第八章防雷与接地

第八章防雷与接地文档第1页，共42页。第一节接地概述一、工作接地二、保护接地三、防雷接地第2页，共42页。2一、工作接地电力系统的中性点:是指星形连接的变压器或发电机的中性点。中性点运行方式：为保证电力系统正常工作而采取的接地，即中性点接地运行方式。中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地第3页，共42页。31、中性点直接接地电力系统1)正常运行时，中性点无电流通过；2)单相接地时，出现了另一个接地点，构成了短路回路，接地相短路电流很大，各相之间电压不再是对称的。为了防止损坏设备，需要由继电保护装置将故障线路切除3）优点：单相接地时，中性点电位不变，非故障相对地电压接近于相电压，可降低电网的绝缘投资，适用：110KV及以上电网一般都采用这种接地方式。（角钢或钢管）第4页，共42页。42、中性点不接地电力系统1）优点：发生单相接地时，不能构成短路回路；接地相电流不大，不必立即切除故障线路，但不允许超过2小时，以免发展为相间短路。2）非故障相的对地电压升为相电压的倍，要求线路绝缘要按线电压设计，投资大。1）电压小于500V的装置（380/220V照明装置除外）。2）3～10kV电网，当单相接地电流小于30A时，发电机直配系统，接地电流小于5A时。3）35kV电网，单相接地电流小于10A时。适用：第5页，共42页。53、中性点经消弧线圈接地电力系统当中性点不接地系统单相接地电流较大时，可采用中性点经消弧线圈接地。减小接地电流，使电弧易于自灭。故障相接地电流为容性电流：三种补偿方式：1）全补偿（），但易产生串联谐振（过电压）；2）欠补偿（），也可能出现串联谐振；3）过补偿（），采用较多。第6页，共42页。6二、保护接地1、人体的触电交流电在10mA以上开始对人有危害，当超过50mA时对人就有致命危险。人所接触的电压只要达到0.05×（800～1000）＝40～50V，就有致命的危险。2、保护接地的作用若电源的中性点不接地，电机的外壳绝缘损坏时，人若触及外壳，就有危险，图（a）所示。人体，,通过人体的电流几乎等于零。第7页，共42页。73、对接地电阻的要求1）大接地短路电流系统中：流经接地装置的入地短路电流，A。2）小接地短路电流系统中1000V以下中性点直接接地系统，当变压器容量不超过100kVA时，1000V以下中性点不接地系统，3）第8页，共42页。8当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（相距0.8m）所承受的电压称为跨步电压。在小接地短路电流系统中：4、跨步电压在大接地短路电流系统中：土壤的电阻率接地短路电流的持续时间第9页，共42页。95、保护接零在中性点直接接地的三相四线制380/220V系统中，常采用保护接零。若用电设备（如电动机）的一相绝缘损坏发生碰壳时，该相回路中产生单相短路电流，熔断器迅速熔断或自动空气开关自动跳开，用电设备被切除。在电路未断开以前，因接零回路中的电阻远小于人体电阻，短路电流几乎全部通过接零回路，使人体的安全得到保证。第10页，共42页。10避免零线断线，采用重复接地。保护接地和保护接零的适用范围如下：（1）额定电压为1kV及以上的高压配电装置中的设备，在一切情况下均应采用保护接地。（2）额定电压为1kV以下的低压配电装置中的设备，在中性点不接地电网中，应采用保护接地；在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零。在没有中性线的情况下，亦可采用保护接地。第11页，共42页。11三、防雷接地目的：减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。1、输电线路的防雷接地目的：是使击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻而进入大地。高压输电线路在每一杆塔下一般都设有接地装置，并通过引线与避雷线相连。第12页，共42页。122、变电所的防雷接地一般在避雷针和避雷器下面设接地体；并要求敷设一个统一的接地网。接地网普遍由扁钢水平连接，埋入地下0.6～0.8m处。其面积S大体与发电厂和变电所的面积相同，总接地电阻可按下式估算：一般在0.5～5的范围内！第13页，共42页。13第二节雷电的形成及危害一、雷电的形成积云在运动中受到强气流的作用，感应出正、负电荷（雷云）。当雷云附近的电场强度达到一定大时，与地面静电感应的电荷形成放电通道（空气绝缘被击穿）。雷电流，可达几十万安培；雷电压，可达几百万伏；温度，可达2万摄氏度；放电时间，才几个微秒。空气被烧，猛烈膨胀，产生发光(闪电）和巨响（雷声

）。第14页，共42页。14二、雷电过电压有两种基本形式：一种是直击雷或直接雷击、另一种是雷电感应或感应雷。又称为大气过电压或外部过电压。它是由于变配电系统内的设备或建筑物遭受到来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电对设备、线路或其它物体的静电感应或电磁感应所引起的过电压。第15页，共42页。15三、雷电的危害雷电流一般在1～4内增长到幅值。雷电流在幅值以前的一段波形，称为波头；而从幅值起到雷电流衰减到0.5的一段波形，称为波尾。1、雷电的热效应和机械效应2、雷电的磁效应第16页，共42页。16一、避雷针1、用途为了防止设备免受直接雷击，通常采用装设避雷针或避雷线的措施，避雷针高于被保护物。其作用是将雷电引向自身，把雷电流引入大地，从而保护了设备。第三节防雷装置避雷针：由接闪器、引下线、接地体组成。第17页，共42页。172、避雷针的保护范围（1）单支避雷针在高度为的空间，其保护范围的半径：高度影响系数（2）双支等高避雷针**（3）两支不等高避雷针**第18页，共42页。18二、避雷线（又称架空地线）1、用途用于保护线路，也可用以保护发电厂、变电所。2、保护范围（单根）（上式各符号同前）第19页，共42页。19三、避雷器主要类型：有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器、氧化锌避雷器等几种。保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段的保护。阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护。作用：限制过电压以保护电气设备。第20页，共42页。201、保护间隙与管型避雷器

保护间隙由两个电极（即主间隙和辅助间隙）组成，常用的角型间隙及其与保护设备相并联的接线如图所示:

主间隙主间隙辅间隙瓷瓶被保护设备第21页，共42页。21管型避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙：外间隙内间隙环形电极母线棒形电极管体第22页，共42页。222、阀型避雷器阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，基本元件为间隙和非线性电阻，间隙和非线性电阻元件（又称阀片）相串联。电流愈大电阻愈小。电阻阀片间隙第23页，共42页。233、氧化锌避雷器氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料。氧化锌具有很理想的非线性伏安特性。由于无间隙和通流容量大，故ZnO避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维护方便。第24页，共42页。24一、输电线路的防雷1、架设避雷线，防止雷直击导线。2、降低杆塔接地电阻，提高线路的耐雷水平，防止反击。3、架设耦合地线，可降低绝缘子串上的电压4、采用不平衡绝缘方式（指同杆双回线路），雷击时绝缘子串数少的回路先闪络，提高耐雷水平。5、装设自动重合闸6、采用消弧线圈接地方式，单相着雷时电流被消弧线圈所消除。7、线路装设管型避雷器8、加强绝缘，如增加绝缘子片数。第四节输电线路和变电所防雷第25页，共42页。25二、变电所防雷保护1、引言雷害来自两个方面：雷直击于变电所（采用避雷针或避雷线）；雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波（主要原因），装设阀型避雷器。第26页，共42页。262、变电所的直击雷保护为了防止雷直击变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内；此外，还应采取措施防止雷击避雷针时的反击事故。3、变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内必须装设阀型避雷器以限制雷电波入侵时的过电压。4、采用进线段的保护限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。第27页，共42页。275、三相三绕组变压器的防雷保护当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和电磁耦合，在其低压侧也将出现过电压。为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可，中压绕组虽也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不装。

第28页，共42页。28一般是35kV：（1）架空线路应增加绝缘子个数，采用较高等级的绝缘子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子，提高反击电压水平。（2）部分架空线装设避雷线。（3）改进杆塔结构，譬如当应力允许时，可以采用瓷横担等。（4）减少接地电阻，减小地电位。（5）采用电缆供电，防止雷电波入侵。而对6－10kV架空线，不须装设避雷线，防雷方式可利用钢筋混凝土的自然接地，必要时可采用双电源供电和自动重合闸。一、架空线路的防雷第五节工厂供电系统的防雷第29页，共42页。29二、工厂变电所的防雷（1）对直击雷的防护，设避雷针或避雷线；（2）对线路侵入冲击波的防护，设阀型避雷器；（3）变电所防雷的进线段保护，35kV线路采用进线段保护。第30页，共42页。30三、工厂建筑物的防雷工厂建筑物低压进线对高电位引入的防护方法较多，现仅列出以下的两个方面：（1）低压架空线进线的处理；进户处绝缘子的铁脚接地，在要求严格时，可装设低压阀式避雷器或放电间隙。（2）采用电缆段进线。可以从架空线上转换一段有金属外皮的电缆埋地引入。

第31页，共42页。31第六节建筑配电系统的防雷一、建筑物的防雷分级二、年平均雷暴日数和年预计雷击次数三、民用建筑防直击雷的措施和装置四、防止雷电波侵入的措施五、高层建筑的防雷第32页，共42页。32一、建筑物的防雷分级分为三类：1、一类防雷建筑物如制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物等，因电火花而引起爆炸，会造成巨大破坏和人身伤亡者。2、二类防雷建筑物如国家级重点文物保护的建筑物，国家级的会堂、办公建筑物、大型博览展览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆等。3、三类防雷建筑物省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆，省级办公建筑物及其他总要或人员密集的公共建筑物等。第33页，共42页。33二、年平均雷暴日数和年预计雷击次数年平均雷暴日数：由当地气象台站统计多年雷暴日的年平均值。雷暴日：凡有雷电活动的日子，包括看到雷闪或听到雷声。年预计雷击次数：校正系数建筑物所处地区雷击大地的年平均密度·年）

与建筑物截收雷击次数相同的等效面积第34页，共42页。34三、民用建筑防直击雷的措施和装置对于一类防雷建筑，应装设独立的避雷针或架空避雷线（网）对直击雷进行防护，当建筑物高于30m时，还应采取防侧击雷的措施。对于二类和三类防雷建筑物也应有防直击雷的措施，宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或其混合组成的接闪器。对于第二类防雷建筑物高度超过45m，对于第三类防雷建筑物高度超过60m时，都应有防侧击雷的措施。民用建筑的防雷措施，原则上是以防直击雷为主要目的。第35页，共42页。35防止直击雷的装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器包括直接接受雷击的避雷针、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。引下线是连接接闪器和接地装置的金属导线，其作用是将接闪器与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。引下线一般采用圆钢或扁钢，接地装置是接地体和接地线的总和。第36页，共42页。36四、防止雷电波侵入的措施雷电波的侵入，是由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内危及人身安全或损坏设备。对于一类防雷建筑物，为防止雷电波侵入应采取如下措施：低压电缆宜全线采用电缆直接埋地敷设