電器知識地第8講課件

1、第8章 防雷、接地和電氣安全 8.1 過電壓與防雷設備 8.2 建筑物防雷的分級及保護措施 8.3 電氣裝置接地 8.4 電氣安全與觸電急救8.1 過電壓與防雷設備 一、 過電壓及雷電的有關概念 雷電與過電壓防雷就是防御過電壓，過電壓是指電氣設備或線路上出現(xiàn)超過正常工作要求的電壓升高。在電力系統(tǒng)中，按照過電壓產(chǎn)生的原因不同，可分為內(nèi)部過電壓和雷電過電壓兩大類。（1） 內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓（又稱操作過電壓），指供配電系統(tǒng)內(nèi)部由于開關操作、參數(shù)不利組合、單相接地等原因，使電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在其過渡過程中引起的過電壓。內(nèi)部過電壓又可分為操作過電壓和諧振過電壓。操作過電壓是由于系統(tǒng)內(nèi)部開

2、關操作導致的負荷驟變，或由于短路等原因出現(xiàn)斷續(xù)性電弧而引起的過電壓。諧振過電壓是由于系統(tǒng)中參數(shù)不利組合導致諧振而引起的過電壓。（2） 雷電過電壓雷電過電壓又稱大氣過電壓或外部過電壓，是指雷云放電現(xiàn)象在電力網(wǎng)中引起的過電壓。雷電過電壓一般分為直擊雷、間接雷擊和雷電侵入波三種類型。 1） 直擊雷 是遭受直擊雷擊時產(chǎn)生的過電壓。經(jīng)驗表明，直擊雷擊時雷電流可高達幾百千安，雷電電壓可達幾百萬伏。遭受直擊雷擊時均難免災難性結果。因此必須采取防御措施。 2） 間接雷擊，又簡稱感應雷，是雷電對設備、線路或其它物體的靜電感應或電磁感應所引起的過電壓。3）雷電侵入波 是感應雷的另一種表現(xiàn)，是由于直擊雷或感應雷在電

3、力線路的附近、地面或桿塔頂點，從而在導線上感應產(chǎn)生的沖擊電壓波，它沿著導線以光速向兩側流動，故又稱為過電壓行波。行波沿著電力線路侵入變配電所或其他建筑物，并在變壓器內(nèi)部引起行波反射，產(chǎn)生很高的過電壓。據(jù)統(tǒng)計，雷電侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的50%70%。二 雷電的有關概念1 雷電流幅值和陡度 雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流，如圖8-1所示。成半余弦波形的雷電波可分為波頭和波尾兩部分，一般在主放電階段14s內(nèi)即可達到雷電流幅值。雷電流從0上升到幅值的波形部分，稱為波頭；雷電流從下降到1/2的波形部分，稱為波尾。 圖 8-1 雷電流波形示意圖 2 年平均雷暴日數(shù) 凡有雷電活

4、動的日子，包括見到閃電和聽到雷聲，由當?shù)貧庀笈_統(tǒng)計的，多年雷暴日的年平均值稱為年平均雷暴日數(shù)。年平均雷暴日數(shù)不超過15天的地區(qū)稱為少雷區(qū)，多于40天的地區(qū)稱為多雷區(qū)。3 年預計雷擊次數(shù) 這是表征建筑物可能遭受雷擊的一個頻率參數(shù)。按下式計算： (8-1) 避雷針結構示意圖1- 避雷針2- 引下線 3- 接地裝置 避雷器裝置示意圖1- 架空線路 2-避雷器 3-接地體4- 電力變壓器（一） 接閃器 接閃器是專門用來接受直擊雷的金屬物體。接閃的金屬桿稱為避雷針；接閃的金屬線稱為避雷線，或稱為架空地線；接閃的金屬帶、網(wǎng)稱為避雷帶、避雷網(wǎng)。1）避雷針避雷針一般采用鍍鋅圓鋼（針長1m以下時，直徑不小于12

5、mm；針長12m時，直徑不小于16mm），或鍍鋅鋼管（針長1m以下時，直徑不小于20mm，針長12m時，直徑不小于25mm）制成。它通常安裝在電桿、構架或建筑物上。它的下端通過引下線與接地裝置可靠連接。避雷針的功能實質是引雷作用。它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場（該附加電場是由于雷云對避雷針產(chǎn)生靜電感應引起的），使雷電場畸變，從而改變雷云放電的通道。雷云經(jīng)避雷針、引下線和接地裝置，泄放到大地中去，使被保護物免受直擊雷擊。單支避雷針的保護范圍可按以下方法計算：當避雷針高度hhr時1）在距地面高度處做一條平行于地面的平行線。 2）以避雷針的頂尖為圓心，hr為半徑，做弧線交于平行線于A，B兩點。3）以A

6、，B為圓心，hr為半徑，該弧線與地面相切，與針尖相交。此弧線與地面構成的整個錐形空間就是避雷針的保護區(qū)域。 4）避雷針在距地面高度的平面上的保護半徑，按下式計算(8-2) 式中，hr為滾球半徑；hx為離地高度；h為避雷針高度；rx為離地高度為hx時所能保護的半徑。 5）避雷針在地面的保護半徑r0（相當于上式中hx=0時）：【例8.1】某廠一座30m高的水塔旁邊，建有一水泵房（屬三類防雷建筑物），尺寸如圖 所示。水塔上面裝有2m高的避雷針。試問此避雷針能否保護這一水泵房？【解】查表8-1知滾球半徑為hr=60m，而h=30m+2m=32m，hx=8m，因此得保護半徑 現(xiàn)水泵房在hx=8m高度上，

7、最遠一角距離避雷針的水平距離為可見水塔上的避雷針完全能保護這一水泵房。 2）避雷線 避雷線一般用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼鉸線，架設在架空線或建筑物的上面，以保護架空線或建筑物免遭直擊雷擊。由于避雷線既是架空的又是接地的，也稱為架空地線。 3）避雷網(wǎng)和避雷帶 避雷網(wǎng)和避雷帶主要用來保護高層建筑物免遭直擊雷擊和感應雷擊。 避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼和扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑不小于9mm，扁鋼截面不小于49mm2，其厚度不小于4mm。當煙囪上采用避雷環(huán)時，其圓鋼直徑不小于12mm，扁鋼截面不小于100mm2，其厚度不小于4mm。避雷網(wǎng)的網(wǎng)絡尺寸要求應符合表9-1的規(guī)定。 （二） 避雷器 避雷器

8、是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內(nèi)，以免危及被保護設備的絕緣，如圖8-5所示。 避雷器主要有閥式避雷器、排氣式避雷器、保護間歇和金屬氧化物避雷器等幾種。 當線路上出現(xiàn)危及設備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙就被擊穿，或由高阻變?yōu)榈妥瑁惯^電壓對大地放電，從而保護了設備的絕緣。 1、閥式避雷器 閥式避雷器由火花間隙和閥片組成，裝在密封的瓷套管內(nèi)?；鸹ㄩg隙用銅片沖制而成，每對間隙用云母墊圈隔開，在雷電過電壓作用下，火花間隙被擊穿放電。閥片具有非線性特性，正常電壓下其電阻很大，而過電壓下其電阻就變得很小，如右圖所示。 閥式避雷器的組成部件及特性 a)單元火花間隙 b)閥

9、片 c)閥電阻特性曲線 閥式避雷器還有一種磁吹磁式避雷器，內(nèi)部附有磁吹裝置來加速火花間隙中電弧的熄滅，從而可進一步降低殘壓。它專用來保護重要的或絕緣較為薄弱的設備。 2、排氣式避雷器 排氣式避雷器 通稱管型避雷器。它由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙等三部分組成，如圖所示。 1產(chǎn)氣管，2內(nèi)部電極，3外部電極，s1內(nèi)部間隙，s2外部間隙 排氣式避雷器具有簡單經(jīng)濟、殘壓很小的優(yōu)點，但它動作時有電弧和氣體從管中噴出，因此它只適于室外架空場所，主要是架空線路上。 3、保護間隙 保護間隙又稱角型避雷器或羊角避雷器，結構簡單，維修方便，但保護性能較差，保護間隙只用于室外且負荷不重要的線路上。 a)雙支柱瓷瓶單間

10、隙 b)單支柱瓷瓶單間隙 C)雙支柱瓷瓶雙間隙 4、金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器最常見的一種是無火花間隙只有壓敏電阻片的避雷器。壓敏電阻片具有理想的閥電阻特性。另一種是有火花間隙、且有金屬氧化物電阻片的避雷器，其結構與普通閥式避雷器類似，比普通閥式避雷器更優(yōu)異的保護性能，是更新?lián)Q代產(chǎn)品。 一、工業(yè)建筑物的防雷分類 1、第一類工業(yè)建筑物 建筑物中制造、使用或貯存大量爆炸物質 工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的漏天鋼質密閉氣罐 2、第二類工業(yè)建筑物 建筑物中制造、使用或貯存大量爆炸物質，但電火花不易引起爆炸 或不至于造成巨大破壞和人身傷亡者。 有爆炸危險的場所 雷擊次數(shù)較多，或雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)影響嚴重

11、3、第三類工業(yè)建筑物 雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)有影響 歷史上雷害事故較多的地區(qū)建筑物8.2 建筑物防雷的分級及保護措施 8.3 電氣裝置接地 一、 接地有關概念 1.接地和接地裝置 電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體或接地極。 專門為接地而人為裝設的接地體，稱為人工接地體。兼作接地體用的直接與大地接觸的各種金屬構件、金屬管道及建筑物的鋼筋混凝土基礎等，稱為自然接地體。1接地體，2接地干線，3接地支線，4電氣設備 接地線與接地體的組合，稱為接地裝置。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)，如右圖所示。 2、接地電流

12、和對地電壓 當電氣設備發(fā)生接地故障時，電流就通過接地體向大地作半球形散開，稱為接地電流。 在距單根接地體或接地故障點約20m的地方，散流電阻已趨近于零，即其電位趨近于零，稱為電氣上的“地”或“大地”。 電氣設備的接地部分，如接地的外殼和接地體等，與零電位的“地”之間的電位差，就稱為接地部分的對地電壓。 二、降低接地電阻的措施 接地電阻是指接地體電阻、接地線電阻和土壤流散電阻三部分之和。其中主要是土壤流散電阻。接地電阻的數(shù)值等于接地裝置對地電壓與通過接地體流入地中電流的比值。 流散電阻與土壤的電阻有直接關系。土壤電阻率愈低，流散電阻也就愈低，接地電阻就愈小。 常用的方法如下：(1) 對土壤進行混

13、合或浸漬處理(2) 改換接地體周圍部分土壤(3) 增加接地體埋設深度(4) 外引式接地三 接地電阻的測量 測量接地電阻的方法很多，有電流表電壓表測量法和專用儀器測量法。(1) 用電流表電壓表測量接地電阻，如圖8.25所示。 (2) 用接地電阻測量儀測量接地電阻接地電阻測量儀又叫接地搖表。圖8.26是ZC8型接地搖表外形。用此接地搖表測量接地電阻的方法如下： 按圖8.26所示接線圖接線。 用儀表所附的導線分別將 E、P、C連接到儀表相應的端子E、P、C上。 將儀表放置水平位置，調整零指示器，使零指示器指針指到中心線上。 將“倍率標度”置于最大倍數(shù)，慢慢轉動發(fā)電機的手柄，同時旋動“測量標度盤”，使

14、零指示器的指針指于中心線。 如果“測量標度盤”的讀數(shù)小于1時，應將“倍率標度”置于較小倍數(shù)，然后再重新測量。 當指針完全平衡指在中心線上后，將此時“測量標度盤”的讀數(shù)乘以倍率標度，即為所測的接地電阻值。 8.4 電氣安全與觸電急救 隨著電能應用的不斷拓展,以電能為介質的各種電氣設備廣泛進入企業(yè)、社會和家庭生活中，與此同時，使用電氣所帶來的不安全事故也不斷發(fā)生。為了實現(xiàn)電氣安全，對電網(wǎng)本身的安全進行保護的同時，更要重視用電的安全問題。因此，學習安全用電基本知識，掌握常規(guī)觸電防護技術，這是保證用電安全的有效途徑。一 電氣危害的種類電氣危害有兩個方面：一方面是對系統(tǒng)自身的危害，如短路、過電壓、絕緣老

15、化等；另一方面是對用電設備、環(huán)境和人員的危害，如觸電、電氣火災、電壓異常升高造成用電設備損壞等，其中尤以觸電和電氣火災危害最為嚴重。觸電它可直接導致人員傷殘、死亡，或引發(fā)墜落等二次事故致人傷亡。電氣火災是近20年來在我國迅速蔓延的一種電氣災害，我國電氣火災在火災總數(shù)中所占的比例已達30左右。另外，在有些場合，靜電產(chǎn)生的危害也不能忽視，它是電氣火災的原因之一，對電子設備的危害也很大。觸電又分為電擊和電傷。 電擊指電流通過人體內(nèi)部，造成人體內(nèi)部組織、器官損壞，以至死亡的一種現(xiàn)象。電擊在人體內(nèi)部，人體表皮往往不留痕跡。 電傷指是由電流的熱效應、化學效應等對人體造成的傷害。對人體外部組織造成的局部傷害

16、，而且往往在肌體上留下傷疤。二、電對人體的危害因素電危及人體生命安全的直接因素是電流，而不是電壓，而且電流對人體的電擊傷害的嚴重程度與通過人體的電流大小、頻率、持續(xù)時間、流經(jīng)途徑和人體的健康情況有關。其主要因素分述如下：1.電流的大小 一般認為30毫安以下是安全電流。2.人體電阻抗和安全電壓 據(jù)測量，人體表皮0.050.2毫米厚的角質層電阻抗最大，約為100010000歐，但是，若皮膚潮濕、出汗、有損傷或帶有導電性粉塵，人體電阻會下降到800-1000歐。所以在考慮電氣安全問題時，人體的電阻只能按800-1000歐計算。安全電壓是指人體不戴任何防護設備時,觸及帶電體不受電擊或電傷。一般可參考下

17、列數(shù)值：遂道、人防工程手持燈具和局部照明應采用36V安全電壓；潮濕和易觸及帶電體的場所的照明，電源電壓應不大于24V；特別潮濕的場所、導電良好的地面、鍋爐或金屬容器內(nèi)使用的照明燈具應采用12V。3.觸電時間 人的心臟在每一收縮擴張周期中間，約有0.10.2秒稱為易損傷期。當電流在這一瞬間通過時，引起心室顫動的可能性最大，危險性也最大。4.電流途徑 電流途徑從人體的左手到右手、左手到腳，右手到腳等等，其中電流經(jīng)左手到腳的流通是最不利的一種情況，因為這一通道的電流最易損傷心臟。5.電流頻率 電流頻率不同，對人體傷害也不同。據(jù)測試，15100HZ的交流電流對人體的傷害最嚴重。6.人體狀況 人體不同，

18、對電流的敏感程度也不一樣，一般地說，兒童較成年人敏感,女性較男性敏感?；加行呐K病者，觸電后的死亡可能性就更大。三、 觸電方式按照人體觸及帶電體的方式和電流通過人體的途徑，觸電可分為以下三種情況：1. 單相觸電單相觸電是指人體在地面或其他接地導體上，人體某一部分觸及一相帶電體的觸電事故。大部分觸電事故都是單相觸電事故。單相觸電的危險程度與電網(wǎng)運行方式有關。上圖為電源中性點接地運行方式時，單相的觸電電流途徑。下圖為中性點不接地的單相觸電情況。一般情況下，接地電網(wǎng)里的單相觸電比不接地電網(wǎng)里的危險性大。2.兩相觸電。兩相觸電是指人體兩處同時觸及兩相帶電體的觸電事故。其危險性一般是比較大的。 3跨步電壓

19、觸電。當帶電體接地有電流流入地下時，電流在接地點周圍土壤中產(chǎn)生電壓降。人在接地點周圍，兩腳之間出現(xiàn)的電壓，即跨步電壓。由此引起的觸電事故叫跨步電壓觸電，見圖。高壓故障接地處，或有大電流流過的接地裝置附近都可能出現(xiàn)較高的跨步電壓。離接地點越近、兩腳距離越大，跨步電壓值就越大。一般10米以外就沒有危險。四、觸電急救 現(xiàn)場急救對搶救觸電者是非常重要的，因為人觸電后不一定立即死亡，而往往是“假死”狀態(tài)，如現(xiàn)場搶救及時，方法得當，呈“假死”狀態(tài)的人就可以獲救。 據(jù)國外資料記載，觸電后1分鐘開始救治者，90有良好效果；觸電后6分鐘救治者，10有良好效果；觸電后12分鐘開始救治者，救活的可能性就很小。 1.

20、 解脫電源 發(fā)現(xiàn)有人觸電時，首先是盡快使觸電人脫離電源，這是實施其它急救措施的前提。解脫電源的方法有： (1)如果電源的閘刀開關就在附近，應迅速拉開開關。一般的電燈開關、拉線開關只控制單線，而且不一定控制的是相線(俗稱火線)，所以拉開這種開關并不保險，還應該拉開閘刀開關。 (2)如閘刀開關距離觸電地點很遠，則應迅速用絕緣良好的電工鉗或有干燥木把的利器(如刀、斧、掀等)把電線砍斷(砍斷后，有電的一頭應妥善處理，防止又有人觸電)，或用干燥的木棒、竹竿、木條等物迅速將電線撥離觸電者。拔線時應特別注意安全、能撥的不要挑，以防電線甩在別人身上。 (3)若現(xiàn)場附近無任何合適的絕緣物可利用，而觸電人的衣服又

21、是干的，則救護人員可用包有干燥毛巾或衣服的一只手去拉觸電者的衣服，使其脫離電源。若救護人員未穿鞋或穿濕鞋，則不宜采用這樣辦法搶救。以上搶救辦法不適用于高壓觸電情況，遇有高壓觸電應及時通知有關部門拉掉高壓電源開關。 2. 對癥救治 當觸電人脫離了電源以后，應迅速根據(jù)具體情況作對癥救治，同時向醫(yī)務部門呼救。 (1)如果觸電人的傷害情況并不嚴重，神志還清醒，只是有些心慌，四肢發(fā)麻、全身無力或雖曾一度昏迷，但未失去知覺，只要使之就地安靜休息12小時，不要走動，并作仔細觀察。 (2)如果觸電人的傷害情況較嚴重，無知覺、無呼吸，但心臟有跳動(頭部觸電的人易出現(xiàn)這種癥狀)，應采用口對口人工呼吸法搶救。如有呼

22、吸，但心臟停止跳動，則應采用人工胸外心臟擠壓法搶救。(3)如果觸電人的傷害情況很嚴重，心跳和呼吸都已停止，則需同時進行口對口人工呼吸和人工胸外心臟擠壓。五、供電系統(tǒng)接地形式低壓配電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的末端，分布廣泛，幾乎遍及建筑的每一角落，平常使用最多的是380220V的低壓配電系統(tǒng)。從安全用電等方面考慮，低壓配電系統(tǒng)有三種接地形式，IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)、TN系統(tǒng)。TN系統(tǒng)又分為TNS系統(tǒng)、TNC系統(tǒng)、TNCS系統(tǒng)三種形式。 1.IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)就是電源中性點不接地、用電設備外殼直接接地的系統(tǒng)，如圖 所示。IT系統(tǒng)中，連接設備外殼可導電部分和接地體的導線，就是PE線。2.TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)就是電源中性

23、點直接接地、用電設備外殼也直接接地的系統(tǒng)，如圖 所示。通常將電源中性點的接地叫做工作接地，而設備外殼接地叫做保護接地。TT系統(tǒng)中，這兩個接地必須是相互獨立的。設備接地可以是每一設備都有各自獨立的接地裝置，也可以若干設備共用一個接地裝置，圖中單相設備和單相插座就是共用接地裝置的。 在有些國家中TT系統(tǒng)的應用十分廣泛，工業(yè)與民用的配電系統(tǒng)都大量采用TT系統(tǒng)。在我國TT系統(tǒng)主要用于城市公共配電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)，現(xiàn)在也有一些大城市如上海等在住宅配電系統(tǒng)中采用TT系統(tǒng)。3.TN 系統(tǒng)TN系統(tǒng)即電源中性點直接接地、設備外殼等可導電部分與電源中性點有直接電氣連接的系統(tǒng)，它有三種形式，(1)TNS系統(tǒng)TNS系統(tǒng)的

24、最大特征是N線與PE線在系統(tǒng)中性點分開后，不能再有任何電氣連接。TNS系統(tǒng)是我國現(xiàn)在應用最為廣泛的一種系統(tǒng)。 （2）TNC系統(tǒng)將PE線和N線的功能綜合起來，由一根稱為保護中性線PEN，同時承擔保護和中性線兩者的功能。在用電設備處，PEN線既連接到負荷中性點上，又連接到設備外殼等可導電部分。TNC現(xiàn)在已很少采用，尤其是在民用配電中已基本上不允許采用TNC系統(tǒng)。（3）TNCS系統(tǒng)從電源出來的那一段采用TNC系統(tǒng)只起電能的傳輸作用，到用電負荷附近某一點處，將PEN線分開成單獨的N線和PE線，從這一點開始，系統(tǒng)相當于TNS系統(tǒng)。TNCS系統(tǒng)也是現(xiàn)在應用比較廣泛的一種系統(tǒng)。六、電擊防護措施為降低因絕緣破壞而遭到電擊的危險，對于以上不同的低壓配電系統(tǒng)型式，電氣設備常采用保護接地、保護接零、重復接地等不同的安全措施。 1.保護接地保護接地是將與電氣設備帶電部分相絕緣的金屬外殼或架構通過接地裝置同大地連接起來,如圖。保護接地常用在IT低壓