高电压及接地

1、第九章过电压及接地 第一节概述 一、过电压保护及接地的重要意义一、过电压保护及接地的重要意义 （一）过电压及其分类1.过电压：过电压：一切对电气设备的绝缘有破 坏性的电压升高均称为过电压。 2.过电压分为：过电压分为：大气过电压和内部过电压（1）内部过电压 由于系统操作、故障和某些不正常运行状态，使供配电系统电磁能量发生转换而产生的过电压。 常见内部过电压有： 切断小电感电流时的过电压； 开断电容性负荷时的过电压； 中性点不直接接地系统，间歇性的电弧接地过电压； 谐振过电压。（2）大气过电压 大气过电压是指供电系统内的电气设备和地面构筑物遭受直接雷击或雷电感应时，而产生的过电压。 大气过电压分

2、为：直接雷击过电压、感应雷过电压、侵入波过电压。 （二）接地和接地装置 1.接地：接地：电气设备的任何部分与土壤间作良好的电气连接，称之为接地。 2.接地体：接地体：直接与土壤接触的金属导体称之，又称为接地极。 3.接地线：接地线：连接于电气设备与接地体间的金属导线。 4.接地装置：接地装置：接地体和接地线组成的总体。 5. 人工接地体：人工接地体：专门为接地而装设的基地体。 6.自然接地体：自然接地体：兼作接地用的直接与大地接触的金属构件及建筑物的钢筋混凝土基础 7.接地电流：接地电流：电气设备发生接地故障时，电流通过接地体向大地作半球形散开，此电流称之。 8.接地电阻：接地电阻：接地装置的

3、对地电压与接地电流之比称之。 9.电气电气“大地大地”：土壤中认为远离接地体20米以外的地方电位为零，称之电气上的“地”。二、大气过电压 (一）雷云放电过程： 雷电先导、放电阶段（时间约50100S、温度达2000C、电流数百KA）、余晖阶段（时间约0.030.05S、电流约数百A） （二）雷电流特性 根据测量，雷电流波是一个非周期性脉冲波，其幅值和陡度随各次放电条件而异，通常幅度（值）大时，陡度也大。幅值和最大陡度都出现在波头部分，故防雷设计只考虑波头部分。 我国防雷设计中，雷电流波头一般取为2.6S。 （三）大气过电压的基本形式 （1）直接雷击过电压 （2）感应雷过电压 （3）侵入波(进行

4、波)过电压（四）雷电的危害 （1）雷电的机械效应 （2）雷电的热效应 （3）雷电的电磁效应 （4）雷电的闪络放电（五）雷电活动强度 （1）雷暴日：是指每年中有雷电活动的天数。 平均年雷暴日15的叫少雷区；平均年雷暴日40的叫多雷区。 （2）雷电活动强度：用年平均雷暴日表示 （3）对地雷击率：每一雷暴日在一平方公里地面上的平均落雷次数。 若某地0.015（次/平方公里.雷暴日）叫易受雷击区（4）雷击次数： 建筑物年预计雷击次数：N建筑物年预计雷击次数； K校正系数，一般取1，旷野孤立建筑取2 Ng建筑物所在地雷击大地的年平均密度； Ae与建筑物截收相同雷击次数的等效面积。 雷击大地的年平均密度为

5、： Td年平均雷暴日egANkN3 . 1024. 0dgTN第二节建筑物及变电所对雷击的防护 1、接闪器的选择 接闪器：专门用来接受直接雷击的金属物体。 避雷针：接闪的金属杆。 避雷线：接闪的金属线，又称架空地线。 接闪的金属网、金属带称为避雷网、避雷带。2、避雷针的保护范围及计算 滚球法：以hr为半径的一个球体，沿需要防直击雷的部位滚动，当球体只触及接闪器，或只触及接闪器和地面而不触及需要保护的部位时，则该部位就得到接闪器的保护，也就是在避雷针（线）的保护范围之内。 滚球半径hr：第一类防雷建筑物：30米 第二类防雷建筑物：45米 第三类防雷建筑物：60米 （1）单支避雷针的保护范围计算（

6、滚球法） 当避雷针高度在hx高度的xx平面上,保护半径为： 在地面上的保护半径为：xrxrxhhhhhhr22hhhrr20 当避雷针高度rhh （2）双支等高支避雷针的保护范围计算 CE线上最小保护宽度b0: AOB轴线上距中心线x处，其在保护范围边线上的高度：2022DhhhEOCObr2222xDhhhhrrx（3）双支不等高支避雷针的保护范围计算（4）矩形布置的四支等高避雷针的保护范围计算 3、避雷线的保护范围及计算 （1）单根避雷线的保护范围计算 当h2hr，且hhr时，保护最高点h0为： 在高度为hx的平面xx上，保护宽度为： hhhr 20 xrxrxhhhhhhb22（2）双根

7、等高避雷线的保护范围计算补充：用折线法计算避雷针（线）的保护范围 一、避雷针的保护范围计算 1、单支避雷针的保护范围计算 2、两支等高避雷针的保护范围计算 3、两支不等高避雷针的保护范围计算 二、避雷线的保护范围计算 1、单根避雷线的保护范围计算 2、两根平行避雷线的保护范围计算三、高层建筑防雷击的措施 1、接闪器： 在建筑物的天面上明设避雷带，并加局部避雷器即可满足要求。 注意：屋面上的所有金属管道和金属构件都应与避雷装置焊接。 2、引下线： 高层建筑常用柱或剪力墙中的钢筋作为防雷引下线。 一类防雷建筑相邻引下线间隔18m； 二类防雷建筑相邻引下线间隔24m。 3、接地装置： 设计规范规定：

8、一类防雷建筑物接地装置冲击电阻5；如果供配电系统的接地、重复接地与防雷接地装置共用时，接地电阻应1。 高层建筑接地装置多用大厦的深基础作为接地极，其优点是：接地电阻低、电位分布均匀、均压效果好、施工方便、维护量少、节省材料等。 4、防止雷电反击 应将建筑物内部的配电金属管、水管、暖气管、煤气管、空调通风管等一切金属管、构件、支架均与接地装置作等电位连接。 5、防止高电位引入 为防止雷电波侵入造成高电位引入，应采取如下措施： （1）尽量采用电缆进线； （2）进入楼内架空金属管应在入户处接地； （3）低压直埋电缆线路或进入楼内的金属管道，应在入户处外皮接地。 四、避雷针与被保护对象反击现象 当雷电

9、流引入地下时，所产生的高电位对保护对象发生反击现象。因此，避雷针（线）与被保护对象之间应有足够的安全距离。1、空气中的安全距离Sk 工程上取 式中：Rsh接地装置冲击电阻 h从计算点到地面一段避雷针（线）长度 一般一般Sk5m hRSshk1 . 03 . 02、地面以下的安全距离 一般一般Sk3m mRSshk5 . 03、防止危及其他设备和人员的措施 （1）独立避雷针不应设在人行道上； （2）避雷针及接地装置与道路、出入口距离需大于3米； （3）为避免将雷害引入室内，严禁将架空线、通讯线等架设在避雷针的构架上。 4、关于户外配电装置架构上装设避雷针（线）问题第三节变电所对线路侵入的雷电冲击

10、波的保护第四节电气设备接地 一、电流对人体作用及有关概念 电流对人体的危害有两种：电击和电伤。 1、触电的因素： （1）流过人体的电流： 试验证明：工频交流，1mA电流通过人身便有麻刺和疼痛，当电流达25mA时，可使人麻痹、剧疼、呼吸困难。 通常取810mA作为人身触电的长期极限安全电流。 （2）人身电阻： 人身电阻分两部分：体内电阻和体外电阻 体内电阻：一般500； 体外电阻：不固定，受外界条件影响，皮肤干燥低压下10K。（3）作用于人身的电压 由于人身电阻不固定，随加电压增高到一定程度，表皮角质层将被击穿，皮肤失去保护作用，人身电阻等于体内电阻。电流加大，人身电流与外加电压不成线性关系。

11、（4）触电的持续时间： 电流对机体的作用主要是电流强度和持续时间，触电时间越长，允许的人身电流值越小。 我国人身触电安全参数为我国人身触电安全参数为（30mAS） （5）电流类型与频率： 不同频率的电流对人体伤害不一样，直流比交流危险性小，5060Hz是对人体伤害较重的频率，f2000Hz，对心脏影响小。（6）人身电流的途径： 一般认为：电流通过心脏、肺部和中枢神经系统危害最重。 如电流从一手到另一手或从手到脚流过，触电危害最重。 2、防止触电、保证电气安全的措施： 参见教材326页（1）（7） 3、触电的急救处理 （1）脱离电源 （2）急救处理 （3）人工呼吸和心脏挤压二、工作接地与保护接地

12、 接地按作用分：工作接地、保护接地、重复接地和接零、防雷电接地、隔离接地、静电接地、防腐接地等。 1、工作接地 为保证电力系统和电气设备在正常和事故下可靠运行，人为地将电力系统的中性点及电气设备的某一部分直接或经消弧线圈、电阻与地作金属连接，称为工作接地。 工作接地有两种方式： （1）中性点直接接地，称大电流接地系统； （2）中性点不接地或经消弧线圈接地，称小电流接地系统。 在超高压电力系统中，多采用大电流接地系统，以防止发生故障引起过电压，并能避免单相接地后继续运行形成不对称。 在610KV系统中，均采用中性点不接地或小电流接地系统。 220/380V低压系统多采用中性点接地系统。 2、保护

13、接地 为防止电气设备金属外壳因绝缘损坏而带电，危及人身安全，人为地将设备金属外壳与大地作金属连接，称为保护接地。 保护接地有两种： （1）设备外露可导电部分经各自的PE线（保护线）分别接地。（过去称为保护接地） （2）设备外露可导电部分经公共的PE线或PEN线接地。（过去称为保护接零） 供电系统设备接地共有三种五类方式： TN系统（包括TN-S,TN-C-S,TN-C）、TT系统、IT系统。 说明： 第一个字母说明低压系统的对地关系： T中性点直接接地 I所有带电部分与地绝缘 第二字母表示设备外露可导电部分的对地关系： T外露可导电部分直接接地，与系统任何接地无关； N外露可导电部分与低压系统

14、接地点有直接的电气连接（中性点） 后面的字母表明中性线与保护线的组合情况： S整个系统的中性线与保护线是分开的； C整个系统的中性线与保护线是公用的，即PEN线。 而C-S系统中有一部分中性线与保护线是公用的。(1)TN系统 系统的电源中性点直接接地,并引出有N线,属于三相四线制系统.其各种电气设备的外露可导电部分通过保护线与中性线相连.TN-C系统： 系统中N线与PE线合为一根PEN线，所有设备外露可导电部分与PEN线相连。 当三相负荷不平衡时，或只有单相负荷时，PEN线上有电流。 多用于三相负荷平衡，单相负荷较小的工厂车间。 TN-S系统： N线与PE线分开，所有设备外露可导电部分均与PE

15、线相连。 优点：公共PE线正常时无电流，不会对PE线上其它设备产生电磁干扰。 缺点：消耗材料多，增加投资。 用于环境条件差，安全可靠性要求高的场所。TN-C-S系统： 中性线和保护线有一部分是公用的，局部采用专设保护线。 常用于配电系统末端环境条件较差或有数据传输场所。（2）TT系统： 系统中性点直接接地，而电气设备外露可导电部分通过与系统接地点无关的接地体直接接地。 这种系统应装设灵敏的防触电保护装置。（3）IT系统： 系统中性点不接地或经阻抗接地。正常运行时，不带电的外露可导电部分必须单独接地、成组接地、或集中接地。传统称保护接地。优点： 发生单相接地时，三相电压维持不变，设备可正常运行，

16、但另两相对地电压升为线电压。要加绝缘监视装置或单相接地保护装置。 所有设备外露可导电部分都各自接地，设备之间无电磁联系。适用于数据通讯和精密检测装置供电。（无电磁干扰）3、重复接地 在TN系统中，为了提高安全程度，应当采取重复接地。 原因：主要是避免当PE或PEN线有断线时，又发生单相接地故障，使设备外壳带高电压，危及人身安全。 PE或PEN线尽量避免断线故障，也不允许装设开关或熔断器。三、民用建筑低压配电系统接地故障保护 1、民用建筑低压供电系统接地故障保护的要求 ： (三相四线系统、TN和TT系统) 接地故障保护装置的动作电流I0p(E)应保证故障设备外露可导电部分的对地电压UE50V 动

17、作时间： 对于三相三线系统（IT系统）2、漏电保护器及作用 作用：根据不同要求装设于民用建筑供电系统中防止接地故障。 （1）漏电开关 （2）漏电断路器第五节接地电阻计算及其测量 一、接地装置的装设 （一）对地电压、接触电压、跨步电压 1、对地电压： 电气设备从接地外壳及接地体到20m以外的零电位之间的电位差。 2、接触电压：在接地回路中，人体同时触及具有不同电压的两点之间的电位差。 3、跨步电压： 人的双脚站在具有不同电位的地面上，两脚间承受的电位差。（二）接地电阻及其要求 1、接地电阻是接地体的散流电阻与接地线和接地体电阻的总和 （1）土壤电阻 （2）接地线 （3）接地体电阻 2、对接地电阻的要求（三）接地体装设 1、一般要求 2、自然接地体的利用 3、人工接