第八章防雷與接地

1、第八章第八章 接地與防雷接地與防雷第一節(jié)第一節(jié) 接地概述接地概述第二節(jié)第二節(jié) 雷電的形成及危害雷電的形成及危害第三節(jié)第三節(jié) 防雷裝置防雷裝置第四節(jié)第四節(jié) 輸電線路和變電所的防雷輸電線路和變電所的防雷第五節(jié)第五節(jié) 工廠供電系統(tǒng)的防雷工廠供電系統(tǒng)的防雷第六節(jié)第六節(jié) 建筑配電系統(tǒng)的防雷建筑配電系統(tǒng)的防雷第一節(jié)第一節(jié) 接地概述接地概述 大地是無窮大的散流體，無論多高的電壓、多大的電流，大地是無窮大的散流體，無論多高的電壓、多大的電流，都不能改變大地始終保持零電位的特性。都不能改變大地始終保持零電位的特性。 將電氣設備中帶電或不帶電的部位與大地連接，稱為電將電氣設備中帶電或不帶電的部位與大地連接，稱為電

2、氣連接，簡稱接地。氣連接，簡稱接地。1 1、1 1 接地類型接地類型 按接地目的不同，接地可以分為：按接地目的不同，接地可以分為：工作接地工作接地 工作接地是為了保證電力系統(tǒng)、電氣設備正常工作而進工作接地是為了保證電力系統(tǒng)、電氣設備正常工作而進行的接地，即中性點接地運行方式。例如發(fā)電機、變壓器的行的接地，即中性點接地運行方式。例如發(fā)電機、變壓器的中性點直接接地運行方式。中性點直接接地運行方式。保護接地保護接地防雷接地防雷接地防靜電接地防靜電接地 保護接地是將電氣設備的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架、保護接地是將電氣設備的金屬外殼、配電裝置的構(gòu)架、線路的塔桿等正常情況下不帶電，但可能因絕緣損壞而帶電線

3、路的塔桿等正常情況下不帶電，但可能因絕緣損壞而帶電的所有部分接地。因為這種接地的目的是保護人身安全，故的所有部分接地。因為這種接地的目的是保護人身安全，故稱為保護接地或安全接地。稱為保護接地或安全接地。 使防雷保護裝置（避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)）導泄雷使防雷保護裝置（避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)）導泄雷電流的接地。電流的接地。 為了防止靜電引起易燃易爆氣體或液體發(fā)生火災或爆炸，為了防止靜電引起易燃易爆氣體或液體發(fā)生火災或爆炸，而對貯氣體或液體管道、容器等設置的接地。而對貯氣體或液體管道、容器等設置的接地。工作接地工作接地A中性點直接接地電力系統(tǒng)中性點直接接地電力系統(tǒng) 這種系統(tǒng)中，中性點始終保持零電位。

4、這種系統(tǒng)中，中性點始終保持零電位。 正常運行時，中性點無電流流過。正常運行時，中性點無電流流過。 單相接地時單相接地時 電源故障相、接地點、大地和中性點的電源故障相、接地點、大地和中性點的 接地線構(gòu)成短路回路。接地線構(gòu)成短路回路。 接地相短路電流很大。接地相短路電流很大。 措施：繼電保護裝置將故障相切除。措施：繼電保護裝置將故障相切除。 優(yōu)點優(yōu)點： 單相接地時，中性點電位不變；單相接地時，中性點電位不變； 非故障相對地電壓為相電壓；非故障相對地電壓為相電壓； 降低電網(wǎng)絕緣投資。降低電網(wǎng)絕緣投資。 應用在應用在110kV及以上電力網(wǎng)中。及以上電力網(wǎng)中。B中性點不接地電力系統(tǒng)中性點不接地電力系統(tǒng)

5、特點特點： 發(fā)生單相接地時，不能構(gòu)成短路回路，發(fā)生單相接地時，不能構(gòu)成短路回路， 接地相電流是非故障相的零序電容電接地相電流是非故障相的零序電容電 流之和，較?。涣髦?，較??； 電網(wǎng)線電壓的大小和相位不變，不必電網(wǎng)線電壓的大小和相位不變，不必 立即切除故障線路；立即切除故障線路； 非故障相對地電壓上升為線電壓，對非故障相對地電壓上升為線電壓，對 地絕緣水平需提高，投資較大；地絕緣水平需提高，投資較大； 故障后，繼續(xù)運行時間不允許超過故障后，繼續(xù)運行時間不允許超過2h。 應用范圍：應用范圍： 電壓小于電壓小于500V的裝置；的裝置； 3-10kV電力網(wǎng)，且單相接地電流電力網(wǎng)，且單相接地電流 小于

6、小于30A時；時； 發(fā)電機直配系統(tǒng)，接地電流小于發(fā)電機直配系統(tǒng)，接地電流小于5A； 35kV電力網(wǎng)，單相接地電流小于電力網(wǎng)，單相接地電流小于10A。C中性點經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈接地電力系統(tǒng) 根據(jù)感性電流對容性電流的補償程度不同分類：根據(jù)感性電流對容性電流的補償程度不同分類： 全補償：感性電流全補償：感性電流=容性電流容性電流 欠補償：感性電流欠補償：感性電流容性電流容性電流 功能功能： 不接地系統(tǒng)；對地電容；單相接地；不接地系統(tǒng)；對地電容；單相接地； 故障相接地電流為容性電流；故障相接地電流為容性電流； 電弧不能熄滅；弧光過電壓；電弧不能熄滅；弧光過電壓； 影響設備安全，造成

7、系統(tǒng)性事故。影響設備安全，造成系統(tǒng)性事故。 裝設消弧線圈，構(gòu)成另一回路；裝設消弧線圈，構(gòu)成另一回路； 流過故障點電流中增加感性電流分量；流過故障點電流中增加感性電流分量； 它們互相補償、削弱，減小了接地點電流，它們互相補償、削弱，減小了接地點電流， 電弧易于熄滅，提高了供電可靠性。電弧易于熄滅，提高了供電可靠性。 凡是單相接地電流過大，不滿足中性點接地條件的電力網(wǎng)，凡是單相接地電流過大，不滿足中性點接地條件的電力網(wǎng)，均可采用此種接線方式。均可采用此種接線方式。 消弧線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈。消弧線圈是一個具有鐵芯的可調(diào)電感線圈。保護接地保護接地A人體觸電人體觸電 當人體接觸帶電體或人體

8、與帶電體之間產(chǎn)生閃絡放電，當人體接觸帶電體或人體與帶電體之間產(chǎn)生閃絡放電，并有一定電流通過人體，使部分或整個身體遭到電的刺激并有一定電流通過人體，使部分或整個身體遭到電的刺激或傷害，引起電傷或電擊，稱為觸電?；騻?，引起電傷或電擊，稱為觸電。 電傷主要是電流對人體外部的物理作用，常見的形式電傷主要是電流對人體外部的物理作用，常見的形式有電灼傷、電烙印以及皮膚中滲入熔化的金屬物等。有電灼傷、電烙印以及皮膚中滲入熔化的金屬物等。 電擊是人體的內(nèi)部器官受到傷害，如電流作用于人體的電擊是人體的內(nèi)部器官受到傷害，如電流作用于人體的神經(jīng)中樞，使心臟和呼吸機能的正常工作受到破壞，發(fā)生抽神經(jīng)中樞，使心臟和呼吸

9、機能的正常工作受到破壞，發(fā)生抽搐和痙攣、失去知覺等現(xiàn)象，也可能使呼吸器官和血液循環(huán)搐和痙攣、失去知覺等現(xiàn)象，也可能使呼吸器官和血液循環(huán)器官的活動停止或大大減弱。器官的活動停止或大大減弱。B電流強度對人體的危害程度電流強度對人體的危害程度 觸電時人體受害的程度與許多因素有關(guān)，如通過人體的觸電時人體受害的程度與許多因素有關(guān)，如通過人體的電流強度、持續(xù)時間、電壓高低、頻率高低、電流通過人體電流強度、持續(xù)時間、電壓高低、頻率高低、電流通過人體的途徑以及人體的健康狀況等，其中最主要的因素是通過人的途徑以及人體的健康狀況等，其中最主要的因素是通過人體電流強度的大小、持續(xù)時間。當通過人體的電流越大，人體電流

10、強度的大小、持續(xù)時間。當通過人體的電流越大，人體的生理反應越明顯，致命的危險性也就越大。體的生理反應越明顯，致命的危險性也就越大。按通過人體的電流對人體的影響，將電流大致分為三種：按通過人體的電流對人體的影響，將電流大致分為三種：（1） 感覺電流它是人體有感覺的最小電流。感覺電流它是人體有感覺的最小電流。（2） 擺脫電流人體觸電后能自主地擺脫電源的最大電流。擺脫電流人體觸電后能自主地擺脫電源的最大電流。（3） 致命電流在較短的時間內(nèi)，危及生命的最小電流。致命電流在較短的時間內(nèi)，危及生命的最小電流。 一般情況下通過人體的工頻電流超過一般情況下通過人體的工頻電流超過50 mA時，心臟時，心臟 就會

11、停跳，人就會發(fā)生昏迷，很快致死。就會停跳，人就會發(fā)生昏迷，很快致死。C保護接地的作用保護接地的作用無保護接地時人觸及外殼的電流分布無保護接地時人觸及外殼的電流分布 電源的中性點不接地，電機外殼也不接地。電源的中性點不接地，電機外殼也不接地。 某一相絕緣破壞，發(fā)生碰殼時，外殼電壓某一相絕緣破壞，發(fā)生碰殼時，外殼電壓 即為相電壓。即為相電壓。 人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地，人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地， 就會有非故障相的電容電流之和流過就會有非故障相的電容電流之和流過 人體。人體。 人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地，人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地， 就會有非故障相的電容電流之和流過就會有

12、非故障相的電容電流之和流過 人體。人體。有保護接地時人觸及外殼的電流分布有保護接地時人觸及外殼的電流分布 電源的中性點不接地，電機外殼也不接地。電源的中性點不接地，電機外殼也不接地。 人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地，人若觸及外殼即相當于發(fā)生單相接地， 但是此時非故障相的電容電流之和通過但是此時非故障相的電容電流之和通過 人體和接地電阻兩條通路流過。人體和接地電阻兩條通路流過。 通過人體的電流：通過人體的電流： 上式說明接地電阻越小，上式說明接地電阻越小， 通過人體的電流越小。通過人體的電流越小。因此，適當?shù)倪x擇接地裝置的接地電阻，因此，適當?shù)倪x擇接地裝置的接地電阻， 就可以保證人身安全。就可

13、以保證人身安全。EEbEbIRRRID對接地電阻值的要求對接地電阻值的要求接地的基本概念接地的基本概念接地接地:防雷裝置或電氣設備與大地之間的電氣連接。防雷裝置或電氣設備與大地之間的電氣連接。接地體接地體:埋入土壤中或混凝土基礎中作散流用的導體，又稱接地極，埋入土壤中或混凝土基礎中作散流用的導體，又稱接地極，接地線：連接于接地體與電氣設備接地部分之間的金屬導線接地線：連接于接地體與電氣設備接地部分之間的金屬導線 它分為接地干線和接地支線它分為接地干線和接地支線 接地裝置：接地體和接地線的總合接地裝置：接地體和接地線的總合 1垂直接地體;2接地干線;3接地支線;4電氣設備;5水平接地體。 流散電

14、流：接地電流流入地下以后流散電流：接地電流流入地下以后,就通過接地體向大地作半球形散開就通過接地體向大地作半球形散開, 這一接地電流就叫做流散電流這一接地電流就叫做流散電流 由于半球形面積距離接地體距離越遠越大，由于半球形面積距離接地體距離越遠越大， 因此與其對應的單位長度大地電阻越小。因此與其對應的單位長度大地電阻越小。 在在20米以外的地方，該電阻接近于零。米以外的地方，該電阻接近于零。 因此，可以認為在距離接地體因此，可以認為在距離接地體20以外以外,電流就不再產(chǎn)生電壓降了電流就不再產(chǎn)生電壓降了 或者說或者說,至距離接地體至距離接地體20m處處,電壓已降為零電壓已降為零 電工上通常所說的

15、電工上通常所說的“地地”就是這里的地就是這里的地 對地電壓就是帶電體與電位為零的大地之間的電位差對地電壓就是帶電體與電位為零的大地之間的電位差 接地電阻的要求接地電阻的要求 大電流接地系統(tǒng)，接地網(wǎng)的接地電壓不得超過大電流接地系統(tǒng)，接地網(wǎng)的接地電壓不得超過2000V。因此，接地裝置的。因此，接地裝置的接地電阻應為：接地電阻應為：EEEEIRIR20002000即 小電流接地系統(tǒng)中，當接地裝置僅用于高壓設備時，接地網(wǎng)的接地電壓小電流接地系統(tǒng)中，當接地裝置僅用于高壓設備時，接地網(wǎng)的接地電壓不得超過不得超過250V。因此，接地裝置的接地電阻應為：。因此，接地裝置的接地電阻應為：EEEEIRIR2502

16、50即 小電流接地系統(tǒng)中，當接地裝置為高低壓設備共時，接地網(wǎng)的接地電壓小電流接地系統(tǒng)中，當接地裝置為高低壓設備共時，接地網(wǎng)的接地電壓不得超過不得超過120V。因此，接地裝置的接地電阻應為：。因此，接地裝置的接地電阻應為：EEEEIRIR120120即E跨步電壓跨步電壓 發(fā)生接地故障時，人處于分布電壓區(qū)域內(nèi)，有兩種方式觸及不同電位點發(fā)生接地故障時，人處于分布電壓區(qū)域內(nèi)，有兩種方式觸及不同電位點而受到電壓作用。而受到電壓作用。 當人觸及漏電外殼，加于人手與腳之間的電壓電位差稱為接觸電壓當人觸及漏電外殼，加于人手與腳之間的電壓電位差稱為接觸電壓Utou。即通常人站在距離設備水平距離即通常人站在距離設

17、備水平距離0.8m的地面上，手觸及設備所承受的電壓。的地面上，手觸及設備所承受的電壓。由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。由接觸電壓引起的觸電稱為接觸電壓觸電。 如設備外殼電位為如設備外殼電位為UE，距離設備，距離設備0.8m處地面的電壓為處地面的電壓為U，則接觸電壓為，則接觸電壓為UUUEtou 當人在分布電壓區(qū)域內(nèi)跨開一步，兩腳間（約當人在分布電壓區(qū)域內(nèi)跨開一步，兩腳間（約0.8m）所承受的電壓）所承受的電壓稱為跨步電壓稱為跨步電壓Us。 如該兩點的電位分別為如該兩點的電位分別為U1和和U2，則跨步電位為，則跨步電位為21UUUS 人體所能承受的接觸電壓和跨步電壓的允許值，與通過人體的電

18、流值人體所能承受的接觸電壓和跨步電壓的允許值，與通過人體的電流值的大小、持續(xù)時間的長短、地面土壤的電阻率和電流流經(jīng)人體的途徑有關(guān)。的大小、持續(xù)時間的長短、地面土壤的電阻率和電流流經(jīng)人體的途徑有關(guān)。 在大電流接地系統(tǒng)中，他們的允許值分別為：在大電流接地系統(tǒng)中，他們的允許值分別為：tUStUtou25025. 0250 在小電流接地系統(tǒng)中，他們的允許值分別為：在小電流接地系統(tǒng)中，他們的允許值分別為：2 . 05025. 050StouUUF保護接零保護接零接地保護包括兩種形式：接地保護包括兩種形式：一種是將設備外殼通過各自的接地體與大地緊密相連，一種是將設備外殼通過各自的接地體與大地緊密相連，過去

19、稱為保護接地，現(xiàn)在稱為過去稱為保護接地，現(xiàn)在稱為IT系統(tǒng)。系統(tǒng)。一種是將設備外殼通過公共的一種是將設備外殼通過公共的PE線或線或PEN線接地，線接地，過去稱為保護接零，現(xiàn)在稱為過去稱為保護接零，現(xiàn)在稱為TN系統(tǒng)。系統(tǒng)。IT系統(tǒng)系統(tǒng)三相三線制系統(tǒng)三相三線制系統(tǒng)TN系統(tǒng)系統(tǒng)TN系統(tǒng)的中性點直接接地，并引出中性線，屬于三相四線制系統(tǒng)。系統(tǒng)的中性點直接接地，并引出中性線，屬于三相四線制系統(tǒng)。 TN-S系統(tǒng) TN-C-S系統(tǒng) TN-C系統(tǒng) 特點：特點：當設備帶電部分與外殼相連時，短路電流經(jīng)外殼和當設備帶電部分與外殼相連時，短路電流經(jīng)外殼和N線（或線（或PE線線）而形成單相而形成單相短路，顯然該短路電流較

20、大，可使保護線快速而可靠短路，顯然該短路電流較大，可使保護線快速而可靠地動作，將故障部分與電源斷開，消除觸電危險。地動作，將故障部分與電源斷開，消除觸電危險。接零回路中的電阻電阻遠小于人體電阻，在電路未斷開以前的時接零回路中的電阻電阻遠小于人體電阻，在電路未斷開以前的時間內(nèi)，短路電流幾乎全部通過接零回路，通過人體的電流接近于間內(nèi)，短路電流幾乎全部通過接零回路，通過人體的電流接近于零。零。以上原因，使人體的安全得到保證。以上原因，使人體的安全得到保證。重復接地重復接地 未重復接地 已重復接地 發(fā)生零線斷線，發(fā)生零線斷線，當斷線后的設備發(fā)生碰殼時，當斷線后的設備發(fā)生碰殼時，外殼對地電壓為相電壓，外

21、殼對地電壓為相電壓，當人碰觸設備外殼時，較危險。當人碰觸設備外殼時，較危險。發(fā)生零線斷線，發(fā)生零線斷線，當斷線后的設備發(fā)生碰殼時，當斷線后的設備發(fā)生碰殼時，外殼對地電壓外殼對地電壓 ，小于相電壓，減輕對人體的危害程度。小于相電壓，減輕對人體的危害程度。EEERIU防雷接地防雷接地A雷的形成雷的形成雷的形成過程：雷的形成過程：地面濕氣受熱上升、空中與冷氣團相遇、地面濕氣受熱上升、空中與冷氣團相遇、凝成水滴或冰晶，形成積云；凝成水滴或冰晶，形成積云；積云在強氣流作用下，形成帶正負電荷積云在強氣流作用下，形成帶正負電荷的雷云；的雷云； 在氣流的撞擊和摩擦下，雷云中電荷積累；在氣流的撞擊和摩擦下，雷云

22、中電荷積累；正負雷云間出現(xiàn)強大電場；正負雷云間出現(xiàn)強大電場；近地雷云與大地和建筑物間感應出電荷，近地雷云與大地和建筑物間感應出電荷，雷云與建筑物間出現(xiàn)強大電場；雷云與建筑物間出現(xiàn)強大電場；先導放電；先導放電；主放電；主放電；B雷電過電壓雷電過電壓雷電過電壓又稱為大氣過電壓或外部過電壓。雷電過電壓又稱為大氣過電壓或外部過電壓。它是由于變配電系統(tǒng)內(nèi)的設備或建筑物遭到來自大氣中的它是由于變配電系統(tǒng)內(nèi)的設備或建筑物遭到來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷擊或雷電感應而引起的過電壓。雷電過電壓有兩種基本形式：雷電過電壓有兩種基本形式：直擊雷：即直接雷擊。直擊雷：即直接雷擊。 是雷電直接擊中建筑物

23、、電氣設備、供電線路，是雷電直接擊中建筑物、電氣設備、供電線路， 其過電壓引起的強大的雷電流通過這些物體放電其過電壓引起的強大的雷電流通過這些物體放電 進入大地，從而產(chǎn)生破壞性極大的熱效應和機進入大地，從而產(chǎn)生破壞性極大的熱效應和機 械效應，相伴的還有電磁效應和閃絡放電。械效應，相伴的還有電磁效應和閃絡放電。感應雷：即雷電感應。感應雷：即雷電感應。 它是雷電對設備、線路和其它物體的靜電感應所它是雷電對設備、線路和其它物體的靜電感應所 引起的過電壓。引起的過電壓。C雷電的危害雷電的危害雷電流波形 波幅 波頭波尾特點：特點：幅值很大、陡度很高的沖擊電流；幅值很大、陡度很高的沖擊電流；雷電流在雷電流在1-4微秒內(nèi)增長到幅值。微秒內(nèi)增長到幅值。(1) 雷電的熱效應雷電的熱效應雷電產(chǎn)生強大的熱能使金屬熔化，雷電產(chǎn)生強大的熱能使金屬熔化， 燒斷輸電導線，摧毀用電設備，燒斷輸電導線，摧毀用電設備， 甚至引起火災和爆炸。甚至引起火災和爆炸。(2) 雷電的機械效應雷電的機械效應 雷電產(chǎn)生強大的電動力可以擊毀雷電產(chǎn)生強大的電動力可以擊毀 電桿，破壞建筑物，人畜亦不能電桿，破壞建筑物，人畜亦不能 幸免。幸免。(3) 雷電的閃絡放電雷電的閃絡放電 雷電產(chǎn)生的高電壓會引起絕緣子雷電產(chǎn)生的高電壓會引起絕緣子 燒壞，斷路器跳閘，導致供電線燒壞，斷路器跳閘，導致供電線