供电工程电气课件

第七章供电系统的防雷与接地7.1供电系统的防雷7.2供电系统的接地2023/8/29第一节供电系统的防雷过电压雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波电流。

内部过电压

外部过电压包括操作过电压和谐振过电压等

雷电过电压直击雷击感应雷击雷电波侵入对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。2023/8/29一、雷电冲击波的基本特性

雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。

传播速度

雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。波阻抗波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之间的动态关系，与线路长度无关。

雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安全，必须设置避雷器等防雷保护措施。

变电所常采用一段100～200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。2023/8/29“折线法”二、防雷装置

1.避雷针

避雷针的作用是引雷。保护范围按“折线法”（对电气设备）或“滚球法”（对建筑物）来确定。

“滚球法”2023/8/29续上页2.避雷线

避雷线的接闪原理与避雷针相同。3.避雷带与避雷网

雷电最可能袭击建筑物的屋顶和突出部分。因而，高层建筑一般在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属避雷带防雷。此外，还在屋面上铺设金属线制成的避雷网。4.避雷器避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电线路侵入变电所或其它建筑物，危害电气设备的绝缘。阀电阻特性阀式避雷器管型避雷器和保护间隙金属氧化物避雷器在工频电压下，金属氧化物避雷器呈现极高电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；而当雷电过电压的作用下，其电阻变为很小，能较好地泄放雷电流。2023/8/29三、供电系统的防雷措施户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。需要指出，避雷针若与附近的建筑物或电气设备距离较近时，受到雷击后，其极高的电位，会对这些附近设施放电，这种现象称为反击。为防止反击事故的发生，避雷针与被保护的建筑物和电气设施应保持一定的安全距离，工程上，安全距离应大于5m。变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。

避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。2023/8/29续上页35kV变电所常见防雷保护10kV变电所常见防雷保护2023/8/29四、建筑物的综合防雷措施建筑物防雷工程是一个系统工程，必须将外部防雷措施和内部防雷措施作为整体综合考虑。建筑物按综合防雷措施设置的防雷系统方框图如下图所示。2023/8/29续上页由雷电侵入波或雷击电磁脉冲导致各种线路上出现的过电流和过电压称为电涌（surge）。

电涌保护器（代号SPD）的作用是在电涌冲击发生时迅速动作，将电涌电流引入大地而不在被保护的设备端口残留很大的共模电压，当电涌冲击衰减后又自动恢复初始态不影响被保护设备的运行，并准备接受下一个电涌冲击。由于雷电冲击能量巨大，因此对信息系统的电源保护，从外部总配电室到内部对计算机系统供电，要分多级进行，才能将雷电的能量降到设备所能承受的水平。电涌保护器在TN-S系统中的分级安装见下图所示。2023/8/29第二节供电系统的接地

（一）接地与接地装置

接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。1-接地体2-接地干线3-接地支线4-电气设备5-连接扁钢

接地装置示意图埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。

人工接地体接地体自然接地体典型的接地装置如图所示。

一、接地概念2023/8/29续上页（二）接地电流与对地电压

电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开，如图所示。1-接地体2-流散电场3-接地电流的地中电位分布接地电流、对地电压及接地电流电位分布图

在距离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的电位就越低。电气设备的接地部分，如：接地的外露可导电部分和接地体等，与零电位的“大地”之间的电位差，称为接地部分的对地电压。2023/8/29续上载页（三递）接俊地类绩型1.唱功轮能性踢接地为保里证电炒力系呜统和泻电气谋设备薄达到犁正常宗工作抛要求医而进格行的凑接地祥，例魂如电逃源中凤性点爽的直拘接接桨地或粱经消勉弧线据圈等践的接饭地，赤又称仍工作截接地住。2.浩保陶护性耍接地为了衫保证干电网覆故障罚时人渐身和拜设备裳的安欺全而鞋进行久的接框地。塑包括炊：3.桐功祝能性蔑与保所护性狠合一睁的接生地(晴如屏虫蔽接纠地)安全保护接地过电压保护接地防静电接地为防党止由垃带电柳导体艘的绝祸缘损爬坏所魄造成呀人体止受到羊间接导电击岁，而恒将电并气设溜备的胁外露给可导樱电部但分进炊行的棋接地排。为防惭止过特电压鹊对电虾气设趣备和谦人身许安全叶的危烛害而冻进行啊的接座地，司如防摄雷接扭地。为了求消除民静电活对电衣气设幼备和界人身禁安全院的危冻害而窑进行意的接陆地。20盛23属/6刺/3恼0二、弓接地悄电阻棵及其闪计算（一鹊）接地静电阻接地察电阻秤是指排接地叉体的棕流散编电阻锦与接栋地线里、接挨地体湿电阻眨的总渠和。弃接地硬电阻载主要传是接旦地体起的流建散电怨阻，逮接地研电阻撒与土辫壤的户电阻隙率有苗关。工频戚接地犁电流表流经灿接地进装置臭所呈努现的肆接地揪电阻输，称袭为工兼频接笛地电桂阻。愤雷电家流流易经接摊地装税置所胳呈现陶的接漫地电动阻，毯称为未冲击岸接地邮电阻其。（二返）工频东接地冻电阻沈的计泊算电力鹅系统凡的不参同接淋地装这置对挂接地芳电阻撒的要报求是计不同治的。屋详见泡相关她标准奇。单根蛋垂直患式人没工接姨地体多根尽垂直窝式人优工接说地体为接地体的利用系数，考虑了接地体之间存在电场屏蔽效应。20灶23节/6抓/3牲0例题：某缴10宇/0缴.4kV车间框变电诉所，抚主变匹压器刃容量猴为8振00kV赴A，采用Dy预n1搂1联结倘。已赠知接雪于10kV侧的淘架空手线路晌长10触0km，电缆新线路门长10km。当地布土质筛为砂少质粘馋土。蜓经现偿场测瘦定，冶可利韵用的倚自然嚼接地捞体电顶阻为60Ω。已知螺流过妇接地赔线的修低压谋侧单隔相接匀地短讯路电蛮流为10kA，短路窝存在坟时间0.连4s。试确怪定该鞠变电器所的胳共用悲人工决接地核装置加。解：1）确定该变电所的接地电阻允许值：

此变胀电所共10kV侧属延小电爷流接荣地系驾统，舅其接坟地电晕流可谜近似欧估算很：此变芒电所幕共用欠接地范装置宽的接岭地电滥阻应歼同时脏满足落：2）已知可利用的自然接地体电阻。

20甚23事/6等/3碌0续上睬页4）残人工络接地义体的迫初步遣敷设宗方案井：拟选踩用直利径5巴0mm快，长2皱.5m的钢逃管接跑地体卡，沿挖变电认所四执周，街距墙裙脚2营.5熊~3m，每隔凯5m打入鞋一根欢钢管围，各毙钢管丽接地可体之决间用单40锡×4mm2的扁般钢连肝接构村成一舅个接陵地网极。3）显然，。需要补充人工接地体。人工接地体所需总电阻：

5）单根人工接地体钢管的接地电阻：可得砂质粘土的土壤电阻率，则

20糊23迹/6售/3嘉0续上滚页为使劣得接太地体炭均匀掩对称意，可斩按偶烫数布惊置接独地体赠。选振用1贸0或狐12滨根直禾径5缠0mm封，长2林.5m的钢得管作险接地添体，占并用40裤×4mm2的扁镇钢连跃接，射呈环由形布弱置。7）掀校验川接地间线的扰短路贷热稳鱼定：实际沉接地榜线截摸面为澡40礼×4惹＝1伏60mm2大于档90炼.4mm2，短路疮热稳特定条物件合匠格。钢质煎接地钳线热异稳定水系数C=7是0，则接症地线盆的最旗小截阔面应舅符合南：根据，考虑到管间的屏蔽效应，初步选定为10根。以和n＝10查附录表，取，则6）禁人工跳接地废装置歪需用行的钢寄管数慢量和胞最终家的接帮地方起案：20灶23告/6鹊/3插0三、席等电良位联浸结（一奋）等捡电位泛联结沫概念等电岛位联弦结是象使建雹筑物家电气黄装置涌的各鸟外露碰可导交电部员分与峰电气坊装置够外的硬其它紫金属杂可导居电部脏分进影行电匙位基幸本相驼等的暖电气话连接狠。作用史于全痒建筑作物，仪在每舞一电屠源进夏线处喊，利胜用联缩慧结干梳线将族保护渔线、抬接地盲线的羡总接话线端岩子与吗建筑索物内匀电气青装置知外的废可导上电部散分（浙如：是进出懒建筑牢物的翻金属无管道染、建城筑物误的金埋属结丽构构蝇件等哥）连急接成枝一体净。指在恰局部市范围愉内设劣置的秋等电丘位联腐结，阁一般叶在TN系统壳中，浴当配板电线劳路阻仁抗过丙大、夫保护址动作斤时间迹超过贱规定械允许欺值时矿或为疼满足葱防电公击的案特殊阿要求载时，岁需作享局部怪等电含位联只结。指在份伸臂钱范围针内的氧某些牵外露化可导坝电部底分与圆装置变外可狸导电斧部分鸡之间柏所作盆的等真电位故联结各。总等电位联结（MEB）局部等电位联结（LEB）辅助等电位联结（SEB）20六23杀/6侍/3痒0总等叶电位纵联结易示意刻图续上晓页20气23标