统典型微机保护装置的硬件系统框图1）硬件系统硬件系统数据采集系统微机系统开关量输入输出系统键盘打印机电源五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成典型微机保护装置的硬件系统框图数据采集系统：包括辅助变换器、低通滤波器、采样保持器、多路开关和模/数转换器。电压互感器二次电压信号和电流互感器二次电流信号为随时间变化的模拟信号，数据采集系统可将这种类型的模拟信号转换为可以被微机保护装置识别的数字信号，从而完成从模拟量到数字量的转换。微机系统：包括时钟、CPU、RAM、EPROM、EEPROM、控制器和各种接口等。CPU执行存放在EPROM中的保护程序，对由数据采集系统输入RAM中的数据进行分析处理，以完成各种继电保护功能。五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成典型微机保护装置的硬件系统框图开关量输入输出系统：开关量输入系统将外部提供给微机保护装置使用的开关量，通过光电耦合器隔离后，供CPU系统处理。开关量输出系统用于完成各种保护的出口跳闸、信号报警等功能，但为提高抗干扰能力，需要经过光电耦合器进行隔离。五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成2）软件系统监控程序包括人机接口键盘命令处理程序和对插件调试、定值整定、报告显示等配置的程序；运行程序是指微机保护装置在运行状态下所需要执行的程序。运行程序的原理框图监控程序运行程序主程序中断服务程序五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成（1）主程序。静态自检是微机在系统初始化后，对RAM、EPROM和数据采集系统等各部分进行的全面检查。静态自检完成，确保系统良好后，才可开放中断，允许数据采集系统投入工作。动态自检是在执行中断服务程序的间隙重复进行的，即主程序一直在动态自检中循环，每隔一个采样周期中断一次。五、微机控制的继电保护1．微机保护装置的构成（2）中断服务程序。采样和数字滤波是对输入信号进行采样、模/数转换，并存入RAM进行数字滤波；保护算法是根据采样和数字滤波后的数据，计算有关参数的幅值和相位角等；故障判断是判断故障发生和故障类别等；故障处理是根据故障判断的结果，发出跳闸命令和报警信号，启动打印机，打印有关故障信息和参数。五、微机控制的继电保护2．微机保护装置的运行当微机保护装置复位或加电源后，首先根据面板上的“调试运行”开关位置判断目前系统处于调试还是运行状态。开放中断后，每当采样周期一到，定时器发出采样脉冲，向CPU申请中断，CPU响应后执行继电保护程序。系统处于调试状态时，程序转向监控程序，此时运行人员可通过键盘、显示器、打印机对有关的内存、外设进行检查、校核和设定；系统处于运行状态时，程序执行运行程序中的主程序，若主程序中的两种自检检查出故障，则转向监控程序等待处理。任务实训——校验电磁式电流继电器的准确度电磁式电流继电器接线图1．实训准备请同学们准备好DL型电流继电器、调压器、电流表、电压表、滑行变阻器、刀开关、指示灯等设备，根据如图所示的电磁式电流继电器接线图连接好电路，然后校验该继电器的准确度。任务实训——校验电磁式电流继电器的准确度DL型电流继电器任务实训——校验电磁式电流继电器的准确度任务实训——校验电磁式电流继电器的准确度任务2了解电气设备的防雷保护和接地保护任务引入电气自动化专业的课堂上，老师告诉同学们：若接地电阻过高，电流可能无法得到有效分散，从而会增加电气设备遭受雷击、电击等的风险。因此，测量接地电阻可以帮助运行人员检测和排除潜在的安全隐患，保证电气设备的安全性和可靠性。如图所示为接地电阻测量仪的外形图和原理图，学习完本任务后，请大家学会使用接地电阻测量仪来测量接地体的电阻。（a）外形图

（b）原理图接地电阻测量仪的外形图和原理图任务二了解电气设备的防雷保护和接地保护供配电系统要实现正常运行，首先要保证其安全性。防雷保护和接地保护是确保电气设备及建筑物免受雷电侵害和保障人员安全的重要措施。一、过电压过电压内部过电压外部过电压根据产生原因的不同防雷就是防御过电压，过电压是指电气设备或线路上出现超过正常工作要求并对供配电系统绝缘构成威胁的高电压。一、过电压内部过电压是指供配电系统内部由于开关操作、参数不利组合、单相接地等原因，使自身工作状态突然改变，从而在过渡过程中引起的过电压。1．内部过电压内部过电压操作过电压由供配电系统内部开关操作导致负荷骤变，或由短路故障出现断续性电弧引起的过电压；谐振过电压由供配电系统内部参数不利组合导致谐振引起的过电压。运行经验表明，内部过电压一般为供配电系统正常运行时额定相电压的3～4倍，对供配电线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。一、过电压外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是供配电系统遭受雷击而产生的过电压。外部过电压一般有以下三种基本形式。2．外部过电压1）直击雷过电压定义：雷电直接对电气设备、建筑物或其他物体放电而产生的过电压。影响：该电压所产生的雷电流有很大的热效应和机械效应。定义：由雷电对电气设备、线路或其他物体的静电感应或电磁感应引起的过电压。影响：能击穿电气绝缘，甚至引起火灾。2）感应雷过电压定义：由架空线路或金属管路遭受直击雷或感应雷引起的过电压波，会沿线路侵入变配电所或其他建筑物，并使变压器内部产生很高的过电压。3）雷电波侵入据统计，供配电系统中由雷电波侵入造成的雷害事故，占所有雷害事故的50%～70%。二、电气设备的防雷保护雷电形成过程中往往伴随着巨大的电流和极高的电压，它在放电过程中会产生极大的破坏力。因此，必须采取有效方法来防止雷击。下面主要介绍防雷保护装置和防雷措施的相关知识。1．防雷保护装置防雷保护装置接闪器（或避雷器）引下线接地体1）接闪器接闪器是专门用来接收直击雷的金属物体。金属杆称为避雷针；金属线称为避雷线；金属带、金属网称为避雷带、避雷网。二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置建筑物第一类建筑物第二类建筑物第三类建筑物根据防雷要求的不同二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置单支避雷针保护范围的确定二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（2）避雷线。二、电气设备的防雷保护确定避雷线的高度时应考虑弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，等高支柱间的档距小于120m时，其避雷线中点的弧垂宜取2m；档距为120～150m时，其避雷线中点的弧垂宜取3m。小提示二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（3）避雷带和避雷网。材料及规格：采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径应不小于9mm，扁钢截面积应不小于49mm2、厚度应不小于4mm。作用：主要用来保护高层建筑物免遭直击雷和感应雷。为达到保护的目的，避雷网的网格尺寸应符合下表的规定。避雷网的网格尺寸二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置2）避雷器作用：防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物，从而使被保护设备的绝缘免受过电压的破坏。连接方式与安装位置：必须与被保护设备并联，且安装在被保护设备的电源侧。目前常用的避雷器管式避雷器阀式避雷器金属氧化物避雷器保护间隙二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（1）管式避雷器。管式避雷器的结构当雷电产生的过电压波来临时，管式避雷器的内、外间隙均被击穿，雷电流通过接地体泄入大地。随之而来的工频电流会产生强烈的电弧，在电弧高温作用下，产气管产生大量气体并从管口喷出，产生强烈的吹弧作用，将电弧吹灭。这时外间隙恢复绝缘，使避雷器与供配电系统隔开，供配电系统恢复正常运行。产气管内间隙外间隙一般用能在高温下产生气体的材料（如纤维胶木等）制成；由棒形电极和环形电极形成。二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（2）阀式避雷器（阀型避雷器）。阀式避雷器型号的表示和含义阀式避雷器主要由多对火花间隙和阀片串联而成，装在密封瓷套管内。阀式避雷器普通阀式避雷器磁吹阀式避雷器正常运行时，阀片阻值很大，火花间隙阻断工频电流通过；雷电产生过电压时，火花间隙被击穿放电，阀片在过电压作用下阻值变小，使雷电流顺利泄入大地。是保护发、变电设备最基本的元件，也是决定高压电气设备绝缘水平的基础。用铜片冲制而成，每对火花间隙用云母垫圈隔开用碳化硅制成，具有非线性伏安特性二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（3）金属氧化物避雷器（压敏避雷器）。由压敏电阻制成的阀片叠装而成，该阀片具有优良的非线性伏安特性。金属氧化物避雷器的工作原理与阀式避雷器相似，在工频电压下，阀片阻值很大，能有效阻断工频电流；当雷电产生过电压时，阀片阻值会变得很小，能很好地泄放雷电流。二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置（4）保护间隙。保护间隙一般由镀锌圆钢制成。保护间隙角形棒形环形球形根据形状的不同角形保护间隙的结构目前广泛应用的是角形保护间隙，它由主间隙和辅助间隙串联组成。主间隙做成角形，水平安装以便灭弧；辅助间隙的作用是防止主间隙被外物短路造成角形保护间隙误动作。二、电气设备的防雷保护1．防雷保护装置3）引下线含义：接闪器或避雷器与接地体之间的连接线，材料及规格：一般采用直径为8mm的镀锌圆钢或截面积不小于25mm2的镀锌钢绞线制成。作用：将接闪器或避雷器上的雷电流安全引入接地体。4）接地体含义：埋于地下与大地直接接触的金属物体，它将引下线上的雷电流泄入大地。接地电阻要求：不大于10Ω。接地体人工接地体指专门为接地而人为装设的接地体自然接地体指直接与大地接触的各种金属体二、电气设备的防雷保护2．防雷措施防雷措施架空线路的防雷措施变配电所的防雷措施高压电动机的防雷措施建筑物的防雷措施1）架空线路的防雷措施只有在60kV以上的架空线路上才全线架设，35kV的架空线路上只在进出变配电所的一段线路上架设，10kV及以下的架空线路上一般不架设。因此对于架空线路，架设避雷线是有效的防直击雷措施，但造价较高。二、电气设备的防雷保护2．防雷措施高压架空线路的防雷保护措施：（1）采用瓷横担或高一级电压等级的绝缘子来提高架空线路本身的绝缘水平。（2）装设避雷器来保护架空线路上个别绝缘薄弱的地方。（3）采用自动重合闸装置，缩短架空线路遭受雷击而跳闸的通电时间。低压架空线路的防雷保护措施：（1）在多雷地区，应在直接与低压架空线路相连的电气设备低压侧装设阀式避雷器或保护间隙。（2）对于重要用户，应在低压架空线路入户前50m处及户内装设低压避雷器。（3）对于一般用户，可在低压架空线路入户前装设低压避雷器或熔断器。二、电气设备的防雷保护2．防雷措施2）变配电所的防雷措施（1）装设避雷针可防止变配电所和户外电气设备遭受直击雷。（2）装设避雷器可防止雷电波侵入。线路进线侧和变压器高压侧均应装设阀式避雷器。当变压器低压侧的中性点不接地时，还应在低压侧的中性点装设阀式避雷器。3）高压电动机的防雷措施高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有同电压等级变压器的1/3左右。因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普通的阀式避雷器。对定子绕组中性点能引出的高压电动机，一般采用在中性点装设性能较好、专用于保护高压电动机的磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器的方法防雷。对定子绕组中性点不能引出的高压电动机，可采用磁吹阀式避雷器与电容器并联的方法防雷。二、电气设备的防雷保护2．防雷措施（1）第一类建筑物。第一类建筑物是用于制造、使用或储存易燃易爆物品，由电火花引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。这类建筑物应采取防直击雷、感应雷和雷电波侵入的保护措施。①防直击雷。装设独立避雷针或避雷线（网），使被保护的建筑物、风帽和放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。②防感应雷。对非金属屋面应敷设避雷网，室内一切金属管道和设备，均应良好接地且不能有开口环路，以防止产生感应过电压。③防雷电波侵入。低压架空线路应全线采用电缆直接埋地敷设。架空线路采用电缆入户时，电缆的金属外皮与电气设备接地相连；在电缆与架空线路导线连接处，应装设避雷器。进出建筑物的架空金属管道，应在进出建筑物处与防雷保护装置相连。4）建筑物的防雷措施二、电气设备的防雷保护2．防雷措施（2）第二类建筑物。第二类建筑物是用于制造、使用或储存易燃易爆物品，但电火花不易引起爆炸或不至于造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。这类建筑物的防雷措施与第一类建筑物相同。（3）第三类建筑物。第三类建筑物是除第一、二类建筑物外需要做防雷保护的建筑物。这类建筑物应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。三、电气设备的接地保护我国规定安全电压额定值的等级42V36V24V12V6V当电气设备采用超过24V的安全电压等级时，为防止其直接接触带电体，通常采用接地保护措施。三、电气设备的接地保护1．接地的相关概念接地电流和对地电压三、电气设备的接地保护1．接地的相关概念接地的类型工作接地保护接地保护接零重复接地三、电气设备的接地保护2．接地的类型1）工作接地工作接地是为保证供配电系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地。不同的工作接地具有不同的功能：电源中性点直接接地能在运行中维持三相系统的相线对地电压不变电源中性点经消弧线圈接地能防止供配电系统出现过电压电压互感器一次侧线圈中性点接地能保证一次系统中相线对地电压测量的准确度2）保护接地定义：为保障人身安全，将电气设备金属外壳（如配电装置的构架、线路的塔杆等）在正常情况下不带电、但可能因绝缘损坏或其他原因而带电的部分接地。三、电气设备的接地保护2．接地的类型保护接地原理（a）未保护接地

电气设备的接地如图（a）所示，当电气设备未进行保护接地时，若人体接触带电的金属外壳，接地电流会通过人体，这是相当危险的。三、电气设备的接地保护2．接地的类型（b）保护接地电气设备的接地如图（b）所示，当电气设备进行保护接地时，若人体接触带电的金属外壳，接地电流将同时沿接地体和人体两条通路流过，由于流过每条通路的电流与其电阻成反比，因此接地体的接地电阻越小，流经人体的电流就越小。只要接地电阻符合要求（一般不大于4Ω）就可以大大降低风险，起到保护作用。三、电气设备的接地保护2．接地的类型4）重复接地定义：将供配电系统中性线上的一处或多处通过接地体与大地连接。目的：确保PE线和PEN线安全可靠。在架空线路末端及沿线每隔1km处、电缆和架空线路导线引入建筑物处都要重复接地。3）保护接零定义：将电气设备的金属外壳接PE线（又称地线）或PEN线（又称零线）的方式。三、电气设备的接地保护3．接地装置的装设接地体是接地装置的主要部分。接地装置的装设自然接地体的利用人工接地体的装设利用自然接地体时，必须保证良好的电气连接。在建筑物钢结构的结合处凡是采用螺栓或其他连接的，要求在其连接处采取焊接加跨接线等措施。1）自然接地体的利用在装设接地装置时，首先应考虑自然接地体的利用，以节约钢材、节省投资。可作为自然接地体的一般有四种：①与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；②埋设在地下的金属管道，但不包括输送可燃或有爆炸物质的金属管道；③金属井管；④水工构筑物及其他坐落于水或潮湿土壤环境的构筑物的金属管、桩、基础层钢筋网。三、电气设备的接地保护3．接地装置的装设2）人工接地体的装设自然接地体不能满足要求或无自然接地体时，应装设人工接地体。人工接地体的装设垂直敷设水平敷设垂直敷设的人工接地体（简称垂直接地体）一般采用热镀锌的角钢、钢管或圆钢，最常用的为长2.5