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接地與防雷

第一節(jié)電流對人體的作用及有關(guān)概念第二節(jié)電氣裝置的接地第三節(jié)過電壓與防雷參考教材：劉介才工廠供電第八章本章主要掌握的內(nèi)容：電氣安全的有關(guān)知識電氣設(shè)備接地的有關(guān)概念及接地電阻的計算過電壓與防雷的有關(guān)概念電力線路、變電所及電氣設(shè)備的防雷措施第一節(jié)電流對人體的作用及有關(guān)概念電氣事故的原因:1、違章操作

(1)違反“停電檢修安全工作制度”，因誤合閘造成維修人員觸電。

(2)違反“帶電檢修安全操作規(guī)程”，使操作人員觸及電器的帶電部分。

(3)帶電移動電器設(shè)備。

(4)用水沖洗或用濕布擦拭電氣設(shè)備。

(6)對有高壓電容的線路檢修時未進(jìn)行放電處理導(dǎo)致觸電。(5)違章救護(hù)他人觸電，造成救護(hù)者一起觸電。2、施工不規(guī)范(1)誤將電源保護(hù)接地與零線相接，且插座火線、零線位置接反使機(jī)殼帶電。(2)插頭接線不合理，造成電源線外露，導(dǎo)致觸電。(3)照明電路的中性線接觸不良或安裝保險，造成中性線斷開，導(dǎo)致家電損壞。(5)隨意加大保險絲的規(guī)格，失去短路保護(hù)作用，導(dǎo)致電器損壞。(4)照明線路敷射不合規(guī)范造成搭接物帶電。(6)施工中未對電氣設(shè)備進(jìn)行接地保護(hù)處理。3、產(chǎn)品質(zhì)量不合格(1)電氣設(shè)備缺少保護(hù)設(shè)施造成電器在正常情況下?lián)p壞和觸電。(2)帶電作業(yè)時，使用不合理的工具或絕緣設(shè)施造成維修人員觸電。(3)產(chǎn)品使用劣質(zhì)材料，使絕緣等級、抗老化能力很低，容易造成觸電。(4)電熱器具使用塑料電源線。4、偶然條件電力線突然斷裂使行人觸電；狂風(fēng)吹斷樹枝將電線砸斷；雨水進(jìn)入家用電器使機(jī)殼漏電等偶然事件均會造成觸電事故。人觸電傷亡主要是電流的作用。電流對人體的傷害程度與通過人體的電流強度、持續(xù)時間、電壓、頻率、路徑以及人體的健康有關(guān)。當(dāng)較大的電流通過心臟時，會造成心臟功能紊亂，使大腦缺氧而迅速死亡。

我國一般把工頻時30mA的電流作為安全電流的臨界值。國際上IEC于1980年提出了人體觸電時間和通過人體的電流（50HZ）對人體機(jī)體反應(yīng)的曲線。：圖8-1圖中黑色曲線左邊為安全的區(qū)域；此曲線為安全曲線。應(yīng)注意：3區(qū)并不是絕對安全的。一、電流對人體的危害及有關(guān)概念1、電流的影響：人體觸電時，電流對人體會造成兩種傷害：電擊和電傷。是指電流通過人體，影響呼吸系統(tǒng)、心臟和神經(jīng)系統(tǒng)，造成人體內(nèi)部組織的破壞乃至死亡。是指在電弧作用下或熔絲熔斷時，對人體外部的傷害，如燒傷、金屬濺傷等。

電擊所引起的傷害程度與下列因素有關(guān)：(1)人體電阻的大小(2)電流通過時間長短(3)電流的大小電擊電傷2.人體電阻人體電阻因人而異，通常為104—105

，當(dāng)角質(zhì)外層破壞時，則降到800—1000。3.電流強度對人的傷害

工頻時觸電時間不超過1秒的安全電流值為30mA。工頻危險電流:50mA及以上。

人體電阻：由體內(nèi)電阻和皮膚電阻組成，體內(nèi)電阻約500?。人體電阻的平均值為2000?，一般取下限值：1700?。

電流頻率在40Hz—60Hz對人體的傷害最大。實踐證明，直流電對血液有分解作用，高壓高頻對人的危害較大。（但高頻電流可以用于醫(yī)療保?。?.電流頻率對人體的傷害6.電壓對人體的傷害

電流的路徑通過心臟會導(dǎo)致神經(jīng)失常、心跳停止、血液循環(huán)中斷，危險性最大。其中電流的流經(jīng)從左手到雙腳的路徑是最危險的。5.電流持續(xù)時間與路徑對人體的傷害電流通過人體的時間愈長，則傷害愈大。由圖8-1可看出，0.2秒是個界線，觸電時間超過0.2秒危險性加大。特低電壓限值ELV（Extra-lowvoltage

）——在正常和事故兩種情況下，對人體器官不構(gòu)成傷害的電壓限值稱為特低電壓限值。電流通過心臟的百分?jǐn)?shù)：

左手→雙腳6.7％右手→雙腳3.7％

右手→左手3.3％左腳→右腳0.4％GB/T3805-2008標(biāo)準(zhǔn)代替了GB/T3805-1993，GB3805-1983已廢棄,已不再使用“安全電壓”。GB/T3805-2008標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)“在選用電氣設(shè)施或電氣設(shè)備的涉及特低電壓的標(biāo)稱值或額定值時，其值應(yīng)小于本標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的相應(yīng)的限值，并需留有余量?！?/p>

在地面上一般環(huán)境下成年人人體的電阻為1000～2000Ω，發(fā)生意外時通過人體的電流按安全電流30mA計算，則相應(yīng)的對人體器官不構(gòu)成傷害的電壓限值見表8-1：

觸電電壓越高，通過人體的電流越大，就越危險。表1

表1穩(wěn)態(tài)電壓限值（據(jù)GB/T3805—2008）環(huán)境狀況電壓限值V正常（無故障）單故障雙故障交流直流交流直流交流直流人浸在水中00001635潮濕環(huán)境16353370不適用干燥環(huán)境33a70b55a140b不適用特殊狀況限值由有關(guān)的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會規(guī)定（如電焊、電鍍等）a對接觸面積小于1cm2的不可握緊部件，電壓限值分別為66V和80V。b在電池充電時，電壓限值分別為75V和150V。表中對于水下電焊或其他由于觸電會導(dǎo)致嚴(yán)重二次事故的環(huán)境，按照不引起人體痙攣的電流考慮。人體直接與正常帶電部分接觸而觸電。

人體與正常時不帶電、而故障時可帶危險電壓的外露可導(dǎo)電部分（如設(shè)備的外殼、支架等）接觸。二、觸電方式直接觸電：間接觸電：跨步電壓觸電：兩腳之間承受跨步電壓而觸電。1.直接觸電(1)電源中性點接地的單相觸電通過人體電流:式中:

Uφ:電源相電壓(220V)

Ro:接地電阻4

Rb:人體電阻1700這時人體處于相電壓下，危險較大。R0(2)電源中性點不接地系統(tǒng)的單相觸電R'對地絕緣電阻Ib

人體接觸某一相時，通過人體的電流取決于人體電阻Rb與輸電線對地絕緣電阻R′的大小。若絕緣良好，此時通過人體的僅為電容電流。

但導(dǎo)線與地面間的絕緣可能不良(R′較小)，甚至有一相接地，這時人體中也有電容電流+泄漏電流通過（較大）。(3)雙相觸電雙相觸電觸電后果更為嚴(yán)重。通過人體的電流：2.間接觸電當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣損壞而與外殼接觸，將使其外殼帶電。當(dāng)人觸及帶電設(shè)備的外殼時，相當(dāng)于單相觸電。大多數(shù)觸電事故屬于這一種。這時人體處于線電壓下Ib3.跨步電壓觸電U電位分布接地點20m0.8m跨步電壓在高壓輸電線斷線落地時，有強大的電流流入大地，在接地點周圍產(chǎn)生電壓降。如圖所示。當(dāng)人體接近接地點時，兩腳之間承受跨步電壓而觸電?？绮诫妷旱拇笮∨c人和接地點距離，兩腳之間的跨距，接地電流大小等因素有關(guān)。雙腳跨步一般在20m之外，跨步電壓就降為零。如果誤入接地點附近，應(yīng)雙腳并攏或單腳跳出危險區(qū)。（一）接地的有關(guān)概念1、接地體：埋入地下直接與土壤接觸，有一定散流電阻的金屬或金屬導(dǎo)體組。（扁鋼，鋼管或角鐵）2、接地線：連接接地體與電氣設(shè)備接地部分的金屬導(dǎo)線（扁鋼、圓鋼或鋼線）。3、接地裝置：接地體+接地線。圖8-7規(guī)程規(guī)定：接地干線與接地網(wǎng)的連接導(dǎo)線應(yīng)不少于兩根，且在不同地點與接地網(wǎng)連接。第二節(jié)電氣裝置的接地一、接地的有關(guān)概念保護(hù)接地的原理4、“地”、對地電壓和接地電流距接地體20m以外的地方被認(rèn)為是零電位，叫做電氣上的“地”。電氣設(shè)備的接地部分與零電位（大地）之間的電位差，用UE表示。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生故障時，通過接地線、接地體半球形散流入大地的電流。見圖8-8。

地：對地電壓：接地電流：接地電阻=接地線電阻+接地體本身的電阻+散流電阻≈散流電阻接觸電壓：人碰觸漏電的設(shè)備時，加于人體某兩點之間的電壓Utou?？绮诫妷海褐冈诮拥毓收宵c附近行走時，兩腳之間出現(xiàn)的電位差。用Ustep表示，見圖8-9。很小6、接觸電壓和跨步電壓5、接地電阻：工作接地：電氣設(shè)備的帶電部分因工作需要而接地。例如：發(fā)電機(jī)、變壓器的中性點接地；避雷針、避雷器的接地；電壓互感器的一次側(cè)接地等。保護(hù)接地：為保障人身安全、防止觸電事故而進(jìn)行的接地。例如：TA、TV的二次側(cè)接地；電氣設(shè)備的支架、外殼等接地，一般將電氣設(shè)備正常時不帶電的金屬部分接地。重復(fù)接地：TN系統(tǒng)中，在PE或PEN線上采用1點或多點接地。7、工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地和共同接地共同接地：用于IT系統(tǒng)中。當(dāng)發(fā)生不同相碰殼故障時，設(shè)備的外殼會出現(xiàn)危險的電壓，危及人身安全。采用了共同接地，可造成相間短路，迅速切除故障。原理見下圖。當(dāng)發(fā)生設(shè)備1，B相碰殼故障、設(shè)備2，C相碰殼故障，此時流經(jīng)設(shè)備的接地電流為：，作用于設(shè)備1外殼上的電壓為：，若RE1=RE2，Uφ=220v，則U1=U2=

U1=U2=190V。若人體電阻取1700?，流過人體的電流為：危險！電源電源（二）保護(hù)接地的方式、原理和具體要求①設(shè)備的外露可導(dǎo)電的部分經(jīng)各自的接地線（PE線）直接接地。例如：TT、IT系統(tǒng)。②設(shè)備的外露可導(dǎo)電的部分經(jīng)公共的PE或PEN線接地。在我國習(xí)慣稱為“保護(hù)接零”。例如：TN系統(tǒng)。1)對IT系統(tǒng)分析IT；2）對TT、TN系統(tǒng)分析1、保護(hù)接地的方式2、保護(hù)接地的原理:2）對TT、TN系統(tǒng)分析對TT系統(tǒng)：如圖所示當(dāng)一相碰殼且人接觸設(shè)備外殼時，流過人體的電流為（人體電阻取1700?）：若采用保護(hù)接地時（若取接地電阻為4?）：

此電流會使保護(hù)動作迅速跳閘，解除危險。此時通過人體的電流為：110/1700=65mA。此電流存在的時間短，人觸電的幾率較小。對TN系統(tǒng)：分析如圖。返26TT系統(tǒng)TN系統(tǒng)應(yīng)特別注意：

在同一低壓配電系統(tǒng)中，不允許TT和TN系統(tǒng)混用。

否則當(dāng)外殼為直接接地的設(shè)備發(fā)生單相碰殼故障時，因接地電流較小，故障會長期存在，此時公共的PEN線電壓會升高，采用保護(hù)接零的設(shè)備外殼會帶上危險的電壓。見圖8-11零線電位升高危險！1）同一系統(tǒng)中，保護(hù)接地和保護(hù)接零不能混用。2）TN系統(tǒng)中的PE或PEN線不得斷開，原則上不得裝開關(guān)和熔斷器。3）相線和零線不得接反。4）相線上應(yīng)裝熔斷器或自動開關(guān)保護(hù)，并校驗單相碰殼故障電流能否使保護(hù)動作斷開線路，如果不能，應(yīng)設(shè)法減小回路電阻。3、保護(hù)接地的具體要求：（三）重復(fù)接地的原理圖8-12思考題二、電氣裝置的接地和接地電阻工頻接地電阻≈散流電阻沖擊接地電阻：雷電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻。我國規(guī)定的部分電力裝置所允許的接地電阻值見劉介才.工廠供電附錄表24三、變電所的接地裝置

接地裝置=接地線+接地體接地體分為自然接地體和人工接地體。1、自然接地體：

埋入地下水道的金屬管、與大地有可靠連接的建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋、電纜的金屬外皮（不少于兩根）、行車的鋼軌、工業(yè)用的金屬管道（除去易燃、易爆的管道）等。序號電力裝置名稱接地的電力裝置特點接地電阻允許值11千伏以上大接地電流系統(tǒng)僅用于該系統(tǒng)的接地裝置21千伏以上小接地電流系統(tǒng)僅用于該系統(tǒng)的接地裝置3與1KV以下共用的接地裝置41千伏以下系統(tǒng)與總?cè)萘吭?00kvA以上的發(fā)電機(jī)或變壓器相連的接地裝置5上述（序號4）的重復(fù)接地6與總?cè)萘吭?00kvA以下的發(fā)電機(jī)或變壓器相連的接地裝置附錄表24返p432、人工接地體：分為垂直接地體和水平接地體。垂直接地體：一般選用鋼管￠50mm，一般管長2.5m，管壁厚不小于3.5mm，管頂距地面不宜小于0.6m。水平接地體：一般采用40×4的扁鋼，或角鋼，距地面0.6m以下埋設(shè)。（二）接地裝置的布置：一般采用環(huán)形布置。圖8-17UL四、接地裝置的計算（一）人工接地體工頻接地電阻的計算1、單根管型垂直接地體理論計算公式：：埋設(shè)地中的土壤電阻率，?.m。：接地體長度，m。：接地體直徑，m。簡化計算公式：K——簡化計算系數(shù)，1/m?！獮楣茏拥拈L度，m。2、多根垂直接地體接地電阻的計算：垂直接地體的根數(shù)。：多根垂直接地體的利用系數(shù).根據(jù)管距與管長之比及n查表3。多根接地體之間的電流屏蔽效應(yīng)見下圖表3敷設(shè)成環(huán)形時（未計入連接扁鋼的影響）管間距離與管子長度之比管子根數(shù)n利用系數(shù)管間距離與管子長度之比管子根數(shù)n利用系數(shù)12340.66~0.720.76~0.800.84~0.86123200.44~0.500.61~0.660.68~0.7312360.58~0.650.71~0.750.78~0.82123300.41~0.470.58~0.630.66~0.71123100.52~0.580.66~0.710.74~0.78123400.38~0.440.56~0.610.64~0.69（四）接地裝置的計算程序及示例1、計算程序1）按規(guī)范要求確定允許的RE或REal；2）確定接地體布置方案（包括接地體和接地線的尺寸）；3）計算單根垂直接地體的接地電阻RE（1）；4）用逐步漸進(jìn)法確定垂直接地體根數(shù)，；5）大接地電流系統(tǒng)應(yīng)校驗單相短路時的熱穩(wěn)定（110KV及以上系統(tǒng)）；

為接地線的最小允許截面mm2。為單相短路電流，A。為單相短路持續(xù)時間，秒。某車間變電所主變壓器容量為500KVA，電壓為10/0.4kv，連接組為Y，yn0。試確定該變電所高低壓共用接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼的尺寸。已知裝設(shè)地點的土質(zhì)為沙質(zhì)粘土，10KV側(cè)有電氣聯(lián)系的電纜線路總長為25km，有電氣聯(lián)系的架空線路為70km。該地區(qū)考慮凍土深度為0.5m。解：1、確定允許的接地電阻值查附錄表24，此變電所高低壓共用接地裝置的接地電阻應(yīng)滿足的條件為：比較可知：此變電所接地電阻允許值RE≤4?。例12、接地裝置的初步方案初步考慮圍繞變電所四周，距變電所墻角2～3m，打入n根Φ50mm、長2.5m鋼管，每隔5m打入一根，管頂距地面0.7m。管子之間用40×4mm2的扁鋼焊接，扁鋼距地面0.75m處敷設(shè)。3、計算單根鋼管的接地電阻查附錄表25，得沙質(zhì)土壤電阻系數(shù)ρ=100?.m，可求出：

RE（1）=100/2.5=40?5、校驗接地電阻是否滿足要求：根據(jù)n=16，再查表3，得ηE≈0.655，可計算出：所以所選接地根數(shù)滿足要求。4、確定垂直接地體的根數(shù)

按式先估算，40/4=10?，初選15根直徑為50mm2、長為2.5m的鋼管作垂直接地體，根據(jù)a/l=5/2.5=2和n=15，查表3，（在n=10和n=20之間取ηE的中間值）可得ηE≈0.66，可得：因此可選n=16根，環(huán)形布置。五、低壓配電系統(tǒng)的漏電保護(hù)和等電位連接（一）漏電保護(hù)器的基本結(jié)構(gòu)和原理漏電保護(hù)器又稱漏電開關(guān)：有電壓動作型和電流動作型。電流動作型漏電保護(hù)器原理：它由主開關(guān)、零序電流互感器和脫扣裝置構(gòu)成。

原理圖：ABCNPE正常運行時,三相電流的向量和等于零，零序電流互感器二次側(cè)無輸出電流。發(fā)生漏電或觸電時，TAN二次側(cè)有輸出電流，從而有輸出電壓，此電壓經(jīng)放大后，加在脫口器的動作線圈上，脫口裝置動作，將主開關(guān)斷開，切除故障線路。應(yīng)注意：PE線不得穿過零序電流互感器工作原理：第三節(jié)過電壓與防雷一、過電壓與雷電的有關(guān)概念（一）過電壓的形式過電壓：指電氣線路或電氣設(shè)備上出現(xiàn)的超過正常工作要求的電壓。1、內(nèi)部過電壓在電力系統(tǒng)中，由于操作、事故或其他原因引起的系統(tǒng)電壓升高。內(nèi)部過電壓又分為操作過電壓和諧振過電壓。一般工廠供配電系統(tǒng)常見的內(nèi)部過電壓:1)由于電壓互感器鐵芯飽和而產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓；2）單相不穩(wěn)定電弧接地產(chǎn)生的過電壓。內(nèi)部過電壓較小，一般不會超過3～4倍的額定電壓。2、外部過電壓又稱大氣過電壓或雷電過電壓。電壓可高達(dá)1億伏，電流可高達(dá)幾十萬安培。3、雷電現(xiàn)象

天空中大規(guī)模的放電現(xiàn)象，全球平均每天發(fā)生800萬次雷電，一次雷電可釋放出幾億焦耳的能量。4、雷電過電壓的基本形式直擊雷過電壓感應(yīng)雷過電壓侵入波過電壓（二）雷電的形成及有關(guān)概念1、雷電的形成2、雷電的有關(guān)名詞概念（1）雷電流的大小及波形雷電流最高可達(dá)幾十萬安培。波形見8-29可分為：直擊雷、感應(yīng)雷、球雷。（2）雷電流的陡度：即雷電流對時間的變化率，用α表示。α越大，過電壓越高，破壞性越大，波頭部分最為嚴(yán)重。（3）年平均雷暴日與雷暴小時年平均雷暴日：每年有雷電的日子（凡有雷電活動的日子，包括聽到雷聲或看到閃電）。年平均雷暴小時：每年中有雷電的小時數(shù)。由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T統(tǒng)計。

一般1個雷暴日折合3個雷暴小時。雷暴日不超過15日的為少雷區(qū)；超過40日的為多雷區(qū)。。濟(jì)南的年平均雷暴日為30日（三）雷擊規(guī)律1、對建筑物，高的尖端的地方易遭受雷擊。2、熱而潮濕的環(huán)境、山區(qū)、7、8月份，雷電易發(fā)生。3、土壤電阻率低的地方、有利于雷云與大地建成良好通道者、山區(qū)的東南坡及山中的平地、變電所或架空線路（地下有金屬框的地帶）容易遭受雷擊。（4）年預(yù)計雷擊次數(shù)N：Ta：年平均雷暴日數(shù)。Ae：與建筑物接收雷擊次數(shù)相同的等效面積，km2。K：修訂系數(shù)，一般取1，①空曠孤立的建筑物，K=2；②金屬屋面磚木結(jié)構(gòu)的建筑物K=1.7；③位于河邊、湖邊、土壤潮濕、土壤電阻率低的地方K=1.5。二、防雷設(shè)備（一）接閃器

又稱受雷裝置。專門用來接收直擊雷的金屬物體，包括：

避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)和避雷線。它們都要通過接地線與埋于地下的接地裝置相連。避雷針：一般采用鍍鋅圓鋼，針長1～2m，或鍍鋅鋼管（內(nèi)經(jīng)不小于25mm，厚度不小于3mm）制成。通常安在支架、構(gòu)架或建筑物上。避雷線：又稱架空地線。一般采用鍍鋅鋼絞線，架設(shè)在架空線路的上邊。避雷帶：采用直徑不小于8mm的圓鋼或截面不小于48mm2、厚度不小于4mm的扁鋼，沿屋頂周圍裝設(shè)。高出屋面100～150mm，支持卡間的距離1～1.5m。避雷網(wǎng)：屋頂上面用圓鋼或扁鋼縱橫連接成網(wǎng)。避雷帶和避雷網(wǎng)必須經(jīng)1～2根引下線與接地裝置可靠連接。計算方法……略。反擊現(xiàn)象：圖8-18當(dāng)雷電擊到避雷針時，雷電流經(jīng)接地裝置引入大地。若避雷針與建筑物內(nèi)、外的設(shè)備絕緣距離不夠時，會發(fā)生放電現(xiàn)象，這種情況稱為反擊現(xiàn)象。如圖：地上的安全距離不得小于5m。地下的安全距離不得小于3m。（二）避雷器用于防感應(yīng)雷。主要類型：閥式避雷器排氣式避雷器（即管型避雷器）保護(hù)間隙金屬氧化物避雷器1、閥式避雷器：類型：主要有FS、FZ、FCD、FCZ（帶磁吹，用于330kV及以上）。組成：火花間隙+閥性電阻盤見圖8-34作用原理：電力系統(tǒng)正常運行時，火花間隙具有足夠的對地絕緣強度，可阻止工頻電流通過。但在雷電壓的作用下，火花間隙被擊穿放電，雷電流通過閥性電阻盤入地。過電壓消失后，線路上恢復(fù)工頻電壓，火花間隙迅速恢復(fù)，線路恢復(fù)正常。2、管型避雷器用于戶外。我國110kV以上一般用于保護(hù)線路和隔離開關(guān)的絕緣子。作用原理：見圖8-36幻燈片主要用于大氣過電壓，也用于內(nèi)部過電壓厚度約20～30mm，直徑約75～100mm，

由金剛砂（sic）細(xì)粒、水玻璃和石墨燒結(jié)而成.3、保護(hù)間隙又稱角形避雷器。它簡單、經(jīng)濟(jì)、維護(hù)方便，但保護(hù)性能差。當(dāng)線路上采用自動重合閘時，才使用它。結(jié)構(gòu)：見圖8-374、金屬氧化物避雷器類型：1）無火花間隙（壓敏電阻片），2）有火花間隙。壓敏電阻片：由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的多