《城市轨道交通供电技术与应用》-单元4

４.１雷电与防雷设备４.１.１雷电的形成及危害雷电放电是一种气体放电现象，叫作大气过电压，是带有电荷的雷云之间或者雷云与大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。雷电产生如此大的电流和电压，必然给附近的电力设施甚至建筑物造成巨大的威胁，甚至严重危及人身安全。４.１.２防雷装置简介变电所防雷装置种类繁多，但是常用的防雷装置主要有避雷针、避雷线、避雷网、避雷带以及避雷器。下一页返回４.１雷电与防雷设备避雷针主要是对整个变电站的建筑物实施防雷，避雷线主要是对高压输电线路以及进出变电所的线路实施防雷保护，而避雷网和避雷带也同样是对建筑物防雷，避雷器主要对电力设备实施防雷保护。无论哪种防雷装置，总体上都是由三大部分组成，分别称为接闪器、引下线和接地体。４.１.３建筑物防雷等级的划分对建筑物或构筑物采取相应的防雷措施是十分必要的，但并不是要求所有建筑物或构筑物都采取相同的防雷措施，ＧＢ５００５７—１９９４《建筑物防雷设计规范》规定，建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为以下三类。上一页下一页返回４.１雷电与防雷设备（１）第一类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物，电火花会引起爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。（２）第二类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物，电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物。（３）第三类防雷建筑物是除第一、第二类建筑物以外的易发生爆炸、火灾危险的场所。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、防感应雷和防雷电侵入波的措施。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电波侵入的措施。上一页下一页返回４.１雷电与防雷设备４.１.４建筑物的防雷要求防直击雷采取的措施是引导雷云对避雷装置放电，使雷电流迅速流入大地，从而保护建筑物或构筑物免受雷击。第一类防雷建筑物防直击雷的措施主要有装设独立避雷针或架空避雷网、避雷线，使被保护的建筑物等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。第二类和第三类防雷建筑物防直击雷的措施主要是采用装设在建筑物上的避雷网、避雷带、避雷针或由其混合组成接闪器。防止由于雷电感应而在建筑物上聚集电荷的方法是在建筑物上装设收集并泄放电荷的装置，如避雷网、避雷带。防止建筑物内金属物上雷电感应的方法是将金属设备、管道等金属物通过接地装置与大地作可靠的连接，以便将雷电感应电荷迅速引入大地，避免雷害。上一页下一页返回４.１雷电与防雷设备防止雷电波沿供电线路侵入建筑物的行之有效的方法是安装避雷器，将雷电波引入大地，以免危及电气设备。但对于有易燃易爆危险的建筑物，当避雷器放电时线路上仍有较高的残压进入建筑物，还是不安全。对这种建筑物可采用地下电缆供电方式，这就从根本上避免了过电压雷电波侵入的可能性，但这种供电方式费用较高。对于部分建筑物，可采用一段金属铠装电缆进线的保护方式，这种方式不能完全避免雷电波的侵入，但通过一段电缆后可以将雷电波的过电压限制在安全范围之内。上一页返回４.２电气装置的接地４.２.１接地概述电气系统的任何部分与大地间作良好的电气连接，叫作接地。埋入地下用来直接与土壤接触并存在一定流散电阻的一个或多个金属导体组，称为接地体或接地极。接地体是埋入地中并直接与大地接触的金属导体。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体；并不是专门用作接地体，而兼作接地体用的直接与大地接触的金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土等，称为自然接地体。电气设备接地部分与接地体连接用的金属导体，称为接地线。接地线在设备正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地体与接地线，称为接地装置。由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的一个整体，称为接地网。下一页返回４.２电气装置的接地其中接地线分为接地干线和接地支线，如图４－１１所示，接地干线一般不少于两根导体，在不同地点与接地网连接。大地是个导电体，当其中没有电流流通时是等电位的，通常人们认为大地具有零电位。如果地面上的金属物体与大地牢固连接，在没有电流流通的情况下，金属物体与大地之间没有电位差，该物体也就具有了大地的电位———零电位，这就是接地的含义。当电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地做半球形散开，这一电流称为接地电流，用ＩＥ表示，如图４－１２所示。距离接地体越远的地方，散流电流越小，实验表明，在距离接地点约２０ｍ处，实际散流基本为零。电气设备的接地部分与零电位的地的电位差为对地电压，用ＵＥ表示。上一页下一页返回４.２电气装置的接地４.２.２变电站接地的分类接地按目的和作用不同，可以分为工作接地、保护接地和重复接地，等等。４.２.３接地电阻允许值因为故障对地电压等于故障接地电流与接地电阻的乘积，所以各种保护接地电阻不得超过规定的限值。对于低压配电网，由于分布电容很小，单相故障接地电流也很小，限制电气设备的保护接地电阻不超过４Ω即能将其故障时对地电压限制在安全范围以内；如配电容量在１００ｋＶ·Ａ以下，由于配电网分布范围很小，单相故障接地电流更小，限制电气设备的保护接地电阻不超过１０Ω即可满足安全要求。上一页下一页返回４.２电气装置的接地。在高压配电网中，由于接地故障电流比低压配电网的大得多，将故障电压限制在安全范围以内是难以实现的，因此，对高压电气设备规定了较高的保护接地电阻允许值，并限制故障持续时间。各种保护接地电阻允许值如表４－３所示。在高土壤电阻率地区，接地电阻允许适当提高，但必须符合专业标准。在高土壤电阻率地区，可采用外引接地法、接地体延长法、深埋法、换土法、土壤化学处理法以及网络接地法降低接地电阻。外引接地法是引出接地线与埋在水井内、湖边或大树下等低土壤电阻率处的接地体相连。深埋法是避开地表高电阻层，将接地体埋在更深的地下。换土法是用大量低电阻率的土壤替换高电阻率的砂石。化学处理法是应用氯化钙、氯化钠、氧化锌渣、木炭、黏土等或专门配制的化学减阻剂填入接地体周围以降低接地电阻。上一页下一页返回４.２电气装置的接地采用固体减阻材料时，可根据需要预先做好加水设施。网络接地法是采用网络状接地体等降低故障时地面各点之间的电位，以减少电击的危险性。４.２.４接地装置的敷设要求１.ＧＢ５０１９６—２００６《电气装置安装工程·接地装置施工及验收规范》规定１）电气装置应接地或接零的金属部分（１）电动机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。（２）电气设备的传动装置。（３）屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮拦和金属门。上一页下一页返回４.２电气装置的接地（４）配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座。（５）交直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳、可触及的电缆金属护层和穿线的钢管。穿线的钢管之间或钢管与电气设备之间有金属软管过渡的，应保证金属软管段接地畅通。（６）电缆桥架、支架和井架。（７）装有避雷线的电力线路杆塔。（８）装在配电线路杆上的电力设备。上一页下一页返回４.２电气装置的接地（９）在非沥青地面的居民区内，中性点不接地、消弧线圈接地或高电阻接地的电力系统中无避雷线的架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。（１０）承载电气设备的构架和金属外壳。（１１）发电机中性点柜外壳、发电机出线柜、封闭母线的及其他裸露的金属部分。（１２）气体绝缘全封闭组合电器（ＧＩＳ）的外壳接地端子和箱式变电站的金属箱体。（１３）电热设备的金属外壳。（１４）铠装控制电缆的金属护层。（１５）互感器的二次绕组。上一页下一页返回４.２电气装置的接地２）电气装置的金属部分可不接地或不接零（１）在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为４００Ｖ及以下或直流额定电压为４４０Ｖ及以下的电气设备的外壳；但当有可能同时触及上述设备外壳和已接地的其他物体，则仍应接地。（２）在干燥场所，交流额定电压为１２７Ｖ及以下或直流额定电压为１１０Ｖ及以下的电气设备的外壳。（３）安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。上一页下一页返回４.２电气装置的接地（４）安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。（５）额定电压为２２０Ｖ及以下的蓄电池室内的金属支架。（６）由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道。（７）与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。２.接地体通常将专门为接地而装设的接地体称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础称为自然接地体。在接地设计中，首先应充分利用自然接地体，若自然接地体满足不了接地要求，则装设人工接地体。上一页下一页返回４.２电气装置的接地４.２.５接地装置的运行与维护运行中的接地装置巡视与检查项目一般有：（１）检查接地线或接零线与电气设备的金属外壳以及同接地网连接处的连接是否良好，有无松动脱落等现象。（２）检查接地线有无损伤、碰断及腐蚀等现象。（３）对于移动式电气设备的接地线，在每次使用前应检查其接地线情况，观察有无断股现象。（４）定期测量接地装置的接地电阻值，测量接地电阻要在土壤电阻率最大的季节进行，即夏季土壤干燥时期和冬季土壤冰冻最甚时期。上一页下一页返回４.２电气装置的接地维护工作：（１）要经常观察人工接地体周围的环境情况，不应堆放具有强烈腐蚀性的化学物质。（２）对于接地装置与公路、铁路或管道等交叉的地方，应采取保护措施，以防碰伤损