工厂供电 第八章

1、 第八章第八章 防雷、接地及电气安全防雷、接地及电气安全 第四节 电气安全与触电急救第三节 低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结第二节 电气装置的接地第一节 过电压与防雷返回目录 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 一、过电压及雷电的有关概念 （一）过电压的形式 过电压是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电压的对绝缘很有危害的异常电压。在电力系统中，过电压按其产生的原因，可分为内部过电压和雷电过电压。 1.内部过电压 内部过电压时由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生故障灯原因。使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁能量转换、振荡二引起的过电压。 运行经

2、验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的34倍，因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。2.雷电过电压（二）雷电的形成原理1.雷云的形成雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。2.直击雷的形成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8-1a所示。 3.雷电感应过电压的形成 （1）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，如教材P238图8-2a)所示。当雷云对地放电或有其他异性雷云中和放电后，线路上的束缚电荷被

3、释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成很高的感应过电压，如教材P238图8-2b)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高达几万伏，对供电系统的危害都很大。 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷图8-1 雷云对大地放电（直击雷）示意图 a) 负雷云出现在大地建筑物上方时 b) 负雷云对建筑物顶部尖端放电时 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷当强大的雷电流沿着导体如接地引下线泄放入地时，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8-3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

4、对存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止雷电流的电磁感应引起的危险过电压，应该用跨接导线或用焊接将开口金属环连成闭合回路后接地图8-3 开口金属环上的电磁感应过电压 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷（三）雷电的有关名词概念1.雷电流的幅值和陡度雷电流是指流入雷击点的电流，是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图8-4所示。 图8-4 雷电流的波形 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷2.年平均雷暴日数3.年预计雷击次数4.雷电电磁脉冲二、防雷设备 （一）接闪器接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。 接闪的金属杆称为避雷针。 接闪的金属线称为避雷线。 接闪的金属带

5、称为避雷带。 接闪的金属网称为避雷网。1.避雷针 (1)避雷针的功能：避雷针的实质是引雷针，它将雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。 (2)避雷针的构成：一般由镀锌圆钢或镀锌钢管制成。经引下线与接地装置相连。接地装置包括接地线和接地体。 (3)避雷针的保护范围：指避雷针能够防护直击雷的空间。采用国际电工组织推荐的“滚球发”来确定。 所谓“滚球法”（roll-boll method），就是选择一个半径为hr（滚球半径）的球体，按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。滚球半径按建筑物的

6、防雷类别不同而取不同值，如表8-1所示。 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 建筑物防雷类别滚球半径hr/m避雷网格尺寸/m第一类防雷建筑物 30第二类防雷建筑物 45第三类防雷建筑物 605 56 4 或10 1012 8或20 2024 16或表8-1 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸 （据GB50057-1994） 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷2.避雷线 （1）避雷线的功能和原理与避雷针基本相同。避雷线一般采用截面不小于35mm2架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体免遭直接雷击。避雷线又称为架空地线。 （2）单根避雷线的保护范围的确定（教材P241）3.

7、避雷带和避雷网 避雷带和避雷网作用：主要用来保护建筑物特别是高层建筑物，使之免遭直接雷击和雷电感应。 避雷带和避雷网的构成：采用圆钢和扁钢焊接而成，并经引下线与接地装置相连。避雷网的网格尺寸如表8-1所示。（二）避雷器 避雷器是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或防止雷电电磁脉冲对电子信息设备的电磁干扰。避雷器应与被保护设备并联，且安装在被保护设备的电源侧，如图8-8所示。 避雷器的类型有，阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物避雷器和电涌保护器等。 图8-8 避雷器的连接 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷1.阀式避雷器阀式避雷器(v

8、alve-type lightning arrester，文字符号FV)，又称为阀型避雷器，主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的瓷套管内。火花间隙用铜片冲制而成。每对间隙用厚0.51mm的云母垫圈隔开，如图8-9a所示。正常情况下，火花间隙能阻断工频电流通过，但在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。阀片是用陶料粘固的电工用金刚砂（碳化硅）颗粒制成的，如图8-9b所示。这种阀片具有非线性电阻特性。正常电压时，阀片电阻很大，而过电压时，阀片电阻则变得很小，如图8-9c的特性曲线所示。 阀式避雷器中火花间隙和阀片的多少，与其工作电压高低成比例。高压阀式避雷器串联很多单元火花间隙，目的是将长弧分割成

9、多段短弧，以加速电弧的熄灭。但阀电阻的限流作用是加速电弧熄灭的主要因素。 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 图8-9 阀式避雷器的组成部件及其特性曲线a)单元火花间隙 b)阀电阻片 c)阀电阻特性曲线 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷2.排气式避雷器排气式避雷器（expulsion-type lightning arrester，文字符号FE），通称管型避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙等三部分组成，如图8-11所示。 图8-11 排气式避雷器1-产气管 2-内部棒形电极 3-环形电极 s1-内部间隙 s2-外部间隙 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷排气式（管型）避雷器全型

10、号的表示和含义如下：3.保护间隙保护间隙（protective gap，文字符号FG）又称角型避雷器，其结构如图8-12所示。它简单经济，维护方便，但保护性能差，灭弧能力小，容易造成接地或短路故障，使线路停电。因此对于装有保护间隙的线路，一般也宜装设自动重合闸装置，以提高供电可靠性。 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 图8-12 保护间隙a) 双支持绝缘子单间隙 b) 单支持绝缘子单间隙 c) 双支持绝缘子双间隙s -保护间隙 s1 -主间隙 s2 -辅助间隙 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷4.金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器（metal-oxide arrester，文字符号F

11、MO）按有无火花间隙分两种类型，最常见的一种是没有火花间隙只有压敏电阻片的避雷器。压敏电阻片是由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀电阻特性。金属氧化物避雷器全型号的表示和含义如下：5.电涌保护器 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷三、电气装置的防雷（一）架空线路的防雷措施（1）架设避雷线（2）提高线路本身的绝缘水平 （3）利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线。对于中性点不接地系统的310kV架空线路，可在其三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙，如图8-14所示。 图8-14 顶线绝缘子附加保护间隙1-绝缘子 2-架空导线 3-保护间隙 4-接地引下线 5-电

12、杆 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷（4）装设自动重合闸装置 （5）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 （二）变配电所的防雷措施（1）装设避雷针（2）装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所，可利用避雷线来防护直击雷。在35kV及以上的变配电所架空进线上，架设12km的避雷线，以消除一段进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。（3）装设避雷器 用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害。图8-15是变配电所对雷电波侵入防护的接线图。 （三）高压电动机的防雷措施 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 图8-15 变配电所对雷电波侵入的防护a)310kV架空和电

13、缆进线 b)35kV架空和电缆进线FV-阀式避雷器 FE-排气式避雷器 FMO-金属氧化物避雷器 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷四、建筑物的防雷（一）建筑物的防雷类别1.第一类防雷建筑物2.第二类防雷建筑物3.第三类防雷建筑物（二）建筑物的防雷措施1.第一类防雷建筑物的防雷措施2.第二类防雷建筑物的防雷措施3.第三类防雷建筑物的防雷措施 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷五、建筑物电子信息系统的防雷（一）建筑物雷电电磁脉冲防护区的划分按GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范规定，建筑物雷电防护区(lightning protection zone,缩写LPZ)的划分

14、，如图8-17所示。图8-17 建筑物雷电防护区（LPZ）的划分 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷（二）电子信息系统防雷电电磁脉冲的措施建筑物电子信息系统的防雷，包括对雷电电磁脉冲的防护，必须将外部防雷措施与内部防雷措施协调统一，按工程整体要求进行全面规划，做到安全可靠、技术先进、经济合理。建筑物电子信息系统的综合防雷系统，如图8-18所示。图8-18 建筑物电子信息系统综合防雷系统 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷1.等电位联结与共用接地系统要求2.屏蔽及合理布线要求（1）电子信息系统设备机房的屏蔽应符合下列规定：（2）线缆屏蔽应符合下列规定：（3）线缆敷设应符合下列规定：1）电

15、子信息系统线缆主干线的金属线槽宜敷设在电气竖井内。2）电子信息系统线缆与其他管线的间距应符合表8-3的规定。3）布置电子信息系统信号线缆的路径走向时，应尽量减小由线缆本身形成的感应环路面积。4）电子信息系统线缆与电力电缆的间距应符合表8-4的规定。 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 其 他 管 线 线 缆 与 其 他 管 线 净 距最小平行净距/ 最小交叉净距/ 防雷引下线 1000 300 保护地线 50 20 给水管 150 20 压缩空气管 150 20 热力管（不包封） 500 500 热力管（包封） 300 300煤气管 300 20表8-3 电子信息系统线缆与其他管线的净距

16、（据GB50343-2004） 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷类 别与电子信息系统信号线缆接近情况最小净距/ 380V 电力电缆容量 小于2kVA与信号线缆平行敷设 150有一方在接地的金属线槽或钢管中 70双方都在接地的金属线槽或钢管中 10 380V 电力电缆容量 25kVA与信号线缆平行敷设 300有一方在接地的金属线槽或钢管中 150双方都在接地的金属线槽或钢管中 80 380V 电力电缆容量 大于5VA与信号线缆平行敷设 600有一方在接地的金属线槽或钢管中 300双方都在接地的金属线槽或钢管中 150 表8-4 电子信息系统线缆与电力电缆的净距 （据GB50343-2004

17、） 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷5）电子信息系统线缆与配电箱、变电室、电梯机房、空调机房之间的最小净距宜符合表8-5的规定。3.电子信息系统的电源线路中电涌保护器（SPD）的装设要求（1）TN系统中电涌保护器（SPD）的装设要求 电子信息系统设备由TN系统供电时，配电线路通常采用TN-C-S系统的接地型式，在三根相线与PE之间装设SPD，如图8-19所示。 名 称 最 小 间 距/ m 名 称最 小 间 距/ m 配 电 箱 1.00电梯机房2.00 变 电 室 2.00 空调机房2.00表8-5 电子信息系统线缆与电气设备之间的净距 （据GB50343-2004） 第一节第一节 过

18、电压与防雷过电压与防雷 图8-19 TN-C-S系统中SPD的装设 1-进线电源箱 2-配电盘 3-接地母线 4-电涌保护器（SPD） 5-SPD的接地连接（5a或5b） 6-被保护设备 7-PE线与N线的连接端子板 F-保护SPD的熔断器或断路器、漏电保护器（RCD） 第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷（2）TT系统中电涌保护器（SPD）的装设要求（3）IT系统中电涌保护器（SPD）的装设要求。IT系统中SPD的装设，如图8-21所示。 图8-21 IT系统中SPD的装设1-进线电源箱 2-配电盘 3-接地母线 4-电涌保护器（SPD）5-SPD的接地连接（5a或5b） 6-被保护设备

19、7-漏电保护器（RCD） F-保护SPD的熔断器或断路器、漏电保护器（RCD）返回本章目录 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 一、接地的有关概念（一）接地和接地装置接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分接地干线和接地支线，如图8-22所示。 图8-22 接地网示意图1-接地体 2-接地干线 3-接地支线 4-电气设备 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 （二）接地电流和对地电压 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 （三）接触电压和跨步电压1.接触电压接触电压（touch voltage）是指设备的绝

20、缘损坏时，在身体可触及的两部分之间出现的电位差，例如人站在发生接地故障的设备旁边，手触及设备的金属外壳，则人手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压，如图8-24中的Utou。2.跨步电压跨步电压（step voltage）是指在接地故障点附近行走时，两脚之间所出现的电位差，如图8-24中的Ustep。（四）工作接地、保护接地和重复接地1.工作接地2.保护接地与接零 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 图8-24 接触电压和跨步电压说明图 Utou-接触电压 Ustep-跨步电压 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 3.重复接地（1）在架空线路终端及沿线每隔1km处；（2）电缆和

21、架空线引入车间和其他建筑物处。二、电气装置的接地及其接地电阻（一）电气装置应该接地或接零的金属部分（二）电气装置可不接地或不接零的金属部分（三）接地电阻及其要求 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 三、接地装置的装设（一）自然接地体的利用（二）人工接地体的装设人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种，如图8-27所示。 图8-27 人工接地体a)垂直埋设的管形或棒形接地体 b)水平埋设的带形接地体 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 （三）防雷装置的接地装置要求四、接地装置的计算（一）人工接地体工频接地电阻的计算（二）自然接地体工频接地电阻的计算（三）冲击接地电阻的计算按GB5005

22、7-1994规定，冲击接地电阻按下式计算：式中RE为工频接地电阻；为换算系数，为RE与Rsh的比值，由图8-33确定。图8-33中的l：对单根接地体，为其实际长度；对有分支线的接地体，为其最长分支线的长度（参看图8-34）；对环形接地网，为其周长的一半。如果lel时，则取le=l ，即=1，亦即 。 EshRRshERR 第二节第二节 电气装置的接地电气装置的接地 /EshRR图8-33 确定换算系数 的计算曲线 图8-34 接地体的长度l和有效长度le a)单根水平接地体 b)末端接垂直接地体的单根水平接地体 c)多根水平接地体（l1l） d)接多根垂直接地体的多根水平接地体（l1l，l2l

23、，l3l）返回本章目录 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结 一、低压配电系统的接地故障保护（一）TN系统中的接地故障保护（二）TT系统中的接地故障保护（三）IT系统中的接地故障保护二、低压配电系统的漏电电流保护（一）漏电保护器的功能与原理漏电保护器又称“剩余电流保护器”（IEC标准名称，英文为Residual current protective device，简称RCD），它是在规定条件下，当漏电电流（剩余电流）达到或超过规定值时能自动断开电路的一种保护电器。它用来对低压配电系统中的漏电和接地故障进行安全防护，防止发

24、生人身触电事故及因接地电弧引发的火灾。电流动作的电磁脱扣型漏电保护器的原理接线图如图8-35所示。 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结 图8-35 电流动作的电磁脱扣型漏电保护器原理接线图 TAN-零序电流互感器 YA-极化电磁铁 QF-断路器 YR-自由脱扣机构 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结（二）漏电保护器的分类（1）漏电保护开关 （2）漏电断路器 （3）漏电继电器（4）漏电保护插座。漏电保护器按极数分，有单极2线、双极2线、3极3线、

25、3极4 线和4极4线等多种型式，其在低压配电线路中的接线如图8-37所示。（三）漏电保护器的装设场所与要求1.漏电保护器（RCD）的装设场所2.PE线和PEN线不得穿过RCD的零序电流互感器铁心3.RCD负荷侧的N线与PE线不能接反4.装设RCD时，不同回路不应共用一根N线5.低压配电系统中多级RCD的装设要求 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结 图8-37 各种RCD在低压配电线路中的接线示意图RCD1-单极2线 RCD2-双极2线 RCD3-3极3线 RCD4-3极4线RCD5-4极4线 QF-断路器 YR-漏电脱

26、扣器 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结三、低压配电系统的等电位联结（一）等电位联结的功能与类别1.总等电位联结（MEB）总等电位联结是在建筑物进线处，将PE线或PEN线与电气装置接地干线、建筑物内的各种金属管道如水管、煤气管、采暖空调管道等以及建筑物的金属构件等，都接向总等电位联结端子，使它们都具有基本相等的电位，如图8-43中的MEB。图8-43 总等电位联结（MEB）和局部等电位联结（LEB） 第三节第三节 低压配电系统的接地故障低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结保护、漏电保护和等电位联结2.局部等电位联结（LEB）（二）等电位联结的联结线要求（三）等电位联结中的几个具体问题1）两金属管道连接处缠有黄麻或聚乙烯薄膜，是否需要做跨接线？2）现在有些管道系统以塑料管取代金属管，塑料管道系统要不要做等电位联结？3）在等电位联结系统内是否需对一管道系统做多次重复联结？只要金属管道全长导通良好，原则上只需做一次等电位联结。例如在水管进入建筑物的主管上做一次总等电位联结，再在浴室内的水道主管上做一次局部