单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八章 防雷、接地与电气安全,过电压与防雷,电气装置的接地及有关保护,电气安全,第一节 过电压与防雷,1,内部过电压,一、过电压的形式,操作过电压：,因开关操作、负荷剧变、系统故障等原因而引起的过电压。,谐振过电压：,因电感、电容等参数在特殊情况下发生谐振而引起的过电压。,2,外部过电压,外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引起的过电压。,二、雷电的基本知识,主放电阶段：,电流很大，高达几百千安，但持续时间极短，一般只有,50,100s,。,余辉放电阶段：,电流较小，约几百安，持续时间约为,0.03,0.15s,。,1.,雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。,雷云,雷电先导,迎雷先导,主放电阶段,余辉阶段,2.,雷电流的特性,雷电流波形（图,8-1,）,波头：,指雷电流从零上升到最大幅值这一部分，一般只有,1,4s,；,波尾：,指雷电流从最大幅值开始，下降到二分之一幅值所经历的时间，约数十微妙。,雷电流的陡度：指雷电流在波头部分上升的速度，即,图,8-1,雷电流波形图,4,雷电活动强度及直击雷的规律,雷暴日：一天中只要出现过雷电活动（包括看到雷闪和听到雷声），就算一个雷暴日。,年平均雷暴日不足,15,日的地区为少雷区；,年平均雷暴日超过,40,日的地区为多雷区；,年平均雷暴日超过,90,日的地区为雷电活动特别强烈地区。,我国各地区的雷暴日数如表,8-1,所示。,表,8-1,我国各地区的年平均雷暴日,地区,年平均雷暴日,地区,年平均雷暴日,西北地区,20,以下,长江以南北纬,23,线以北,40,80,左右,东北地区,30,左右,长江以南北纬,23,线以南,80,以上,华北和中部地区,40,45,左右,海南岛、雷洲半岛,120,130,左右,雷电活动的规律,热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于平原，平原大于沙漠，陆地大于湖海。,雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的设施情况及地理条件等因素有关。,土壤电阻率小的地方易遭受雷击；,在不同电阻率的土壤交界处易遭受雷击；,山的东坡、南坡较山的北坡、西坡易遭受雷击；,山岳地区易遭受雷击。,建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等因素有关。,5,雷电的危害,雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备；,雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，伤害人畜；,雷电流的电磁效应可产生过电压，击穿电气设备绝缘，甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；,雷电的闪络放电可烧坏绝缘子，使断路器跳闸或引起火灾，造成大面积停电。,当避雷针高度,h,h,r,时：,单支避雷针的保护范围（,图,8-3,）,避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的保护空间来表示，可按“,滚球法,”来确定。,所谓“滚球法”，就是选择一个半径为,h,r,（,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）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。,在距地面,h,r,处作一平行于地面的平行线。,以避雷针的针尖为圆心、,h,r,为半径作弧线，交于平行线的,A,、,B,两点。,避雷针在地面上的保护半径为：,图,8-3,单支避雷针的保护范围,与地面相切。从该弧线起到地面为止的整个锥形空间，就是避雷针的保护范围。,以,A,、,B,为圆心、,h,r,为半径作弧线，该弧线与针尖相交并,避雷针在,h,x,高度的水平面上的保护半径为：,二级防雷建筑物,，是指重要的或人员密集的大型建筑物，如省部级办公楼、会堂、博展、体育、交通、通讯、广播等建筑物；省级重点文物保护建筑物；高度超过,50m,的建筑物以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。,三级防雷建筑物,，是指预计年雷击次数大于或等于,0.05,，或经过调查确认需要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过,20m,的建筑物；高度为,15m,及以上的烟囱、水塔等孤立建筑物等。,例,8-1,（,P282,）,:,某厂一座高,30m,的水塔旁边，建有一锅炉房（,图,8-4,），水塔上面安装一支,2m,高的避雷针，试问该避雷针能否保护这一锅炉房？,ABCD,外的保护范围，按单支避雷针所规定的方法确定。,C,、,D,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应按下式计算：,在,AOB,轴线上，,A,、,B,间的保护范围上边线按下式确定：,图,8-5,双支等高避雷针的保护范围,两针间,ABCD,内的保护范围，,ACO,、,BCO,、,ADO,、,BDO,各部分是类同的。,以,ACO,部分的保护范围为例，按以下方法确定：,在,h,x,和,C,点所处的垂直平面上，以,h,x,作为假想避雷针，按单支避雷针所规定的方法确定。,2.,避雷线,避雷线一般采用截面不小于,35mm,2,的镀锌钢绞线。,单根避雷线的保护范围，当避雷线高度,h,2,h,r,时，无保护范围。当避雷线高度,h,2,h,r,时，按下列方法确定（,图,8-6,）：,以,A,、,B,为圆心、,h,r,为半径作弧线，该两弧线相交或相切，并与地面相切。从该弧线起到地面止为避雷线的,保护范围,。,当,2,h,r,h,h,r,时，保护范围最高点的高度,h,0,按下式计算：,避雷线在,h,x,高度的水平面上的,保护宽度,b,x,按下式计算：,3.,避雷带和避雷网,避雷带和避雷网主要用于保护高层建筑免遭雷击，通常采用圆钢或扁钢焊接而成，并沿房屋边缘或屋顶敷设。,注意：,圆钢直径不小于,8 mm,，扁钢截面不小于,48mm,2,，厚度不小于,4 mm,。当烟囱上采用避雷环时，圆钢直径不小于,12 mm,，扁钢截面不小于,100mm,2,，厚度不小于,4 mm,。,四、变电所的防雷保护,1,直击雷的防护措施,变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。,变电所内的设备和建筑物通常采用独立避雷针或避雷线进行直击雷防护。,“,反击,”现象：当避雷针（线）与附近设施之间的绝缘距离不够时，两者之间会发生强烈的放电现象，这种情况称为“反击”。,为了防止反击事故的发生，避雷针（线）与附近其他金属导体之间必须保持足够的安全距离。,独立避雷针（线）及其引下线与其他金属物体在空气中的安全距离应满足：,独立避雷针（线）的接地体与变电所接地网间的最小地中距离应满足：,式中，,R,sh,为独立避雷针（线）的冲击接地电阻,；,h,x,为被保护物的高度。,S,saf,一般不应小于,5m,。,S,E,一般不应小于,3m,。,2,雷电侵入波的防护措施,变电所对于雷电侵入波的过电压保护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相配合的进线段保护。,35,110 kV,变电所的防雷保护方案（,图,8-7,）,对于容量较小的,35kV,变电所，可根据其重要性和雷电活动情况，酌情简化进线保护措施；对于有电缆进线段的架空线路，避雷器应装设在电缆头附近，其接地端应和电缆金属外皮相连。,在变电所,1,2km,进线段架设避雷线，既可防护直击雷，还可以使感应雷过电压产生在,1,2km,以外。,为了降低雷电侵入波的幅值，在该线路进线段的首端应装设一组管型避雷器,FA1,，且其工频接地电阻不宜超过,10,。,在靠近隔离开关或断路器,QF2,处装设一组管型避雷器,FA2,，以防止线路上的雷电波侵入到隔离开关或断路器开路处时，由于反射而形成两倍侵入波幅值的电压，损坏隔离开关或断路器。,母线上装设阀型避雷器,FA3,，主要用于保护变压器、电压互感器等所有高压电气设备。,图,8-7 35,110 kV,变电所的进线保护方案,2,地和对地电压,当电气设备发生接地故障时，接地电流,I,E,通过接地体向大地作半球形散开，如图,8-9,所示。,电气设备的接地部分与零电位地之间的电位差，称为接地部分的对地电压，用,U,E,表示。,实践证明：,在距接地体,20m,以外的地方，散流电阻已趋近于零，也即电位趋近于零。该电位等于零的地方称为电气上的“地”或“大地”。,图,8-9,接地电流和对地电压分布图,3.,接触电压和跨步电压（图,8-10,）,接触电压：,当电气设备发生接地故障时，人体触及的电气设备和大地上任意两点之间的电位差，称为接触电压,U,tou,。,跨步电压：,人在接地故障点附近行走时，两脚之间的电位差，称为跨步电压,U,step,。,图,8-10,接触电压和跨步电压,4.,接地电阻,流散电阻：,接地体的对地电压与通过接地体流入地中的电流之比，称为流散电阻。,接地电阻：,电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比，称为接地装置的接地电阻。,工频接地电阻：,工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用,R,E,表示；,冲击接地电阻：,雷电流流经接地装置所呈现的电阻，称为冲击接地电阻，用,R,sh,表示。,TN-S,系统：,系统中的,N,线与,PE,线完全分开，所有设备的外露可导电部分均接,PE,线，如图,8-11b,所示。,TN-C-S,系统：,系统中前面线路采用,TN-C,系统，而后面线路部分或全部采用,TN-S,系统，所有设备的外露可导电部分接,PEN,线或,PE,线，如图,8-11c,所示。,图,8-11 TN,系统示意图,a,）,TN-C,系统,b,）,TN-S,系统,c,）,TN-C-S,系统,TT,系统：,TT,系统的电源电源中性点直接接地，系统中电气设备的外露可导电部分均经各自的,PE,线分别直接接地，如图,8-12,所示。,IT,系统：,IT,系统的电源系统的中性点不接地或经高阻抗（约,1000,）接地，系统中电气设备的外露可导电部分均经各自的,PE,线分别直接接地，如图,8-13,所示。,图,8-12 TT,系统示意图,图,8-13 IT,系统示意图,因此应尽量避免,PE,线和,PEN,线的断线事故，在,PE,线和,PEN,线是一般不,允许装设开关或熔断器,。,若 ，则 。实际上，由于 ，所以 ，对人还是有危险的。,图,8-14,重复接地的作用说明,a,）无重复接地,b,）有重复接地,三、接地装置的装设,自然接地体：,凡是与大地有可靠接触的金属导体，如埋入地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、电缆金属外皮等都可作为自然接地体。,人工接地体：,采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。,垂直埋设的接地体：用,38,50mm,的钢管或,40 40 4mm,50505mm,的角钢。,水平埋设的接地体：用,16mm,的圆管或,404mm,的扁钢。,接地线：用,204mm,404mm,的扁钢。,说明：,接地装置由多根接地体组成，这些接地体可成排布置，也可以环形布置。每根接地体长,2.5m,左右，接地体之间的距离约,5m,，将各接地体打入地中后，用圆钢或扁钢连成一体。,接地网的布置：,应使接地装置附近的电位分布尽可能均匀，以降低接触电压和跨步电压，保证人身安全。,单根垂直接地体的接地电阻：,四、接地电阻的计算,地电阻的最大允许值,：,见书中表,8,-3,。,自然接地体接地电阻的计算：可查阅有关设计手册。,人工接地体接地电阻的计算,n,根并联垂直接地体的接地电阻：,若,R,E,为允许最大值，则垂直接地体的根数,n,为：,K,为各种接地体的简化计算系数；,为土壤电阻率，分别查书中表,8-4,和表,8-5,。,当有,n,根垂直接地体并联时，考虑屏蔽效应影响，引入利用系数,；,考虑水平接地体的作用，垂直接地体可减少,10%,。,式中，,为接地体的利用系数，查书中表,8-6,和表,8-7,。,五、降低土壤电阻率的措施,采用外引式接地装置：,将接地体引至附近的水井、泉眼、水沟、河边、水库边、大树下等土壤电阻率较低的地方，或者敷设水下接地网，以降低接地电阻。,深埋地极法：,如果地下较深处的土壤电阻率较低，可用深埋式接地体。,换土法：,用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体周围,0.5m,以内和接地体的,1/3,处。,化学处理法：,在接