第8章防雷及接地

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。第一节电气安全1.电气安全强调电气安全的重要性。第一节电气安全二、电气安全措施(1).建立完整的安全管理机构。(2).健全各项安全规程，并严格执行。(3).严格遵循设计、安装规范。(4)加强运行维护和检修试验工作.(5)按规定正确使用电气安全用具。第一节电气安全(6)采用安全电压和符合安全要求的电器。为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列，称为安全电压。对于容易触电及有触电危险的场所，应按表中的规定采用相应的安全电压。说明：某些重负载的电气设备，对上表列出的额定值虽然符合规定，但空载时电压都很高，若超过空载上限值仍不能认为安全。(7)普及安全用电知识第一节电气安全三、电气防火和防爆电气设备、线路处于短路、过载、接触不良、散热不良的不正常运行状态时，其发热量增加，温度升高，容易引起火灾。在有爆炸性混合物的场合，电火花、电弧还会引发爆炸。

1．防火防爆的措施

(1)选择适当的电气设备及保护装置，应根据具体环境、危险场所的区域等级选用相应的防爆电气设备和配线方式，所选用的防爆电气设备的级别应不低于该爆炸场所内爆炸性混合物的级别。

(2)保持必要的防火间距及良好的通风。第一节电气安全2.电气火灾的特点

(1)着火的电气设备可能是带电的，如不注意可能引起触电事故。

(2)有些电气设备(如油浸式变压器、油断路器)本身充有大量的油，可能发生喷油甚至爆炸事故，扩大火灾范围。第一节电气安全

3.电气失火的处理电气失火后应首先切断电源，但有时为争取时间，来不及断电或因生产需要等原因不允许断电时，则需带电灭火，带电灭火必须注意以下几点。(1)选择适当的灭火器。二氧化碳(CO：)、四氯化碳(CCl：)、二氟一氯一溴甲烷(CF：C1Br，俗称“12ll”)或干粉灭火器的灭火剂均不导电，可用于带电灭火。二氧化碳(干冰)灭火器使用时要打开门窗，离火区2—3m喷射，勿使干冰沾着皮肤，以防冻伤。四氯化碳灭火器灭火要防止中毒，应打开门窗，有条件时最好戴上防毒面具，因为四氯化碳与氧气在热作用会起化学反应，生成有毒的光气(COCl：)和氯气(Cl。)。不能使用一般的泡沫灭火器，因为其灭火剂(水溶液)具有一定的导电性，而且对电气设备具有腐蚀作用。第一节电气安全

(2)小范围带电灭火，可使用干砂覆盖。

(3)专业灭火人员用水枪灭火时，宜采用喷雾水枪，这种水枪通过水柱的泄漏电流较小，带电灭火比较安全，用普通直流水枪灭火时，为防止泄漏电流流过人体，可将水枪喷嘴接地，也可让灭火人员穿戴绝缘手套、绝缘靴或穿戴均压服后进行灭火。第一节电气安全四．触电及防护1．触电的概念及其危害人体也是导体，当人体不同部位接触不同电位时，就有电流流过人体，这就是触电。触电分直接触电和间接触电两类。触电事故可分为“电击”与“电伤”两类。电击是指电流通过人体内部，破坏人的心脏、呼吸系统与神经系统，重则危及生命；电伤是指由电流的热效应、化学效应或机械效应对人体造成的伤害，它可伤及人体内部，甚至骨骼，还会在人体体表留下诸如电流印、电纹等触电伤痕。第一节电气安全触电事故引起死亡大都是由于电流刺激人体心脏，引起心室的纤维性颤动、停搏和电流引起呼吸中枢麻痹，导致呼吸停止而造成的。安全电流是指人体触电后最大的摆脱电流。我国规定为30mA(50Hz交流)，触电时间按不超过ls计，即30mA.S。电流对人体的危害程度与触电时间、电流的大小和性质及电流在人体中的路径有关，触电时间越长，电流越大，频率接近工作频率，电流流过心脏最为危险。此外，还与人的体重、健康状况有关。第一节电气安全

2．触电的防护(1)直接触电防护指对直接接触正常带电部分的防护，例如，对带电体加隔离栅栏或加保护罩，使用绝缘物等。(2)间接触电防护指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分(如金属外壳、框架等)的防护，例如，将正常不带电的外露可导电部分接地，并装设接地故障保护装置，故障时可自动切断电源。第二节过电压和防雷一、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。第二节过电压和防雷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；主放电过程：强烈的电荷中和过程，强大电流，数十至数百千安；第二节过电压和防雷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：第二节过电压和防雷第二节过电压和防雷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。第二节过电压和防雷二、避雷针（防雷设备）及其保护范围计算第二节过电压和防雷（A）接闪器第二节过电压和防雷1．避雷针的作用及组成（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：第二节过电压和防雷2．避雷针保护范围的计算避雷针的顶端电压：其中：——通过避雷针的雷电流；——冲击接地电阻；——避雷针单位长度上的电感；

——避雷针的高度——雷电流上升的速度；避雷针顶端电位：雷电流在避雷针电阻和电感中产生的电压降组成；第二节过电压和防雷滚球法：选择一半径为的球体，沿着需要防护直击雷的滚动部位滚动，如果球体只接触到避雷针或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就处于避雷针的保护范围之内。第二节过电压和防雷单支避雷针的保护范围确定方法：（1）根据建筑物的防雷类别确定滚球半径hr；（2）当避雷针高度h<hr时：距离地面处做一平行地面的平行线；以避雷针的针尖为圆心，hr为半径，做弧线交于平行线的A,B两点；以A,B为圆心，hr为半径做弧线，该弧线与针尖相交并与地面相切，从此弧线起到地面为止的整个锥形空间内，就是避雷针的保护范围；第二节过电压和防雷避雷针在被保护物体高度的平面上的保护半径，按照下式进行计算：避雷针在地面上的保护范围为：第二节过电压和防雷(3)当h>hr时：在避雷针上取高度为的一点来代替单支避雷针的针尖作为圆心，进行计算。其他步骤同上。单针避雷针的保护范围是有限的，由于保护范围并不随着避雷针的高度成比例增大；为了扩大保护范围，从经济形角度出发，可以设置多个避雷针进行避雷，对于多个避雷针的保护范围确定方法参考其他资料。第二节过电压和防雷3．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；单根避雷线保护范围确定方法：注意：（1）当高度h≥2hr时，无保护范围；（2）当高度h<2hr时，首先需要考虑架空线路的弧垂现象： 当支柱之间的档距<120m时，避雷线中点的弧垂取2m； 当档距为120~150m时，取3m。第二节过电压和防雷计算方法：(1)距地面处做一平行于地面的平行线(2)以避雷针为圆心，hr为半径做弧线交于平行线的A,B两点；(3)以A,B为圆心，hr为半径画弧，该两弧相交或者相切，并与地面相切。从该弧线起到地面为止就是保护范围(4)当2hr

>h>hr

时，保护范围最高点的高度按下式计算：第二节过电压和防雷(5)避雷线在高度的平面上的保护宽度：其中：——为避雷线的高度；——被保护物体的高度；第二节过电压和防雷注意：在高压以及超高压输电线路中，一般采用两根等高避雷线进行防雷；第二节过电压和防雷4．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，而且对于界面积具有严格规定；上述的接闪器均应经过引下线与接地装置连接。第二节过电压和防雷（B）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他的建筑物内，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，避雷针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；第二节过电压和防雷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的耐压值。第二节过电压和防雷2．氧化锌避雷器目前最先进的过电压保护设备；组成：

保护对象：变压器、发电机、开关、母线等高压设备；第二节过电压和防雷第二节过电压和防雷第二节过电压和防雷3．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；第二节过电压和防雷特点：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；第二节过电压和防雷三．防雷保护1．架空线路的防雷保护(1)架设避雷线：最有效但成本高，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)绝缘薄弱环节：高电杆，电缆头、开关等，装设管型避雷器或保护间隙加以保护；第二节过电压和防雷(5)采用自动重合闸装置：雷击时的短路为顺时故障；(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；第二节过电压和防雷2．变配电所的防雷保护(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。(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，保证该段电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。第二节过电压和防雷(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。第二节过电压和防雷第二节过电压和防雷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；第三节电气装置的接地一、接地概述1．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；第三节电气装置的接地2．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，一般在20m处，散流电阻为零；零电位——电位为零的地方；称为地或者大地；对地电压——电气设备的接地部分与零电位之间的电位差；第三节电气装置的接地第三节电气装置的接地3．接触电压和跨步电压接触电压——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；与跨步的大小以及距离接地点的远近有关；第三节电气装置的接地4．工作接地、保护接地、重复接地工作接地——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；保护接地——为了保障人身安全、防治间接触电而将设备的外露可导电部分接地；第三节电气装置的接地（1）TN系统电源中性点——直接接地，并引出中性线(N)、保护线(PE)或者保护中性线（PEN）；如图：TN-C——N与PE合为PEN；由于PEN中有电流流过，可对接PEN线的设备产生电磁干扰，故此方式不适合对电磁干扰要求较高的场合；此外如果PEN断线，可使接PEN线的设备外露可导电部分造成人身触电危险，此方式不适合对安全要求较高的场合；TN-S——N与PE分开；所有设备外壳与PE相连接；由于PE中没有电流流动，故不会对接PE线的设备造成电磁干扰；且PE断线不会造成设备外壳带电，故该方式适合于对安全和电磁干扰要求比较高的场合；TN-C-S——前部分N与PE合并，后一部分N与PE分开；此方式比较灵活，对安全以及电磁干扰要求比较高的场合，采用TN-S系统，其他场合采用TN-C系统，兼有二者的优点。第三节电气装置的接地特点：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。（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。彼此之间没有电磁干扰，适用于对电磁干扰要求较高的场合；但是在此场合下，若设备的绝缘不良或者损坏而使其外露部分带电时，由于其漏电电流较小，往往不足以使线路上的过电流保护动作，从而会增加触电的危险，因此这种方式下必须装设灵敏的漏电保护装置。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；

第三节电气装置的接地（3）IT系统电源中性点——不接地或者经过大电阻（1K）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自的接地装置单独接地；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（采用中性点经阻抗接地时）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。第三节电气装置的接地此种接线方式中，各设备之间不会产生电磁干扰，且当一点接地故障出现时，三相设备能够正常运行，但此时需要安装绝缘监察装置或者单相接地保护发出报警信号。第三节电气装置的接地重复接地：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。第三节电气装置的接地5．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；第三节电气装置的接地其它的可以不接地：（1）采用安全电压或者低于安全电压的电气设备；装在配电屏、控制屏上的电气测量仪表、继电器与