第9章过电压及接地

1、第九章第九章 过电压及接地过电压及接地u建筑物及变电所对雷击的防护建筑物及变电所对雷击的防护u变电所对线路侵入的雷电冲击波时的保护变电所对线路侵入的雷电冲击波时的保护u电气设备接地电气设备接地u接地电阻计算及其测量接地电阻计算及其测量第一节第一节 概概 述述一、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安全供电安全供电（一）过电压及其分类（一）过电压及其分类内部过电压内部过电压大气过电压大气过电压（雷电过电压）（雷电过电压）直接雷直接雷感应雷感应雷（二）接地和接地装置（二）接地和接地装置过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常

2、工作要求的电压。作要求的电压。接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体接地体：埋入地中并直接与大地接触的金属导体人工接地体、自然接地体人工接地体、自然接地体接地线：连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体接地线：连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体接地装置：接地线与接地体合称接地装置：接地线与接地体合称接地电流：当电气设备发生接地接地电流：当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，该电流为接地地作半球形散开，该电流为接地电流。电流。对地电压：

3、电气设备的接地部分对地电压：电气设备的接地部分与零点位的与零点位的“地地”之间的电位差。之间的电位差。电气设备的接地装置的对地电压电气设备的接地装置的对地电压与接地电流之比为接地电阻与接地电流之比为接地电阻二、大气过电压二、大气过电压 （一）雷云放电过程（一）雷云放电过程（二）雷电流特性（二）雷电流特性（三）大气过电压的基本形式（三）大气过电压的基本形式直接雷过电压、直接雷过电压、感应雷过电压感应雷过电压侵入波（进行波）过电压侵入波（进行波）过电压第二节第二节 建筑物及变电所对雷击的防护建筑物及变电所对雷击的防护一、一、建构筑物的防雷等级及措施建构筑物的防雷等级及措施（一）第一类防雷建筑物（一

4、）第一类防雷建筑物（二）第二类防雷建筑物（二）第二类防雷建筑物（三）第三类防雷建筑物（三）第三类防雷建筑物（四）建筑物的防雷措施（四）建筑物的防雷措施按按GB 5005794建筑物防雷设计规范建筑物防雷设计规范（五）变配电所的防雷措施（五）变配电所的防雷措施1.装设避雷针装设避雷针2.高压侧装设阀式避雷器高压侧装设阀式避雷器用来防护整个变配电所，使之免遭直接雷击。用来防护整个变配电所，使之免遭直接雷击。主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵主要用来保护主变压器，以免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，损坏变电所设备。入变电所，损坏变电所设备。3.低压侧装设阀式避雷器或保护间隙低压侧装设阀

5、式避雷器或保护间隙二、避雷针及避雷线的保护范围及计算二、避雷针及避雷线的保护范围及计算（一）接闪器的选择（一）接闪器的选择避雷针、避雷针、 避雷线、避雷线、 避雷带、避雷带、 避雷网避雷网)2()2(xrxrxhhhhhhr )2(hhhrro 单支避雷针的保护范围，确定方法：单支避雷针的保护范围，确定方法：（1）当避雷针高度）当避雷针高度hhr时时u距地面距地面hr处作一与地面平行的平行处作一与地面平行的平行线。线。u以避雷针的针尖为圆心，以避雷针的针尖为圆心，hr为半径为半径作弧线，交上述平行线于作弧线，交上述平行线于A、B两点。两点。u分别以分别以A、B为圆心，为圆心，hr为半径作弧为半

6、径作弧线，该弧线均与针尖相交并与地面相线，该弧线均与针尖相交并与地面相切。由此弧线起到地面上的整个锥形切。由此弧线起到地面上的整个锥形空间，就是避雷针的保护范围。空间，就是避雷针的保护范围。u避雷针在被保护物高度避雷针在被保护物高度hx水平面上水平面上的保护半径，按下式计算：的保护半径，按下式计算：（2）当避雷针高度）当避雷针高度hhr时时避雷线避雷线)2()2(xrxrxhhhhhhb 在避雷针上取高度在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针的针尖作的一点代替单支避雷针的针尖作圆心，其余保护范围的求法同圆心，其余保护范围的求法同hhr时。时。三、高层建筑防雷击的措施三、高层建筑防雷击的措施（

7、一）接闪器（一）接闪器高层建筑所采用的接闪器常为避雷带或避雷网，较少用避高层建筑所采用的接闪器常为避雷带或避雷网，较少用避雷针。雷针。（二）引下线（二）引下线利用柱或剪力墙中的钢筋作为防雷引下线是我国常用的方法。利用柱或剪力墙中的钢筋作为防雷引下线是我国常用的方法。（三）接地装置（三）接地装置按设计规范规定，一类防雷建筑物的接地装置的冲击接地电按设计规范规定，一类防雷建筑物的接地装置的冲击接地电阻不超过阻不超过5目前，我国的高层建筑的接地装置大多以大厦的深基础作为目前，我国的高层建筑的接地装置大多以大厦的深基础作为接地极接地极（1）接地电阻低）接地电阻低（2）电位分布均匀，均压效果好）电位分布

8、均匀，均压效果好（3）施工方便，维护工程量少）施工方便，维护工程量少 （4）节省材料）节省材料四、避雷针与被保护对象反击现象四、避雷针与被保护对象反击现象当雷电流沿引下线入地时，所产生的高电位对被保护对象发当雷电流沿引下线入地时，所产生的高电位对被保护对象发生反击现象生反击现象为防止反击现象的发生，避雷针（线）与被保护物之间应有为防止反击现象的发生，避雷针（线）与被保护物之间应有足够的安全距离足够的安全距离（一）空气中的安全距离（一）空气中的安全距离hRSshk1 . 03 . 0 一般一般Sk不宜小于不宜小于5m，为尽量，为尽量降低雷击避雷针（线）时在周围导降低雷击避雷针（线）时在周围导体中

9、产生的感应过电压，当条件许体中产生的感应过电压，当条件许可时，可时，Sk宜适当加大。宜适当加大。（二）地面以下的安全距离（二）地面以下的安全距离shkRS3 . 0 Sd不宜小于不宜小于3m（三）防止危及其他设备及人员的措施（三）防止危及其他设备及人员的措施为了保障人身安全，独立避雷针不应设在人畜经常来往的为了保障人身安全，独立避雷针不应设在人畜经常来往的通道上，避雷针及其接地装置与道路及出入口间的距离不通道上，避雷针及其接地装置与道路及出入口间的距离不易小于易小于3m。为避免将雷害引入室内，严禁将架空照明线路，通讯线路为避免将雷害引入室内，严禁将架空照明线路，通讯线路及无线电天线等架在避雷针

10、（线）的构架上。及无线电天线等架在避雷针（线）的构架上。（四）关于户外配电装置架构上装设避雷针（线）的问题（四）关于户外配电装置架构上装设避雷针（线）的问题如果避雷针（线）的设计高度为如果避雷针（线）的设计高度为h，由于配电装置架构已有，由于配电装置架构已有一定高度一定高度h0，若允许将避雷针（线）装设在配电装置的架，若允许将避雷针（线）装设在配电装置的架构上，则避雷针（线）的高度只要构上，则避雷针（线）的高度只要h-h0就可以了就可以了第二节第二节 变电所对线路侵入的雷电冲击波变电所对线路侵入的雷电冲击波的保护的保护四、避雷器的工作原理及保护特性四、避雷器的工作原理及保护特性避雷器是防止雷电

11、波侵入的主要保护设备，与被保护设备并联。避雷器是防止雷电波侵入的主要保护设备，与被保护设备并联。避雷器避雷器接地接地（一）阀型避雷器（一）阀型避雷器由火花间隙和非线性电阻片由火花间隙和非线性电阻片（又叫阀片）两种基本元件组（又叫阀片）两种基本元件组成，装在密封的磁套管内，其成，装在密封的磁套管内，其上端接于线路，下端接地。上端接于线路，下端接地。雷电流通过阀电阻时要形成电压降，这就是残余的过电压，雷电流通过阀电阻时要形成电压降，这就是残余的过电压，称为残压。称为残压。避雷器在工频或冲击电压时，火花间隙的击穿电压分别称避雷器在工频或冲击电压时，火花间隙的击穿电压分别称为工频放电电压和冲击放电电压

12、。前者应保证内过电压时为工频放电电压和冲击放电电压。前者应保证内过电压时间隙不击穿。而冲击放电电压和残压是避雷器保护特性的间隙不击穿。而冲击放电电压和残压是避雷器保护特性的两个重要参数。它们的数值越小，被保护设备的绝缘水平两个重要参数。它们的数值越小，被保护设备的绝缘水平就越低。就越低。（二）管型避雷器（二）管型避雷器又称为排气式避雷器，由产气又称为排气式避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙三部管、内部间隙和外部间隙三部分组成，实质上是一个具有灭分组成，实质上是一个具有灭弧能力的保护间隙。弧能力的保护间隙。（三）保护间隙（三）保护间隙角式避雷器角式避雷器镀锌圆钢制成的主间隙和辅助间隙镀锌圆钢制

13、成的主间隙和辅助间隙组成组成主间隙用于灭弧，辅助间隙为防主间隙用于灭弧，辅助间隙为防止意外短路。止意外短路。 保护间隙简单经济，维护方便，但保护性能较差，灭弧保护间隙简单经济，维护方便，但保护性能较差，灭弧能力小，容易造成接地或短路故障引起线路跳闸或熔断器能力小，容易造成接地或短路故障引起线路跳闸或熔断器熔断，使线路停电。对于装有保护间隙的线路，一般要求熔断，使线路停电。对于装有保护间隙的线路，一般要求装设自动重合闸装置，以提高供电可靠性。装设自动重合闸装置，以提高供电可靠性。（四）压敏电阻避雷器（四）压敏电阻避雷器五、避雷器与保护结线图五、避雷器与保护结线图（一）（一）避雷器与主变压器的电气

14、距离避雷器与主变压器的电气距离阀型避雷器通常装在变电所母线上，变电所内最重要的设阀型避雷器通常装在变电所母线上，变电所内最重要的设备是变压器，它的价格高，绝缘水平又较低，因此，阀型备是变压器，它的价格高，绝缘水平又较低，因此，阀型避雷器的安装地点应尽量在电气距离上靠近主变压器，以避雷器的安装地点应尽量在电气距离上靠近主变压器，以减少变压器所受的过电压幅值。减少变压器所受的过电压幅值。（二）（二）避雷器与变电所防雷进线段避雷器与变电所防雷进线段的保护接线的保护接线（三）（三）直配电机防雷保护的接线直配电机防雷保护的接线1.单机容量在单机容量在15006000kW时的保护接线时的保护接线2.单机容

15、量为单机容量为3001500kW时的保护接线时的保护接线3.单机容量在单机容量在300kW以下时的保护接线以下时的保护接线（四）（四）310kV配电柱上油开关及配电变压器防雷保护线配电柱上油开关及配电变压器防雷保护线1.柱上断路器和负荷开关柱上断路器和负荷开关2.配电变压器的防雷保护接线配电变压器的防雷保护接线第四节第四节 电气设备接地电气设备接地一、电流对人体的作用及有关概念一、电流对人体的作用及有关概念（一）触电的因素（一）触电的因素1.流过人体的电流流过人体的电流810mA3.作用于人身的电压作用于人身的电压4.触电的持续时间触电的持续时间5.电流类型及频率电流类型及频率（二）防止触电、

16、保证电气安全的措施（二）防止触电、保证电气安全的措施（三）触电的急救处理（三）触电的急救处理2. 人身电阻人身电阻体内电阻和皮肤电阻体内电阻和皮肤电阻30mAs6.人身电流的途径人身电流的途径二、二、工作接地与保护接地工作接地与保护接地（一）工作接地（一）工作接地 为保证电力系统和电气设备在正常和事故情况下可靠地运为保证电力系统和电气设备在正常和事故情况下可靠地运行，人为地将电力系统的中性点（如发电机和变压器的中行，人为地将电力系统的中性点（如发电机和变压器的中性点）及电气设备的某一部分（如避雷针和避雷线的接地性点）及电气设备的某一部分（如避雷针和避雷线的接地引下线）直接或经消弧线圈、电阻、击

17、穿熔断器等与地作引下线）直接或经消弧线圈、电阻、击穿熔断器等与地作金属连接，称为工作接地。金属连接，称为工作接地。中性点不接地；中性点不接地；中性点经消弧线圈接地；中性点经消弧线圈接地；中性点直接接地中性点直接接地小电流接地系统小电流接地系统 大电流接地系统大电流接地系统 （二）保护接地（二）保护接地 电气设备的金属外壳可能因绝缘损坏而带电，为防止这种电电气设备的金属外壳可能因绝缘损坏而带电，为防止这种电压危及人身安全而人为地将电气设备的金属外壳与大地作金压危及人身安全而人为地将电气设备的金属外壳与大地作金属联接称为保护接地。属联接称为保护接地。1.TN系统系统 （1）TN-C系统系统 中性线

18、与保护线全部合为一根保护中性线中性线与保护线全部合为一根保护中性线 优点：优点：N线与线与PE线合二为一，节约了导线材料，比较经济。线合二为一，节约了导线材料，比较经济。 不适于对安全和抗电磁干扰要求高的场所。不适于对安全和抗电磁干扰要求高的场所。 注意：注意：如果如果PEN线断线，不仅会对人身有触电危险，而且线断线，不仅会对人身有触电危险，而且会造成有的相电压大大升高而烧毁单相用电设备，因此会造成有的相电压大大升高而烧毁单相用电设备，因此PEN线一定要连接牢固可靠，而且线一定要连接牢固可靠，而且PEN线上不得装设开关线上不得装设开关和熔断器，以免和熔断器，以免PEN线断开造成事故。线断开造成

19、事故。 （2）TN-S系统系统 N线和线和PE线全部分开，设备的外露可导电部分均接线全部分开，设备的外露可导电部分均接PE线线 由于由于PE线与线与N线分开，线分开，PE线中没有电流通过，因此不会线中没有电流通过，因此不会对设备产生电磁干扰对设备产生电磁干扰 由于由于PE线与线与N线分开，线分开，PE线断线时不会使接线断线时不会使接PE线的设线的设备外露可导电部分带电，因此比较安全，所以这种系统也备外露可导电部分带电，因此比较安全，所以这种系统也适于安全要求较高的场所适于安全要求较高的场所 导线材料耗用较多，建造投资比导线材料耗用较多，建造投资比TN-C系统高系统高 （3）TN-C-S系统系统

20、 前一部分全部为前一部分全部为TN-C系统，后边有一部分为系统，后边有一部分为TN-C，有一部分则为有一部分则为TN-S系统，设备的外露可导电部分接系统，设备的外露可导电部分接PEN线线或或PE线。线。 这种系统比较灵活，对安全要求和对抗电磁干扰要求这种系统比较灵活，对安全要求和对抗电磁干扰要求较高的场所，宜采用较高的场所，宜采用TN-S系统，而其他一般场所则采用系统，而其他一般场所则采用TN-C系统。系统。 2.TT系统系统 系统中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各系统中性点直接接地，而其中设备的外露可导电部分均各自经保护线单独接地。自经保护线单独接地。 各设备的各设备的PE线之间

21、没有直接的电气联系，互相之间不会线之间没有直接的电气联系，互相之间不会发生电磁干扰发生电磁干扰 适用于安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所适用于安全要求及对抗电磁干扰要求较高的场所 3.IT系统系统 系统中性点不接地，或经高阻抗（约系统中性点不接地，或经高阻抗（约1000 ）接地，系）接地，系统中电气设备的外露可导电部分，与统中电气设备的外露可导电部分，与TT系统一样，均经各系统一样，均经各自的自的PE线接地。线接地。系统主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的系统主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，如矿山、井下等场所的供电。场所，如矿山、井下等场所的供电。在在TN系统中，当

22、系统中，当PE线或线或PEN线断线且有设备发生单相碰壳线断线且有设备发生单相碰壳时，接在断线处后面的设备外壳上出现接近于相电压的对时，接在断线处后面的设备外壳上出现接近于相电压的对地电压，存在触电危险。因此，为了进一步提高安全可靠地电压，存在触电危险。因此，为了进一步提高安全可靠性，除系统中性点进行工作接地外，还必须在以下地点重性，除系统中性点进行工作接地外，还必须在以下地点重复接地。复接地。(1)架空线路末端及沿线每隔架空线路末端及沿线每隔1km处；处；(2)电缆和架空线引入车间和大型建筑物处。电缆和架空线引入车间和大型建筑物处。（三）重复接地（三）重复接地如果不重复接地，则在如果不重复接地

23、，则在PE线或线或PEN线断线且有设备发生单线断线且有设备发生单相接地故障时，接在断线后面的所有设备外露可导电部分相接地故障时，接在断线后面的所有设备外露可导电部分都将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危险的。如果都将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危险的。如果进行了重复接地，则在发生同样故障时，断线后面的设备进行了重复接地，则在发生同样故障时，断线后面的设备外露可导电部分的对地电压大大降低。外露可导电部分的对地电压大大降低。三、民用建筑低压配电系统接地故障保护三、民用建筑低压配电系统接地故障保护民用建筑低压配电系统中接地故障通常包括相线与大地、民用建筑低压配电系统中接地故障通常包括相线与大

24、地、相线与相线与PE线或线或PEN线以及线与设备的外露可导电部分之间线以及线与设备的外露可导电部分之间的短路等。的短路等。（一）民用建筑低压供电系统接地故障保扩的要求（一）民用建筑低压供电系统接地故障保扩的要求民用建筑低压供电系统接地故障保护的装设，应与配电系民用建筑低压供电系统接地故障保护的装设，应与配电系统的接地型式和故障回路的阻抗值相适应。当发生接地故统的接地型式和故障回路的阻抗值相适应。当发生接地故障时，除了应满足短路热稳定度的要求外，还应迅速切断障时，除了应满足短路热稳定度的要求外，还应迅速切断故障电路，或者迅速发出报警信号以使及时排除故障，防故障电路，或者迅速发出报警信号以使及时排

25、除故障，防止发生人身触电伤亡和火灾爆炸事故。止发生人身触电伤亡和火灾爆炸事故。Iop(E) UE/RE=50V/RE对于二相四线制系统（包括对于二相四线制系统（包括TN系统和系统和TT系统）来说，上式系统）来说，上式适用于切断故障电路的接地故障保护装置如低压熔断器、适用于切断故障电路的接地故障保护装置如低压熔断器、低压断路器及专用的触电保护器（漏电断路器）。低压断路器及专用的触电保护器（漏电断路器）。对三相三线制系统（对三相三线制系统（TT系统），上式只适用于发出声光系统），上式只适用于发出声光信号的单相接地保护装置。信号的单相接地保护装置。（二）漏电保护器及应用（二）漏电保护器及应用漏电开关

26、和漏电断路器漏电开关和漏电断路器根据不同要求装设于民用建筑供电系统中防止接地故障造根据不同要求装设于民用建筑供电系统中防止接地故障造成危害。成危害。1.漏电开关漏电开关带过载和短路保护和不带过载、只带短路保护两种带过载和短路保护和不带过载、只带短路保护两种将额定漏电动作电流大干几百毫安至几安培的漏电开关装将额定漏电动作电流大干几百毫安至几安培的漏电开关装在电源变压器低压侧，主要对线路和电气设备进行保护。在电源变压器低压侧，主要对线路和电气设备进行保护。将漏电动作电流大于几十毫安至几百毫安的漏电开关装在将漏电动作电流大于几十毫安至几百毫安的漏电开关装在分支电路上，保护人体间接触电及防止漏电引起火

27、灾。分支电路上，保护人体间接触电及防止漏电引起火灾。在线路末端的用电设备处和容易发生触电的场所装设额定在线路末端的用电设备处和容易发生触电的场所装设额定漏电动作电流漏电动作电流30mA及以下的漏电开关，对直接触碰带电及以下的漏电开关，对直接触碰带电导体的人体进行保护。导体的人体进行保护。漏电开关按工作原理分电压动作型、电流动作型、电压电漏电开关按工作原理分电压动作型、电流动作型、电压电流动作型、交流脉冲型和直流动作型等。流动作型、交流脉冲型和直流动作型等。2.漏电断路器漏电断路器漏电保护器或触电保护器漏电保护器或触电保护器按工作原理分为电压动作型和电流动作型两种按工作原理分为电压动作型和电流动

28、作型两种电流动作型的漏电保护器主要由主开关、零序电流传感器、电流动作型的漏电保护器主要由主开关、零序电流传感器、放大鉴幅电子电路和脱扣装置等构成。放大鉴幅电子电路和脱扣装置等构成。采用电流动作型漏电保护器，可以按不同对象分片、分级采用电流动作型漏电保护器，可以按不同对象分片、分级保护，故障跳闸时只切断与故障有关部分，正常线路不受保护，故障跳闸时只切断与故障有关部分，正常线路不受影响，从而实现选择性切除故障支路。影响，从而实现选择性切除故障支路。第五节第五节 接地电阻计算及其测量接地电阻计算及其测量一、接地装置的装设一、接地装置的装设（一）对地电压、接触电压、跨步电压（一）对地电压、接触电压、跨

29、步电压1.对地电压对地电压电气设备从接地外壳及接地体到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以外的零电位之间的电位差称为接地时的对地电压。位差称为接地时的对地电压。在接地回路里，人体同时在接地回路里，人体同时触及具有不同电压的两点，触及具有不同电压的两点，加在人体两点之间的电压加在人体两点之间的电压差称为接触电压。差称为接触电压。跨步电压是指人的双脚站在具有不同电位的地面上时，在跨步电压是指人的双脚站在具有不同电位的地面上时，在人的两脚间所承受的电位差。人的两脚间所承受的电位差。2.接触电压接触电压3.跨步电压跨步电压（二）（二）接地电阻及其要求接地电阻及其要求 由于接地线和接地体的电阻相对很小，因此接地电阻可由于接地线和接地体的电阻相对很小，因此接地电阻可认为就是接地体的流散电阻。认为就是接地体的流散电阻。 1.接地电阻接地电阻接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。2.对接地电阻的要求对接地电阻的要求（三）接地体装设（三）接地体装设1