發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備 10防雷與接地課件

1、主 編：李家坤 朱華杰主 審：陳光會(huì)10 防雷與接地發(fā)電廠及變電站電氣設(shè)備FADIANCHANG JI BIANDIANZHAN DIANQISHEBEI1 10.1 雷電的基本概念 110.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置 210.3 接地技術(shù)與接地裝置 310.4 接地裝置的要求及敷設(shè) 410 防雷與接地目 錄2【知識(shí)目標(biāo)】1了解雷電的形成過程及雷電參數(shù)；2了解避雷針、避雷線的原理；3掌握管型避雷器、閥型避雷器、氧化鋅避雷 器的工作原理；4了解人體觸電的概念，掌握保護(hù)接地、保護(hù) 接零的工作原理及實(shí)際應(yīng)用；5掌握接地裝置敷設(shè)的要求、接地工程的分類和特點(diǎn)；6掌握水電站和變電所接地網(wǎng)的敷設(shè)方法。10 防

2、雷與接地3【能力目標(biāo)】1能夠解釋雷電的產(chǎn)生過程；2能夠說明閥型避雷器、管型避雷器、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3能夠解釋保護(hù)接地、保護(hù)接零的工作原理；4能夠測(cè)量接地電阻。10 防雷與接地4雷電是大自然中最宏偉和恐怖的氣體放電現(xiàn)象。雷雨季節(jié)經(jīng)常發(fā)生的打雷和閃電，實(shí)際上是帶電荷的雷云在空氣中的放電過程。兩塊帶異性電荷的雷云或雷云與大地間空氣擊穿，即形成雷電。在防雷工程中，主要關(guān)心的是雷云對(duì)大地的放電。10.1.1 雷電的產(chǎn)生及放電過程10.1 雷電的基本概念6當(dāng)雷云臨近大地時(shí)，由于雷云電荷所形成的強(qiáng)大電磁場(chǎng)的作用，使云塊下的大地感應(yīng)出與雷云電荷不同極性的電荷，雷云與大地組成一個(gè)以空氣為絕緣體的電容器，

3、如果雷云與大地間的電場(chǎng)強(qiáng)度高到使其空間氣體被擊穿而形成雷擊通道，雷云即向大地放電。這種雷云向大地放電的過程叫做雷擊，其所形成的放電電流叫雷電流。10.1 雷電的基本概念7在雷云帶電的過程中，在云中形成若干個(gè)密度較高的電荷中心，因而大多數(shù)云對(duì)地的放電是重復(fù)的，即在第一次雷擊形成的放電通道中，會(huì)有多次放電尾隨。在第一次放電完成之后，主放電通道暫時(shí)還保持高于周圍大氣的電導(dǎo)率，其他電荷中心將沿已有的主放電通道對(duì)地放電，從而形成多重雷擊。通常第一次沖擊放電的電流最大，以后的電流幅值都比較小。 10.1 雷電的基本概念9雷電放電涉及氣象、地貌等自然條件，隨機(jī)性很大，關(guān)于雷電特性的諸參數(shù)因此具有統(tǒng)計(jì)性的性質(zhì)

4、，需要通過大量的實(shí)測(cè)才能確定，防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)來源于這些實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。在防雷設(shè)計(jì)中，最關(guān)心的是雷電流幅值、雷電流波形及地面落雷密度等參數(shù)。10.1.2 雷電參數(shù)10.1 雷電的基本概念10（1）雷電流幅值雷電流具有沖擊特性，即在幾微秒內(nèi)上升到幅值，再經(jīng)過幾微秒又由幅值降到很小的數(shù)值。雷電流的幅值與氣象條件有關(guān)，根據(jù)我國(guó)的實(shí)測(cè)結(jié)果，年平均雷暴日大于20的一般地區(qū)，雷電流幅值超過I的概率可按下式計(jì)算： 式中I雷電流幅值，kA； P雷電流幅值大于I的概率。（10.1） 10.1 雷電的基本概念11（2）雷電流波形雖然雷電流的幅值隨各地區(qū)的氣象條件相差很大，但所測(cè)的雷電流波形卻基本相同。其主放電時(shí)的電流

5、波前部分接近半余弦波，如圖10.1所示。根據(jù)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，雷電流的波頭時(shí)間1大多為15s，平均為22.5s。我國(guó)的防雷規(guī)程建議雷電流的波頭時(shí)間取2.6s，即認(rèn)為雷電流的平均上升陡度為 kA/s。10.1 雷電的基本概念12圖10.1 雷電流波形 10.1 雷電的基本概念13（3）地面落雷密度常用平均雷暴日作為計(jì)量單位來表征不同地區(qū)的雷電活動(dòng)頻繁程度。雷暴日是一年中有雷電的天數(shù)，在一天內(nèi)只要聽到雷聲就算一個(gè)雷暴日。雷暴日包含了雷云之間的放電，而防雷實(shí)際中關(guān)心的是云地之間的放電。地面落雷密度表征了雷云對(duì)地放電頻繁程度，其定義為每平方千米每雷暴日的對(duì)地落雷次數(shù)，用表示。根據(jù)各國(guó)的具體情況，的取值不同。我

6、國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)雷暴日T=40的地區(qū)，=0.07次/平方公里雷暴日。10.1 雷電的基本概念14因?yàn)楸粨粑锖退佑|的土壤有一定的電阻，所以當(dāng)雷電流通過被擊物而流入大地時(shí)，必然在被擊物上產(chǎn)生極大的電壓降，其值可達(dá)幾百萬伏，這種電壓稱之為直擊雷過電壓。由于此電壓超過一般電氣設(shè)備的正常運(yùn)行電壓許多倍，將使電氣設(shè)備的絕緣被擊穿。同時(shí)，巨大的雷電流會(huì)造成建筑物的劈裂、倒塌及引發(fā)火災(zāi)。10.1 雷電的基本概念16（2）感應(yīng)雷感應(yīng)雷是由靜電感應(yīng)所致。在雷云臨近發(fā)電廠及變電站上空時(shí)，發(fā)電廠建筑物和附近地面上將感應(yīng)產(chǎn)生大量的電荷，如圖10.2所示。這種與雷云電荷相互吸引、極性不同的感應(yīng)電荷，叫做束縛電荷。與雷云電

7、荷同極性的電荷，則被排斥到地表深處。當(dāng)此雷云對(duì)另一雷云或地面放電后，地面感應(yīng)電荷或由于失去了雷電荷電場(chǎng)的束縛力而迅速流散，或由于與雷電流中和而立即消失。如果此時(shí)建筑物接地不良，則積聚在它上面的感應(yīng)電荷不能立即流散，將與大地間形成電位差，這個(gè)電位差稱之為感應(yīng)雷過電壓。10.1 雷電的基本概念17（3）雷電侵入波當(dāng)輸電線路遭受到直擊雷、感應(yīng)雷或避雷線的反擊，泄瀉到輸電線上的雷電荷或失去了束縛的感應(yīng)電荷，都會(huì)沿著輸電線路向發(fā)電廠或變電站方向流動(dòng)，形成巨大的前沿很陡的電流，叫做雷電侵入波，如圖10.3所示。其所感應(yīng)的高電壓叫侵入波過電壓，會(huì)造成電氣設(shè)備絕緣的損壞，形成故障。10.1 雷電的基本概念19

8、圖10.3 雷電侵入波的產(chǎn)生 10.1 雷電的基本概念20 此外，電氣設(shè)備本身還帶有工頻交流電，如果雷電過電壓使設(shè)備的絕緣擊穿，則當(dāng)短暫的雷電流過去之后，工頻交流電亦將通過其擊穿通道成為工頻續(xù)流，從而造成短路事故，持續(xù)而且數(shù)值相當(dāng)大的工頻短路電流將會(huì)使事故擴(kuò)大，使設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。10.1 雷電的基本概念2110.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置22雷電過電壓的幅值可高達(dá)數(shù)十萬伏甚至數(shù)百萬伏，如不采取防護(hù)措施，電力設(shè)備的絕緣一般是難以承受的。雷云在通常情況下總是通過地面上的高聳的物體，特別是金屬放電，因此在適當(dāng)?shù)奈恢醚b設(shè)適當(dāng)高度的避雷針（線），就可以造成雷電向避雷針（線）放電

9、，并通過接地裝置將雷電荷泄入大地，從而使電氣設(shè)備或建筑物不致遭受直擊雷的危害。10.2.1 避雷針和避雷線10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置23避雷針（線）是接地的導(dǎo)電物，它的作用是將雷吸引到自己身上并安全地導(dǎo)入地中。因此，避雷針（線）的名稱其實(shí)叫做“引雷針（線）”更為合適。為了使雷電流順利下泄，必須有良好的導(dǎo)電通道。避雷針（線）的基本組成部分是接閃器（引發(fā)雷擊的部位）、引下線和接地體。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置24（1）避雷針避雷針是發(fā)電廠和變電站中用來保護(hù)電氣設(shè)備和建筑物避免遭受直擊雷的主要防雷裝置。避雷針的接閃器（針尖）一般用直徑1020mm、長(zhǎng)12m的鋼棒制成。引下線一般使用不小于25

10、mm2的圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。如果支撐物為鋼筋混泥土或鋼支架時(shí)，也可用支架內(nèi)的鋼筋或支架本身作為引下線。單支避雷針的保護(hù)范圍如圖10.4所示，它是一個(gè)旋轉(zhuǎn)的圓錐體。設(shè)避雷針的高度為h（m），被保護(hù)物體高度為 hx（m），在hx高度上避雷針保護(hù)范圍的半徑rx由下述公式?jīng)Q定： 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置26式中p考慮避雷針的高度影響的校正系數(shù)，稱為高度影響系數(shù)。（10.2） 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置27（3）避雷針（線）的設(shè)置在發(fā)電廠中，戶外配電裝置、戶外布置的電力變壓器、主變壓器的高壓引出線和戶外布置的發(fā)電機(jī)電壓引出線，以及油處理室、露天油罐、主變壓器修理間、易燃易爆材料倉(cāng)庫(kù)等處均應(yīng)

11、裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置。主廠房（無鋼筋的磚木結(jié)構(gòu)廠房除外）主控制室和35kV及以下的戶內(nèi)配電裝置室一般不需設(shè)置直擊雷保護(hù)裝置，僅將其屋頂金屬結(jié)構(gòu)接地即可。 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置29避雷針按其結(jié)構(gòu)，可分為獨(dú)立避雷針和構(gòu)架避雷針兩種。 獨(dú)立避雷針。獨(dú)立避雷針與電氣設(shè)備的帶電部分、電氣設(shè)備的外殼、構(gòu)架和建筑物的接地部分之間的空間距離不小于5m，其接地裝置與被保護(hù)物的接地體之間的地中距離不小于3m，以防止避雷針落雷時(shí)造成對(duì)被保護(hù)物放電或被保護(hù)物接地裝置放電而引起反擊。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置30獨(dú)立避雷針的接地裝置一般是獨(dú)立的（即不與被保護(hù)物的接地體相連），其工頻接地電阻不應(yīng)大于10。當(dāng)不

12、能滿足要求時(shí)，其接地裝置可與主接地網(wǎng)相連接，但應(yīng)保證其與主接地網(wǎng)的連接點(diǎn)和35kV及以下設(shè)備的接地線入地點(diǎn)之間的沿接地體的長(zhǎng)度不小于15m，以避免避雷針上落雷時(shí)引起主接地網(wǎng)電位升高太多而造成反擊。獨(dú)立避雷針不應(yīng)設(shè)在人經(jīng)常通行的地方，應(yīng)距道路不小于3m。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置31構(gòu)架避雷針。對(duì)于土壤電阻率小于1000m地區(qū)的110kV及以上的配電裝置，為降低造價(jià)并簡(jiǎn)化布置，亦可將避雷針裝設(shè)在配電裝置的構(gòu)架上，成為構(gòu)架避雷針，其接地除了利用主接地網(wǎng)外，還應(yīng)在其附近裝設(shè)集中接地裝置。在變壓器的門型構(gòu)架上不得裝設(shè)避雷針（線），而且任何避雷針（線）的接地引下線入地點(diǎn)到變壓器接地線入地點(diǎn)沿接地體的

13、長(zhǎng)度不應(yīng)小于15m，以防止變壓器低壓繞組的絕緣遭到反擊而損壞。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置32電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備的絕緣會(huì)受到兩種過電壓的危害：一種是外部過電壓，即由雷擊所產(chǎn)生的過電壓；一種是內(nèi)部過電壓，即由于操作所產(chǎn)生的過電壓（如切除空載變壓器和電抗器、切除或投入空載線路）。如果外部或內(nèi)部過電壓的幅值超過了電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度允許值，絕緣將遭到損壞，并造成事故。10.2.2 避雷器10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置33為此必須采取保護(hù)措施，即在電氣設(shè)備上并聯(lián)保護(hù)裝置（如裝設(shè)保護(hù)間隙、管型避雷器或閥型避雷器），且令保護(hù)裝置的放電電壓低于電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度允許值，一旦出現(xiàn)過電壓時(shí)，保護(hù)裝置將先被擊穿，

14、從而保護(hù)了電氣設(shè)備。這些保護(hù)裝置在結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)是都有一個(gè)間隙元件（又叫火花間隙），空氣作為絕緣體的放電間隙。它們的放電電壓，由間隙元件的結(jié)構(gòu)決定。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置34電氣設(shè)備絕緣的耐壓水平和保護(hù)裝置的放電電壓，通常用伏秒特性曲線（電氣設(shè)備或保護(hù)裝置的擊穿電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線）來表示。因?yàn)榻^緣的擊穿具有隨機(jī)性，所以伏秒特性曲線具有上包線和下包線。保護(hù)裝置要能可靠地起到保護(hù)作用，其伏秒特性必須與被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性相配合，即保護(hù)裝置的伏秒特性的上限必須全部處于被保護(hù)設(shè)備伏秒特性的下限之下。 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置35圖10.5所示為伏秒特性配合的幾種情況，圖中曲線1表示被

15、保護(hù)設(shè)備的伏秒特性，曲線2表示保護(hù)設(shè)備（變壓器）的伏秒特性。圖10.5（a）中被保護(hù)設(shè)備的沖擊放電電壓未能完全低于變壓器的絕緣沖擊耐壓值，表明在某些沖擊電壓作用下，變壓器的絕緣將遭到損壞，保護(hù)裝置不能可靠地起到保護(hù)作用。圖10.5（b）中將保護(hù)裝置的伏秒特性下移（即縮小保護(hù)裝置間隙的距離），這樣雖然能在沖擊電壓作用下保護(hù)變壓器，但保護(hù)裝置的工頻放電電壓（在長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓作用下的放電電壓）也大大降低，容易在工頻電壓作用下發(fā)生誤動(dòng)作，故一般不采用。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置36圖10.5 伏秒特性的配合1被保護(hù)電氣設(shè)備的伏秒特性；2避雷器的伏秒特性； 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置37圖10.

16、5（c）抬高了變壓器的伏秒特性（即提高變壓器的絕緣水平），這樣會(huì)增加設(shè)備的造價(jià)。由于被保護(hù)設(shè)備的伏秒特性比較平穩(wěn)，為了與之相配合，最理想的辦法是使保護(hù)設(shè)備的伏秒特性盡量平緩。圖10.5（d），采用理想伏秒特性的保護(hù)裝置時(shí)，被保護(hù)設(shè)備（變壓器）在不提高絕緣水平的情況下即可得到可靠的保護(hù)，而在正常工頻電壓下，保護(hù)裝置也不致發(fā)生誤動(dòng)作。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置38圖10.5 伏秒特性的配合1被保護(hù)電氣設(shè)備的伏秒特性；2避雷器的伏秒特性；3理想避雷器伏秒特性 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置39電力系統(tǒng)中用得最多的保護(hù)裝置是避雷器。常用的避雷器有保護(hù)間隙、管型避雷器、閥型避雷器和金屬氧化鋅避雷器。

17、（1）保護(hù)間隙保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單的一種避雷器。它由兩個(gè)間隙組成，如圖10.6所示為3kV、6kV及10kV電網(wǎng)常用的角形保護(hù)間隙。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置40圖10.6 角形保護(hù)間隙 （a）結(jié)構(gòu)圖；（b）接線圖1主間隙；2輔助間隙；3瓷瓶；4設(shè)備； 5間隙 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置41為了使被保護(hù)設(shè)備得到可靠保護(hù)，間隙的伏秒特性上限低于被保護(hù)設(shè)備的絕緣的沖擊放電伏秒特性的下限，并有一定的安全裕度。當(dāng)雷電波侵入時(shí)，間隙先擊穿，工作母線接地，限制了被保護(hù)設(shè)備上電壓的升高。過電壓消失后，間隙中仍有工頻續(xù)流。保護(hù)間隙中的電極做成角形，是為了使工頻電弧在自身電動(dòng)力和熱氣流作用下易于上升并被拉長(zhǎng)

18、而自行熄滅。保護(hù)間隙的缺點(diǎn)是熄弧能力差；間隙間電場(chǎng)分布不均勻，并且裸露在大氣環(huán)境中，受氣象條件的影響大；同時(shí)保護(hù)間隙擊穿后將直接接地，動(dòng)作后將產(chǎn)生截波。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置42（2）管型避雷器管型避雷器的結(jié)構(gòu)如圖10.7所示。它由裝在產(chǎn)氣管1的內(nèi)部間隙S1和外部間隙S2構(gòu)成。其保護(hù)過程是在大氣過電壓的作用下，間隙S1和S2同時(shí)擊穿，沖擊波被截?cái)?。間隙擊穿后， 在電力系統(tǒng)工頻電壓的作用下，流過避雷器的短路電流為工頻續(xù)流。在工頻續(xù)流電弧的高溫作用下，使產(chǎn)氣管分解出大量的氣體，其中大部分均儲(chǔ)存于儲(chǔ)氣室中，使管中壓力升高。高壓的氣體急速地由其開口端5噴出，產(chǎn)生縱吹作用使電弧在工頻續(xù)流第一次過

19、流時(shí)熄滅，系統(tǒng)恢復(fù)至正常狀態(tài)。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置43圖10.7 管型避雷器1產(chǎn)氣管；2棒形電極；3環(huán)形電極；4工作母線；S1內(nèi)間隙；S2外間隙 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置44（3）閥型避雷器閥型避雷器分為普通閥型和磁吹閥型避雷器兩種，下面分別介紹兩種類型的閥型避雷器。普通閥型避雷器閥型避雷器的主要元件是火花間隙和非線性電阻兩大部分，兩者串聯(lián)疊裝在封閉的瓷套中。閥型避雷器的火花間隙由多個(gè)平板電極的單間隙相串聯(lián)，單個(gè)間隙的結(jié)構(gòu)如圖10.8所示。圖中上、下兩個(gè)圓形平板電極由黃銅制成，中間用0.51mm厚的云母墊隔開，形成火花間隙，單個(gè)間隙的工頻放電電壓為2.73.0kV（有效值）。1

20、0.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置45圖10.8 單個(gè)火花間隙1黃銅電極；2云母墊片；3間隙放電區(qū) 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置46這種間隙的放電伏秒特性平緩，分散性小，沖擊系數(shù)可以降低到1.1左右，與被保護(hù)的絕緣配合較容易。 多間隙串聯(lián)后的間隙形成一個(gè)等值電容鏈，由于各電極對(duì)地和對(duì)高壓端存在寄生電容，導(dǎo)致恢復(fù)電壓在各間隙間的電壓分布不均，影響了熄弧能力的充分發(fā)揮，故均在火花間隙上并聯(lián)一組均壓電阻，稱為分路電阻。若干個(gè)火花間隙串聯(lián)組成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組合件，如圖10.9所示。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置47 圖10.9 普通閥型避雷器火花間隙1單元火花間隙；2黃銅蓋板；3分路電阻；4次套筒 10.2 發(fā)

21、電廠的防雷保護(hù)裝置48閥型避雷器的限流電阻是由多個(gè)非線性電阻盤串聯(lián)疊加而成的，這種非線性電阻盤又稱閥片。閥片的作用是：當(dāng)雷電流通過時(shí)，閥片呈低阻抗，在閥片上的電壓（稱為殘壓）受到限制。當(dāng)工頻續(xù)流通過時(shí)，由于電壓較低，閥片呈高阻抗，因而限制了工頻續(xù)流，使工頻續(xù)流在第一次過零時(shí)熄滅。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置49閥型避雷器的工作原理為：在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，間隙將閥片電阻與工作母線分開，以免母線上的工作電壓在電阻閥片上產(chǎn)生的電流燒壞閥片。當(dāng)母線上出現(xiàn)過電壓且其幅值超過間隙放電電壓時(shí)，間隙擊穿，沖擊電流通過閥片流入大地。由于閥片的非線性特性，故在閥片上的壓降將得到限制，使其低于被保護(hù)設(shè)備的沖擊耐

22、壓，設(shè)備得到了保護(hù)。當(dāng)沖擊電壓消失時(shí)，間隙中由于工作電壓產(chǎn)生工頻電弧電流并仍將流過避雷器，但受到閥片非線性特性作用，此電流較沖擊電流小，從而在工頻續(xù)流第一次過零時(shí)就將電弧切斷，繼電保護(hù)來不及動(dòng)作系統(tǒng)就恢復(fù)正常。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置50磁吹閥型避雷器普通閥型避雷器依靠間隙的自然熄弧能力熄弧，故其滅弧性能不是很強(qiáng)，且閥片的通流能力有限。為了改進(jìn)閥型避雷器的保護(hù)性能，人們?cè)谄胀ㄩy型避雷器的基礎(chǔ)上發(fā)展了一種新的帶磁吹間隙的閥型避雷器，簡(jiǎn)稱磁吹避雷器。它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通閥型避雷器相似，主要區(qū)別在于采用了滅弧能力較強(qiáng)的磁吹火花間隙和通流能力較大的高溫閥片。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置

23、51磁吹火花間隙是利用磁場(chǎng)對(duì)電弧的電動(dòng)力，迫使間隙中的電弧加快運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或拉長(zhǎng)，使弧柱中去電離作用增強(qiáng)，從而大大提高滅弧能力。磁吹間隙種類很多，目前我國(guó)生產(chǎn)的主要是限流式間隙。其單個(gè)間隙的基本結(jié)構(gòu)如圖10.10所示，間隙由一對(duì)角狀電極組成，由工頻續(xù)流通過與間隙相串聯(lián)的線圈時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)是軸向的。因?yàn)榇糯甸g隙能切斷的工頻續(xù)流很大，所以磁吹避雷器采用通流能力較大的閥片電阻。這種閥片電阻是以SiC為原料，在高溫下（13501390）焙燒而成，所以稱高溫閥片。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置52圖10.10 限流式磁吹間隙1角狀電阻； 2滅弧盒；3并聯(lián)電阻；4滅弧刪 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置53（4

24、）氧化鋅避雷器復(fù)合外套氧化鋅避雷器是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新技術(shù)、新工藝和新材料的集成產(chǎn)品。氧化鋅避雷器（簡(jiǎn)稱CMOA）將氧化鋅電阻片的優(yōu)良性能與新型硅橡膠相組合，具有優(yōu)異的非線性、大的通流容量和持久的耐老化能力。它的關(guān)鍵元件是氧化鋅閥片，是以氧化鋅為主要原料，摻以各種金屬氧化物，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成，其結(jié)構(gòu)由氧化鋅晶粒及期間的晶介層所組成。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置54當(dāng)所加電壓較低時(shí)，近于絕緣狀態(tài)，電壓幾乎都加在晶界層上，流過避雷器的電流僅為微安級(jí)；而當(dāng)電壓增加時(shí)，其電阻率驟然下降呈低阻態(tài)，使流過避雷器的電流急劇增大，從而使被保護(hù)設(shè)備得到可靠保護(hù)。氧化鋅避雷器的伏安特性如 圖10.11所

25、示。10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置55圖 10.11 氧化鋅電阻片的伏安特性 10.2 發(fā)電廠的防雷保護(hù)裝置5610.3 接地技術(shù)與接地裝置10.3 接地技術(shù)與接地裝置57人體的不同部位，如手腳之間、兩手之間或兩腳之間受到電壓的作用，在人體內(nèi)產(chǎn)生電流，造成傷害，甚至危及生命安全，叫做觸電。電流對(duì)人體有兩種類型的傷害：電傷和電擊。電傷是指由于電流的熱效應(yīng)等對(duì)人體外部造成傷害，如電弧灼傷和電烙印等。電擊是指觸電時(shí)電流通過人體，對(duì)人體內(nèi)部器官造成傷害。 嚴(yán)重的電傷和電擊，都有致命的危險(xiǎn)，其中電擊的危險(xiǎn)性最大，一般死亡事故都是由電擊造成的。10.3.1 人體觸電10.3 接地技術(shù)與接地裝置58人觸電時(shí)

26、對(duì)人體的傷害程度，與通過人體的電流大小、電流的持續(xù)時(shí)間、電流通過的路徑、電流的頻率及人體的狀況等多種因素有關(guān)。在各種因素中，電流的大小與電流的持續(xù)時(shí)間是主要因素。電流愈大，通過的時(shí)間愈長(zhǎng)，對(duì)人的傷害程度愈嚴(yán)重。10.3 接地技術(shù)與接地裝置59根據(jù)相關(guān)研究數(shù)據(jù)，對(duì)于頻率為50Hz的交流電流，其電流在1016mA以上時(shí)，開始對(duì)人有危害，人觸電后便不能自主擺脫電源；當(dāng)超過50mA時(shí)，對(duì)人就有致命危險(xiǎn)。但決定電流大小的人體電阻有很大的變動(dòng)范圍，可從1500到幾萬歐不等，且與人的皮膚表面狀況、接觸面積、人的體質(zhì)等因素有關(guān)。在最惡劣的情況下人體電阻的最小值可達(dá)8001000，人體所接觸的電壓只要達(dá)到0.0

27、5（8001000）=4050(V)，就有致命危險(xiǎn)。10.3 接地技術(shù)與接地裝置60通常是人站在天然的導(dǎo)電地面上，手接觸帶電體而發(fā)生觸電。統(tǒng)計(jì)表明，多數(shù)觸電事故是由于直接接觸或接近電路的裸帶電部分而造成的；另外，約20%的事故是由于電氣設(shè)備的絕緣損壞，致使金屬外殼、基礎(chǔ)構(gòu)架等發(fā)生非正常帶電而引發(fā)的。前一類稱之為直接觸電，防止這類觸電的辦法是采用電氣隔離，并且正確地執(zhí)行電氣設(shè)備安全運(yùn)行的組織措施和技術(shù)措施；后一類稱為間接觸電，除了加強(qiáng)絕緣的定期監(jiān)測(cè)和維修，另一種辦法就是采用接地保護(hù)。絕緣損壞并不都是由于外部原因引發(fā)的偶然現(xiàn)象。任何絕緣的老化都是必然的，而老化的絕緣便隨時(shí)可出現(xiàn)絕緣故障。10.3

28、接地技術(shù)與接地裝置61所謂接地，即將電氣設(shè)備的某些金屬部分用導(dǎo)體（接地線）與埋設(shè)在土壤中的金屬導(dǎo)體（接地體）相連接，并與大地做可靠的電氣連接，從而使接地點(diǎn)對(duì)地保持盡可能低的電位。按照接地的作用不同，電氣裝置的接地主要有工作接地、保護(hù)接地、防雷接地三種。10.3.2 接地裝置的作用及分類10.3 接地技術(shù)與接地裝置62（1）工作接地：為了保證電氣設(shè)備在正常和事故情況排除故障下都能可靠地工作而進(jìn)行的接地，叫做工作接地。（2）保護(hù)接地：電氣設(shè)備的帶電導(dǎo)體和操作工具的絕緣損壞，有可能使電氣設(shè)備的金屬外殼、鋼筋混凝土桿和金屬桿塔等帶電，為了防止其危及人身安全而進(jìn)行的接地，稱為保護(hù)接地。（3）防雷接地：防

29、雷接地指為雷電保護(hù)裝置向大地泄放雷電流而設(shè)的接地，如避雷針、避雷線和避雷器的接地就是防雷接地。10.3 接地技術(shù)與接地裝置63 保護(hù)接地的作用所謂保護(hù)接地，就是在中性點(diǎn)不接地的低壓系統(tǒng)中，在正常情況下將電氣設(shè)備不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接。當(dāng)電氣設(shè)備未作保護(hù)接地時(shí)，當(dāng)電氣設(shè)備某相絕緣損壞，使設(shè)備的金屬外殼帶電，人體一旦接觸設(shè)備，即與故障相的對(duì)地電壓接觸，這對(duì)人體是非常危險(xiǎn)的,如圖10.12（a）所示；采用保護(hù)接地后，當(dāng)電氣設(shè)備某相絕緣損壞時(shí)，故障電流如圖10.12（b）所示。10.3.3 人工定額的編制10.3 接地技術(shù)與接地裝置64圖10.12 保護(hù)接地的作用（a）無保護(hù)接地

30、；（b）有保護(hù)接地；（c）有保護(hù)接地人體碰殼 10.3 接地技術(shù)與接地裝置65當(dāng)金屬外殼等有保護(hù)接地時(shí),設(shè)備外殼上的對(duì)地電壓UM為： 式中I單相接地電流。 R接地裝置的電阻。當(dāng)人觸及設(shè)備外殼時(shí)，接地電流將沿著接地體和人體兩條通路流過，如圖10.11（c）所示，此時(shí)通過人體的電流Im為： 式中Rm人體電阻，一般為1000左右。（10.4） （10.3） 10.3 接地技術(shù)與接地裝置66因?yàn)镽一般為410，加之線路對(duì)地分布電容的容抗較大，因此，流經(jīng)人體的電流極小，從而保護(hù)了人身安全。為了保證流經(jīng)人體的電流在安全電流值以下，必須使RRm。安全電流的取值一般為：交流電流33mA，直流電流50mA。顯然

31、，在中性點(diǎn)不接地的系統(tǒng)中，不采取保護(hù)接地是很危險(xiǎn)的。10.3 接地技術(shù)與接地裝置67處于相電壓下的金屬外殼對(duì)人體的安全構(gòu)成的威脅還與系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式有關(guān)。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)或經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中，通過觸電者的電流將是單相接地的電容性電流（或過補(bǔ)償感性電流），其數(shù)值以安培計(jì)，會(huì)對(duì)人構(gòu)成威脅；在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中，加在觸電者身上的電壓是相電壓，若在高壓系統(tǒng)中將導(dǎo)致人體迅速被燒毀。10.3 接地技術(shù)與接地裝置68此外，故障時(shí)帶電設(shè)備外殼的對(duì)地電壓等于接地電流與電阻的乘積，接地電阻越小，外殼對(duì)地電壓就越低，其數(shù)值若低于安全電壓就可以保證人身的安全。采用保護(hù)接地是通過限制帶電外殼對(duì)地電壓或減小通過

32、人體的電流來達(dá)到保證人身安全的目的。適當(dāng)選擇接地裝置的接地電阻R，就可以保證人身的安全。10.3 接地技術(shù)與接地裝置69 接地電阻、接觸電壓和跨步電壓電工中的 “地” 是指地中不受入地電流的影響而保持著零電位的土地。將電氣設(shè)備導(dǎo)電部分和非導(dǎo)電部分的某一點(diǎn)通過導(dǎo)體與大地進(jìn)行人為連接，使設(shè)備與大地保持等電位的方法，稱為接地。10.3 接地技術(shù)與接地裝置70圖10.13 接地裝置原理圖UM接地點(diǎn)電位；I接地電流；Uj接觸電壓；Uk跨步電壓10.3 接地技術(shù)與接地裝置71當(dāng)接地點(diǎn)有電流注入時(shí)，該點(diǎn)相當(dāng)于無窮遠(yuǎn)處有確切的電壓升高。把接地點(diǎn)處的電位UM與接地電流I的比值定義為該點(diǎn)的接地電阻 R，即： R=

33、UM /I （10.5）當(dāng)接地電流一定時(shí)，接地電阻R越小，則電位UM越低，反之越高。此時(shí)地面上的接地體也具有了電位UM，不利于電氣設(shè)備的絕緣及人身安全，因此需要降低接地電阻值。接地裝置的接地電阻，等于接地線、接地體和電流散流所遇到的全部電阻之和。 10.3 接地技術(shù)與接地裝置72在發(fā)生接地故障時(shí)，位于分布電場(chǎng)內(nèi)的人體受到的電壓有接觸電壓和跨步電壓兩種。當(dāng)人站在設(shè)備的附近地面，用手觸及到設(shè)備的外殼時(shí)，加于人手與腳之間的電壓，稱為接觸電壓Uj，此電壓通常是指人站在離設(shè)備水平距離0.8m處，手觸到設(shè)備外殼離地面垂直距離1.8m處所受到的電壓，即： Uj= UM-U （10.6）式中U 觸電者站立處的

34、電壓。10.3 接地技術(shù)與接地裝置73當(dāng)人在分布電壓區(qū)域內(nèi)行走時(shí)，兩腳之間所承受的電壓，稱為跨步電壓。人的步距一般按0.8m計(jì)算，則地面水平距離為0.8m的兩點(diǎn)間的電位差Uk（即跨步電壓）為： Uk=U1-U2 （10.7）式中U1、U2 兩腳落點(diǎn)的地面電位。10.3 接地技術(shù)與接地裝置74 保護(hù)接零的作用在中性點(diǎn)直接接地的380/220V三相四線制電網(wǎng)中，為了保證人身安全，常采用保護(hù)接零。所謂保護(hù)接零（又稱接零保護(hù)）就是在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分與零線作良好的金屬連接，如圖10.14所示。 10.3.4 保護(hù)接零10.3 接地技術(shù)與接地裝置75圖10.14 保

35、護(hù)接零 10.3 接地技術(shù)與接地裝置76 零線的重復(fù)接地需要指出的是，在接零系統(tǒng)中，沒有重復(fù)接地是不行的。如圖10.15（a）所示，如果零線沒有重復(fù)接地，一但出現(xiàn)了零線斷線，當(dāng)斷線處后面的電氣裝置發(fā)生了帶電部分碰殼事故時(shí)，就會(huì)使斷線處后的其他設(shè)備外殼帶電，會(huì)造成人體觸電或其他電氣事故。有重復(fù)接地時(shí)，如圖10.15（b）所示，在斷線處前電動(dòng)機(jī)外殼上的電壓接近于零值，斷線處后的電動(dòng)機(jī)其保護(hù)方式變成保護(hù)接地，其外殼上的電壓降低，所以提高了保護(hù)接零的安全性。10.3 接地技術(shù)與接地裝置77圖 10.15零線的重復(fù)接地（a） 沒有重復(fù)接地；（b）零線重復(fù)接地 10.3 接地技術(shù)與接地裝置7810.4接地

36、裝置的要求及敷設(shè)10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)79電氣設(shè)備需要接地的部分與大地的連接是靠接地裝置來實(shí)現(xiàn)的，它由接地體和接地引線組成。接地體有人工接地體和自然接地體兩大類。人工接地體指專門為接地需要而在地中埋設(shè)的接地體，有垂直和水平兩種敷設(shè)方式。 10.4.1 接地系統(tǒng)的構(gòu)成10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)80垂直接地體常用圓鋼或角鋼垂直打入地中凍土層以下，以使接地電阻不致由于冬季土壤表面凍結(jié)和夏季水分蒸發(fā)而引起很大的變動(dòng)。水平接地體一般用圓鋼或扁鋼在地中水平敷設(shè)，深度一般為0.60.8m。 自然接地體是指利用埋設(shè)在水下或地中的各種金屬部件構(gòu)成接地體，如混凝土中埋設(shè)的鋼管、鋼筋混凝土基礎(chǔ)、軌道、各

37、種地下金屬管道等。電氣設(shè)備的接地部分與接地體連接用的金屬導(dǎo)體稱為接地引線。接地引線也有可能是天然的，如建筑物墻壁中的鋼筋等。 10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)81 必須接地或接零的部分（1）電機(jī)、變壓器、開關(guān)電器、耦合電容器、電抗器和照明器具以及工、器具等的底座及外殼。（2）金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備（GIS）的接地端子。（3）發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)柜外殼、發(fā)電機(jī)出線柜和大電流封閉母線外殼等。（4）電氣設(shè)備的傳動(dòng)裝置。10.4.2 電氣裝置中必須接地和不接地的部分10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)82（5）互感器的二次繞組。（6）配電、控制、保護(hù)用的屏（箱、柜）及操作臺(tái)等的金屬柜架。（7）屋內(nèi)、外配電裝置的金屬

38、架構(gòu)和鋼筋混凝土架構(gòu)及靠近帶電部分的金屬圍欄。（8）交、直流電力電纜接線盒、終端盒的外殼、電纜的外皮和穿線的鋼管等。（9）裝有避雷線的電力線路的桿塔。（10）在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無避雷線的小接地短路電流架空電力線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)83（11）裝在配電線路上的開關(guān)電器、電容器等電力設(shè)備的底座及外殼。（12）鎧裝控制電纜的外皮、非鎧裝或非金屬護(hù)套電纜的12根屏蔽芯線。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)84 不需接地或接零的部分（1）在木質(zhì)、瀝青等不良導(dǎo)體地面的干燥房間內(nèi)，交流額定電壓380V及以下、直流額定電壓440V及以下的電力設(shè)備外殼，但有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)

39、所除外。（2）在干燥場(chǎng)所，交流額定電壓127V及以下、直流額定電壓110V及以下的電力設(shè)備外殼，但有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所除外。（3）安裝在配電盤、控制臺(tái)和配電裝置間隔墻壁上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器和其他低壓電器的外殼，以及當(dāng)發(fā)生絕緣損壞時(shí)，在支持物上會(huì)引起危險(xiǎn)電壓的絕緣子金屬底座等。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)85（4）安裝在已接地的金屬架構(gòu)上的設(shè)備（應(yīng)保證電氣接觸良好），如套管等，但有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所除外。（5）額定電壓220V及以下的蓄電池室內(nèi)支架。（6）與已接地的機(jī)床底座之間有可靠電氣接觸的電動(dòng)機(jī)和電器的外殼，但有爆炸危險(xiǎn)的場(chǎng)所除外。（7） 由發(fā)電廠、變電站和工業(yè)企業(yè)區(qū)域內(nèi)引出的鐵路軌道，但運(yùn)送

40、易燃易爆物的鐵路軌道除外。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)86當(dāng)不同電壓等級(jí)的電氣設(shè)備共用一個(gè)接地裝置時(shí)，接地電阻應(yīng)為其要求的最小值。為保證接地電阻的可靠性，接地電阻值應(yīng)在流過短路電流時(shí)，一年四季都能滿足要求。在設(shè)計(jì)接地裝置時(shí)應(yīng)考慮到接地極的發(fā)熱、腐蝕以及季節(jié)變化的影響。防雷裝置的接地電阻只需考慮雷雨季節(jié)中土壤干燥狀態(tài)的影響。10.4.3 對(duì)接地電阻的要求10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)87在電力系統(tǒng)中，由于接地性質(zhì)和接地方式不同，所要求的接地電阻值也不同，一般以允許對(duì)地電壓值和單相接地短路電流來確定。對(duì)接地電阻值的規(guī)定如下：（1）低壓電力系統(tǒng)電氣裝置的接地電阻： 配電變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)的工作接地

41、電阻一般不應(yīng)大于4，但當(dāng)變壓器容量不大于100kVA時(shí)，工作接地可不大于10。非電能計(jì)量的電流互感器的工作接地電阻，一般可不大于10。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)88 保護(hù)接地電阻值一般不應(yīng)大于4，但當(dāng)配電變壓器容量不超過100kVA時(shí)，保護(hù)接地電阻可不大于10。在高土壤電阻率地區(qū)的接地電阻不大于30。 中性點(diǎn)直接接地的低壓電力網(wǎng)中，采用保護(hù)接零時(shí)應(yīng)將零線重復(fù)接地，且接地電阻值不應(yīng)大于10。但當(dāng)變壓器容量不大于100kVA且重復(fù)接地點(diǎn)不少于三處時(shí)，允許接地電阻不大于30。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)89（2）高壓電力系統(tǒng)電氣裝置的接地電阻： 在小接地短路電流系統(tǒng)中，如果高壓與低壓設(shè)備共用接

42、地裝置，則漏電時(shí)設(shè)備對(duì)地電壓不應(yīng)超過120V，因此要求接地電阻R120/I，但不應(yīng)大于4；當(dāng)變壓器容量不超過100kVA時(shí)，接地電阻不宜大于10。 在小接地短路電流系統(tǒng)中，如果高壓設(shè)備采用獨(dú)立的接地裝置，則漏電時(shí)設(shè)備對(duì)地電壓不應(yīng)超過250V，因此要求接地電阻R250/I，但不宜大于10。其中R為考慮到季節(jié)變化的最大接地電阻（）；I為計(jì)算用的接地電流（A）。 在大接地短路電流系統(tǒng)中，一般地，當(dāng)I4000A時(shí)，接地裝置的接地電阻應(yīng)符合R2000/I；當(dāng)I4000A時(shí)，接地電阻應(yīng)不大于0.5。其中，I為計(jì)算用的接地短路電流。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)90（3）獨(dú)立避雷針的接地電阻，在土壤電阻率不

43、大于500m的地區(qū)不應(yīng)大于10。（4）發(fā)電廠和變電站有爆炸危險(xiǎn)且爆炸后可能危及主設(shè)備或嚴(yán)重影響發(fā)、供電的建筑物，防雷電感應(yīng)的接地電阻不應(yīng)大于30。（5）發(fā)電廠的易燃油和天然氣設(shè)施防靜電接地的接地電阻不應(yīng)大于30。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)91 接地裝置的布置按接地裝置布置方式的不同，接地體分為外引式接地體和環(huán)路式接地體兩種，接地線分為接地干線和接地支線兩種,如圖10.16所示。人工接地裝置的布置，應(yīng)使接地裝置附近的電位分布盡可能地均勻，盡量降低接觸電壓和跨步電壓，以保證人身安全。如接觸電壓和跨步電壓超過規(guī)定值時(shí)，應(yīng)采取措施保證人員安全。敷設(shè)接地體時(shí)，可以成排布置，也可以環(huán)形或放射形布置。1

44、0.4.4 接地裝置的敷設(shè)10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)92圖10.16 接地裝置示意圖1-接地體；2-接地干線；3-接地支線；4-電氣設(shè)備 10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)93 接地裝置的敷設(shè)（1）垂直接地體不宜少于兩根。為減少相鄰接地體的屏蔽作用，每根垂直接地體的長(zhǎng)度不宜小于2.0m，間距不宜小于其長(zhǎng)度的兩倍；水平接地線相互間距不宜小于5.0m，水平接地體的間距不宜小于5m。接地體埋深不應(yīng)小于0.6m。（2）接地體與建筑物之間的距離不應(yīng)小于3m，與獨(dú)立避雷針的接地體之間的距離不應(yīng)小于5m。10.4 接地裝置的要求及敷設(shè)94（3）環(huán)形接地網(wǎng)之間的相互連接干線不應(yīng)少于兩根，接地干線至少應(yīng)在兩點(diǎn)與地網(wǎng)相連接。對(duì)大電流接地系統(tǒng)的發(fā)電廠和變電站，各主要部分接地網(wǎng)之間宜采用多根連接。為了確保接地的可靠性，自然接地體至少應(yīng)在兩點(diǎn)與接地干線相連接。（4）接地線沿建筑物墻壁水平敷設(shè)時(shí)，離地面宜保持250300mm的距離，接地線與建筑物墻壁間應(yīng)有1015mm的間隙。（5）接地線應(yīng)防止發(fā)生機(jī)械損傷和化學(xué)腐蝕。鋼制接地裝置最好采