防雷与接地课件

第八章防雷与接地本章要点

供电系统正常运行，首先保证整个系统的安全性，本章主要围绕工业和民用电力装置的防雷保护和接地装置的运行与设计问题，介绍雷电的产生和发展的物理过程、常用的防雷保护装置、架空线路和变配电所的防雷措施、接地和接零的基本概念和计算。第八章防雷与接地本章要点1第八章防雷与接地主要掌握以下问题：一、过电压与防雷1、过电压的基本概念、分类；2、主要的防雷设备(1)避雷针(2)避雷器3、防雷措施变电所、架空线路等防雷措施二、电气装置接地1、接地基本概念2、接地类型3、保护接地的分类与特点；（重点）第八章防雷与接地主要掌握以下问题：2第一节过电压和防雷一、过电压及雷电概述1．过电压及分类：

过电压：在电气设备或者线路上出现的超出正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。第一节过电压和防雷一、过电压及雷电概述3第一节过电压和防雷2、雷电的形成

雷电放电过程分为：先导放电和主放电过程；先导放电过程：当电场强度达到25KV-30KV/cm时，空气绝缘击穿，形成一个导电的空气通道称为雷电先导。主放电过程：强烈的电荷中和过程产生强大的雷电流，数十至数百千安；第一节过电压和防雷2、雷电的形成4第一节过电压和防雷3．雷电过电压的种类高空中雷云之间的放电虽然强烈，但对于人和地面物体没有危害，而雷云对大地的放电将会产生很大的破坏作用的大气过电压，主要包括三类：第一节过电压和防雷3．雷电过电压的种类5第一节过电压和防雷4、雷电的危害雷电对于电力装置等的危害，主要表现在以下几方面：(1)电动力效应：雷电的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，伤害人和畜；(2)热效应：强大的雷电流所产生的热量，可烧断导线和烧毁电力设备；(3)电磁效应：雷电的电磁效应可能产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；(4)闪络放电：雷电的闪络放电可能烧坏绝缘子、使断路器跳闸或引起火灾，造成大面积停电。第一节过电压和防雷4、雷电的危害6第一节过电压和防雷二、防雷设备第一节过电压和防雷二、防雷设备7第一节过电压和防雷（一）接闪器专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆叫避雷针、接闪的金属线叫避雷线、接闪的金属带叫避雷带、接闪的金属网叫避雷网。1、避雷针（1）避雷针的作用吸引雷，并将雷电流通过避雷针安全引入大地，保护避雷针附近的电力设备和建筑物免受直击雷的危害；（2）避雷针的组成：第一节过电压和防雷（一）接闪器8第一节过电压和防雷2、避雷线架设在架空线路的上面，保护架空线路或者建筑物；既架空又接地，又称架空地线。防雷的原理与避雷针相同；3、避雷带和避雷网

保护高层建筑（烟囱、楼房）免受直击雷和感应雷；一般均采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢，而且对于截面积具有严格规定。上述的接闪器均应经过引下线与接地装置连接。第一节过电压和防雷2、避雷线9第一节过电压和防雷（二）避雷器（lightningarrester）

用途：防止雷电产生的过电压波沿线侵入变配电所或其它的建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。与保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。

保护原理：当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙被击穿，或者由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，保护设备的绝缘；

阀型避雷器

避雷器排气式避雷器保护间隙氧化避雷器第一节过电压和防雷（二）避雷器（lightningar10第一节过电压和防雷1、阀型避雷器

组成：火花间隙和阀片；原理：正常工作电压时，火花间隙不会被击穿，从而隔断工频电流；但在雷电过电压时，火花间隙被击穿放电；阀片的非线性特性介绍；注意：雷电流通过阀片时，产生的电压降将会加在被保护的设备上，不能超过设备的绝缘允许耐压值。第一节过电压和防雷1、阀型避雷器11第一节过电压和防雷2、保护间隙特点：简单经济，维修方便；但是保护性能差，灭弧能力差，容易造成接地或者短路故障，由于保护间隙的灭弧能力差，雷击后可能会切不断工频电流造成短路故障，引起线路开关跳闸或熔断器熔断，造成停电；一般配合自动重合闸装置，提高灵敏度；连接时，一电极接线路，另一电极接地。保护对象：室外或者负荷不重的线路；第一节过电压和防雷2、保护间隙特点：简单经济，维修方便；12第一节过电压和防雷3、氧化锌避雷器目前最先进的过电压保护设备；由氧化锌电阻片串联而成的基本元件和绝缘底座组成；

保护对象：变压器、发电机、开关、母线等高压设备；

第一节过电压和防雷3、氧化锌避雷器13第一节过电压和防雷三、防雷措施1．架空线路的防雷措施（1）架设避雷线：最有效但成木高，只有66KV以上的线路才沿全线装设；（2）提高线路本身的绝缘水平：10KV以下的架空线路采用磁横担代替铁横担；绝缘子采用高一电压等级；（3）三角形排列的顶线兼做防雷保护线：并装设放电极间隙；（4）个别绝缘薄弱环节加装避雷器：高电杆，电缆头、开关等装设管型避雷器或保护问隙加以保护；第一节过电压和防雷三、防雷措施14第一节过电压和防雷（5）采用自动重合闸装置：雷击时的短路为瞬时故障；（6）绝缘子铁脚接地：对于分布较密的低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地；第一节过电压和防雷（5）采用自动重合闸装置：15第一节过电压和防雷2．变配电所的防雷措施(1)防直击雷装设避雷针保护整个变配电所建筑物；但是为了保证建筑物免受反击事故，需要满足：

独立的避雷针和建筑物之间距离要满足；独立接地；接地装置不应该设置在人员经常出入的地方。第一节过电压和防雷2．变配电所的防雷措施16第一节过电压和防雷(2)进线防雷保护

35KV的电力线路，一般在1-2km段内装设避雷线，保证该段线路免受直击雷的危害；为保证保护段之外的线路受到雷击时侵入变电所内的过电压有所限制，在避雷线两端处的线路上装设避雷器；3-10kV进线，每路进线的终端装设阀型避雷器，以保护线路断路器和隔离开关；若采用电缆进线，应该在架空线路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。第一节过电压和防雷(2)进线防雷保护17第一节过电压和防雷（3）配电装置的防雷保护（变压器）在配电所每段母线上装设一组阀型避雷器，并尽量靠近变压器（小于5m）；并且避雷器的接地中性点以及金属外壳连在一起，如图。第一节过电压和防雷（3）配电装置的防雷保护（变压器）18第一节过电压和防雷3、高压电动机的防雷保护若电动机直接与架空线路连接时，需要进行防雷。由于电动机长期运行，绝缘老化严重，一般采用防雷效果较好的磁吹型避雷器或者氧化锌避雷器，且尽可能靠近电动机；第一节过电压和防雷3、高压电动机的防雷保护19第二节电气装置的接地（一）接地和接地装置接地－电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接；接地体－埋于地下并直接与土壤相接触的金属导体；接地线－电气设备中应接地部分与接地体相连接的金属导体；接地装置―接地体与接地线总称接地网―由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的整体；第二节电气装置的接地（一）接地和接地装置20第二节电气装置的接地（二）接地电流和对地电压接地电流——电气设备发生故障时，电流经过接地装置流入大地并作半球状散开，此电流称为接地电流；距离接地体越远，散流电阻越小，相对于接地点处的电位来说电位越低，一般在距离接地故障点约20m处，散流电阻为零。零电位——电位为零的地方，称为电气上的“地”或者“大地”。对地电压——电气设备的接地部分与零电位之问的电位差：第二节电气装置的接地（二）接地电流和对地电压21第二节电气装置的接地第二节电气装置的接地22第二节电气装置的接地（三）接触电压和跨步电压接触电压－指设备的绝缘损坏时，在人体可触及的两部分之间出现的电位差（人体所承受的电位差）。跨步电压－在接地故障点附近，人的双脚之间所呈现的电位差；与跨步的大小及距离接地点的远近有关；第二节电气装置的接地（三）接触电压和跨步电压23第二节电气装置的接地（四）工作接地、保护接地和重复接地1、工作接地——正常工作或者故障时，为了保证电气设备可靠运行而将电力系统某一点接地；如：电源的中性点接地保证非故障相对地电压为相电压；防雷设备的接地为将雷电流引入大地；2、保护接地——为了保障人身安全、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地；第二节电气装置的接地（四）工作接地、保护接地和重复接地24第二节电气装置的接地保护接地的主要类型：（1）TN系统电源中性点－直接接地，并引出中性线（N）、保护（PE）或者保护中性线（PEN）;如图：TN-C——N与PE合为PEN；TN-S——N与PE分开TN-C-S——前部分N与PE合并，后一部分N与PE分开；第二节电气装置的接地保护接地的主要类型：25第二节电气装置的接地TN系统中的设备外壳经低压配电系统中公共PE线或者PEN线接地——保护接零；故障分析：TN系统中发生单相碰壳接地故障时，形成单相短路回路，因该回路内部无任何接地电阻，短路电流很大，足以保证在最短时间内使得熔丝熔断、保护装置或者自动开关跳闸，从而切断电源保障设备及人身安全；

第二节电气装置的接地TN系统中的设备外壳经低压配电系统中26第二节电气装置的接地（2）TT系统电源中性点——直接接地，引出N线；设备外露可导电部分均经过各自的接地装置单独接地。故障分析：发生单相接地故障时，短路回路电阻很小（8欧），产生较大的短路电流：对于小容量的电气设备，其保护熔丝或者自动开关能够自动断开；对于大容量的电气设备，由于所选用的熔丝或者自动开关的额定电流较大，不一定能够断开，需要通过加装漏电保护开关进行弥补：第二节电气装置的接地（2）TT系统27第二节电气装置的接地TT系统及保护接地功能说明第二节电气装置的接地TT系统及保护接地功能说明28第二节电气装置的接地（3）IT系统电源中性点——不接地或者经过大电阻(1KΩ)接地，不引出中性线，属于三相三线制系统，设备的外露部分经过各白的接地装置币独接地；故障分析：当设备发生单相接地故障时，就会通过接地装置、大地、两非故障相对地电容以及电源的中性点接地装置（采用中降点经阻抗接地时）形成单相接地故障电流，此时若人体接触外壳，人体电阻与接地电阻并联，由于通过人体的电流远小于流经接地电阻中的电流，可以减小触电的危害程度。第二节电气装置的接地（3）IT系统29第二节电气装置的接地

注意：在同一低压配电系统中，保护接地和保护接零不能混用；否则当采用保护接地的设备发生单相接地故障时，危险电压将会通过大地串至零线以及采用保护接零的设备外壳上。第二节电气装置的接地注意：在同一低压配电系统中30第二节电气装置的接地3、重复接地将零线上的一处或多处通过接地装置与大地连接；在架空线路终端以及沿线1KM处、电缆或者架空线引入建筑物处都需要重复接地；否则当零线万一断线而同时断点后某设备发生单相碰壳，断点之后接零设备外壳都将感应出较高的接触电压。第二节电气装置的接地3、重复接地31第二节电气装置的接地（五）应实行接地或者接零的设备凡是因为绝缘损坏而可能带有危险高压的电气设备以及电气装置的金属外壳和框架均应可靠接地或者接零。(1)电动机、变压器、变阻器、电力电容器、开关设备的金属外壳；(2)配电屏、控制屏的金属框架、邻近带电的金属遮拦；(3)电缆的金属保护管和金属保护皮，电缆的终端头和中间接头的金属保护皮以及母线的外罩；(4)照明灯具、电扇以及电热设备的金属外壳；(5)避雷针、避雷器、保护间隙和耦合电容器的底座，装有避雷线的电力线路金属杆塔。(6)互感器的二次线圈；第二节电气装置的接地（五）应实行接地或者接零的设备32本章小结本章首先介绍了过电压和接地的有关知识，重点讲述了防雷设备和防雷措施、接地种类与要求，所有内容的实质都是安全问题。过电压分为内部过电压和外部过电压。内部过电压可分为操作过电压、弧光接地过电压以及谐振过电压；外部过电压即雷击过电压包括：直击雷过电压、感应雷过电压和雷电侵入波。一套完整的防雷设备由避雷针或者避雷器、引下线和接地装置3部分组成，防雷设备有接闪器和避雷器。接闪器的实质起引雷作用，保护范围按照滚球法进行确定，避雷器主要防止感应过电压、以及侵入波过电压：本章小结本章首先介绍了过电压和接地的有关知识，重点讲33本章小结掌握线路、变压器的防雷措施；接地分为：工作接地、保护接地和重复接地；工作接地是指因为正常工作需要而将电气设备的某点进行接地；保护接地是指将在故障情况下可能呈现危险的对地电压的设备外壳进行接地；重复接地是将零线上的一处或者多处进行接地；掌握低压配电装置的保护接地方式：TN、TT、IT系统；本章小结掌握线路、变压器的防雷措施；34第八章防雷与接地本章要点

供电系统正常运行，首先保证整个系统的安全性，本章主要围绕工业和民用电力装置的防雷保护和接地装置的运行与设计问题，介绍雷电的产生和发展的物理过程、常用的防雷保护装置、架空线路和变配电所的防雷措施、接地和接零的基本概念和计算。第八章防雷与接地本章要点35第八章防雷与接地主要掌握以下问题：一、过电压与防雷1、过电压的基本概念、分类；2、主要的防雷设备(1)避雷针(2)避雷器3、防雷措施变电所、架空线路等防雷措施二、电气装置接地1、接地基本概念2、接地类型3、保护接地的分类与特点；（重点）第八章防雷与接地主要掌握以下问题：36第一节过电压和防雷一、过电压及雷电概述1．过电压及分类：

过电压：在电气设备或者线路上出现的超出正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。第一节过电压和防雷一、过电压及雷电概述37第一节过电压和防雷2、雷电的形成

雷电放电过程分为：先导放电和主放电过程；先导放电过程：当电场强度达到25KV-30KV/cm时，空气绝缘击穿，形成一个导电的空气通道称为雷电先导。主放电过程：强烈的电荷中和过程产生强大的雷电流，数十至数百千安；第一节过电压和防雷2、雷电的形成38第一节过电压和防雷3．雷电过电压的种类高空中雷云之间的放电虽然强烈，但对于人和地面物体没有危害，而雷云对大地的放电将会产生很大的破坏作用的大气过电压，主要包括三类：第一节过电压和防雷3．雷电过电压的种类39第一节过电压和防雷4、雷电的危害雷电对于电力装置等的危害，主要表现在以下几方面：(1)电动力效应：雷电的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，伤害人和畜；(2)热效应：强大的雷电流所产生的热量，可烧断导线和烧毁电力设备；(3)电磁效应：雷电的电磁效应可能产生过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；(4)闪络放电：雷电的闪络放电可能烧坏绝缘子、使断路器跳闸或引起火灾，造成大面积停电。第一节过电压和防雷4、雷电的危害40第一节过电压和防雷二、防雷设备第一节过电压和防雷二、防雷设备41第一节过电压和防雷（一）接闪器专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆叫避雷针、接闪的金属线叫避雷线、接闪的金属带叫避雷带、接闪的金属网叫避雷网。1、避雷针（1）避雷针的作用吸引雷，并将雷电流通过避雷针安全引入大地，保护避雷针附近的电力设备和建筑物免受直击雷的危害；（2）避雷针的组成：第一节过电压和防雷（一）接闪器42第一节过电压和防雷2、避雷线架设在架空线路的上面，保护架空线路或者建筑物；既架空又接地，又称架空地线。防雷的原理与避雷针相同；3、避雷带和避雷网

保护高层建筑（烟囱、楼房）免受直击雷和感应雷；一般均采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢，而且对于截面积具有严格规定。上述的接闪器均应经过引下线与接地装置连接。第一节过电压和防雷2、避雷线43第一节过电压和防雷（二）避雷器（lightningarrester）

用途：防止雷电产生的过电压波沿线侵入变配电所或其它的建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。与保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。

保护原理：当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙被击穿，或者由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，保护设备的绝缘；

阀型避雷器

避雷器排气式避雷器保护间隙氧化避雷器第一节过电压和防雷（二）避雷器（lightningar44第一节过电压和防雷1、阀型避雷器

组成：火花间隙和阀片；原理：正常工作电压时，火花间隙不会被击穿，从而隔断工频电流；但在雷电过电压时，火花间隙被击穿放电；阀片的非线性特性介绍；注意：雷电流通过阀片时，产生的电压降将会加在被保护的设备上，不能超过设备的绝缘允许耐压值。第一节过电压和防雷1、阀型避雷器45第一节过电压和防雷2、保护间隙特点：简单经济，维修方便；但是保护性能差，灭弧能力差，容易造成接地或者短路故障，由于保护间隙的灭弧能力差，雷击后可能会切不断工频电流造成短路故障，引起线路开关跳闸或熔断器熔断，造成停电；一般配合自动重合闸装置，提高灵敏度；连接时，一电极接线路，另一电极接地。保护对象：室外或者负荷不重的线路；第一节过电压和防雷2、保护间隙特点：简单经济，维修方便；46第一节过电压和防雷3、氧化锌避雷器目前最先进的过电压保护设备；由氧化锌电阻片串联而成的基本元件和绝缘底座组成；

保护对象：变压器、发电机、开关、母线等高压设备；

第一节过电压和防雷3、氧化锌避雷器47第一节过电压和防雷三、防雷措施1．架空线路的防雷措施（1）架设避雷线：最有效但成木高，只有66KV以上的线路才沿全线装设；（2）提高线路本身的绝缘水平：10KV以下的架空线路采用磁横担代替铁横担；绝缘子采用高一电压等级；（3）三角形排列的顶线兼做防雷保护线：并装设放电极间隙；（4）个别绝缘薄弱环节加装避雷器：高电杆，电缆头、开关等装设管型避雷器或保护问隙加以保护；第一节过电压和防雷三、防雷措施48第一节过电压和防雷（5）采用自动重合闸装置：雷击时的短路为瞬时故障；（6）绝缘子铁脚接地：对于分布较密的低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地；第一节过电压和防雷（5）采用自动重合闸装置：49第一节过电压和防雷2．变配电所的防雷措施(1)防直击雷装设避雷针保护整个变配电所建筑物；但是为了保证建筑物免受反击事故，需要满足：

独立的避雷针和建筑物之间距离要满足；独立接地；接地装置不应该设置在人员经常出入的地方。第一节过电压和防雷2．变配电所的防雷措施50第一节过电压和防雷(2)进线防雷保护

35KV的电力线路，一般在1-2km段内装设避雷线，保证该段线路免受直击雷的危害；为保证保护段之外的线路受到雷击时侵入变电所内的过电压有所限制，在避雷线两端处的线路上装设避雷器；3-10kV进线，每路进线的终端装设阀型避雷器，以保护线路断路器和隔离开关；若采用电缆进线，应该在架空线路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。第一节过电压和防雷(2)进线防雷保护51第一节过电压和防雷（3）配电装置的防雷保护（变压器）在配电所每段母线上装设一组阀型避雷器，并尽量靠近变压器（小于5m）；并且避雷器的接地中性点以及金属外壳连在一起，如图。第一节过电压和防雷（3）配电装置的防雷保护（变压器）52第一节过电压和防雷3、高压电动机的防雷保护若电动机直接与架空线路连接时，需要进行防雷。由于电动机长期运行，绝缘老化严重，一般采用防雷效果较好的磁吹型避雷器或者氧化锌避雷器，且尽可能靠近电动机；第一节过电压和防雷3、高压电动机的防雷保护53第二节电气装置的接地（一）接地和接地装置接地－电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接；接地体－埋于地下并直接与土壤相接触的金属导体；接地线－电气设备中应接地部分与接地体相连接的金属导体；接地装置―接地体与接地线总称接地网―由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的整体；第二节电气装置的接地（一）接地和接地装置54第二节电气装置的接地（二）接地电流和对地电压接地电流——电气设备发生故障时，电流经过接地装置流入大地并作半球状散开，此电流称为接地电流；距离接地体越远，散流电阻越小，相对于接地点处的电位来说电位越低，一般在距离接地故障点约20m处，散流电阻为零。零电位——电位为零的地方，称为电气上的“地”或者“大地”。对地电压——电气设备的接地部分与零电位之问的电位差：第二节电气装置的接地（二）接地电流和对地电压55第二节电气装置的接地第二节电气装置的接地56第二节电气装置的接地（三）接触电压和跨步电压接触电压－指设备的绝缘损坏时，在人体可触及的两部分之间出现的电位差（人体所承受的电位差）。跨步电压－在接地故障点附近，人的双脚之间所呈现的电位差；与跨步的大小及距离接地点的远近有关；第二节电气装置的接地（三）接触电压和跨步电压57第二节电气装置的接地（四）工作接地、保护接地和重复接地1、工作接地——正常工作或者故障时，为了保证电气设备可靠运行而将电力系统某一点接地；如：电源的中性点接地保证非故障相对地电压为相电压；防雷设备的接地为将雷电流引入大地；2、保护接地——为了保障人身安全、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地；第二节电气装置的接地（四）工作接地、保护接地和重复接地58第二节电气装置的接地保护接地的主要类型：（1）TN系统电源中性点－直接接地，并引出中性线（N）、保护（PE）或者保护中性线（PEN）;如图：TN-C——N与PE合为PEN；TN-S——N与PE分开TN-C-S——前部分N与PE合并，后一部分N与PE分开；第二节电气装置的接地保护接地的主要类型：59第二节电气装置的接地TN系统中的设备外壳经低压配电系统中公共PE线或者PEN线接地——保护接零；故障分析：TN系统中发生单相碰壳接地故障时，形成单相短路回路，因该回路内部无任何接地电阻，短路电流很大，足以保证在最短时间内使得熔丝熔断、保护装置或者自动开关跳闸，从而切断电源保障设备及人身安全；

第二节电气装置的接地TN系统中的设备外壳经低压配电系统中60第二节电气装置的接地（2）TT系统电源中性点——直接接地，引出N线；设备外露可导电部分均经过各自的接地装置单独接地。故障分析：发生单相接地故障时，短路回路电阻很小（8欧），产生较大的短路电流：对于小容量的电气设备，其保护熔丝或者自动开关能够自动断开；对于大容量的电气设备，由于所选用的熔丝或者自动开关的额定电流较大，不一定能够断开，需要通过加装漏电保护开关进行弥补：第二节电气装置的接地（2）TT系统61第二节电气装置的接地TT系统及保护接地功能说明第二节电气装置的接地TT系统及保护接地功能说明62第二节电气装置的接地（3）IT系统电源中性点——不接地或者经过大电阻(1KΩ)接地，不引出中性线，属于三相三线制系统，设备的外露部分经过各白的接地装置币独接地；故