供配電技術(shù) 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(jìn)行正常運(yùn)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(shè)計(jì)方法也非常重要。 第一節(jié) 電氣安全電氣安全 第二節(jié) 過(guò)電壓和防雷過(guò)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(shè)備安全設(shè)備安全兩個(gè)方面。 電氣設(shè)備設(shè)計(jì)不合理、安裝不妥當(dāng)、使用不正確、維修不及時(shí)，尤其是電氣人員缺乏必要的安全知識(shí)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(shè)備損壞、停電、甚至引起火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)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(jī)構(gòu) 健全各項(xiàng)安全規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行 嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)、安裝規(guī)范 加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和檢修試驗(yàn)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(shí)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(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備及保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境、危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域等級(jí)選用相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備和配線方式，所選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別應(yīng)不低于該爆炸場(chǎng)所內(nèi)爆炸性混合物的級(jí)別。保持必要的防火間距及良好的通風(fēng)。 電氣火災(zāi)的特點(diǎn)著火的電氣設(shè)備可能是帶電的，如不注意可能引起觸電事故。有些電氣設(shè)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(kuò)大火災(zāi)范圍。 電氣失火的處理選擇適當(dāng)?shù)臏缁鹌?。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(shí)，宜采用噴霧水槍。四、觸電及防護(hù)四、觸電及防護(hù) 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(guò)為觸電。分為“電擊”與“電傷”兩類。“電擊”:電流流過(guò)人體內(nèi)部破壞心臟、呼吸與神經(jīng)系統(tǒng)，重則危及生命。“電傷”：電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)或機(jī)械效應(yīng)對(duì)人體造成的傷害，可傷內(nèi)部及骨骼，在人體體表留下電流印、電紋等觸電傷痕。電流對(duì)人體的危害程度與觸電時(shí)間、電流的大小和性質(zhì)以及電流在人體中的路徑有關(guān)。此外，還與人的體重、健康狀況有關(guān)。 觸電的防護(hù)直接觸電防護(hù) 間接觸電防護(hù) 第

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

5、示按下列方法確定，當(dāng)避雷針高度hhr時(shí)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(diǎn)；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(gè)錐形空間就是避雷針的保護(hù)范圍。避雷針在被保護(hù)物高度hx的xx平面上的保護(hù)半徑rx按下式計(jì)算： 式中，hr為滾球半徑，由表9-2確定。 當(dāng)避雷針高度hhr時(shí)，在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)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(wèn)此避雷

6、針能否保護(hù)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(jù)公式得避雷針保護(hù)半徑為：現(xiàn)鍋爐房在hx=8m 高度上最遠(yuǎn)屋角距離避雷針的水平距離為： 由此可見(jiàn)，煙囪上的避雷針能保護(hù)鍋爐房。 兩支避雷針的保護(hù)范圍兩支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖所示。在避雷針高度 的情況下，當(dāng)兩只避雷針每支避雷針的距離 應(yīng)各按單支避雷針保護(hù)范圍計(jì)算；當(dāng) 時(shí)應(yīng)按圖的方法確定：每支避雷針保護(hù)范圍外側(cè)同單支避雷針一樣計(jì)算。b. 兩支避雷針之間C、E兩點(diǎn)位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側(cè)的最小保護(hù)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(hù)范圍上邊線上的保護(hù)高度hx 為： 該保護(hù)范圍上邊線是以中心線距地面hr 的一點(diǎn) O為圓心，以 為半徑所作的圓弧AB。 c. 兩針間AEBC內(nèi)的保護(hù)范圍。ACO、BCO、BEO、AEO部分的保護(hù)范圍確立方法相同，以ACO保護(hù)范圍為例，在任一保護(hù)高度 bx和c點(diǎn)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(diǎn)確定。如圖中1-1剖面圖。 圖d. 確立 xx平面上保護(hù)范圍。以單支避雷針的保護(hù)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(hù)范

8、圍為：當(dāng)避雷線高度h2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍。當(dāng)避雷線的高度h2hr時(shí)，保護(hù)范圍如圖9-7所示, 保護(hù)范圍應(yīng)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(diǎn)。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(hù)范圍。當(dāng)hrh2hr時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算h0=2hr-h 避雷線在hx高度的xx平面上的保護(hù)寬度bx按下式計(jì)算式中，h為避雷線的高度；hx為保護(hù)物的高度。注意 確定架空避雷線的高度時(shí)，應(yīng)考慮弧垂。在無(wú)法確定弧垂的情況下，等高支柱間的檔距小于120m時(shí)，其避雷線

9、中點(diǎn)的弧垂宜選用2m；檔距為120150m時(shí)宜選用3m。關(guān)于兩根等高避雷線的保護(hù)范圍，可參看有關(guān)國(guó)標(biāo)或相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。（3）避雷帶和避雷網(wǎng)的保護(hù)范圍避雷帶和避雷網(wǎng)的保護(hù)范圍應(yīng)是其所處的整幢高層建筑，為了達(dá)到保護(hù)的目的，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸有具體的要求見(jiàn)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(jié)構(gòu)圖。（2）氧化鋅避雷器圖示 三種氧化鋅避雷器外形結(jié)構(gòu)（3）保護(hù)間隙 圖示角形保護(hù)間隙結(jié)構(gòu)與接線 滅弧能力較小，只適用于無(wú)重要負(fù)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(hù)、防雷保護(hù) 架空線路的防雷保護(hù)架空線路的防雷保護(hù)架設(shè)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(shè)。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(hù)線。加強(qiáng)對(duì)絕緣薄弱點(diǎn)的保護(hù)。采用自動(dòng)重合閘裝置。絕緣子鐵腳接地。2. 變配電所的防雷保護(hù)變配電所的防雷保護(hù) 防直擊雷獨(dú)立避雷針與被保護(hù)物之間應(yīng)保持一定的空間距離So，如圖。獨(dú)立避雷針應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立的接地裝置，其接地體與被保護(hù)物的接地體之間也應(yīng)保持一定的地中距離SE，如圖 。獨(dú)立避雷針及其接地裝置不應(yīng)設(shè)在人員經(jīng)常出入的地方。（2）進(jìn)線防雷保護(hù)35KV電力線路在變電所進(jìn)線12km段內(nèi)裝設(shè)避雷線防止直接雷擊。

11、避雷線兩端處裝設(shè)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(jìn)線終端裝設(shè)FZ或FS型閥形避雷器，以保護(hù)線路斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。 配電裝置防雷保護(hù) T電力變壓器 F閥形避雷器 高壓電動(dòng)機(jī)的防雷保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)的防雷保護(hù)對(duì)雷電侵入波的防護(hù)，F(xiàn)CD型磁吹閥型避雷器或采用具有串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器，并盡可能靠近電動(dòng)機(jī)安裝。對(duì)于定子繞組中性點(diǎn)能引出的高壓電動(dòng)機(jī)，就在中性點(diǎn)裝設(shè)避雷器。 建筑物的防雷保護(hù)建筑物的防雷保護(hù)（1）建筑物防雷分類及防雷要求第一類防雷建筑。應(yīng)有防直接雷、感應(yīng)雷和雷電侵入波措施。第二類防雷建筑。應(yīng)有防直接雷和雷電侵入波措施，有爆炸危險(xiǎn)的也應(yīng)有防感應(yīng)雷措施

12、。第三類建筑物。應(yīng)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(yīng)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(shè)備2接地電流和對(duì)地電壓接地電流和對(duì)地電壓 接地電流：接地故障時(shí)流經(jīng)接地裝置流入大地并作半球形散開(kāi)的電流。對(duì)地電壓：電氣設(shè)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(hù)接地、重復(fù)接地工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地 (1) 工作接地在正常或故障情況下為了保證電氣設(shè)備可靠地運(yùn)行，而將電力

13、系統(tǒng)中某一點(diǎn)接地稱為工作接地。(2) 保護(hù)接地將在故障情況下可能呈現(xiàn)危險(xiǎn)的對(duì)地電壓的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行接地稱為保護(hù)接地。TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并引出有中性線（N線）、保護(hù)線（PE線）或保護(hù)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(kāi)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(kāi)稱TN-C-S系統(tǒng)。TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并引出有N線，屬三相四線制系統(tǒng)，設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均經(jīng)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的各自的接地裝置單獨(dú)接地。IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不接地或

14、經(jīng)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(shí)的故障電流(3) 重復(fù)接地： 將零線上的一處或多處通過(guò)接地裝置與大地再次連接，稱重復(fù)接地。 5. 應(yīng)該實(shí)行接地或接零的設(shè)備 電動(dòng)機(jī)、變壓器、變阻器、電力電容器、開(kāi)關(guān)設(shè)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(shè)備的金屬遮欄。 電線電力電纜的金屬保護(hù)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(shè)備的金屬底座與外殼。 避雷針、避雷器、保護(hù)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(shè)備 采用安全電壓或低于安全電壓的電

15、氣設(shè)備。 裝在配電屏、控制屏上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器與低壓電器的外殼。 在已接地金屬構(gòu)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(nèi)低壓電氣設(shè)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(nèi)運(yùn)輸鐵軌。 電氣設(shè)備安裝在高度超過(guò)2.2m的不導(dǎo)電建筑材料基座上，須用木梯才能接觸到且不會(huì)同時(shí)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(jié)構(gòu)、混凝土基礎(chǔ)中的鋼筋。 敷設(shè)于地下而數(shù)量不少于兩根的電纜金屬外皮。 敷設(shè)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(wǎng)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(diǎn)接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備實(shí)行保護(hù)接地。 電壓為1000V以上的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中由于系統(tǒng)中性點(diǎn)不接地，當(dāng)接地故障時(shí)一般不跳閘而直接發(fā)接地信號(hào)。 電壓為1000V以下的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中考慮到其對(duì)地電容通常都很小，因此規(guī)定 ，即可保證安全。對(duì)于總?cè)萘坎怀^(guò)100KVA的變壓器或發(fā)電機(jī)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(diǎn)接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備實(shí)行保護(hù)接零，電氣設(shè)備發(fā)生接地故障由保護(hù)裝置切除故障部分，但為了防止

17、零線中斷時(shí)產(chǎn)生危害，仍要求有較小接地電阻，規(guī)定 。同樣對(duì)總?cè)萘坎怀^(guò)100KVA的小系統(tǒng)可采用 。 接地電阻的計(jì)算 工頻接地電阻工頻接地電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻，稱工頻接地電阻，可按表9-4中的公式進(jìn)行計(jì)算。 沖擊接地電阻雷電流經(jīng)接地裝置泄放入地時(shí)所呈現(xiàn)的接地電阻，稱沖擊接地電阻。沖擊接地電阻REsh可按下式計(jì)算： 式中，RE為工頻接地電阻；為換算系數(shù) 接地裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算按設(shè)計(jì)規(guī)范要求確定允許的接地電阻值RE。實(shí)測(cè)或估算可以利用的自然接地體的接地電阻RE(nat)。計(jì)算需要補(bǔ)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(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步安排接地體的布置、確定接

18、地體和連接導(dǎo)線的尺寸。計(jì)算單根接地體的接地電阻RE(1)。用逐步漸近法計(jì)算接地體的數(shù)量。校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定度。 式中， 為單相接地短路電流，為計(jì)算方便，可取I(3)(A)；tk為短路電流持續(xù)時(shí)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(jié)線組為Yyno，與變壓器高壓側(cè)有電聯(lián)系的架空線路長(zhǎng)100km，電纜線路長(zhǎng)10km，裝設(shè)地土質(zhì)為黃土，可利用的自然接地體實(shí)測(cè)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(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：RE120/IE =120/12.9=9.3 RE4 比較上兩式，總接地電阻應(yīng)滿足RE4。 （2）計(jì)算需要補(bǔ)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(wǎng)，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(zhǎng)2.5m，間距為7.5m，管間用404mm2的扁鋼連接。（4）計(jì)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(shù)和最后接地方案根據(jù)RE(1)/RE(man)=80/5=16，但考慮到管間屏蔽效應(yīng)，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