05第五章《过电压与防雷电知识》

1、过电压与雷电知识,（雷电过电压 ） （大气过电压 ）,一、过电压的类型：,系统中磁能和电能之间的转化，或能量通过电容的传递，以及线路参数选择不当，致使在工频电压或高次谐波电压下发生谐振等产生的过电压，都称之为内部过电压。 由于操作而引起的内部过电压，也称为操作过电压。 由于电源设备运行情况的变化，如不对称短路等也会引起内部过电压。 运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地额定电压的 34倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。,2、大气过电压,大气过电压系指供电系统的电气设备和地面构筑物因雷电而产生的过电压，又称外部过电压。 大气过电压的电压幅值高达数百千伏，电流幅值高

2、达数百千安。 大气过电压包括: 直击雷过电压 感应雷过电压 侵入波过电压,(1)直击雷过电压,直击雷过电压系指雷云直接对电力网或设备放电而引起的过电压。图81为直击雷放电过程 很强的雷电流通过这些设备导入大地，从而产生破坏性很大的热效应和机械效应，使设备损坏。 相伴的还有电磁效应和闪络放电。,(2)感应雷过电压,当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异性的束缚电荷，当雷云对其附近的大地放电后，线路上的束缚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，这就是感应雷过电压。 高压线路上的感应雷过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应雷过电压也可达几万伏，对供电系

3、统的危害很大。,图82,图83 开口金属环上的电磁感应过电压,当强大的雷电流沿着防雷装置的引下线等导体泄放入地时，由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁场。如果附近有一开口的金属环，如图83所示，则将在该金属环的开口间隙处感生相当大的电动势而产生火花放电。这对于存放易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止雷电流电磁感应引起的危险过电压，应该用跨接或焊接导体将开口金属环（包括电缆金属线槽桥架、包装箱上的铁皮箍等）连成闭合回路后接地。,(3)侵入波过电压,由于架空线路遭受直击雷或感应雷而产生的雷电侵入波，沿架空线路侵入变电站、厂房或其它建筑物内亦将导致过电压，此即侵入波过电压

4、。其幅值高达300400kV。 据我国几个城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的5070，比例很大，因此对雷电波侵入的防护亦应予以足够的重视。,雷电入射波的反射,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100200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。,二、雷电知识,1.雷电的形成,雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”与大地及地面其他物体之间发生急剧放电的一种自然现象。 在闷热的天气里地面水汽蒸发上升，在高空遇低温凝成冰晶。冰晶受到上升气流的

5、冲击而破碎分裂，气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。 在高空气流的作用下正雷云和负雷云不停的游动。当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应作用，使地面出现与雷云的电荷极性相反的电荷，如图81a所示。,图81 直击雷放电过程 a）雷云在建筑物上方； b）雷云对建筑物放电,1.雷电的形成（续）,当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到2530kVcm时，雷云即开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称作雷电先导；大地的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行的对应方位也形成一个上行的迎雷先导

6、，如图8b所示。当上、下先导相互接近时，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，此时间一般仅50100s。主放电阶段之后，雷云中的剩余电荷继续沿主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为30ms150ms，此时的电流约几百安培。雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离，称作闪击距离，简称击距。雷电的闪击距离，与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的“滚球半径”（详见后述）大小，就与闪击距离有关。,1.雷电的形成-感应过电压,架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过电压。当雷云出现在架空线路上

7、方时，线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，如图82a所示。当雷云对附近的大地或其它物体放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，并迅速向线路两端泄放，形成电位很高的过电压，如图82b所示。高压线路上的感应过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，都会产生很大的危害。,图82 感应雷过电压 a）雷云在线路上方时； b）雷云对地放电后,2. 有关雷电的术语,(1)雷电流,雷电流是一个幅值大陡度高的冲击波电流,如图8-4所示 雷电流的幅值Im与雷云中的电荷量及雷电放电通道的阻抗有关雷电流一般在14s内增长到幅值Im 雷电流在幅值以前的一段波形称作波头,而从幅值起到雷电流

8、衰减到Im/2的一段波形称作波尾,图8-4 雷电流波形,雷电流的陡度a用雷电流波头部分增长的速率来表示,即a=di/dt雷电流陡度据测定可达50kA/s以上对电气设备绝缘来说,雷电流的陡度越大,由uL=Ldi/dt可知,产生的过电压越高,对绝缘的破坏性也越严重因此,研究如何降低雷电流的幅值和陡度是防雷保护的一个重要课题,(2)年平均雷暴日数,凡有雷电活动的日子,包括看到雷闪和听到雷声,都称作雷暴日 由当地气象台站统计的多年雷暴日的年平均值称作年平均雷暴日数 年平均雷暴日数不超过15天的地区称作少雷区,年平均雷暴日数超过40天的地区称作多雷区。 年平均雷暴日数越多,说明该地区雷电活动越频繁,因此

9、防雷要求就越高,防雷措施越需加强我国某些城市的年平均雷暴日见下表8-1,(3)年预计雷击次数,年预计雷击次数是表征建筑物可能遭受雷击的一个频率参数。 据GB50057-94建筑物防雷设计规范规定,建筑物年预计雷击次数应按下式确定:,K校正系数： 一般情况下取1; 位于旷野孤立的建筑物取2; 金属屋面的砖木结构建筑物取1.7; 位于河边湖边 山坡下或山地中土壤电阻率较小处地下水露头处土山顶部山谷风口等处的建筑物,以及特别潮湿的建筑物取1.5; Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度 : Td年平均雷暴日数,按当地气象台站资料确定; Ae与建筑物截收雷击次数相同的等效面积(km2), 应按下式计算

10、:,LWH分别为建筑物的长宽高(m),防雷装置,防雷装置： 接闪器 引下线 接地装置 避雷器 接闪器包括：避雷针、架空避雷线以及屋顶避雷带和避雷网等，主要用于直击雷过电压保护； 避雷器则主要用于感应雷和侵入波过电压保护。 注：本节仅介绍接闪器、引下线、电涌保护器和避雷器，接地装置将在本章第四节讲解。,接闪器,直接截受雷击的避雷针、架空避雷线、屋顶避雷带和避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等均可作为接闪器。,避雷针 采用圆钢或焊接钢管制作避雷针时，其直径不应小于下列数值： 针长1m以下： 圆钢为12mm; 钢管为20mm。 针长12m.： 圆钢为16mm; 钢管为25mm。 烟囱顶上的针：

11、 圆钢为20mm; 钢管为40mm。,一、接闪器（续）,避雷网和避雷带 避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2其厚度不应小于4mm。 当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径不应小于12mm。扁钢截面不应小于100mm2，其厚度不应小于4mm。 架空避雷线 架空避雷线宜采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。 金属屋面和金属构件 除第一类防雷建筑物外，可以利用建筑物的金属屋面，以及屋顶上的旗杆、栏杆、装饰物、钢管、钢罐和混凝土构件内的钢筋等永久性金属物作为接闪器，但其各部件之间均应连成电气通路，并应符合GB 5005794建筑物防雷设计规范的有关

12、规定。,接闪器类型,接闪器是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针，金属线状的避雷线，金属带状或网状的避雷带、避雷网等。,二、引下线,连接接闪器和接地装置的金属导体称作引下线。引下线可以单独装设，在条件具备的情况下通常利用建筑构件内钢筋作为引下线。 单独装设时通常采用圆钢或扁钢，圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，其厚度不应小于4mm。但对于烟囱上的引下线，采用圆钢时直径不应小于12mm；采用扁钢时截面不应小100mm2，且厚度不应小于4mm。 引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地;建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径不应小于10mm，扁钢截面不应小

13、于80mm2。 建筑物的消防梯、钢柱等金属构件作为引下线时，但其各部件之间均应连电气通路。,5、采用多根引下线时，宜在各引下线上于距地面0.3m至1.8m之间装设断接卡。 6、当利用混凝土内钢筋、钢柱作为自然引下线并同时采用基础接地体时，可不设断接卡，利用钢筋作引下线时应在室内外的适当地点设若干连接板，该连接板可供测量、接人工接地和作等电位连接用。当仅利用钢筋作引下线并采用埋于土壤中的人工接地体时，应在每根引下线上于距地面不低于0.3m处设接地体连接板。采用埋于土壤中的人工接地体时应设断接卡，其上端应与连接板或钢柱焊接。连接板处宜有明显标志。 7、在易受机械损坏和防人身接触的地方，地面上1.7

14、m至地面下0.3m的一段接地线应采取暗敷或镀锌角钢、塑料管或橡胶管等保护设施。,三、避雷针和避雷线的保护范围,避雷针和避雷线的保护范围，以它能防护直击雷的空间来表示。GB 5005794建筑物防雷设计规范规定避雷针（线）的保护范围采用IEC推荐的“滚球法”来确定。 所谓“滚球法”，就是选择一个半径为hr （滚球半径）的球体，沿需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内。,表82 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸,1.单支避雷针的保护范围,(1)当避雷针高度h 如图8-3所示，单只避雷针的保

15、护范围是一个旋转的锥体 1）距地面hr处做一平行于地面的平行线； 2）以避雷针的针尖为圆心，hr为半径，做弧线交于平行线的A、B两点； 3）以A、B点之一为圆心，hr为半径做弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，该弧线绕避雷针旋转一周形成的锥形空间，就是避雷针的保护范围。 4)避雷针在被保护物高度hx的平面上的保护半径，按下式计算:,(2)当避雷针高度h大 于hr时 当避雷针高度大于hr时，在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针的针尖作圆心。其余的作法与hhr时的作法相同，此时，上式中的h用hr代之。,小于或等于hr时,图8.3 单支避雷针的保护范围,例81,某厂房（属于第三类防雷建筑）占地面

16、积为2025m，高6m，附近有一个烟窗，高43m，距厂房最远的一角30m，如图87所示。若在烟窗上装一支2m高的避雷针，是否能可靠地保护这座厂房 ？,解： 避雷针高h=43+2=45m，查表82得滚球半径hr=60m。避雷针在厂房高度为hx=6m时的保护半径为：,由此可见，此烟窗上的避雷针完全能保护这一厂房。,.双支等高避雷针的保护范围,（）AEBC外侧的保护范围，按照单支避雷针的方法确定。 （）C、E点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小保护宽度b0按下式计算：,在AOB轴线上，距中心线任一距离x处，其在保护范围上边线上的保护高度hx按下式确定：,该保护范围上边线是以中心线距地面hr的

17、一点O为圆心，以 为半径所作的圆弧AB。,（）两针间AEBC内的保护范围，ACO部分的保护范围按以下方法确定：在任一保护高度hx和点所处的垂直平面上，以hx作为假想避雷针，按单支避雷针的方法逐点确定（见图86的11剖面图）。确定BCO、AEO、BEO部分的保护范围的方法与ACO部分的相同。,图86 双支等高避雷针的保护范围,（）确定xx平面上保护范围截面的方法以单支避雷针的保护半径rx为半径，以AB为圆心作弧线与四边形AEBC相交；以单支避雷针的（rorx）为半径，以EC为圆心作弧线与上述弧线相接。见图86中的粗虚线。 关于双支不等高避雷针及多支避雷针的保护范围计算，可参阅GB5005794或

18、有关设计手册。,单根避雷针保护范围 a.当避雷线的高度h大于或等于2hr时，无保护范围； b.当避雷线的高度h小于2hr时，应按下列方法确定(参看图示) c.确定架空避雷线的高度时应计及弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，当等高支柱间的距离小于120m时架空避雷线中点的弧垂宜采用2m，距离为120150m时宜采用3m。,避雷线保护范围的确定方法,(1)距地面hr处作一平行于地面的平行线； (2)以避雷线为圆心，hr为半径，作弧线交于平行线的A、B两点； (3)以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该两弧相交或相切并与地面相切。从该弧线起到地面止就是保护范围； (4)当h小于2hr且大于hr时，保护

19、范围最高点的高度h0按下式计算： h0=2hr-h (5)避雷线在hx高度的xx平面上的保护宽度，按下式计算：,（6）避雷线两端的保护范围按单支避雷针的方法确定。 关于两支等高避雷线的保护范围的确定方法，可参阅GB5005794或有关设计手册，此处从略。,四、避雷器,所有电气设备的绝缘都具有一定的耐压能力，一般均不低于其工频线电压的3.57倍。如果施加的过电压超过这个范围，则将发生闪络、爬弧或击穿绝缘，使电气设备损坏。如在电气设备上并联一种保护设备，当雷电冲击波侵入时，首先使保护设备迅速对地放电，而使被保护设备的绝缘免受冲击波的损坏，当冲击波消失后，保护设备又能自动恢复原始状态，承担这种任务的

20、保护设备就是避雷器。,B.避雷器的作用: 避雷器是与电气设备并联的一种保护设备，当雷电侵入波侵入时，首先通过避雷器迅速对地放电，而使被保护设备的绝缘免受侵入波的损坏，当侵入波消失后，避雷器又能自动恢复起始状态。,A.避雷器的分类： .管型避雷器 （1）保护间隙 （2）管形避雷器 .阀型避雷器 .金属氧化物避雷器, 保护间隙,保护间隙是一种最简单的避雷器。保护间隙由主间隙和辅助间隙构成，主间隙由两个金属电极构成，其中一个电极固定在绝缘子上，而另一个电极则经绝缘子与第一个电极隔开，并保持适当的距离，如图8（a）所示。固定在绝缘子上的电极一端和带电部分相连，而另一个电极则通过辅助间隙与接地装置相连接

21、。辅助间隙的作用，主要是防止主间隙因鸟类、树枝等造成短路时，不致引起线路接地。保护间隙按其结构形式的不同分为棒型、球型和角型三种。常见的角型间隙和辅助间隙的接线如图8（b）所示,图89 角型间隙和辅助间隙接线 （a） 保护间隙的结构; （b） 保护间隙的结构接线 1主间隙， 2辅助间隙。,保护间隙的原理与特点,保护间隙特点: 保护间隙的结构十分简单,成本低,维护方便,但保护性能差(灭弧能力弱),所以,只有在缺少阀型避雷器或管避雷器的参数不能满足要求时,才采用它来代替目前保护间隙仅在一些1035kV的架空线路上偶有使用,保护间隙工作原理: 在正常运行的情况下，间隙对地是绝缘的，而当架空电力线路遭

22、受雷击时，间隙的空气被击穿，将雷电流泄入大地，使线路绝缘子或其它电气设备的绝缘上不致发生闪络，起到了保护作用。,管形避雷器,管形避雷器是一种灭弧能力很强的保护间隙管型避雷器由产气管内部间隙和外部间隙等三部分组成,如图8-10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,另一个电极为环形当线路上遭到雷击或感应雷时,雷电过电压使管型避雷器的内外间隙击穿,强大的雷电流通过接地装置入地由于避雷器放电时内阻接近于零,所以其残压极小,但工频续流极大雷电流和工频续流使管子内部间隙发生强烈电弧,使管内壁材料燃烧产生大量灭弧气体,由管口喷出,强烈吹弧,使电弧迅速熄灭,全部灭弧时间至多0.

23、01s(半个周期)这时外部间隙的空气恢复绝缘,使避雷器与系统隔离,恢复系统正常运行 外部火花间隙是保证正常时使避雷器与电网隔离,用以避免纤维管受潮漏电外部火花间隙可根据网路额定电压而进行调节,图8-10 管型避雷器 1产气管; 2内部电极; 3外部电极; s1内部间隙; s2外部间隙,阀型避雷器,阀型避雷器是一种电气性能较好的避雷装置,它由装在密封瓷套管中的火花间隙和非线性电阻片(阀片)串联组成在瓷套管的上端有与网路导线相连接的接线端子,下端通过接地引下线与接地体相连,其结构和外形见图8-11火花间隙按网路额定电压的高低,采用若干个单间隙叠合而成,每个单间隙见图8-12,它由两个圆形黄铜电极1

24、及一个垫在中间的云母片2叠合组成由于两黄铜电极的间距小面积较大,因而电场较均匀,可得到较平缓的放电伏秒特性,并能熄灭80A的工频续流电弧非线性电阻片是由金刚砂(碳化硅)细粒(占70%)石墨(占10%)和水玻璃(占20%)在一定的高温下烧结而成,呈圆饼状,阀片具有良好的非线性特性及较高的通流能力,阔片的电阻不是常数,随通过的电流大小而变化,当通过的电流大时,电阻值很小;通过的电流小时,电阻值很大,因而在通过较大雷电流时不会使残压过高,又能对较小的工频续流加以限制,这样就为火花间隙切断工频续流创造了条件阀片最大通流能力达3040kA阀式避雷器中火花间隙和阀片的多少,与工作电压高低成比例高压阀式避雷

25、器串联很多单元火花间隙,目的是将长弧分割成多段短弧,以加速电弧的熄灭当然阀电阻的限流作用是加速灭弧的主要因素,阀型避雷器结构,图8-11高低压阀式避雷器 (a)FS4-10型;(b)FS-038型 1上接线端;2火花间隙;3云母垫圈; 4瓷套管;5阀片;6下接线端,图8-12单个平行板型火花间隙 1黄铜电极;2云母片,阀型避雷器工作原理,阀型避雷器的工作原理,见图8-13,设有一雷电冲击波Uin沿线路向设置有避雷器的A 点侵入,火花间隙被击穿放电,很大的雷电流通过阀片迅速泄入大地此时,雷电流在阀片上产生的压降Uv为残压可见,通过A点以后的电压UvUin,而UvUv雷电流过后,线路电压又恢复为线

26、路的正常对地工频电压;电流又为工频续流,此时阀片的电阻变大,限制了工频续流,使火花间隙容易熄弧,从而切断工频续流于是避雷器和电网又恢复正常运行,图8-13 阀型避雷器的工作原理,阀型避雷器的类型及应用,普通型和磁吹型两大类。普通型有FS和FZ两种系列。 FS系列一般只用以保护10kV及以下小容量配电装置、变压器等。FZ系列电气性能较好，主要用来保护35kV及以上中等和大容量变电所电气设备。 磁吹型有FCD和FCZ两种系列。FCD系列通流能力大，主要用来保护旋转电机等绝缘较差的设备。FCZ系列采用限流间隙和大直径阀片，其通流能力更大，故用来保护变电所的高压电气设备。,4.金属氧化物避雷器,金属氧

27、化物避雷器结构特点 金属氧化物避雷器分类及应用,6kV10kV系统用复合外套金属氧化物避雷器,6kV10kV系统用复合外套金属氧化物避雷器应用,第五章、防雷和防静电,1、按照雷电的危害方式分：直击雷、感应雷、雷电侵入波 2、按雷的形状分：线形、片形、球形 3、雷电的破坏作用：电作用的破坏、热作用的破坏、机械作用的破坏 4、防雷装置由：接闪器、引下线、接地装置三部分组成 避雷针实际上是引雷针，它把雷电引来入地，从而达到保护其它物体的目的。避雷针一般是用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成，其长度1.5M以上时圆钢直径16，钢管直径 25，管壁厚度不得小于2.75 ，长度3m以上将粗细不同的几节钢管焊接起来

28、,雷电类型： 直击雷 雷电感应 雷球（直径可达20cm 10m） 雷电侵入（在电线和管道的传播速度可达300m/s，在低压系统中约占雷害事故的70%）,1、避雷针主要是保护露天变配电设备、建筑物、构筑物。避雷线主要保护电力线路。避雷网和避雷带主要保护建筑物。避雷器主要保护电力设备。 2、架空线路的防雷措施1、装设避雷线（10KV以下的线路一般不装设；66KV及以上的架空线路上全线架设；35KV及以下的架空线路上一般只在进出变电所的一段线路上装设）2、提高线路本身的绝缘水平3、用三角形顶线做保护线4、装设自动重合闸装置或自重合熔断器5、装设避雷器和保护间隙 3、避雷器的型式有：阀型、排气式（管式

29、）、保护间隙 避雷器应与被保护并联,二、阀型避雷器 分类：普通型阀型避雷器、磁吹阀型避雷器和金属氧化物避雷器 1、普通阀型避雷器 结构及工作原理 型号及用途（FZ与FS） 优缺点,建筑物的防雷分类：第一类防雷建筑滚球半径30m，第二类防雷建筑滚球半径45m，第三类防雷建筑滚球半径60m 雷电时禁止在室外变电所进户线上进行检修作业或试验。 接地装置的作用：向大地泄放雷电流，限制防雷装置的对地电压，使之不致过高 为防止跨步电压伤人，防直击雷接地装置距建筑物出入口和人行道的距离不小于3m，距电气设备接地装置要求在5m以上，其工频接地电阻一般不大于10欧，若防雷接地与保护接地合用接地装置时，接地电阻不

30、应大于1欧,阀型避雷器的安装要求,1、阀型避雷器的安装，应垂直安装不得有倾斜度，应方便巡视检查，引线要连接牢固，避雷器上接线端不得受力。 2、阀型避雷器上的瓷套应无裂纹，密封完好，经预防性试验合格。 3、阀型避雷器的安装位置应尽量靠近被保护物，单路进线不大于15米。,阀型避雷器的安装要求,4、阀型避雷器的安装位置应设在跌开式熔断器的保护范围内，以便故障时方便维修。 5、阀型避雷器的的引下线截面：铜钱不小于16平方毫米；钢绞线不小于35平方毫米；钢管厚度不小于3.5毫米；角铁、扁钢不小于4毫米。 6、引下线的基本要求：引下线应沿杆塔或构筑物外围敷设，就近接地；为了便于测量接地电阻，应设置断接卡。

31、有受机械损坏的地方应设保护套管。,静电的危害与防护,静电的危害危害方式有以下三种：1、爆炸或火灾2、电击3、妨碍生产 消除静电危害的措施主要有： 1、接地 接地是消除静电的最简单的方法，接地主要用来消除导电体上的静电，不宜消除绝缘体上的静电。 2、泄漏法 采取增湿和采用抗静电添加剂，促使静电电荷从绝缘体上自行消散，此种方法称为泄露法 3、静电中和法 静电中和法 是消除静电危害的重要措施。静电中和法 可用来消除绝缘体上的静电，其方法是在静电电荷密集的地方设法产生带电离子，将该处静电电荷中和掉。,静电接地实际上是使物体所带电荷向大地泄漏的一种措施。仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才有效。因此，静

32、电接地适用于静电导体和静电耗散材料。,一、静电接地,一、静电接地,1、静电接地定义（GJB2527-95）,静电接地：物体通过导电、防静电材料或其制品与大地在电气上可靠连接，确保静电导体与大地的静电电位接近。,静电接地与通常意义接地的区别（GJB2527-95）： (1) 量值不同。通常的接地,接地电阻在量级，而静电接地电阻可以是106 或108 ,视具体场合而定，它要求比普通接地电阻量级要宽松得多; (2) 接地材料可以不同。通常接地使用金属导体接地，静电接地可以使用静电导体。,通过金属导体构成的静电接地系统,2、静电接地方式,通过含有非金属导体、防静电材料或其制品使物体静电接地,通过金属导

33、体构成的静电接地系统,2、静电接地方式,对于金属导体，一般采用直接接地； 对于其它静电导体或静电消散材料，则不能采用直接接地的办法。应该用导电胶液将其表面的局部或全部与金属导体紧密粘和，然后再将金属导体进行接地，这种连接方式就是间接接地； 在进行间接接地时，非金属的静电导体或静电消散材料与金属导体紧密粘和的面积应大于20cm2，同时使这两者之间的接触电阻尽量小。,在静电危险场所通常存在不止一个金属物体时，为了消除金属间电位差、消除静电放电，则需要将所有金属物体都进行直接接地。,对于相距较远的大型设备来说： 一般不允许将它们串联以后接入接地回路，而必须采用逐个直接接地的方法。,对于相距很近的小型

34、金属物体： 可将这些金属物体串联起来，然后再将其中一个物体进行直接接地，这种金属物体间的连接方式称为跨接（也叫搭接）。,跨接目的：是使导体与导体之间以及导体与大地之间都保持等电位，防止导体之间以及导体与大地之间有电位差。,跨接（也叫搭接）,静电接地系统由接地体和接地线共同组成。接地体是直接与大地接触的金属导体或金属导体组；用来连接被接地物体和接地体之间的导线称为接地线 。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,作为接地体的金属导体本身的电阻与大地之间的电阻叫接地电阻。 它等于金属导体本身的电阻加上接地体与大地之间的流散电阻泄漏电流从接地体向周围大地流散时土壤所呈现的电阻。,实验表明：接地体

35、20m以外可以认为是静电接地中的“地”。,（1） 接地电阻,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,1) 单根垂直接地体（长3m左右） 2) 单根水平接地体（长60m左右） 3) 平板形接地体（水平埋设于地下） 4) 平板形接地体（直立埋设于地下）,式中： 土壤的电阻率/cm； S平板的面积/m2。,（1） 接地电阻,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,人工接地体流散电阻的简化计算公式:,静电接地电阻是指接地点与大地零电位点之间的电阻，它包括被接地物体接地点与接地极之间的接触电阻、连接接地极与接地体间的连接物电阻和接地电阻等三部分之和。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,（2）

36、 静电接地电阻,对于金属物体以外的静电导体和静电消散材料进行间接接地时，静电接地电阻要比接地电阻大得多。,静电泄漏电阻是指被研究的物体上观测点与大地之间的总电阻，即电荷从该点泄放到大地所经过的总路程上的电阻。,3、接地电阻、静电接地电阻与静电泄漏电阻,（3） 静电泄漏电阻,静电泄漏电阻是评价静电接地良好程度的标准，也是判断带电体上的电荷能否顺畅泄漏的主要依据。,为确保静电安全，泄漏电阻的大小主要取决于：一是静电危险场所允许存在的最高静电电位；二是危险场所可能出现的最大静电起电电流。 在有易燃易爆气体混合物存在的静电危险场所，一般允许的最大静电电位值即危险电位约为300V；但在火炸药和电火工品及

37、半导体器件行业，或最小点火能在0.1mJ以下的静电危险场所，其危险电位应降至100。 在目前的工业水平下，实际生产中静电起电电流的范围为10-11 10-4A。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,关于静电接地、雷电接地及工频电气接地的问题，应作如下考虑：以单纯防静电为目的的接地电阻值要比防雷电和工频电气接地的电阻值大得多。所以，当防静电、防雷电和工频电气三个接地系统共用一个接地体时，接地电阻应按其中的最小值选取，一般为410。 在设计静电接地系统尤其是人体接地时，要考虑到人体可能接触工频电源时的人身安全问题。通常认为通过人体的安全电流为0.5mA，对于220V的工频交流电，人体对地应有至少0

38、.44M的电阻，一般选1M。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,在实际生产中，如果静电接地电阻太小，带电体接近静电接地系统时，可能发生火花放电，放电集中，其热效应可能成为危险的点火源，引起燃爆事故，所以，在特殊危险场所也要限制静电泄漏电流。 同时，静电泄漏电流过大时会产生磁场，对某些电子装置的工作造成威胁；因此可以采用增大泄漏电阻的方法减小泄漏电流，但也不能使泄漏电阻过大，以至静电泄漏过于缓慢而在物体上积累起足以致害的静电，这就失去了静电接地的作用。,4、静电接地系统有关电阻的取值范围,进行静电接地时，应明确哪些物体可通过静电接地有效地泄漏静电，哪些则不能或效果甚微。 静电接地实际上是使物体

39、所带电荷向大地泄漏的一种措施。因此，仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才是有效的。一般来说，静电导体材料和静电消散材料都具有转移电荷的特性，可使电荷很快泄漏，绝缘体基本上不具有转移电荷的能力。,5、静电接地方式选择,进行静电接地时，应明确哪些物体可通过静电接地有效地泄漏静电，哪些则不能或效果甚微。 静电接地实际上是使物体所带电荷向大地泄漏的一种措施。因此，仅当物体具有电荷泄漏特性时静电接地才是有效的。一般来说，静电导体材料和静电消散材料都具有转移电荷的特性，可使电荷很快泄漏，绝缘体基本上不具有转移电荷的能力。,5、静电接地方式选择,（1）金属导体一般是直接接地的对象；活动的金属导体或特殊的金属

40、导体有时需要间接接地。 （2）金属导体以外的静电导体和静电亚导体以及表面电阻率在1012以下的物体是间接接地对象。 （3）静电非导体（表面电阻率在1012以上的物体），一般不能作为接地对象。 （4）人体作为一种特殊的静电导体，既是直接接地对象（如用腕带等），也是间接接地对象（如通过防静电鞋和防静电地面等达到静电接地的目的）。,5、静电接地方式选择,静电接地的基本设施一般包括：接地系统（接地装置）、导电或防静电工作台、导电或防静电地面等。 （1）接地装置 接地装置主要由接地体、接地干线和接地支线组成。一般情况下，不需要单独铺设用于静电接地的接地体，只需要将静电接地线接到用于电气安全保护接地装置的

41、接地体上即可。如果场所中没有其它接地装置，需要埋设静电接地体。,6、静电接地设施与实施方法,静电接地所用的接地体，可用一根长度不小于2m的金属导体，水平埋入距地面0.5m以下的土壤中，构成接地体。 接地体的选材和最小尺寸为：扁钢40mm4mm，角钢25mm4mm或钢管40mm、壁厚3.5mm。 伸入地中的钢筋混凝土建筑物的基础、金属管道和设备等亦可兼作静电接地体使用。,6、静电接地设施与实施方法,静电引起甲苯装卸槽车爆炸起火事故,某年7月22日9时50分左右，某化工厂租用某运输公司一辆汽车槽车，到铁路专线上装卸外购的46.5t甲苯，并指派仓库副主任、厂安全员及2名装卸工执行卸车任务。约7时20

42、分，开始装卸第一车。由于火车与汽车槽车约有4m高的位差，装卸直接采用自流方式，即用4条塑料管（两头橡胶管）分别插入火车和汽车槽车，依靠高度差，使甲苯从火车罐车经塑料管流入汽车罐车。约8时30分，第一车甲苯约13.5t被拉回仓库。约9时50分，汽车开始装卸第二车。汽车司机将车停放在预定位置后与安全员到离装卸点20m的站台上休息，1名装卸工爬上汽车槽车，接过地上装卸工递上来的装卸管，打开汽车槽车前后2个装卸孔盖，在每个装卸孔内放入2根自流式装卸管。4根自流式装卸管全部放进汽车槽罐后，槽车顶上的装卸工因天气太热，便爬下汽车去喝水。人刚走离汽车约2m远，汽车槽车靠近尾部的装卸孔突然发生爆炸起火。爆炸冲

43、击波将2根塑料管抛出车外，喷洒出来的甲苯致使汽车槽车周边一片大火，2名装卸工当场被炸死。约10min后，消防车赶到。经10多分钟的扑救，大火全部扑灭，阻止了事故进一步的扩大，火车槽基本没有受损害，但汽车已全部烧毁,发电厂和变电所的防雷保护,内容提要： 1、发电厂和变电所的直击雷防护 2、避雷器的保护作用 3、变电所的进线保护 4、配电变压器的防雷保护 5、直配电机的防雷,发电厂、变电所是电力系统的重要组成部分，如发生雷击事故，可能会使变压器及其他电器等主要设备发生损坏，造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活，因此，对发电厂、变电所的防雷保护，必须十分可靠。,发电厂和变电所的雷害来源于两方面

44、：一是雷电直击，另一是雷击线路后沿线路向发电厂、变电所传来的入侵波。,发电厂、变电所直击雷防护的措施常采用避雷针（线），入侵波的防护采用阀型避雷器，同时辅之以相应的措施，以限制流过避雷器的雷电流和降低入侵波的陡度。,发电厂、变电所直击雷保护,1、所有被保护设备均应处于避雷针的保护范围之内。,2、为了防止反击，避雷针距离被保护设备空气中距离不小于5米；避雷针的接地装置与被保护物的接地装置在土壤中距离不小于3米。分析,发电厂、变电所架设避雷针的原则：,分析,Ud=iLRch,设雷电流的幅值为150kA，雷电流陡度 ，避雷针的电感L0=1.7uH/m，则：,反击被认为是避雷针的主要缺点之一。在建筑物

45、防雷设计规范（GB50057-1994）中给出了不同类建筑物与避雷针之间为防反击所需的距离的求解公式。在电力系统，空气中避雷针与被保护物之间的距离要求不小于5m，土壤中，避雷针的接地装置与被保护物的接地装置之间的距离要求不小于3m。当受现场条件限制满足不了安全净距的要求时，可以将避雷针的接地装置与被保护物的接地装置进行等电位联结。,3、对于35kV及以下的变电所，因其绝缘水平较低，故不允许将避雷针装在配电构架上，以免发生反击，需架设独立避雷针并满足不发生反击的要求。,4、发电厂厂房上一般不设避雷针，以免发生反击事故和引起继电保护误动作。,110kV及以上的变电所可以将避雷针装设在配电装置的构架

46、上。但避雷针的配电构架应装设辅助接地装置，此接地装置与变电所接地网的连接点距主变压器接地装置与变电所接地网的连接点之间的距离不小于15米。,我的构架上不能设避雷针！,如图一陡度为30kV/us的无限长斜角波从一条波阻抗Z=300欧的半无限长架空线路上传来，A、B两点间距300米，B点开路，A点管型避雷器的放电电压为120KV，求FT动作时B点电压及A、B两点最大电压。,TAB=1us，2 us后有反行波从B点返回。反行波与前行波极性和波形相同。所以有： 230+2t30=120 得到t=1us,即3us时避雷器动作，此时B点电压为60kV， B点最大电压为2 90=180kV，A点最大电压为1

47、20kV。,变电所母线阀型避雷器的保护作用,对避雷器的基本要求是：先于被保护物放电，并能可靠灭弧。,避雷器与被保护物之间最好零距离，但从成本上考虑，变电所中是在母线上加装一组避雷器，此时避雷器是有保护范围的。,t=l/v时刻 uA=a,uB=0；前行波到达B点发生全反射；,t=2时刻 uA=2a,uB=2a；反行波回到A点,A点电压按UA=at+a(t-2)=2a(t-)变化；,设变压器入口电容很小，相当于开路,所以、变压器上承担的最大电压2at0等于避雷器的残压2a(t0-)与2a的和，即：,t=t0 时刻避雷器放电，A点电压为2a(t0-),令它等于5kA下避雷器的残压Ub5。前行波在A点

48、电压是at0,此电压到达B点后发生全反射，是变压器上出现的最大电压，等于2at0。,实际上由于变电所具体接线的复杂性以及各设备具有对地电容存在，避雷器与变压器之间的连线也有电感，使避雷器动作后在避雷器与变压器之间的波过程复杂化。,这是由于避雷器放电时产生的的负电压波在避雷器与变压器之间多次反射所引起的。此时，变压器上的波形与全波相差很大，,对变压器绝缘的作用接近于截断波。因此常以变压器绝缘承受截断波的能力来说明变压器承受雷电的能力，变压器承受截断波的能力称为多次截波耐受电压uj。,变压器要得到保护，其多次截波耐受电压应该高于此电压，即：,分析,为了保证设备安全，必须限制避雷器的残压，也就是限制

49、流过避雷器的雷电流不超过5kA，同时也必须限制入侵波的陡度和设备离开避雷器的距离。,在入侵波陡度一定时，避雷器与变压器之间的距离有一极限值，超过此值，变压器上受到的冲击电压将超过其冲击耐压，避雷器对变压器起不到保护作用，此值称为避雷器的最大保护距离或称保护范围。,变电所进线的保护,为了限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度，变电所需采用进线保护接线。,一、35及以上变电所的进线段保护 对于35110kV无避雷线的线路，当雷击于变电所附近线路的导线上时，沿线入侵流经避雷器的雷电流可能超过5kA，而且陡度也可能超过允许值，因此对对于35110kV无避雷线的线路，在靠近变电所的一段进线上，必须架设

50、避雷线，在进线段内出现雷电波的概率大大减小，保证雷电波只能在进线段以外出现。 架设避雷线的这段进线称为变电所进线保护段,1）阀型避雷器的作用：保护全所设备,2）避雷线作用：避雷线保护角很小，在进线段内不发生绕击，雷击于进线段以外的导线上时，导线自身电阻将消耗入侵波能量，来限制入侵波幅值。,3）管型避雷器1：限流。,4）管型避雷器2：保护开关。,1、未沿全线架设避雷线的进线段保护,二、全线架设避雷线的变电所进线段保护,三、35kV小容量变电所的简化进线保护,四、用电抗线圈代替进线段的保护接线,三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护,一、三绕组变压器的防雷保护 三绕组变压器在正常运行时，有时存在只有高

51、、中压绕组工作低压绕组开路的运行情况。此时若高压绕组或中压绕组有雷电波入侵时，由于低压绕组对地电容较小，开路的低压绕组上静电感应分量可达到很高的数值，将危及低压绕组绝缘。考虑到静电感应分量将使低压绕组三相电位同时升高，故为了限制这种过电压，只要在低压绕组任一相的直接出口处加装一只避雷器即可。 中压绕组也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不加设避雷器。,二、自耦变压器的防雷保护,1、高低压运行、中压开路,可能引起中压侧套管闪络！,2、中低压绕组运行、高压开路,可能使高压侧套管闪络！,3、高中压绕组之间绕组的防雷保护,当高压侧带有出线，中压侧有行波入侵时，AA之间绝缘上有很高的电压。 当中压侧带

52、有出线，高压侧有行波入侵时，AA之间绝缘上也有很高的电压。 变比越小越危险！,当K小于1.25时,AA之间也需要加避雷器!,三、变压器中性点的防雷保护,变压器中性点是否需要保护,应视其对地绝缘而定。中性点对地绝缘水平分中性点的绝缘水平等于绕组首端的绝缘水平的全绝缘和中性点的绝缘水平小于绕组首端的绝缘水平的分级绝缘两种。,中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，变压器是全绝缘的，中性点一般不需保护。其原因是三相进波的概率很小，且大多数波来自线路远处，其陡度很小，对绕组的威胁较弱。同时由于变电所进线不止一条，非雷击的进线起了分流作用，变压器绝缘也有一定裕度等原因，“规程”规定35-60kV变压器中性点

53、不需保护。,对于中性点接地系统，为了减少单相接地短路电流，其中部分的变压器的中性点是不接地的。在这样的系统中，变压器的中性点往往是分级绝缘的，例如：110kV、220kV、330kV变压器中性点绝缘分别是35kV、110kV和154kV，这时，中性点需要保护。,1、避雷器的冲击放电电压要低于中性点的冲击耐压。 2、避雷器的灭弧电压要高于电网单相接地时中性点的电压升高。,配电变压器的防雷保护,三位一体接线,100kVA及以上的变压器工频接地电阻不大于4欧，小于100kVA的变压器工频接地电阻不大于10欧,二、逆变换过电压 对于Y、yn0接线的配变，如果在低压侧未装避雷器保护，当高压侧受到雷击时，

54、高压侧避雷器动作，经过避雷器会有雷电流流入大地，在接地电阻上产生压降I2R。这个电压降也同时作用在低压侧的中性点上，但此时低压侧出线相当于经过线路波阻抗接地，因此这个压降I2R大部分加在变压器低压绕组上。由于电磁感应，在高压绕组上将出现I2R乘变比的过电压。由于高压绕组出线端的电位受避雷器固定，因此这个电压沿高压绕组分布，且在中性点上达到最大值，所以在中性点附近绝缘可能发生击穿，这种现象称为逆变换过电压。,三、正变换过电压 对于郊区农村的配电，由于低压出线较长，且多没有建筑物的屏蔽，故低压线路易受雷击。若配变低压侧未加装避雷器保护，当雷电流由低压侧入侵时，由于低压侧中性点是接地的，低压绕组将有

55、雷电流通过并产生磁通，通过电磁感应，按变比在高压侧感应电势，高压绕组出现高电压，称为正变换过电压。由于低压侧绝缘裕度比高压侧大，一般低压侧不易损坏，而使高压侧绝缘击穿。,旋转电机的防雷保护,一、旋转电机防雷保护的特点,1、由于结构和工艺上的特点，在相同电压等级的电气设备中，旋转电机的绝缘水平是最低的，它的主绝缘冲击系数近于1。,2、保护旋转电机用的磁吹避雷器的保护性能与电机绝缘水平的配合裕度很小，电机出厂冲击耐压值只比避雷器的残压高8%10%左右。,二、旋转电机防雷保护的基本思路 1、对于旋转电机的防雷保护，应根据发电机的容量、重要性、以及当地雷电活动情况，因地制宜采取一定的防范措施。考虑到对直配电机的防雷保护还不能达到十分完善的地步，有关“规程”规定60000kW以上的发电机不允许与架空线路直接相连。,2、为保护匝间绝缘，必须将入侵波的陡度限制在5kV/us以下。,3、一般来说发电机绕组的中性点是不接地的，入侵波陡度降至2kV/us以下时，中性点的过电压将不会超过相端的过电压。,4、直配电机的大气过电压有两种：一种是与电机相连的架空线路上感应雷过电压；另一种是雷直击于与电机相连的架空线路而引起的过电压，其中感应雷出现的几率比较多。,三、直配电机的防雷措施