避雷器引下线和接地装置等的总和PPT课件

第9章防雷、接地与电气安全、9.1过电压、防雷及其设计、9.2电气装置接地、9.3静电及其防护、9.4电气安全与触电急救，总结为9.1过电压、防雷及其设计、9.1.1关于过电压与雷电的概念1 .雷电与过电压防雷可防御过电压，过电压是指电气设备或线路出现超过正常工作要求的电压上升在电力系统中，根据过电压发生的原因，分为内部过电压和雷电过电压两种。 (1)内部过电压内部过电压(也称为操作过电压)是指在配电系统内部由于开关操作、参数不良的组合、单相接地故障等原因，电力系统的工作状态发生突然变化，在其过渡过程中产生的过电压。 内部过电压分为操作过电压和谐振过电压。 操作过电压是由于系统内部的开关操作引起的负载急剧变化、短路等产生断续电弧而引起的过电压。 谐振过电压是系统中参数不匹配的组合引起的谐振引起的过电压。 9.1过电压、防雷及其设计，(2)雷电过电压又称大气过电压或外部过电压，是指雷云放电现象在电网中引起的过电压。 雷电过电压一般分为直击雷、间接雷击、雷击侵入波三类。 1 )直击雷是被直击雷击中时产生的过电压。 经验表明，雷击时雷电流达数百万安培，雷电压达数百万伏特。 遭到直接雷击的情况下，难免会有毁灭性的结果。 因此，必须采取防御措施。 2 )又称间接雷电、感应雷电，是雷电在设备、线路和其他物体上由静电感应和电磁感应引起的过电压。 图9-1表示在架线上通过静电感应积蓄了很多异性的束缚电荷，雷云的电荷被放电到其他的场所后，线路上的束缚电荷被释放出自由电荷，朝向线路的两端运行，形成了高的过电压。 经验表明，高压线路上的感应雷可达数十万伏，低压线路上的感应雷也可达数万伏，对供电系统的危害较大。 9.1过电压、防雷及其设计，图9-1架线路上的感应过电压，雷云在线路上方时b )雷云在地面或其他放电时c )雷云在架线路上放电时，9.1过电压、防雷及其设计，3 )雷电侵入波是感应雷的另一表现，因为直接雷电或感应雷电在电力线路附近、地面或杆的塔顶点，所以在感应线路上被感应行波沿着电力线侵入变电站和其他建筑物，在变压器内部产生行波反射，产生高过电压。 据统计，雷击入侵波引起的雷害事故应占所有雷害事故的50%70%。 2 .雷电形成和相关概念，(1)雷电形成雷电是带电荷的“雷云”之间，“雷云”在大地和物体上发生急剧放电的自然现象。 雷云的普遍看法是，在闷热的天气中，地面水蒸气蒸发上升，受上空低温的影响水蒸气凝结成冰晶。 冰晶受到上升气流的冲击而分裂，气流夹着一部分带正电的小冰晶上升形成“正雷云”，另一部分带负电的冰晶下降形成“负雷云”。 随着高空气流的流动，正雷云和负雷云在空中漂浮。 据观测，地上落雷的雷云多为负雷云。 9.1过电压、防雷及其设计，空中雷云接近大地时，雷云与大地之间形成了大雷场。 静电感应作用下，与雷云电荷极性相反的电荷出现在地面上。 雷云与大地之间的某个方位上的电场强度达到2530kV/cm时，雷云开始向该方位放电，形成电气通路，被称为雷导。 那个从地面下到100300m米的时候，引起了上行的迎雷先导。 当上下引线接近时，正负电荷被强力吸引，中和后产生强雷电流，伴有雷电。这是直击雷的主放电阶段，该阶段的时间极短。 主放电阶段结束后，雷云的残留电荷继续沿着主放电路径向大地放电，形成断续的轰鸣。 这是直击雷残辉放电阶段，时间通常为0.030.15s，电流小，约数百安培。 雷电飞行员主放电阶段和地面的雷击对象之间的最小空间距离称为闪光距离。 雷电的雷击距离与雷电电流的大小和急剧有关。 决定直击雷防护范围的“球半径”的大小与雷击距离有关。 9.1过电压、防雷及其设计，(2)雷的概念，(1)雷电流的振幅和陡度，雷电流是振幅大、陡度高的冲击波电流。 半馀弦波形的雷波分为波头和波尾两部分，主放电阶段一般在14s时达到雷电流振幅值。 雷电流从0上升到振幅的波形部分称为波头，雷电流下降到1/2的波形部分称为波尾。 图9-2雷电流波形图，9.1过电压，防雷及其设计，表示雷电流的陡度，即雷电流波上升的速度。 雷电流开始时数值急剧增加，陡坡也很快达到极大值，雷电流陡坡达到最大值时陡坡为零。 雷电振幅大小变化范围广，需要积累大量资料。 图9-3显示了我国雷电流幅度概率曲线。 根据图9-3，出现20kA的概率为65%，出现120 ka的概率仅为7%。 一般配电站的防雷设计中的耐雷水平取雷电流的最大值=100kA。图9-3雷电振幅概率曲线，9.1过电压，防雷及其设计，2 )年平均雷暴天数包括雷电活动的日子、听到雷电和雷电声的日子，当地气象台统计的多年雷暴天数的年平均值称为年平均雷暴天数。 年平均雷暴天数在15日以下的地区称为少雷区，40日以上的地区称为多雷区。 3 )预计每年雷击的次数是表示建筑物可能遭受雷击的频率参数。 根据国标GB50057-1994 建筑物防雷设计规范的规定，(9-1)式中，为了与建筑物的年预期雷击次数建筑物遭受雷击的次数相同的等效面积(km2)，通常取1，以校正在GB50057-1994的附录中规定的方法决定的年平均雷击天数系数、9.1过电压、防雷及其设计、9.1.2防雷设计、1 .防雷装置防雷装置为避雷器、引线和接地装置等总计。 图9-4和图9-5显示了不同防雷装置的设置组合。 保护建筑物等免受雷击，需要采取不同措施防御直击雷、诱导雷和雷击波。 直击雷的防御主要是直接雷击迅速扩散到大地。 一般采用避雷针、避雷线、防雷网等防雷装置。 感应雷电防护是建筑物最有效的防护措施，其防护方法应确保建筑物内所有金属物如设备外壳、管道、框架等接地，将混凝土内钢筋捆扎或焊接成闭合回路。 避雷器一般用于雷电侵入波的防御。 避雷器设置在输电线的入线端和10kV母线上，有条件的话可以用3050m的电缆段填充导入，架空线终端棒上也可以设置避雷器。 避雷器的接地线请与电缆的金属外壳直接接地，并与公共接地网连接。 9.1过电压、避雷器及其设计、9-4避雷器结构的示意图1-避雷器2-引线3-接地装置、图9-5避雷器装置的示意图1-架空线路2-避雷器3-接地体4-电力变压器、9.1过电压、避雷器及其设计、(1)避雷器是用于直接受雷的金属物体。 带闪电的金属棒叫避雷针，闪电的金属线叫避雷线，或者叫虚构的地线。闪闪发光的金属带，网叫避雷带，避雷网。 1 )避雷针一般采用镀锌圆钢(针长1m以下时，直径为12mm以上； 针长12m时，直径为16mm以上，或镀锌钢管(针长1m以下时，直径为20mm以上，针长12m时，直径为25mm以上)制作。通常安装在电线杆、框架和建筑物上。 其下端如图9-4所示，通过引线与接地装置可靠地连接。 避雷针的功能本质上就是引雷作用。 在雷场上产生施加电场，雷云使避雷针产生静电感应，使雷场变形，可以改变雷云的放电路径。 雷云通过避雷针、引线和接地装置注入大地，保护被保护物免受直接雷击，9.1过电压、避雷及其设计，2 )避雷线一般用截面35mm2以上的镀锌钢铰链架设，架设在架线和建筑物上，保护架线和建筑物免受直接雷击。 避雷线是架空接地的，因此也称为架空接地线。 3 )防雷网、防雷网和防雷带主要保护高层建筑物免受雷击和雷击。 防雷网和防雷带应采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。 圆钢直径为9mm以上，扁钢的截面为49mm2以上，厚度为4mm以上. 烟囱采用防雷环时，圆钢直径12mm以上，扁钢截面100mm2以上，厚度4mm以上。 防雷网的网络尺寸要求应符合表9-1的规定。9.1过电压、防雷及其设计，表9-1根据建筑物的防雷种类，滚球半径和防雷网格尺寸、9.1过电压、防雷及其设计，2 )避雷器沿线发生的过电压波进入变电站和其他建筑物内，为了避免受保护设备的绝缘，如图9-5所示。 避雷器主要有阀式避雷器、排气式避雷器、方形避雷器和金属氧化物避雷器等。 2 .避雷针的保护范围(1)单支避雷针的保护范围采用一般IEC推荐的“滚动球法”决定。 所谓“滚动球法”，是指选择半径为“滚动球半径”的球体，沿需要防护的部位滚动，球体与避雷针(线)和地面接触，如果不接触需要保护的部位，则该部位在避雷针的保护范围内，为9.1过电压、避雷及其设计，图9-6是用“滚动球法”确定单支避雷针的保护范围，为9.1过电压、避雷及其设计2 )以避雷针的前端为中心，以hr为半径，画弧线的平行线与a、b两点相交。 3 )以a、b为中心，以hr为半径，该弧与地面相接，与针尖相交。 由该弧和地面构成的整个锥形空间是避雷针的保护区域。 4 )避雷针距离地面的高度在平面上的保护半径，用下式计算的话，hx是距离地面的高度h是避雷针的高度rx是距离地面的高度hx时可以保护的半径。 5 )避雷针在地面上的保护半径r0(相当于上式的hx=0):(9-3)，9.1过电压、避雷器及其设计，在避雷针的高度hhr的情况下，以避雷针的最高点为中心取避雷针的高度hhr的一点，其馀与避雷针的高度hHR时的计算方法相同，读者可以自己分析。 9.1.3雷电直接防雷、直接防雷方法： (1)安装独立避雷针；(2)在建筑物上安装避雷针或避雷线；(3)在建筑物屋顶上安装避雷带或避雷网。 所有防雷装置必须有可靠的引线与合格的接地装置焊接。 除独立避雷针外，建筑物的防雷引导线应不少于2条。 这是为了可靠性，分流雷电流，使引线不会产生过高的电位。 图9-8显示的是防止直接雷击的接地装置的安全距离。 避雷针与被保护物(建筑物、配电装置等)间空气中的间隔一般为5m以上，由于地下的接地装置间的距离，因此通常为2m以上。 9.1过电压、防雷及其设计，1 .防雷方法如下： (1)在建筑屋顶周围设置防雷带，每隔20米引出一条接地线，接地电阻的选择见附录表19-1。(2)建筑物内所有金属物，如设备外壳、管道、框架等必须接地。 混凝土中的钢筋应捆扎或焊接成封闭回路。 (3)将从屋顶突出的金属物接地(4)将净距离不足100mm的平行铺设的长金属管，每隔2030米用金属线穿过，避免感应过电压引起的火花。 9.1过电压、防雷及其设计，3 .防雷侵入波，对架线610kV架线，有条件时用3050m的电缆段埋入导入，架线终端杆上设置避雷器，避雷器的接地线与电缆金属壳体连接直接接地，与公共接地网连接。 2 )对于未导入电缆的610kV架线，除了在终端棒上设置避雷器，在避雷器附近设置集中接地线以外，还与公共地网连接。 3 )对于低压接线，尽量使用电缆，至少填埋50m的电缆段导入，在用户侧连接电缆金属壳后直接接地，与公共接地网连接。 (1)变电站1 )在电源接通线的主变压器高压侧设置避雷器。 避雷器和主变压器应尽量靠近，要求相互最大电距离不超过表9-2的规定，同时避雷器的接地端和变压器的低压侧中性点和金属壳体应可靠地接地。 9.1过电压、防雷及其设计，2)310kV高压配电装置和现场变电站的变压器要求在各路线的入线终端和各路线的母线上设置避雷器。 避雷器的接地端连接到电缆头的外壳后，请切实接地。 图9-9是310kV高压配电装置避雷器的设置。 表9-2从阀式避雷器到310kV主变压器的最大电气距离、9.1过电压、避雷器及其设计、图9-9310kV高压配电装置避雷器的设计、9.1过电压、避雷器及其设计、3 )在低压侧设置避雷器，连接了多雷区、强雷区和向一级避雷建筑供电的Yyn0和Dyn11的配电变压器高压电动机防雷高压电动机的防雷不采用一般的FS、FD系列避雷器，而采用保护专用旋转电动机的FCD系列电磁吹风式阀型避雷器或串联间隙的金属氧化物避雷器。 9.1.4建筑物的防雷分类和防雷对策，1 )根据建筑物的防雷分类、防雷要求，建筑物按其重要性、使用性质、雷电事故的可能性和结果分为3类(GB50057-1994规定)，9.1过电压、防雷及其设计，(1)第一类防雷建筑物，1 )制造、使用、储存炸药、火药、起爆药、火灾品等大量爆炸物质2 )具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物。 (参照表9-3 )3)具有1区爆炸危险环境的建筑物，在火花引起的爆炸中会成为大的破坏和人身伤害者。 (2)第二类防雷建筑物1 )在制造、使用、储藏爆炸物资的建筑物中，电火花不易发生爆炸，不会造成巨大破坏和人身伤亡。 2 )在1区有爆炸危险环境的建筑物中，电火花不易发生爆炸，不会出现巨大的破坏和人身伤亡。 3 )具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。 9.1过电压、防雷及其设计，4 )预计雷击次数将超过0.06次/a的部分、省级办公楼和其他重要或人员密集的公共建筑物雷击次数将超过0.3次/a的住宅、办公楼等一般民用建筑物。 (注：次/a中的a为年号，以下相同)工业企业内有爆炸危险的露天密闭罐。 六)国家级重要建筑物(略)。 (3)第三类防雷建筑物1 )根据雷击后对工业生产的影响和结果，结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区火灾危险环境。 2 )预计雷击次数在0.06次/a以上的一般工业建筑物。3 )落雷