供配電技術 第9章電氣安全、防雷與接地

1、第九章第九章 電氣安全、防雷和接地電氣安全、防雷和接地 供配電系統(tǒng)進行正常運行，首先必須要保證其安全性，防雷和接地是電氣安全的主要措施。故掌握電氣安全、防雷和接地的設計方法也非常重要。 第一節(jié) 電氣安全電氣安全 第二節(jié) 過電壓和防雷過電壓和防雷 第三節(jié) 電氣裝置的接地電氣裝置的接地 第一節(jié) 電氣安全電氣安全一一、電氣安全的含義和重要性、電氣安全的含義和重要性電氣安全包括人身安全人身安全和設備安全設備安全兩個方面。 電氣設備設計不合理、安裝不妥當、使用不正確、維修不及時，尤其是電氣人員缺乏必要的安全知識與安全技能，麻痹大意，就可能引發(fā)各類事故，如觸電傷亡、設備損壞、停電、甚至引起火災或爆炸等嚴重

2、后果。 二、電氣安全措施二、電氣安全措施 建立完整的安全管理機構 健全各項安全規(guī)程，并嚴格執(zhí)行 嚴格遵循設計、安裝規(guī)范 加強運行維護和檢修試驗工作 按規(guī)定正確使用電氣安全用具 采用安全電壓和符合安全要求的電器普及安全用電知識三三、電氣防火和防爆、電氣防火和防爆 防火防爆的措施選擇適當的電氣設備及保護裝置，應根據具體環(huán)境、危險場所的區(qū)域等級選用相應的防爆電氣設備和配線方式，所選用的防爆電氣設備的級別應不低于該爆炸場所內爆炸性混合物的級別。保持必要的防火間距及良好的通風。 電氣火災的特點著火的電氣設備可能是帶電的，如不注意可能引起觸電事故。有些電氣設備（如油浸式變壓器、油斷路器）本身充有大量的油，

3、可能發(fā)生噴油甚至爆炸事故，擴大火災范圍。 電氣失火的處理選擇適當的滅火器。小范圍帶電滅火，可使用干砂覆蓋。專業(yè)滅火人員用水槍滅火時，宜采用噴霧水槍。四、觸電及防護四、觸電及防護 觸電的概念及其危害人體不同部位接觸不同電位則有電流流過為觸電。分為“電擊”與“電傷”兩類?！半姄簟?電流流過人體內部破壞心臟、呼吸與神經系統(tǒng)，重則危及生命?！半妭保弘娏鞯臒嵝?、化學效應或機械效應對人體造成的傷害，可傷內部及骨骼，在人體體表留下電流印、電紋等觸電傷痕。電流對人體的危害程度與觸電時間、電流的大小和性質以及電流在人體中的路徑有關。此外，還與人的體重、健康狀況有關。 觸電的防護直接觸電防護 間接觸電防護 第

4、二節(jié) 過電壓和防雷過電壓和防雷一、一、過電壓及雷電概述過電壓及雷電概述 過電壓的種類內部過電壓 分為操作、弧光接地和諧振過電壓，對電力線路和電氣設備絕緣的威脅不是很大。雷電過電壓（亦稱外部過電壓或大氣過電壓）雷擊或雷電感應引起的過電壓，可能毀壞電氣設備和線路的絕緣，燒斷線路，造成大面積長時間停電。2雷電的形成 3雷電過電壓的種類(1)直擊雷過電壓 (2)感應雷過電壓(3)雷電侵入波二、防雷設備二、防雷設備 接閃器（避雷針、避雷線、避雷帶或網）接閃器（避雷針、避雷線、避雷帶或網）（1）避雷針避雷針的功能實質是引雷作用。采用“滾球法”來確定保護范圍。 單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍如圖所

5、示按下列方法確定，當避雷針高度hhr時距地面hr 處作一平行于地面的平行線；b. 以避雷針的針尖為圓心、hr為半徑，作弧線交平行線于A、B兩點；c. 以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與針尖相交，并與地面相切。由此弧線起到地面為止的整個錐形空間就是避雷針的保護范圍。避雷針在被保護物高度hx的xx平面上的保護半徑rx按下式計算： 式中，hr為滾球半徑，由表9-2確定。 當避雷針高度hhr時，在避雷針上取高度hr的一點代替避雷針的針尖作為圓心。余下作法與避雷針高度hhr相同。 例9-1某廠鍋爐房煙囪高40m，煙囪上安裝一支高2m的避雷針，鍋爐房（屬第三類防雷建筑物）尺寸如圖9-4，試問此避雷

6、針能否保護鍋爐房。解查表9-2得滾球半徑hr=60m，而避雷針頂端高度h=40+2=42m，hx=8m，根據公式得避雷針保護半徑為：現鍋爐房在hx=8m 高度上最遠屋角距離避雷針的水平距離為： 由此可見，煙囪上的避雷針能保護鍋爐房。 兩支避雷針的保護范圍兩支等高避雷針的保護范圍如圖所示。在避雷針高度 的情況下，當兩只避雷針每支避雷針的距離 應各按單支避雷針保護范圍計算；當 時應按圖的方法確定：每支避雷針保護范圍外側同單支避雷針一樣計算。b. 兩支避雷針之間C、E兩點位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側的最小保護寬度b0 為： )2(2hhhDr)2(2hhhDrrhh在AOB軸線上，距中心線任

7、一距離x處，在保護范圍上邊線上的保護高度hx 為： 該保護范圍上邊線是以中心線距地面hr 的一點 O為圓心，以 為半徑所作的圓弧AB。 c. 兩針間AEBC內的保護范圍。ACO、BCO、BEO、AEO部分的保護范圍確立方法相同，以ACO保護范圍為例，在任一保護高度 bx和c點所處的垂直平面上以 hr作為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點確定。如圖中1-1剖面圖。 圖d. 確立 xx平面上保護范圍。以單支避雷針的保護半徑 rx為半徑，以AB為圓心作弧線與四邊形AEBC相交。同樣以單支避雷針的（r0-rx）為半徑，以E、C為圓心作弧線與上述弧線相接，如圖中的粗虛線。 （2）避雷線單根避雷線的保護范

8、圍為：當避雷線高度h2hr時，無保護范圍。當避雷線的高度h2hr時，保護范圍如圖9-7所示, 保護范圍應按下法確定： 距地面hr處作一平行于地面的平行線。以避雷線為圓心，hr為半徑作弧線交于平行線的A、B兩點。以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，這兩條弧線相交或相切，并與地面相切。這兩條弧線與地面圍成的空間就是避雷線的保護范圍。當hrh2hr時，保護范圍最高點的高度h0按下式計算h0=2hr-h 避雷線在hx高度的xx平面上的保護寬度bx按下式計算式中，h為避雷線的高度；hx為保護物的高度。注意 確定架空避雷線的高度時，應考慮弧垂。在無法確定弧垂的情況下，等高支柱間的檔距小于120m時，其避雷線

9、中點的弧垂宜選用2m；檔距為120150m時宜選用3m。關于兩根等高避雷線的保護范圍，可參看有關國標或相關設計手冊。（3）避雷帶和避雷網的保護范圍避雷帶和避雷網的保護范圍應是其所處的整幢高層建筑，為了達到保護的目的，避雷網的網格尺寸有具體的要求見表9-2。2避雷器避雷器（1）閥型避雷器閥型避雷器由火花間隙和閥片組成圖a和b分別為FS4-10型和FS-0.38型閥型避雷器外形結構圖。（2）氧化鋅避雷器圖示 三種氧化鋅避雷器外形結構（3）保護間隙 圖示角形保護間隙結構與接線 滅弧能力較小，只適用于無重要負荷的線路上。1、上接線端 2、火花間隙 3、云母片墊圈 4、瓷套管5、閥片 6、下接線端三三、

10、防雷保護、防雷保護 架空線路的防雷保護架空線路的防雷保護架設避雷線。這是線路防雷的最有效措施，但成本很高，只有66kV及以上線路才沿全線裝設。提高線路本身的絕緣水平。利用三角形排列的頂線兼做防雷保護線。加強對絕緣薄弱點的保護。采用自動重合閘裝置。絕緣子鐵腳接地。2. 變配電所的防雷保護變配電所的防雷保護 防直擊雷獨立避雷針與被保護物之間應保持一定的空間距離So，如圖。獨立避雷針應裝設獨立的接地裝置，其接地體與被保護物的接地體之間也應保持一定的地中距離SE，如圖 。獨立避雷針及其接地裝置不應設在人員經常出入的地方。（2）進線防雷保護35KV電力線路在變電所進線12km段內裝設避雷線防止直接雷擊。

11、避雷線兩端處裝設管形避雷器。F1、F2管形避雷器；F3閥形管形避雷器310KV配電線路可在進線終端裝設FZ或FS型閥形避雷器，以保護線路斷路器和隔離開關。 配電裝置防雷保護 T電力變壓器 F閥形避雷器 高壓電動機的防雷保護高壓電動機的防雷保護對雷電侵入波的防護，FCD型磁吹閥型避雷器或采用具有串聯間隙的金屬氧化物避雷器，并盡可能靠近電動機安裝。對于定子繞組中性點能引出的高壓電動機，就在中性點裝設避雷器。 建筑物的防雷保護建筑物的防雷保護（1）建筑物防雷分類及防雷要求第一類防雷建筑。應有防直接雷、感應雷和雷電侵入波措施。第二類防雷建筑。應有防直接雷和雷電侵入波措施，有爆炸危險的也應有防感應雷措施

12、。第三類建筑物。應有防直接雷和雷電侵入波措施。（2）建筑物防雷措施：防直擊雷；防感應雷； 防雷電侵入波 第三節(jié) 電氣裝置的接地電氣裝置的接地一一、接地概述、接地概述 接地和接地裝置接地和接地裝置1、接地體；2、接地干線；3、接地支線；4、設備2接地電流和對地電壓接地電流和對地電壓 接地電流：接地故障時流經接地裝置流入大地并作半球形散開的電流。對地電壓：電氣設備接地部分與零電位的“大氣”之間的電位差。3接觸電壓接觸電壓U Utoutou和跨步電壓和跨步電壓 Ustep4工作接地、保護接地、重復接地工作接地、保護接地、重復接地 (1) 工作接地在正?；蚬收锨闆r下為了保證電氣設備可靠地運行，而將電力

13、系統(tǒng)中某一點接地稱為工作接地。(2) 保護接地將在故障情況下可能呈現危險的對地電壓的設備外露可導電部分進行接地稱為保護接地。TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并引出有中性線（N線）、保護線（PE線）或保護中性線（PEN線），屬于三相四線制或五線制系統(tǒng)。N線和PE線全部和為PEN線稱TN-C系統(tǒng)N線和PE線全部分開稱TN-S系統(tǒng)前一部分N線和PE線全部和為PEN線；而后一部分N線和PE線全部或部分地分開稱TN-C-S系統(tǒng)。TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的電源中性點直接接地，并引出有N線，屬三相四線制系統(tǒng)，設備的外露可導電部分均經與系統(tǒng)接地點無關的各自的接地裝置單獨接地。IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的電源中性點不接地或

14、經1k阻抗接地，通常不引出N線，屬于三相三線制系統(tǒng)。IT系統(tǒng)及一相接地時的故障電流(3) 重復接地： 將零線上的一處或多處通過接地裝置與大地再次連接，稱重復接地。 5. 應該實行接地或接零的設備 電動機、變壓器、變阻器、電力電容器、開關設備的金屬外殼。 配電、控制的屏（柜、箱）的金屬框架和底座、鄰近帶電設備的金屬遮欄。 電線電力電纜的金屬保護管和金屬包皮，電纜終端頭與中間接頭的金屬包皮以及母線的外罩。 照明燈具、電扇及電熱設備的金屬底座與外殼。 避雷針、避雷器、保護間隙和耦合電容器底座，裝有避雷線的電力線路金屬桿塔。 互感器的二次線圈。6 可以不接地或接零的設備 采用安全電壓或低于安全電壓的電

15、氣設備。 裝在配電屏、控制屏上的電氣測量儀表、繼電器與低壓電器的外殼。 在已接地金屬構架上的支持絕緣子的金屬底座。 在常年保持干燥且用木材、瀝青等絕緣較好的材料鋪成的地面，其室內低壓電氣設備的外殼。 額定電壓為220V及以下的蓄電池室的金屬框架。 廠內運輸鐵軌。 電氣設備安裝在高度超過2.2m的不導電建筑材料基座上，須用木梯才能接觸到且不會同時觸及接地部分。二二、接地裝置、接地裝置 自然接地體 與大地有可靠連接的建筑物的鋼結構、混凝土基礎中的鋼筋。 敷設于地下而數量不少于兩根的電纜金屬外皮。 敷設在地下的金屬管道及熱力管道。輸送可燃性氣體或液體（如煤氣、石油）的金屬管道除外。 人工接地體人工接

16、地體大多采用鋼管、角鋼、圓鋼和扁鋼制作。 變配電所和車間的接地裝置加裝均壓帶的環(huán)路式接地網三三、接地電阻、接地電阻 接地電阻的要求。 電壓為1000V以上的中性點接地系統(tǒng)中電氣設備實行保護接地。 電壓為1000V以上的中性點不接地系統(tǒng)中由于系統(tǒng)中性點不接地，當接地故障時一般不跳閘而直接發(fā)接地信號。 電壓為1000V以下的中性點不接地系統(tǒng)中考慮到其對地電容通常都很小，因此規(guī)定 ，即可保證安全。對于總容量不超過100KVA的變壓器或發(fā)電機供電的小型供電系統(tǒng)，接地電容電流更小，所以規(guī)定 電壓為1000V以下的中性點接地系統(tǒng)中電氣設備實行保護接零，電氣設備發(fā)生接地故障由保護裝置切除故障部分，但為了防止

17、零線中斷時產生危害，仍要求有較小接地電阻，規(guī)定 。同樣對總容量不超過100KVA的小系統(tǒng)可采用 。 接地電阻的計算 工頻接地電阻工頻接地電流流經接地裝置所呈現的接地電阻，稱工頻接地電阻，可按表9-4中的公式進行計算。 沖擊接地電阻雷電流經接地裝置泄放入地時所呈現的接地電阻，稱沖擊接地電阻。沖擊接地電阻REsh可按下式計算： 式中，RE為工頻接地電阻；為換算系數 接地裝置的設計計算按設計規(guī)范要求確定允許的接地電阻值RE。實測或估算可以利用的自然接地體的接地電阻RE(nat)。計算需要補充的人工接地體的接地電阻若不考慮自然接地體，則RE(man)=RE。 根據設計經驗，初步安排接地體的布置、確定接

18、地體和連接導線的尺寸。計算單根接地體的接地電阻RE(1)。用逐步漸近法計算接地體的數量。校驗短路熱穩(wěn)定度。 式中， 為單相接地短路電流，為計算方便，可取I(3)(A)；tk為短路電流持續(xù)時間（s）。 例9-2某車間變電所變壓器容量為630kVA。電壓為10/0.4kV，結線組為Yyno，與變壓器高壓側有電聯系的架空線路長100km，電纜線路長10km，裝設地土質為黃土，可利用的自然接地體實測為20，試確定此變電所公共接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼。解：（1）確定接地電阻要求值接地電流為：按附錄表18-1可確定此變電所公共接地裝置的接地電阻應滿足以下兩個條件：RE120/IE =120/12.9=9.3 RE4 比較上兩式，總接地電阻應滿足RE4。 （2）計算需要補充的人工接地體的接地電阻（3）接地裝置方案初選采用“環(huán)路式”接地網，初步考慮圍繞變電所建筑四周，打入一圈鋼管接地體，鋼管直徑50mm，長2.5m，間距為7.5m，管間用404mm2的扁鋼連接。（4）計算單根鋼管接地電阻查附錄表18-2得黃土的電阻率=200m單根鋼管接地電阻RE(1)200/2.5=805）確定接地鋼管數和最后接地方案根據RE(1)/RE(man)=80/5=16，但考慮到管間屏蔽效應，初選24根鋼管作接地體。以n=24和a/l=3去查附錄表 18-3，得E0.70。因此考