供配電技術(shù)第8章_接地與防雷

1、第八章 接地與防雷,第一節(jié) 接地與等電位聯(lián)結(jié) （重點）第二節(jié) 電擊防護第三節(jié) 供電系統(tǒng)防雷 （重點）第四節(jié) 建筑物的防雷第五節(jié) 信息系統(tǒng)的防雷 （難點）,,第一節(jié) 接地與等電位聯(lián)結(jié),（一）接地與接地裝置,接地是指電氣設備為達到安全和功能需要為目的，將其某一部分與大地之間作良好的電氣連接。,埋入地中并與土壤作良好接觸

2、的金屬導體稱為接地體或稱接地極。,典型的接地裝置如圖所示。,一、接地的有關概念,續(xù)上頁,（二） 接地電流與對地電壓,電氣設備在發(fā)生接地故障時，電流將通過接地體以半球形向大地中散開。,在距離接地體越遠的地方，半球的球面積越大，其散流電阻越小，相對于接地點處的電位就越低。,電氣設備的接地部分，如：接地的外露可導電部分和接地體等，與零電位的“大地”之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓。,續(xù)上頁,（三）接地類型,1. 功能性接地,為保證電力系統(tǒng)

3、和電氣設備達到正常工作要求而進行的接地，又稱工作接地。,2. 保護性接地,為了保證電網(wǎng)故障時人身和設備的安全而進行的接地。,3. 功能性與保護性合一的接地(如屏蔽接地),為防止人體受到間接電擊，而將電氣設備的外露可導電部分進行的接地。,為防止過電壓對電氣設備和人身安全的危害而進行的接地，如防雷接地。,為了消除靜電對電氣設備和人身安全的危害而進行的接地。,二、接地電阻及其要求,接地電阻是指接地體的流散電阻與接地線、接地體電阻的總和。接地電

4、阻主要是接地體的流散電阻，接地電阻與土壤的電阻率有關。,工頻接地電阻和沖擊接地電阻。,三、接地裝置的設計計算,電力系統(tǒng)的不同接地裝置對接地電阻的要求是不同的。,單根垂直式人工接地體,多根垂直式人工接地體,為接地體的利用系數(shù)，考慮了接地體之間存在電場屏蔽效應。,工頻接地電阻的簡化計算：,例9－1,例9-1 某10/0.4kV車間變電所，主變壓器容量為800kVA，采用Dyn11聯(lián)結(jié)。已知接于10kV側(cè)的架空線路長100km，電纜線路長10

5、km。當?shù)赝临|(zhì)為砂質(zhì)粘土。經(jīng)現(xiàn)場測定，可利用的自然接地體電阻為60Ω。已知流過接地線的低壓側(cè)單相接地短路電流為10kA，短路存在時間0.4s。試確定該變電所的共用人工接地裝置。,解： 1）確定該變電所的接地電阻允許值 ：,,2）已知可利用的自然接地體電阻 。,續(xù)上頁,4）人工接地體的初步敷設方案：,擬選用直徑50mm，長2.5m的鋼管接地體，沿變電所四周，距墻腳2.5~3m，每隔5m打入一根鋼管，各鋼管

6、接地體之間用40×4mm 2的扁鋼連接構(gòu)成一個接地網(wǎng)。,3）人工接地體所需總電阻：,5）單根人工接地體鋼管的接地電阻 ：,續(xù)上頁,選用10或12根直徑50mm，長2.5m的鋼管作接地體，并用40×4 mm2 的扁鋼連接，呈環(huán)形布置。,7）校驗接地線的短路熱穩(wěn)定：,實際接地線截面為40×4＝160mm2大于90.4 mm2，短路熱穩(wěn)定條件合格。,6）人工接地裝置需用的鋼管數(shù)量和最終的接地方案：

7、,續(xù)上頁,變電所接地平面布置示例圖,四、信息系統(tǒng)的接地,以計算機為核心的信息系統(tǒng)的接地的設計有特殊的要求。一般，信息系統(tǒng)的接地電阻要求不大于4Ω，對于與防雷裝置的共用接地，則一般要求不大于1Ω。,為使系統(tǒng)在工作時有一個基準電位，不致因浮動而引起信號量的誤差，并防止電磁場的干擾，使信息系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。,為防止發(fā)生接地故障后出現(xiàn)超過限值的危險接觸電壓，而將計算機設備外露可導電部分與保護線或大地所進行的保護性連接。,信息系統(tǒng)的接地形式 ：

8、,（1）一點接地,（2）懸浮接地,五、等電位聯(lián)結(jié),（一）等電位聯(lián)結(jié)概念,等電位聯(lián)結(jié)是使建筑物電氣裝置的各外露可導電部分與電氣裝置外的其它金屬可導電部分進行電位基本相等的電氣連接。,作用于全建筑物，在每一電源進線處，利用聯(lián)結(jié)干線將保護線、接地線的總接線端子與建筑物內(nèi)電氣裝置外的可導電部分連接成一體。,指在局部范圍內(nèi)設置的等電位聯(lián)結(jié)。,指在伸臂范圍內(nèi)的某些外露可導電部分與裝置外可導電部分之間所作的等電位聯(lián)結(jié)。,總等電位聯(lián)結(jié)示意圖,續(xù)上頁,續(xù)

9、上頁,（二）等電位聯(lián)結(jié)的作用,1. 顯著降低人體接觸電壓,電氣裝置絕緣損壞所引起的接地故障能使其外露導電部分帶危險電壓，等電位聯(lián)接可以顯著降低人體接觸電壓從而避免人體觸電事故的發(fā)生。,2．有效消除來自外部的危險電壓,,第二節(jié) 電擊防護,一、 電流對人體的作用,1.人體對電流的生理反應,人體對電流的生理反應與通過人體電流的大小、頻率高低、時間長短及電流在人體中的通過路徑等多方面因素有關。,50Hz交流電流通過人體時人體生理反應的時間與電

10、流關系區(qū)段圖,續(xù)上頁,2.安全電流與安全電壓,安全電流是指在特定時間內(nèi)，通過人體而不致引起心室纖維性顫動和人體器質(zhì)性損傷的電流值。我國規(guī)定的安全電流值為30mA（觸電時間小于1s）。,安全電壓是指人體與電接觸時，對人體各部位組織（如皮膚、心臟、呼吸器官和神經(jīng)系統(tǒng)）不會造成任何損害的電壓。我國規(guī)定正常環(huán)境下的安全電壓值為50V。,二、直接電擊防護,直接電擊防護是指為避免人體與正常工作時的裸露導體帶電部分直接接觸而遭受電擊所進行的防護。

11、 直接電擊防護的主要措施為對裸露導體的帶電部分設置隔離遮欄、阻擋物或防護罩等外護物以防止人體與之接觸，或?qū)ζ涫┬羞m合的絕緣。,三、間接電擊防護,1.間接電擊防護的概念與一般措施,間接電擊防護是指為防止人體與正常工作時不帶電而在絕緣損壞故障時可帶危險電壓的電氣裝置外露可導電部分接觸而進行的防護。 間接電擊防護應結(jié)合電氣設備絕緣等級而設置防護措施。 一般措施有：,（1）合理選要自動切斷電源保護（包括采用漏電保護）并作輔助

12、等電位聯(lián)結(jié)； （2）使工作人員不致同時觸及兩個不同的電位點； （3）使用雙重絕緣或加強絕緣； （4）通過不接地的局部等電位聯(lián)結(jié)； （5）采用隔離變壓器安全電壓供電。,續(xù)上頁,2.漏電保護器的選用,在低壓220/380V中性點直接接地（TN，TT）系統(tǒng)中的配電線路末端，一般采用漏電保護器來防止因電氣設備漏電而造成對人體的間接電擊。 使用注意事項：,1）對于TN－C系統(tǒng)，使用漏電保護器的地點，應將TN-C系統(tǒng)

13、改成TN-S，使整個三相四線制系統(tǒng)成為TN-C-S系統(tǒng)。,2）在TN系統(tǒng)中，裝設漏電保護器后，為防止其誤動，中性線N不能重復接地。,3）在TT系統(tǒng)中，裝設漏電保護器的設備與不裝漏電保護器的電氣設備不能共用一個接地裝置，否則，漏電保護器會拒動。,4）在一個供電裝置中可以設置兩級漏電保護器。末端回路上電氣設備的防護間接電擊應選擇動作電流為30mA的高靈敏度瞬動漏電保護器。,,第三節(jié) 供電系統(tǒng)的防雷,過電壓,（雷電過電壓 ）,一、過電壓與雷

14、電的有關概念,（一）過電壓的形式,（二）雷電流的產(chǎn)生、幅值與陡度,異性帶電雷云間的放電就是通常所說的閃電。,續(xù)上頁,雷電流是一個陡度很高、幅值很大的沖擊波電流。,對電力系統(tǒng)的電氣設備來說，雷電流的陡度越大，在負載電感L上產(chǎn)生的過電壓也越大，對絕緣的破壞性也就越嚴重。,雷云對地或架空線路的放電就會造成雷電流。,續(xù)上頁,雷電沖擊波具有波的傳導特性。輸電線路受到雷擊后，產(chǎn)生的雷電沖擊波會向輸電線路兩側(cè)流動傳播，雷電波在傳導過程中到達結(jié)點后，還

15、會發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。,傳播速度,雷電波沿架空線傳播的速度與光速（3×108m/s）相同，而在電纜中傳播的速度約為上值的1/2～1/3。,波阻抗,波阻抗表征的是沿導線傳播的電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動態(tài)關系 ，與線路長度無關。,（三）雷電沖擊波的基本特性,續(xù)上頁,雷電入射波到達線路末端結(jié)點處會發(fā)生全反射，線路的開路末端電壓將增大至雷電行波電壓的2倍，嚴重威脅線路的絕緣安全，必須設置避雷器等防雷保護措施。,變電所常采用一段10

16、0～200m的進線電纜，以達到降低行波陡度的效果。,二、防雷裝置,防雷設備由接閃器、引下線、接地裝置等組成。接閃器是專門用來接受直接雷擊的金屬物體。接閃器包括金屬桿狀的避雷針，金屬線狀的避雷線，金屬帶狀或網(wǎng)狀的避雷帶、避雷網(wǎng)等。,避雷針的作用是引雷。,1.避雷針,“折線法”,續(xù)上頁,現(xiàn)行電力行業(yè)標準DL/T620－1997規(guī)定，用于變配電所和電力線路的防雷保護時，避雷針、線的保護范圍按“折線法”來確定。,2.避雷線,避雷線的接閃原理與避

17、雷針類似。,閥電阻特性,續(xù)上頁,3.避雷器,避雷器的作用是防止雷電過電壓沿輸電線路侵入變電所或其它建筑物，危害電氣設備的絕緣。,在工頻電壓下，金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)極高電阻，能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流，無需火花間隙來熄滅由工頻續(xù)流引起的電??；而當雷電過電壓的作用下，其電阻變?yōu)楹苄?，能較好地泄放雷電流。,三、供電系統(tǒng)的防雷措施,戶外變配電所中，一般采用避雷針作為直擊雷的防護裝置，并要求所有被保護的電氣設備和建筑物均應處于避雷針的保護范圍之內(nèi)。

18、,變配電所中一般需要通過裝設閥式避雷器或氧化鋅避雷器對變壓器進行雷電侵入波的防護。,避雷器應盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應與變壓器低壓側(cè)接地中性線及金屬外殼連在一起接地。,避雷器的選擇，必須使其伏秒特性與變壓器伏秒特性合理配合，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。,續(xù)上頁,35kV變電所常見防雷保護,10kV變電所常見防雷保護,,第四節(jié) 建筑物防雷,一、建筑物的防雷分類,雷暴日（d）——指凡是有雷電活動的日子，

19、包括看到雷閃或聽到雷聲，都稱為雷暴日。,年平均雷暴日數(shù)（Td ）——則是由當?shù)貧庀笈_（站）根據(jù)多年的氣象資料統(tǒng)計出的雷暴日數(shù)的年平均值。,建筑物年預計雷擊次數(shù)（N）是建筑物可能遭受雷擊的預計頻率參數(shù)。按下式確定：,根據(jù)GB50057-94的規(guī)定，建筑物按其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷擊事故的可能性和后果，按防雷要求分成三類：第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物。,二、建筑物的綜合防雷措施,建筑物防雷工程是一個系統(tǒng)工程，必須將

20、外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體綜合考慮。,續(xù)上頁,三、建筑物防雷裝置及布置,GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》規(guī)定保護建筑物的避雷針的保護范圍用“滾球法”來確定。,“滾球法”,（一） 接閃器及布置,1．避雷針,2.避雷帶與避雷網(wǎng),一般在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬避雷帶防雷。,續(xù)上頁,（二）引下線及布置,防雷引下線應優(yōu)先利用自然引下線，還宜利用建筑物的鋼柱、消防梯、金屬煙囪等作為自然引下線，但其各部分之間均應連成電

21、氣通路。引下線的數(shù)量及間距應按規(guī)范要求設置。,采用多根引下線時，宜在各引下線距地面0.3m至1.8m之間設置斷接卡。 當利用混凝土柱或剪力墻中的主鋼筋作為自然引下線并同時采用基礎接地體時，可不設斷接卡，但應在適當?shù)攸c設置若干連接板，以便于接地電阻的測量，以及補打人工接地體和作等電位體聯(lián)結(jié)用。,（三）接地裝置,接地裝置應優(yōu)先利用建筑物鋼筋混凝土基礎內(nèi)的鋼筋。 當采用共用接地裝置時，其接地電阻應按各系統(tǒng)中最小值要求設置。若接

22、地電阻達不到要求，應加接人工接地體。,,第五節(jié) 信息系統(tǒng)的防雷,一、基本概念,雷擊電磁脈沖（代號LEMP）是一種電磁干擾源，它是在建筑物防雷裝置和附近遭受直擊雷擊的情況下，由雷電的強大閃電流引起的靜電場、電磁場和電磁輻射等所產(chǎn)生的效應。,二、防雷區(qū)的劃分及防雷總體要求,為了保障信息系統(tǒng)的防雷安全，必須對雷擊電磁脈沖采取必要的防護措施，以便在建筑物內(nèi)實現(xiàn)良好的電磁兼容性（代號EMC）。,按規(guī)定，防雷區(qū)（LPZ）的劃分以其交界處的電磁環(huán)境

23、有明顯改變作為特征。建筑物中由外及內(nèi)按雷電能量大小的不同分布可分為LPZ0，1，2，…，n區(qū)。其中LPZ0區(qū)又分這A、B兩區(qū)。通常，防雷區(qū)的數(shù)值越高，其雷擊電磁場強度越小。,續(xù)上頁,建筑物防雷區(qū)（LPZ）的劃分,LPZ0A,LPZ0A,LPZ0A,LPZ0A,LPZ0B,LPZ0B,LPZ0B,LPZ1,LPZ2,LPZ3,LPZ1,續(xù)上頁,對于建筑物內(nèi)的信息系統(tǒng)來說，屏蔽、接地和等電位連接可以控制不同防雷區(qū)雷擊電磁環(huán)境，達到人為控制雷

24、擊電磁脈沖干擾程度的作用。,三、電涌保護器（SPD）及選用,由雷電侵入波或雷擊電磁脈沖導致各種線路上出現(xiàn)的過電流和過電壓稱為電涌。,1. 電涌保護器及其特性,電涌保護器是設置在建筑物的不同防雷區(qū)（LPZ）界面和所需的特定位置，以及電源和信號進線上用于限制瞬態(tài)雷電過電壓和分流電涌電流的一種器件。,電涌保護器的主要參數(shù)有最大持續(xù)運行電壓、通流容量、電壓保護水平（即殘壓）、漏電流、使用壽命及響應時間。,續(xù)上頁,2. 信息系統(tǒng)的電涌保護,分電源

25、保護、信號數(shù)據(jù)端口保護。,由于雷電沖擊能量巨大，因此對信息系統(tǒng)的電源保護，從外部總配電室到內(nèi)部對計算機系統(tǒng)供電，要分多級進行，才能將雷電的能量降到設備所能承受的水平（220/380V電源系統(tǒng)各種設備絕緣耐沖擊過電壓額定值可分為4類，分別為6kV、4kV、2.5kV和1.5kV）。,續(xù)上頁,續(xù)上頁,,本章小結(jié),本章介紹了供電系統(tǒng)接地與防雷的基本概念、設計方法等問題。 本章首先著重分析接地的類型、要求與設計方法，以及等

26、電位聯(lián)結(jié)的概念，并簡介有關電擊防護的概念與措施 ；然后重點研究供電系統(tǒng)防雷設計的問題，對建筑物的防雷等級分類及相應的防雷要求與實施措施作了一般介紹 ；最后簡要敘述信息系統(tǒng)的防雷特點、要求與設計方法 。 本章重點：接地與等電位聯(lián)結(jié)、供電系統(tǒng)的防雷。 本章難點：雷電波的特性、信息系統(tǒng)的防雷。 教學基本要求：了解電擊防護措施、建筑物防雷措施、信息系統(tǒng)的防雷措施；理解接地與等電位聯(lián)結(jié)的構(gòu)成及作

27、用、雷電沖擊波的基本特性、防雷設備的保護原理；掌握防雷設備保護范圍的確定、變配電所的防雷措施。,自 測 題,一、填空題 1．等電位聯(lián)結(jié)是將 和 電位基本相等的一種電氣聯(lián)結(jié)，其作用在于 和 。

28、 2．雷電在輸電線路上產(chǎn)生的沖擊波到達變電所時，會產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象，作用在變壓器上的電壓波值為入射波的 倍。 3. 雷電對變配電裝置的危害可分為三種形式： 、 和 。通常采用避雷針來防護 ，采用避雷器來防護 。 4. 雷電流是一個幅