模块七1工厂供电安全、防雷与接地设计

工厂供电(第19讲)第八章电气平安、接地与防雷1第一节电流对人体的作用及有关概念

一、电流对人体的作用

1、雷击和高压触电〔电击〕：安培级电流通过人体产生的热、化学、机械效应，使人体遭受严重电灼伤、组织炭化坏死、其他重要器官受到损害〔大脑、心脏、呼吸系统、神经系统〕。高压触电多发生在人体尚未接触到带电体时，电击痉挛而脱离电源伤者居多；人触及高压不能自主的脱离电源迅速死亡。2、低压触电〔电伤〕：数十毫安级电流人体的局部器官，受到损害重那么亡二、平安电流及其有关因素1、平安电流---人体触电后最大的摆脱电流。2、影响平安电流的因素:触电时间;电流性质;电流路径;体重和健康状况三、平安电压和人体电阻1、平安电压：不致使人直接致死或致残的电压2、接触电压：越大越危险，平安电压一般为36V，见下页表8—13、人体电阻：由体内电阻和皮肤电阻组成四、直接触电防护和间接触电防护1、直接触电防护---指对直接接触正常带电局部的防护，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局部〔如金属外壳、框架等〕的防护。2第二节电气平安与触电急救1．加强电气平安教育，树立“平安第一〞的观点。2．严格执行平安工作规程。如在高压设备上工作必须遵守的要求，即填用工作票、至少应有两人在一起工作。3．严格遵循设计、安装标准。4．加强运行维护和检修试验工作。5．采用平安电压和符合平安要求的相应电器。6．采用电气平安用具7．普及平安用电常识8．正确处理电气失火事故一、电气平安的一般措施1、脱离电源2、急救处理

3、人工呼吸法4、胸外按压心脏的人工循环法

二、触电的急救处理3

第三节电气装置的接地

一、接地的有关概念

〔一〕接地和接地装置1、接地：电气设备的某局部与大地之间做良好的电气连接。2、接地体或接地极：埋入地中并直接与大地接触的金属导体。3、人工接地体：专门为接地而人为装设的接地体。4、自然接地体：兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土根底等。5、接地装置：接地线与接地体的组合。6、接地网：由假设干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，如右图所示。1接地体，2接地干线，3接地支线，4电气设备

〔二〕接地电流和对地电压1、接地电流：当电气设备发生接地故障时通过接地体向大地作半球形散开的电流。2、对地电压：电气设备的接地局部，如接地的外壳和接地体等，与零电位的“地〞之间的电位差。3、电气上的“地〞或“大地〞：在距单根接地体或接地故障点约20m的地方，散流电阻已趋近于零，即其电位趋近于零4〔三〕接触电压和跨步电压1、接触电压：电气设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两局部之间出现的电位差。如手触及设备的金属外壳，那么人手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压。2、跨步电压：在接地故障点附近行走时，两脚之间出现的电位差，越靠近接地故障点或跨步越大，跨步电压越大。离接地故障点达20m时，跨步电压为零。接触电压和跨步电压

〔四〕工作接地、保护接地和重复接地1、工作接地：为保证电力系统和电气设备达正常工作要求进行的一种接地，如电源中性点、防雷装置的接地等。2、保护接地：为保障人身平安、防止间接触电而将设备的外露可导电局部接地。如图下页8—10所示。5跨步电压6〔1〕保护接地的型式有两种：①设备的外露可导电局部经各自的接地线(PE线)直接接地。②设备的外露可导电局部经公共的PE线或经PEN线接地，这种接地习惯称为“保护接零〞。图8—10保护接地作用的说明

7〔2〕必须注意：同一低压配电系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否那么当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压，如以下图8—11所示。83、重复接地:〔1〕在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线平安可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的以下地方进行重复接地：①在架空线路终端及沿线每lkm处；②电缆和架空线引入车间或大型建筑物处。〔2〕如不重复接地，在PE线或PEN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局部都将呈现接近于相电压的对地电压，如图8-12a，这很危险。如进行了重复接地，如图8-12b，那么发生同样故障时，断线后面的设备外露可导电局部的对地电压大大降低。图8-12重复接地的作用说明

9二、电气装置的接地和接地电阻

〔一〕电气装置应接地或接零的金属局部1、电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具的等金属底座和外壳。

2、电气设备的传动装置。

3、户内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电局部的金属遮栏和金属门。4、配电、控制、保护用的屏(柜、箱)及操作台等的金属柜架和底座。

5、电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管。

6、电缆桥架、支架和井架。

〔二〕接地电阻及其要求1、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。因接地线和接地体的电阻相对很小，接地电阻可是接地体的流散电阻。

2、工频接地电阻：工频(50Hz)接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻。

3、冲击接地电阻：雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻。104、接地电阻按规定应满足的条件为：在接地电流通过保护接地时产生的对地电压不应高于平安特低电压50V。因此保护接地电阻应为≤如果漏电保护断路器的动作电流取30mA(平安电流值)，那么≤50／0.03=1667Ω，一般取≤100Ω，以确保平安。三、接地装置的装设

〔一〕自然接地体的利用：可作为自然接地体的有：与大地有可靠连接的建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、埋地的非可燃可爆的金属管道及埋地敷设的不少于两根的电缆金属外皮等。利用自然接地体时，一定要保证良好的电气连接。1、人工接地体有垂直埋设和水平埋设的根本结构型式，如图8-13所示。最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管。为了减少外界温度变化对流散电阻的影响，埋人地下的接地体，其顶面埋设深度不宜小于0.6m。〔二〕人工接地体的装设：11图8-13

a)垂直埋设的棒形接地体b)水平埋设的带形接地体

2、当土壤电阻率偏高时，为降低接地装置的接地电阻，可用措施：采用多支线外引接地装置，深埋式接地体，局部地进行土壤置换及化学处理。

四、接地装置的计算

人工接地体工频接地电阻的计算、自然接地体工频接地电阻的计算等，见规程规定〔285～289页〕。五、接地装置的测试

〔一〕用电压表、电流表和功率表1被测接地体,2电压极,3电流极

=U/I=P/I2=U2/P(三表法)测量接地电阻

〔三〕防雷装置的接地要求图8-1812〔二〕采用接地电阻测试仪测量接地电阻图8-211被测接地体，2电压极，3电流极

摇测时，先将测试仪的“倍率标尺〞开关置于较大倍率档。然后慢慢旋转摇柄，同时调整“测量标度盘〞，使指针指零(中线)；接着加快转速到达每分钟约120转，并同时调整“测量标度盘〞，使指针指零(中线)。这时“测量标度盘〞所指示标度值乘以“倍率标尺〞的倍率即为所测接地电阻值。六、低压配电系统的接地故障保护和等电位联结

〔一〕低压配电系统的接地故障保护〔略〕〔二〕漏电断路器的根本结构和原理1、漏电断路器有电压动作型和电流动作型两种，但通常都采用电流动作型，如8-24图所示。

132、电流动作型漏电断路器工作原理如下：漏电断路器由零序电流互感器TAN、放大器A和低压断路器QF(内含脱扣器YR)等三局部组成。设备正常运行时，主电路三相电流相量和为零，因此零序电流互感器TAN的铁心中没有磁通，其二次侧没有输出电流。如果设备发生漏电或单相接地故障时，由于三相电流的相量和不为零，零序电流互感器TAN的铁心中产生零序磁通，二次侧有输出电流，经放大器A放大后，通入脱扣器YR，可使断路器QF跳闸，从而切除故障电路和设备。漏电保护动作电流一般为30mA。〔三〕等电位联结1、定义：使电气装置各外露可导电局部和装置外可导电局部电位根本相等的一种电气联结。2、作用：降低接触电压保障保人身平安。8-25图

总等电位联结(MEB)和局部等电位联结(LEB)

14第四节过电压与防雷

一、过电压及雷电

〔一〕过电压的形式过电压：是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。可分为内部过电压和雷电过电压两大类。

1、内部过电压：是由于电力系统内的开关操作、发生故障或其他原因，使系统工作状态突然改变，在系统内部出现电磁振荡引起的过电压。

(1)操作过电压:系统中的开关操作、负荷骤变或由于故障而出现断续性电弧而引起。〔2〕谐振过电压：系统中的电参数〔R、L、C〕在不利组合时发生谐振引起的。〔3〕内部过电压一般不会超过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。2、雷电过电压：又称大气过电压或外部过电压，它是由于电力系统内的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，供电系统的危害极大。

15(1)直接雷击：雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲和闪络放电。

(2)间接雷击：雷电未直接击中电力系统中的任何局部而是由雷对设备、线或其他物体的静电感应所产生的过电压。3、雷电波侵入或高电位侵入：架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击引起的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所。其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应重视。

〔二〕雷电的形成及概念1、雷电的形成：雷电是带有电荷的“雷云〞之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自然现象，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。〔1〕雷电场：空中雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的电场；由于静电感应作用，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。〔2〕雷电先导：当雷云与大地在某一方位的电场强度到达25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成导电的空气通道。〔3〕迎雷先导：大地感应的异性电荷集中在尖端上方，形成一个上行的雷先导。〔4〕主放电阶段：在雷电先导下行至地面100-300m时，上下先导相互接近时，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有强烈的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般约50～100μs，图8-26。16图8—26雷云对大地放电(直击雷)示意图

〔7〕雷电危害：架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过电压。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，当雷云对地或其他雷云放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成电位很高的过电压波，对供电系统危害也很大。如图8-27所示。图8—27架空线路上的感应过电压

〔5〕余辉放电阶段：主放电后，雷云中的剩余电荷继续沿主放电通道向大地放电，形成的断续雷声。〔6〕闪击距离：雷电先导在主放电阶段前与地面雷击对象间的最小距离17二、防雷设备

(一)接闪器：专门用来接受直接雷击的金属物体。有避雷针、避雷线、避雷网。

1、避雷针：一般采用镀锌圆钢或镀锌钢管制成。通常安装在电杆(支柱)或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装置连接。避雷针实质上是引雷针，它把雷电流引入地下，保护线路、设备及建筑物等。

单支避雷针的保护范围，以它能防护直击雷的空间来表示。如右图所示。

单支避雷针的保护范围(滚球法)→具体计算297页或参阅设计标准

2、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，它是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，雷电流的陡度越大，产生的过电压越高。(2)年平均雷暴日数：凡有雷电活动的日子，包括看到雷闪和听到雷声，都称为雷暴日。年平均雷暴日数不超过15天的地区，称为少雷区；超过40天的地区，称为多雷区。

182、避雷线〔又称为架空地线〕：一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线，架设在架空电力线路的上方，避雷线的功能和原理与避雷针根本相同。保护范围：具体计算299页或参阅设计标准。(二)避雷器

3、避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物免遭直击雷和感应雷。避雷器：防止雷电产生的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。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧，如下图。

当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。

191、阀式避雷器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，每对间隙用云母垫