防雷接地与电气安全课件

内容提要：内容提要：本章首先讲述过电压与防雷，包括过电压和雷电的有关概念、防雷设备及电气装置的防雷、建筑物及电子信息系统的防雷等；然后讲述电气装置的接地及低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结；最后讲述电气安全与触电急救知识。本章内容贯穿一条“电气安全”的主线。第一节第一节 过电压与防雷过电压与防雷 一一.过电压及雷电的有关概念过电压及雷电的有关概念(一)过电压的形式 过电压是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电压的对绝缘很有危害的异常电压。在电力系统中，过电压按其产生的原因，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。1.内部过电压 内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生故障等原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁能量转换、振荡而引起的过电压。内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作或负荷剧变而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利的组合下发生谐振或由于故障而出现断续性接地电弧所引起的过电压，也包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的34倍，因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。2.雷电过电压 雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压，它是由于电力系统中的线路、设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统的危害极大，必须加以防护。雷电过电压有两种基本形式：(1)直接雷击 它是雷电直接击中电气线路、设备或建（构）筑物，其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷。第八章第八章 防雷、接地与电气安全防雷、接地与电气安全 内容提要：本章首先讲述过电压与防雷，包括过电压和雷电的有关1 当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到2530kV/cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。大地感应出的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行到离地面100300m时，也形成一个上行的迎雷先导，如图8-1b所示。当上、下雷电先导相互接近时，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段。这时间极短，一般只有50100s。主放电阶段之后，雷云中的剩余电荷继续沿着主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为0.030.15s，电流较小，约几百安。(二)雷电的形成原理 1.直击雷的形成原理 雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。关于雷云形成的理论或学说较多，但比较公认的看法是：在闷热的天气里，地面上的水汽蒸发上升，在高空低温影响下水汽凝结成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂。气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。由于高空气流的流动，所以正、负雷云均在天空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应作用，使地面上出现与雷云的电荷极性相反的电荷，如图8-1a所示。(2)间接雷击 它是雷电没有直接击中电力系统中的任何部分，而是由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁 感应所产生的过电压。这种雷电过电压，也称为感应雷，或称雷电感应。雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿着架空线路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。这种雷电过电压形式，称为高电位侵入或雷电波侵入。据我国几个大城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%70%，比例很大，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。图8-1 雷云对大地放电（直击雷）示意图a)负雷云出现在大地建筑物上方时 b)负雷云对建筑物顶部尖端放电时 当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到252 雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离，称为“闪击距离”，简称“击距”。雷电的闪击距离，与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的“滚球半径”大小（参看后面表8-1），就与闪击距离有关。2.感应雷（感应过电压）的形成原理 架空线路在其附近出现对地雷击时，极易产生感应过电压。当雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，如图8-2a所示。当雷云对地放电或与其他异性雷云中和放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成很高的感应过电压，如图8-2b所示，这就是“感应雷”。高压线路上的感应过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，对供电系统的危害都很大。当强大的雷电流沿着导体如接地引下线泄放入地时，由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁场。如果附近有一开口的金属环，如图8-3所示，则其电磁场将在该金属环的开口（间隙）处感生相当大的电动势而产生火花放电。这对存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止雷电的电磁感应引起的危险过电压，应该用跨接导体或用焊接将开口金属环（包括包装箱上的铁皮箍）连成闭合回路后接地。图8-2 架空线路上的感应过电压 a)雷云在线路上方时 b)雷云对地或对其他雷云放电后图8-3 开口金属环上的电磁感应过电压 雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离，3 二二.防雷设备防雷设备(一)接闪器 接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针。接闪的金属线，称为避雷线，亦称架空地线。接闪的金属带，称为避雷带。接闪的金属网，称为避雷网。1.避雷针 避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加电场，这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的，它使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置，将雷电流泄放到大地中去，使被保护物体免受雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时直径不小于12mm、针长12m时直径不小于16mm）或镀锌钢管（针长1m以下时内径不小于20mm、针长12m时内径不小于25mm）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装置相连。：。二.防雷设备：。4 防防雷雷设设备备由由接接闪闪器器、引引下下线线、接接地地装装置置等等组组成成。接接闪闪器器是是专专门门用用来来接接受受直直接接雷雷击击的的金金属属物物体体。接接闪闪器器包包括括金金属属杆杆状状的的避避雷雷针针，金金属属线线状状的的避避雷雷线线，金金属属带带状状或或网网状状的的避雷带、避雷网等。避雷带、避雷网等。避雷针的作用是引雷。避雷针的作用是引雷。1.1.避雷针避雷针 防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专5 避雷针是防止直击雷的有效措避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护这个安全区域叫做避雷针的保护范围。范围。避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下6 避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。我国过去的防雷设计规范（如GBJ57-1983）或过电压保护设计规范（如GBJ64-1983），对避雷针和避雷线的保护范围都是按“折线法”来确定的，而现行国家标准GB50057-1994建筑物防雷设计规范则规定采用IEC推荐的“滚球法”来确定。不过现行电力行业标准DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中规定的避雷针、线保护范围，仍与GBJ64-1983相同，也按“折线法”来确定，适用于变配电所和电力线路的过电压保护。所谓“滚球法”（roll-boll method），就是选择一个半径为 （滚球半径）的球体，按需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内。滚球半径 按建筑物的防雷类别不同而取不同值，如表8-1所示。表表8-1 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸（据GB50057-1994）2020或241660第三类防雷建筑物1010或12845第二类防雷建筑物55或6430第一类防雷建筑物 避雷网格尺寸/m滚球半径 /m建筑物防雷类别rh 避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。表8-17 例例8-1 某厂一座高30m的水塔旁边，建有一水泵房（属第三类防雷建筑物），尺寸如图8-6所示。水塔上安装有一支高2m的避雷针。试问此避雷针能否保护这一水泵房。而水泵房顶部最远一角距离避雷针的水平距离为 解：解：查表8-1得滚球半径 60m，而 30m+2m=32m，6m。故由式(8-2)得避雷针在水泵房顶部高度上的水平保护半径为 由此可见，水塔上的避雷针完全能够保护这一水泵房。图8-6 例8-1所示避雷针的保护范围 例8-1 某厂一座高30m的水塔旁边，建有8 3.避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物，使之免遭直接雷击和雷电感应。避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径应不小于8mm；扁钢截面应不小于48mm2，其厚度应不小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于 12mm；扁钢截面应不小于100mm2，其厚度应不小于4mm。避雷网的网格尺寸要求如表8-1所示。关于两根等高避雷线的保护范围，可参看GB50057-1994或有关设计手册，此略。(5)避雷线在 高度的 平面上的保护宽度 按下式计算：(1)距地面 处作一平行于地面的平行线。(2)以避雷线为圆心，为半径，作弧线交于平行线的A、B两点。(3)以A、B为圆心，为半径作弧线，该两弧线相交或相切，并与地面相切。从该弧线起到地面止的空间，就是避雷线的保护范围。(4)当 时，保护范围最高点的高度 按下式计算：2.避雷线 避雷线的功能和原理，与避雷针基本相同。避雷线一般采用截面不小于35mm2 的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又要接地，因此又称为架空地线。单根避雷线的保护范围，按GB50057-1994规定：当避雷线高度 时，无保护范围。当避雷线的高度 时，应按下列方法确定（参看图8-7）。但要注意，确定架空避雷线的高度时，应计及弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，等高支柱间的档距小于120m时，其避雷线中点的弧垂宜取2m；档距为120150m时。弧垂宜取3m。图8-7 单根避雷线的保护范围 a)当 时 b)当 时(8-4)(8-5)3.避雷带和避雷网关于两根等高避雷线的保护范围，可参看9 以上接闪器均应经引下线与接地装置连接。引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带、网采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地；建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应不小于10mm，扁钢截面应不小于80mm2。(二)避雷器 避雷器（包括电涌保护器）是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或用来防止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰。避雷器应与被保护设备并联，且安装在被保护设备的电源侧，如图8-8所示。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻抗变为低阻抗，使雷电过电压通过接地引下线对大地放电，从而保护了设备的绝缘，或消除了雷电电磁干扰。避雷器的类型，有阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物避雷器和电涌保护器等。图8-8 避雷器的连接 以上接闪器均应经引下线与接地装置连接。引下线宜采用圆钢或扁10 1.阀式避雷器阀式避雷器(valve-type lightning arrester，文字符号FV)，又称为阀型避雷器，主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的瓷套管内。火花间隙用铜片冲制而成。每对间隙用厚0.51mm的云母垫圈隔开，如图8-9a所示。正常情况下，火花间隙能阻断工频电流通过，但在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。阀片是用陶料粘固的电工用金刚砂（碳化硅）颗粒制成的，如图8-9b所示。这种阀片具有非线性电阻特性。正常电压时，阀片电阻很大，而过电压时，阀片电阻则变得很小，如图8-9c的特性曲线所示。因此阀式避雷器在线路上出现雷电过电压时，其火花间隙被击穿，阀片电阻变得很小，能使雷电流顺畅地向大地泄放。当雷电过电压消失、线路上恢复工频电压时，阀片电阻又变得很大，使火花间隙的电弧熄灭、绝缘恢复而切断工频续流，从而恢复线路的正常运行。阀式避雷器中火花间隙和阀片的多少，与其工作电压高低成比例。高压阀式避雷器串联很多单元火花间隙，目的是将长弧分割成多段短弧，以加速电弧的熄灭。但阀电阻的限流作用是加速电弧熄灭的主要因素。图8-10a和b分别是FS4-10型高压阀式避雷器和FS-0.38型低压阀式避雷器的结构图。图8-9 阀式避雷器的组成部件及其特性曲线 a)单元火花间隙 b)阀电阻片 c)阀电阻特性曲线U 图8-10 高低压普通阀式避雷器 a)FS4-10型 b)FS-0.38型 1-上接线端子 2-火花间隙 3-云母垫圈 4-瓷套管 5-阀电阻片 6-下接线端子 1.阀式避雷器 图8-9 阀式避雷器的组成部件及其特性11阀电阻特性阀电阻特性避雷器避雷器 避避雷雷器器的的作作用用是是防防止止雷雷电电过过电电压压沿沿输输电电线线路路侵侵入入变变电电所所或或其其它它建建筑筑物物，危危害害电电气设备的绝缘。气设备的绝缘。阀式避雷器阀式避雷器 管型避雷器和保护间隙管型避雷器和保护间隙 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器 在在工工频频电电压压下下，金金属属氧氧化化物物避避雷雷器器呈呈现现极极高高电电阻阻，能能迅迅速速有有效效地地阻阻断断工工频频续续流流，无无需需火火花花间间隙隙来来熄熄灭灭由由工工频频续续流流引引起起的的电电弧弧；而而当当雷雷电电过过电电压压的的作作用用下下，其其电电阻阻变变为为很很小小，能能较较好好地地泄泄放放雷雷电流。电流。阀电阻特性避雷器 避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电12 普通阀式避雷器除上述FS型外，还有一种FZ型。FZ型避雷器内的火花间隙旁边并联有一串分流电阻。这些并联电阻主要起均压作用，使与之并联的火花间隙上的电压分布比较均匀。火花间隙未并联电阻时，由于各火花间隙对地和对高压端都存在着不同的杂散电容，从而造成各火花间隙的电压分布也不均匀，这就使得某些电压较高的火花间隙容易击穿重燃，导致其他火花间隙也相继重燃而难以熄灭，使工频放电电压降低。火花间隙并联电阻后，相当于增加了一条分流支路。在工频电压作用下，通过并联电阻的电导电流远大于通过火花间隙的电容电流。这时火花间隙上的电压分布主要取决于并联电阻的电压分布。由于各火花间隙的并联电阻是相等的，因此各火花间隙上的电压分布也相应地比较均匀，从而大大改善了阀式避雷器的保护特性。FS型阀式避雷器主要用于中小型变配电所，FZ型则用于发电厂和大型变配电站。阀式避雷器除上述两种普通型外，还有一种磁吹型，即FC型磁吹阀式避雷器，其其内部附加有磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，从而进一步改善其保护性能，降低残压。它专用来保护重要的而绝缘又比较薄弱的旋转电机等。阀式避雷器型号的表示和含义如下：F -阀式避雷 额定电压（kV）S变配电所用 Z电 站 用 结构用途代号 设计序号 C磁 吹 式 必须说明：避雷器型号中的额定电压（单位为kV），过去是用避雷器适应的电力系统额定电压来表示的，例如FZ-6型，表示该型避雷器适应于额定电压为6kV的系统上工作。但现在生产的避雷器，其额定电压多按其灭弧电压值（指避雷器在雷电过电压作用下放电终止时的最高电压）来表示。例如上述FZ-6型，由于其灭弧电压为7.6kV，因此其型号现在多表示为FZ-7.6型。同样，原FZ-10型，现多表示为FZ-12.7型，FZ-35型，现多表示为FZ-41型，等等。普通阀式避雷器除上述FS型外，还有一种FZ型。FZ型避雷器13图8-11 排气式避雷器1-产气管 2-内部棒形电极 3-环形电极s1-内部间隙 s2-外部间隙 当线路上遭到雷击或雷电感应时，雷电过电压使排气式避雷器的内、外间隙击穿，强大的雷电流通过接地装置入地。由于避雷器放电时内阻接近于零，所以其残压极小，工频续流极大。雷电流和工频续流使产气管内部间隙发生强烈的电弧，使管内壁材料烧灼产生大量灭弧气体，由管口喷出，强烈吹弧，使电弧迅速熄灭，全部灭弧时间最多0.01s（半个周期）。这时外部间隙的空气迅速恢复绝缘，使避雷器与系统隔离，恢复系统的正常运行。为了保证避雷器可靠地工作，在选择排气式（管型）避雷器时，其开断电流的上限，应不小于安装处短路电流的最大有效值（计入非周期分量）；而其开断电流的下限，应不大于安装处短路电流可能的最小值（不计非周期分量）。在排气式（管型）避雷器的全型号中就表示出了开断电流的上、下限。2.排气式避雷器 排气式避雷器（expulsion-type lightning arrester，文字符号FE），通称管型避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙等三部分组成，如图8-11所示。产气管由纤维、有机玻璃或塑料制成。内部间隙装在产气管内，一个电极为棒形，另一个电极为环形。排气式（管型）避雷器全型号的表示和含义如下 G 管型避雷器 额定电压（kV）开断电流上限(kA)S-变配电所用 开断电流下限(kA)结构用途代号 设计序号X-架空线路用图8-11 排气式避雷器 当线路上遭到雷击或雷电感应时，雷14图8-13 三相线路上保护间隙的连接s1 主间隙 s2 辅助间隙 保护间隙的安装，是一个电极接线路，另一个电极接地。但为了防止间隙被外物（如鼠、鸟、树枝等）偶然短接而造成接地或短路故障，没有辅助间隙的保护间隙（如图8-12a、b）必须在其公共接地引下线中间串入一个辅助间隙，如图8-13所示。这样即使主间隙被外物短接，也不致造成接地或短路。保护间隙只用于室外不重要的架空线路上。排气式避雷器具有简单经济、残压很小的优点，但它动作时有电弧和气体从管中喷出，因此它只能用在室外架空场所，主要用在架空线路上。此外，它动作时工频续流很大，相当于相间短路，往往要引起线路开关跳闸，因此对于装有排气式避雷器的线路，宜装设一次自动重合闸装置（ARD），以便排气式避雷器动作引起开关跳闸后能制动重合闸，迅速恢复供电。3.保护间隙 保护间隙（protective gap，文字符号FG）又称角型避雷器，其结构如图8-12所示。它简单经济，维护方便，但保护性能差，灭弧能力小，容易造成接地或短路故障，使线路停电。因此对于装有保护间隙的线路，一般也宜装设自动重合闸装置，以提高供电可靠性。图8-12 保护间隙a)双支持绝缘子单间隙 b)单支持绝缘子单间隙 c)双支持绝缘子双间隙s 保护间隙 s1 主间隙 s2 辅助间隙图8-13 三相线路上保护间隙的连接 保护间隙的安装，是一15 注意：其额定电压现在也多用其灭弧电压值来表示。5.电涌保护器 电涌保护器又称为浪涌保护器（surge protective device,缩写SPD），是用于低压配电系统中电子信号设备上的一种雷电电磁脉冲（浪涌电压）保护设备。它的连接与一般避雷器一样，也与被保护设备并联，接于被保护设备的电源侧，如前图8-8所示。4.金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器（metal-oxide arrester，文字符号FMO）按有无火花间隙分两种类型，最常见的一种是无火花间隙只有压敏电阻片的避雷器。压敏电阻片是由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀电阻特性。在正常工频电压下，它呈现极大的电阻，能迅速有效地阻断工频续流，因此无须火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧。而在雷电过电压作用下，其电阻又变得很小，能很好地泄放雷电流。另一种是有火花间隙且有金属氧化物电阻片的避雷器，其结构与前面讲的普通阀式避雷器类似，只是普通阀式避雷器采用的是碳化硅电阻片，而有火花间隙金属氧化物避雷器采用的是性能更优异的金属氧化物电阻片，具有比普通阀式避雷器更优异的保护性能，且运行更加安全可靠，所以它是普通阀式避雷器的更新换代产品。金属氧化物避雷器全型号的表示和含义如下：改进设计代号额定电压（kV）额定放电电流下的最大残压值（kV）特殊性能代号Y 金属氧化物避雷器额定放电电流（kA）结构特征代号B 并有放电间隙C 串有放电间隙W 无放电间隙应用场所代号D 保护电机用Z 电 站 用S 变配电所用W-防污型GY 高原型 注意：其额定电压现在也多用其灭弧电压值来表示。4.16图8-14 顶线绝缘子附加保护间隙1-绝缘子 2-架空导线 3-保护间隙 4-接地引下线 5-电杆 三三.电气装置的防雷电气装置的防雷 (一)架空线路的防雷措施 (1)架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kV及以上的架空线路上才全线架设。35kV的架空线路上，一般只进出变配电所的一段线路上装设。而10kV及以下的架空线路上一般不装设。(2)提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平。这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施之一。(3)利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 对于中性点不接地系统的310kV架空线路，可在其三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙，如图8-14所示。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下边两根导线。由于线路为中性点不接地系统，一般也不会引起线路断路器跳闸。(4)装设自动重合闸装置 线路上因雷击放电造成线路电弧短路时，会引起线路断路器跳闸，但断路器跳闸后电弧会自行熄灭。如果线路上装设一次自动重合闸，使断路器经0.5s自动重合闸，电弧通常不会复燃，从而能恢复供电，这对一般用户不会有多大影响。(5)个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路中个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。电涌保护器按应用性质分，有电源线路电涌保护器和信号线路电涌保护器两种。这两种SPD的原理结构基本相同，只是信号线路SPD的结构较简单，工作电压较低，放电电流也小得多，但它对传输速度的要求高，要求响应时间（即动作时间）极短。电涌保护器按工作原理分，有电压开关型、限压型和复合型。电压开关型SPD是在没有浪涌电压时具有高阻抗，而一旦出现浪涌电压即变为低阻抗，其常用元件有放电间隙或晶闸管、气体放电管等。限压型SPD是在没有浪涌电压时为高阻抗，而出现浪涌电压时，则随着浪涌电压的持续升高，其阻抗也持续降低，以抑制加在被保护设备上的电压，其常用元件为压敏电阻。复合型SPD是开关型和限压型两类元件的组合，因此兼有两种SPD的性能。图8-14 顶线绝缘子附加保护间隙 三.电气17图8-15 变配电所对雷电波侵入的防护a)310kV架空和电缆进线 b)35kV架空和电缆进线FV-阀式避雷器 FE-排气式避雷器 FMO-金属氧化物避雷器(二)变配电所的防雷措施(1)装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直击雷。如果变配电所处在附近更高的建筑物上防雷设施的保护范围之内或变配电所本身为车间内型，则可不必再考虑直击雷的防护。(2)装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所，可利用避雷线来防护直击雷。在35kV及以上的变配电所架空进线上，架设12km的避雷线，以消除一段进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。(3)装设避雷器 用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害。变配电所对高压侧雷电波侵入防护的接线图如图8-15所示。在每路进线终端和每段母线上，均装设阀式避雷器或金属氧化物避雷器。如果进线是具有一段引入电缆的架空线路，则在架空线路终端的电缆头处装设阀式避雷器或排气式避雷器，其接地端与电缆头相连后接地。图8-15 变配电所对雷电波侵入的防护(二)变配电所的防18图8-16 电力变压器的防雷保护及其接地系统TM-电力变压器 FV-阀式避雷器(三)高压电动机的防雷措施 高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有相同电压等级的油浸式电力变压器的1/3左右，加之长期运行，固体介质还要受潮、腐蚀和老化，会进一步降低其耐压水平。因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普通的FS型或FZ型阀式避雷器而应采用专用于保护旋转电机用的FCD型磁吹阀式避雷器，或采用有串联间隙的金属氧化物避雷器。对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。对定子绕组中性点不能引出的高压电动机，可采用图8-17所示接线。为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机进线上加一段100150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组普通阀式或排气式避雷器，而在电动机电源端（母线上）安装一组并联有电容器（0.250.5F）的FCD型磁吹阀式避雷器。为了有效地保护主变压器，阀式避雷器应尽量靠近主变压器安装。阀式避雷器至310kV主变压器的最大电气距离如表8-2所示。配电变压器的高低压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及其金属外壳一同接地，如图8-16所示。30272315避雷器至变压器的最大电气距离/m4321雷雨季节经常运行的进线线路数表表8-2 阀式避雷器至阀式避雷器至310kV主变压器的最大电气距离主变压器的最大电气距离 图8-17 高压电动机对雷电波侵入的防护FV1-普通阀式避雷器 FV2-磁吹阀式避雷器 FE-排气式避雷器 N610kVFV220/380VabcABC外 壳TM图8-16 电力变压器的防雷保护及其接地系统(三)高压电19【1】关于爆炸和火灾危险环境的分区（据GB500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范规定），参考附录表22。四四.建筑物的防雷建筑物的防雷(一)建筑物的防雷类别 建筑物（含构筑物，下同）根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类（据GB50057-1994规定）：1.第一类防雷建筑物(1)凡制造、使用或储存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸会造成巨大破坏和人身伤亡者。(2)具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物【1】。(3)具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸会造成巨大破坏和人身伤亡者。2.第二类防雷建筑物(1)制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。(2)具有1区爆炸危险环境的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。(3)具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。(4)工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。(5)预计雷击次数大于0.06次/年的部、省级办公建筑物及其他重要的或人员密集的公共建筑物;预计雷击次数大于0.3次/年的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。(6)国家级重要建筑物。3.第三类防雷建筑物(1)根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区危险环境。(2)预计雷击次数大于或等于0.06次/年的一般工业建筑物。(3)预计雷击次数大于或等于0.012次/年、且小于或等于0.06次/年的部、省级办公建筑物及其他重要的或人员密集的公共建筑物;预计雷击次数大于或等于0.06次/年、且小于或等于0.3次/年的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。【1】关于爆炸和火灾危险环境的分区（据GB500581920(4)在平均雷暴日大于15日/年的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15日/年的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。(5)省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。(二)建筑物的防雷措施按GB50057-1994规定，各类防雷建筑物应在建筑物上装设防直击雷的接闪器，避雷带、网应沿表8-3所示的屋角、屋脊、屋檐和屋角等易受雷击的部位敷设。表表8-3 建筑物易受雷击的部位建筑物易受雷击的部位（据GB50057-1994）坡度不小于1/2的屋面4坡度大于1/10且小于1/2的屋面3坡度不大于1/10的屋面2 (1).图上圆圈“”表示雷击率最高的部位，实线“”表示易受雷击部位，虚线“-”表示不易受雷击部位 (2).对序号3、4所示屋面，在屋脊有避雷带的情况下，当屋檐处于屋脊避雷带的保护范围内时，屋檐上可不再装设避雷带平屋面1备 注易受雷击的部位屋面情况序号 1.第一类防雷建筑物的防雷措施(1)防直击雷 装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护建筑物及其风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。避雷网格尺寸不应大于5m5m或6m4m。独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离，架空避雷线（网）至被保护建筑物屋面和各种突出屋面物体之间的距离，均不得小于3m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻 。当建筑物高于30m时，尚应采取防侧击雷的措施。(2)防雷电感应 建筑物内外的所有可产生雷电感应的金属物件均应接到防雷电感应的接地装置上，其工频接地电阻 。(4)在平均雷暴日大于15日/年的地区,高度在15m及以上21(3)防雷电波侵入 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设。在入户端，应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用水泥电杆和铁横担的架空线，并使用一段电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m。在电缆与架空线连接处，还应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管及绝缘子铁脚、金具等均应连接在一起接地，其冲击接地电阻 。2.第二类防雷建筑物的防雷措施(1)防直击雷 宜采取在建筑物上装设避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器，使被保护的建筑物及其风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。避雷网格尺寸不应大于10m10m或12m8m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻 。当建筑物高于45m时，尚应采取防侧击雷的措施。(2)防雷电感应 建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接至防直击雷的接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。(3)防雷电波侵入 当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮和金属线槽接地。低压架空线改换一段埋地电缆引入时，埋地长度也不应小于15m。平均雷暴日小于30日/年地区的建筑物，可采用低压架空线直接引入建筑物内，但在入户处应装设避雷器，或设23mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚、金具连接在一起接到防雷装置上，其冲击接地电阻 。3.第三类防雷建筑物的防雷措施(1)防直击雷 也宜采取在建筑物上装设避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。避雷网格尺寸不应大于20m20m或24m16m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻 。当建筑物高于60m时，尚应采取防侧击雷的措施。(2)防雷电感应 为防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，引下线与附近金属物和电气线路的间距应符合规范的要求。(3)防雷电波侵入 对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备的接地相连接。当电缆转换为架空线时，应在转换处装设避雷器。电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连接在一起接地，其冲击接地电阻 。进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近连接到防雷或电气设备的接地装置上或单独接地，其冲击接地电阻 。(3)防雷电波侵入 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设22 (3)IT系统中电涌保护器（SPD）的装设要求 IT系统中SPD的装设，如图8-22所示。PE线也不得穿过RCD的铁心。由于IT系统的电源中性点不接地或经约1000电阻接地，当其中设备发生单相接地故障时，另外两非故障相的对地电位将升高，使SPD上承受的电压相应升高，可升至线电压 。因此，为确保SPD安全运行，SPD的最大持续运行电压应取为 ，这里 为配电线路的线电压。由于SPD在雷电电磁脉冲作用下导通放电时，施加在被保护设备上的雷电脉冲残压是SPD上的残压与SPD两端接线上电感L 的感应电压降（）之和。其中SPD上的残压由产品性能决定，无法减小；而SPD两端接线上的感应电压降则可借缩短接线长度减小电感L 来减小，因此SPD两端的接线应尽量缩短。按GB50343-2004规定，其接线长度不宜大于0.5m。关于电子信息系统中的信号线路、天馈线路、计算机网络系统及其他系统的防雷要求，均应符合GB50343-2004的规定，限于篇幅，此略。图8-22 IT系统中SPD的装设1-进线电源箱 2-配电盘 3-接地母线 4-电涌保护器（SPD）5-SPD的接地连接（5a或5b）6-被保护设备 7-漏电保护器（RCD）F-保护SPD的熔断器或断路器、漏电保护器（RCD）(3)IT系统中电涌保护器（SPD）的装设要23 二二.电气装置的接地及其接地电阻电气装置的接地及其接地电阻(一)电气装置应该接地或接零的金属部分 GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范规定，电气装置的下列金属部分，均应接地或接零：(1)电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。(2)电气设备的传动装置。(3)屋内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。(4)配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座。(5)交、直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和可触及的电缆金属护层和穿线的钢管。穿线的钢管之间或钢管与电器设备之间有金属软管过渡的，应保证金属软管段接地畅通。(6)电缆桥架、支架和井架。(7)装有避雷线的电力线路杆塔。(8)装在配电线路杆上的电力设备。(9)在非沥青地面的居民区内，不接地、经消弧线圈接地和高电阻接地系统中无避雷线的架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。(10)承载电气设备的构架和金属外壳。(11)发电机中性点柜外壳，发电机出线柜、封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分。(12)气体绝缘全封闭组合电器（GIS）的外壳接地端子和箱式变电站的金属箱体。(13)电热设备的金属外壳。(14)铠装控制电缆的金属护层。(15)互感器的二次绕组。(二)电气装置可不接地或不接零的金属部分 GB50169-2006规定，电气装置的下列金属部分可不接地或不接零：(1)在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为400V及以下或直流额定电压为440V及以下的电气设备的外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地。(2)在干燥场所，交流额定电压为127V及以下或直流额定电压为110V及以下的电气设备的外壳。二.电气装置的接地及其接地电阻24(3)安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。(4)安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。(5)额定电压为220V及以下的蓄电池室内的金属支架。(6)由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道。(7)与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。(三)接地电阻及其要求 接地电阻是接地线和接地体的电阻与接地体散流电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻相对很小，因此接地电阻可认为就是接地体的散流电阻。接地电阻按其通过电流的性质分以下两种：(1)工频接地电阻：是工频接地电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻，用 （或 ）表示。(2)冲击接地电阻：是雷电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻，用 （或 ）表示。我国有关规程规定的部分电力装置所要求的工作接地电阻（包括工频接地电阻和冲击接地电阻）值，如附录表24所示，供参考。关于低压TT系统和IT系统中电力设备外露可导电部分的保护接地电阻 ，按规定应满足这样的条件，即在接地电流 通过 时产生的对地电压不应高于50V（安全特低电压），因此保护接地电阻为(8-7)如果作为设备单相接壳故障保护的漏电断路器动作电流 取为30mA(安全电流值)，则 50V/0.03A=1667。这一电阻值很大，很容易满足要求。一般取 ，以确保安全。对低压TN系统，由于其中所有设备的外露可导电部分均接公共PE线或PEN线，是采取保护接零，因此不存在保护接地电阻问题。(3)安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继25 最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的钢管。如果采用的钢管直径小于50mm，则因钢管的机械强度较小，易弯曲，不适于用机械方法打入土中；如果钢管直径大于50mm，则钢材耗用增大，而散流电阻减小甚微，很不经济（例如钢管直径由50mm增大到125mm时，散流电阻仅减小15%）。如果采用的钢管长度小于2.5m时，散流电阻增加很多；如果钢管长度大于2.5m时，则难于打入土中，而散流电阻也减小不多。由此可见，采用直径为50mm、长度为2.5m的钢管作为垂直接地体是最为经济合理的。但是为了减少外界温度变化对散流电阻的影响，埋入地下的接地体，其顶端离地面不宜小于0.6m。图8-29 人工接地体 a)垂直埋设的管形或棒形接地体 b)水平埋设的带形接地体 三三.接地装置的装设与布置接地装置的装设与布置(一)自然接地体的利用 在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。如果实地测量所利用的自然接地体接地电阻已满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，除35kV及以上变配电所外，一般就不必再装设人工接地装置了。可以利用的自然接地体，按GB50169-2006规定有：(1)埋设在地下的金属管道，但不包括可燃和有爆炸物质的管道；(2)金属井管；(3)与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；(4)水工建筑物及其类似的构筑物的金属管、桩等。对于变配电所来说，可利用其建筑物的钢筋混凝土基础作为自然接地体。对310kV变配电所来说，如果其自然接地电阻满足规定值时，可不另设人工接地。对35kV及以上变配电所则还必须敷设以水平接地体为主的人工接地网。利用自然接地体时，一定要保证其良好的电气连接。在建、构筑物结构的结合处，除已焊接者外，都要采用跨接焊接，而且跨接线不得小于规定值。(二)人工接地体的装设 人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种，如图8-29所示。最常用的垂直接地体为直径50mm、长2.5m的26 当土壤电阻率（参看附录表24）偏高时，例如土壤电阻率 时，为降低接地装置的接地电阻，可采取以下措施：(1)采用多支线外引接地装置，其外引长度不宜大于 ，这里的 为埋设地点的土壤电阻率。(2)如果地下较深处土壤电阻率较低时，可采用深埋式接地体。(3)局部进行土壤置换处理，换以电阻率较低的粘土或黑土（见图8-30），或进行土壤化学处理，填充以炉渣、木炭、石灰、食盐、废电池等降阻剂（见图8-31）。图8-30 土壤置换处理a)垂直接地体 b)水平接地体图8-31 土壤化学处理 1-扁钢 2-钢管 3-降阻剂 当土壤电阻率（参看附录表24）偏高时，例如土27精品课件精品课件！精品课件！28精品课件精品课件！精品课件！29注：注：裸铜绞线一般不作为小型接地装置的接地体用。当作为接地网的接地体时，截面应满足设计要求。按GB50169-2006规定，铜接地体的截面一般不应小于表8-8所列规格。表表8-8 铜接地体的最小规格铜接地体的最小规格（据GB50169-2006）注注:1.电力线路杆塔的接地体引出线截面不应小于50mm2。引出线应热镀锌。2.按GB50057-1994建筑物防雷设计规范规定：防雷的接地装置，圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小 于100mm2，厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。作为引下线，圆钢直径 不应小于8mm；扁钢截面不应小于48mm2，厚度不应小于4mm。3.本表规格也符合GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范的规定。按GB50169-1992电气装置安装工程接地装置施工及验收规范规定，钢接地体和接地线的截面不应小于表8-7所列规格。对110kV及以上变电所或腐蚀性较强场所的接地装置，应采用热镀锌钢材，或适当加大截面。不得采用铝导体作接地体或接地线。表表8-7 钢接地体和接地接地体和接地线的最小的最小规格格（据GB50169-1992）4.53.52.52.5 钢管管壁厚度/mm642.52角钢厚度/mm6443 厚度/mm100100 100 60 截面/mm2 扁 钢 121086圆钢直径/mm 直 流 回 路 交 流 回 路 室 外 室 内 地 下 地 上 种 类、规 格 及 单 位32 铜 管 管 壁 厚 度（mm）3010铜牌截面（mm2）64铜 棒 直 径（mm）地 下地 上种 类、规 格 及 单 位注：裸铜绞线一般不作为小型接地装置的接地体用。当作为接地网的30