第9章-防雷及过电压保护与接地.

,第二级,第三级,第四级,第五级,第九章 防雷及过电压保护与接地,第九章 防雷及过电压保护与接地,8.1 雷电有关知识,8.2 建筑物防雷,8.3 交流电气装置的过电压保护,8.4 电气装置的接地与等电位联结,8.5,低压电气装置的电击防护,小结,第一节 雷电有关知识,主要内容,一、,雷云放电过程,二、有关的雷电参数,四、雷电作用的形式,主要内容,一、,雷云放电过程,二、有关的雷电参数,四、雷电作用的形式,主要内容,一、,雷云放电过程,二、有关的雷电参数,四、雷电作用的形式,一、雷电放电过程,能产生雷电的带电云层称为雷云。,负下行雷通常包括若干次重复的放电过程，而每次可以分为下列三个阶段：,先导（向下先导、迎面先导）放电主放电余辉放电,二、有关的雷电参数,1、雷暴日,雷暴日是指该地区平均一年内有雷电放电的平均天数。,T,d,40，多雷区；,T,d,90，强雷区,3、雷电流幅值和陡度,2、雷击大地密度,雷击大地密度是每年每平方公里雷击大地的次数。,四、雷电作用的形式,直击雷,雷电感应,雷电波侵入,雷击电磁脉冲,雷电直接击中电气设备，雷电流放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应。,架空线路或金属管道遭受雷击而引起的过电压波，沿线路侵入变配电所或其他建筑物。占雷害事故的50%70%。,雷电未击中电气设备，而是在该设备上产生静电感应而产生的过电压。,直击雷,雷电波侵入,感应雷,雷电电磁脉冲,雷电直接击在建筑物的防雷装置上或击在建筑物附近所引起的一种电磁感应效应，通过连接导体使相关联设备的电位升高而产生电流冲击或电磁辐射，使电子信息系统受到干扰。（1992年国家气象中心大楼 ）,第二节 建筑物防雷,主要内容,一、,概述,二、建筑物的防雷分类,四、建筑物防雷装置,GB500572010建筑物防雷设计规范,一、概述,H,100m时，,H,100m时，,k,校正系数,一般情况下：,1,；,山顶上或旷野孤立的建筑物：,2,；,金属屋面没有接地的砖木结构：,1.7,；,河边、湖边、山坡下等处：,1.5,；,A,e,与建筑物截收相同雷击次数的等效面积,建筑物年预计雷击次数：,二、建筑物的防雷分类,防雷类别,各类建筑物的具体条件,第一类防雷建筑物,1）凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物， 因电火花而引起爆炸、爆轰， 会造成巨大破坏和人身伤亡者,第二类防雷建筑物,1）国家级重点文物保护的建筑物,2）国家级的会堂、办公建筑物、大型展览和博览建筑物、大型火车站和飞机场、国宾馆， 国家级档案馆、大型城市的重要给水水泵房等特别重要的建筑物,3）国家级计算中心、国际通讯枢纽等对国民经济有重要意义的建筑物,4）国家特级和甲级大型体育馆,5）制造、使用或贮存爆炸物质的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者,防雷类别,各类建筑物的具体条件,第二类防雷建筑物,6）具有1区或21区爆危险场所的建筑物，且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者,7）具有2区或22区爆炸危险场所的建筑物,8）工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐,9）预计雷击次数大于0.05次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所,10）预计雷击次数大于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物,第三类防雷建筑物,1）省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆,2）预计雷击次数大于或等于0.01次/a且小于或等于0.05次/a的部、省级办公建筑物和其他重要或人员密集的公共建筑物以及火灾危险场所,3）预计雷击次数大于或等于0.05次/a且小于或等于0.25次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物或一般性工业建筑物,4）在平均雷暴日大于15d/a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15d/a的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物,爆炸危险环境分区,三、建筑物防雷装置,建筑物防雷装置,外部防雷装置,组成：,接闪器、引下线和接地装置,作用：避免直接雷引起的电效应、 热效应及机械效应。,内部防雷装置,组成：防雷,等电位联结,或采用,电气绝缘,作用：避免建筑物内因雷电感应和高电 位反击而出现危险火花,避雷针,：,避雷针一般采用镀锌圆钢或钢管制成。它通常安装在电杆或构架、建筑物上。其保护范围，通常用“滚球法” 来确定。,防雷类别,滚球半径（m）,第一类防雷建筑物,30,第二类防雷建筑物,45,第三类防雷建筑物,60,1,、,接闪器,: 常见的接闪器有避雷针、避雷线、避雷带和避雷网，用来防护直击雷。,避雷线,（架空地线） 避雷线一般采用截面不小于,35mm,2,的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上边，以保护架空线路或其他物体免遭直接雷击。,避雷带,和,避雷网,避雷带通常是沿建筑物易受雷击的部位如屋角、屋脊、屋檐和檐角等处敷设的带状导体，通常采用圆钢或扁钢。,避雷网是将建筑物屋面上纵横敷设的避雷带组成网格，其网格尺寸大小与建筑物的防雷类别有关。,不同防雷等级建筑物的避雷网格尺寸,防雷类别,避雷网网格尺寸（m）,第一类防雷建筑物,55或64,第二类防雷建筑物,1010或128,第三类防雷建筑物,2020或2416,避雷带,避雷带或避雷网主要适用于宽大的建筑物。避雷带或避雷网一般无须计算保护范围。,鸟巢也是一个避雷网（法拉第笼）,屋面上的所有金属突出物,，如卫星和共用天线接受装置、节日彩灯、航空障碍灯、金属设备和管道以及建筑金属构件等，,均应与屋面上的防雷装置可靠连接,。高出屋面避雷带或避雷网的非金属突出物体，如烟囱、透气管、天窗等不在保护范围内时，应在其上部增加避雷带或避雷针保护。,当建筑物高度超过其滚球半径时，侧面可能会遭受闪击，特别是各表面的突出尖物、墙角和边缘。因而应在高层建筑物的上部，一般在建筑物高度的最上面,20%且高于60m,的部位（第三类防雷建筑物，第二类防雷建筑物为,45m,），安装,侧面接闪器保护,。,表 防雷引下线的数量及间距,建筑物防雷分类,引下线间距（m）,引下线,数量,备注,人工敷设引下线,利用自然引下线,第一类防雷建筑物,12,2,不采用独立避雷针、架空避雷线（网）时,第二类防雷建筑物,18,按柱跨度设置，但平均值18,2,第三类防雷建筑物,25,按柱跨度设置，但平均值25,2,40m以下建筑物除外,2、引下线与防雷接地装置,引下线是外部防雷装置的一部分，将接闪器雷电流传导至接地装置。,防雷引下线应优先利用建筑物四周的钢筋混凝土柱或剪力墙中的主钢筋，还宜利用建筑物的钢柱等作引下线（自然引下线），其所有部件之间均应连成电气通路。,3、接地装置,接地装置是外部,防雷系统,的组成部分，用于把雷电流引导并散入大地。,一类防雷建筑物设置的独立避雷针、架空避雷线或架空避雷网应设置独立的人工接地装置。 二类和三类防雷建筑物防雷接地宜与电气设备等接地共用同一接地装置，并优先利用钢筋混凝土中的钢筋作为接地装置。,避雷带,避雷网,引下线,一、屏蔽辐射脉冲电磁场效应和防止在设备线路上出现电涌（,雷击电磁脉冲引发表现为过电压和过电流的瞬态波,），如在装置中综合运用屏蔽、接地、等电位联结等方法；,二、消除或减少由外部线路导入的电涌，如在电涌线路和信号线路中安装协调配合的电涌保护器,（SPD）,。,1.屏蔽,磁屏蔽能够减小电磁场和内部感应电涌的幅值。,采用金属屏蔽电缆,线路屏蔽,采用密闭的金属电缆管道、设备采用金属壳体、钢筋成格栅形的混凝土电缆管道等。,四、防雷击电磁脉冲,建筑物屏蔽,各交叉点做连接,金属门框架,每根钢筋做连接,金属窗框架,每根钢筋做连接,2、电涌保护器,（SPD ：Surge Protection Device ）,应用场所：,JGJ16-2008民用建筑电气设计规范 第条： 为避免建筑物电子信息系统设备因雷击电磁脉冲而引起损坏，宜在,低压配电系统,及,信息系统信号传输线路,中采用电涌保护器（SPD）进行保护。,4极浪涌保护器,低压配电系统中的SPD通常安装在电源进线、次级配电、终端配电柜以及楼层配电箱中，也可安装在计算机中心、电信机房、电梯控制室及装有电子医疗设备场所的配电箱中。,图1,TN-C-S,系统中,SPD,的装设,第三节 交流电气装置的过电压保护,主要内容,一、,过电压的,基本概念,二、防雷设备,三、防雷措施,一、,过电压的,基本概念,在线路或电气设备上出现的超过正常工作电压要求的电压。,1、按产生原因的不同可分为：,内部过电压,雷电过电压,由系统本身的开关操作、负荷剧变、故障等引起。一般不超过正常运行时相对地额定电压的34倍，危害不大。,电力设备遭受大气中的雷击或雷电感应而引起。电压幅值可达1亿伏，电流幅值可达几十万安培，危害极大。,2,、,避雷器,: 防护雷电波侵入,装设位置：,避雷器应与被保护设备并联，安装在被保护设备的电源侧。,类型：阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物和浪涌保护器等。,二、,过电压的,保护设备,1,、,防雷接闪器,、排气式避雷器（管型避雷器）：,用于架空线路。,FS-0.38kV,阀式避雷器,HY5WS-10kV,氧化锌避雷器,火花间隙：铜片冲制而成，正常情况下电流不能通过，高压作用下被击穿放电。,阀电阻片：碳化硅，非线性的电阻特性；加速电弧熄灭。,、阀式避雷器（,FS、FZ,型）： 用于变配电所。,、,金属氧化物避雷器,：,原理同阀式避雷器，电阻片为金属氧化物，性能更优异。,、,角型避雷器,（保护间隙）：,由两个金属电极构成的一种简单的防雷保护装置。构造简单，维护方便，但其自行灭弧能力较差，用于室外不重要的架空线路。,三、变电所的雷击过电压保护,1）直击雷过电压防护；避雷针、避雷线,2）雷电侵入波过电压防护；避雷器,3）变电所的进线段保护,变电所的进线段保护是保证2km外线路导线上出现雷电侵入波过电压时，不引起变电所电气设备绝缘损坏。,35110kV变电所的进线段保护接线,610kV配电装置雷电侵入波的保护接线,4）配电系统的雷电过电压保护,10/0.4kV,配电变压器应装设阀式避雷器保护。阀式避雷器应尽量靠近变压器装设，其接地线应与变压器低压侧中性点以及金属外壳等连在一起接地，构成防雷等电位联结。,四、低压配电装置的雷击过电压保护,过电压保护措施：等电位联结，保护接地，电涌保护器,五、架空线路的雷击过电压保护,1、66kV以上线路全线架设避雷线；,2、提高线路本身的绝缘水平；,3、利用排列的顶线兼作防雷保护线；,4、装设自动重合闸装置；,5、个别绝缘薄弱地点加,装避雷器。,第四节 电气装置的接地与等电位联结,主要内容,一、接地的有关概念,二、低压配电系统的接地故障保护,和等电位联结,一、接地的有关概念,、接地与接地装置,地,：能供给或接受大量电荷可用来作为良好的参考电位的物体，一般指大地，工程上取为零电位。,接地,：将电气设备的某部分与地之间作良好的电气连接。,接地极,：埋入土壤或特定的导电介质（例如混凝土或焦炭）中、与大地有电接触的可导电部分。,人工接地极,：为了接地而专门装设的接地极,自然接地极,：兼作接地极用的直接与大地接触的可导电 部分，如金属管道、基础钢筋等。,接地线,：连接接地极与设备、装置接地部分的金属导体。,接地装置,：,系统、装置或设备的接地所包含的所有电气连接件和器件，包括接地极或接地网、接地导体、总接地端子或总接地母线等。,出于电气安全之外的目的，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如电力系统的中性点接地（系统接地）。,为了电气安全,，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如：,2、接地的分类,防,电击保护接地,：为,间接接触防护（故障防护）而将电气装置或设备,的,外露可导电部分进行接地,。,防雷保护接地,：为,防止雷电过电压而将雷电流、电涌电流泄入大地而设置的接地,。,防静电接地,：为,消除静电危害将静电导入大地而设置的接地,。,为电磁兼容性所做的接地地。如屏蔽接地。,功能接地,保护接地,电磁兼容性接地,3、对地电压、接触电压、跨步电压,电气设备在发生接地故障时，故障电流将通过接地极以半球形向大地中散开。试验表明，在距单根接地极或接地故障点,20m,左右的地方，散流电阻值己很小，此处电位接近参考零电位，称为,参考地,。,电气设备接地故障时,对地电压：,电气设备接地点和接地极与参考地之间的电压。,预期接触电压,：指人尚未触及但可能被同时触及的可导电部分之间的电压。,跨步电压,：指大地表面相距,1m,（约为人的步距）的两点之间的电压。,二、,接地电阻,在给定频率下，系统、装置或设备的指定点与参考地之间的电阻。包括接地导体、接地极（网）的电阻与接地极周围土壤的流散电阻。,工频接地电阻,：按通过接地极流入地中工频交流电流求,得的接地电阻。,冲击接地电阻,：按通过接地极流入地中冲击电流（雷电,流）求得的接地电阻。,冲击接地电阻一般小于工频接地电阻,三、接地装置的设计,（一）接地装置的布置,独立变电所的接地装置，除利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工接地网。,人工主接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。主接地网内应敷设水平均压带。主接地网均压带可采用等间距或不等间距布置，可构成长孔形或方孔形接地网。,变电所接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或在地下深埋两条与接地网相连的帽檐式均压带，以降低接触电位差与跨步电位差。,建筑物电气装置的接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，宜将地梁内的钢筋焊接连成环形接地装置；当无钢筋混凝土地梁时，可在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内，直接敷设,404,镀锌扁钢，形成环形接地。,当利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋、金属管道等作自然接地体时，应估算或实测其接地电阻。如接地电阻大于规定值时，还应补设人工接地极。,人工接地极宜采用以水平接地极为主的闭合环形接地网，敷设在建筑物四周基础槽坑外沿，并应在防雷引下线处与建筑物基础钢筋网相连接。,第五节 低压电气装置的电击防护,主要内容,一、,电流通过人体的效应,二、直接接触防护和间接接触防护,三、间接接触防护中自动切断电源的防护,一、电流通过人体的效应,电击防护减小电击危险的防护措施，包括：直接接触防护、间接接触防护和直接接触及间接接触两者兼有的防护。,人与带电部分的电接触称为直接接触。,人与故障情况下带电的外露可导电部分的电接触称为间接接触。,只要通过人体的电流小于,30mA,，人体就不致因发生心室纤维性颤动而电击致死。所以,30mAs,也称为人体的安全电流。,我国目前使用的特低电压（ELV）系统的工频交流标称电压值（有效值）不超过,50V,。常用的有6V、12V、24V、36V、48V等。,在预期环境下，最高电压不足以使人体流过的电流造成不良生理反应，不可能造成危害的临界等级以下的电压。,二、直接接触防护和间接接触防护,（一）直接接触防护（基本防护）,（1）将带电部分绝缘,（2）设置遮拦或外护物,（3）设置阻挡物进行保护,（4）放置在伸臂范围以外的保护,（5）用剩余电流保护器的附加保护,（二）间接接触防护（故障防护）,（1）采取自动切断电源,（2）采用双重绝缘或加强绝缘的电气设备,（3）采取电气分隔措施,（4）采用特低电压供电,（5）将电气设备安装在非导电环境内,（6）设置不接地的等电位联结,类别,设 备 特 征,安 全 措 施,0类,没有保护,使用环境与地绝缘,类,有保护接地,接地线与固定面中的保护线连接,类,有附加绝缘，不需保护接地,双重绝缘或加强绝缘,类,设计成安全特低压供电,安全特低供电,三、间接接触防护中自动切断电源的防护,等电位联结,为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。,1.总等电位联结,在保护等电位联结中，将以下可导电部分连接到一起：,总保护导体；,总接地导体或总接地端子；,建筑物内的供应服务管道，如煤气管、水管；,可利用的建筑物金属结构部分、集中供热和空调系统。,作用于全建筑物，在每一电源进线处，利用联结干线将保护线、接地线的总接线端子与建筑物内电气装置外的可导电部分（如：进出建筑物的金属管道、建筑物的金属结构构件等）连接成一体。,指在局部范围内设置的等电位联结，如卫生间、游泳池、手术室等处。,总等电位联结,（,MEB,）,局部等电位联结,（,LEB,）,三、间接接触防护中自动切断电源的防护,等电位联结,为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。,总等电位联结示意图,现场施工中的,MEB,以下可导电部分连接到一起：,总保护导体；,总接地导体或总接地端子；,建筑物内的供应服务管道，如煤气管、水管；,可利用的建筑物金属结构部分、集中供热和空调系统,。,1.,显著降低人体接触电压,2,有效消除来自外部的危险电压,等电位联结的作用,MEB,U,f,第九章 小结,1、了解雷电过电压的几种形式； P,253,2、掌握建筑物防雷系统的组成，第二、三类建筑物防雷措施；P,256,3、了解,常用的,过电压保护,设备,； P,268,4,、,熟悉架空线路，变配电所的防雷措施； P,272,5、,了解接地的有关概念,； P,275,6、了解电击防护的措施； P231,7、熟悉漏电保护器和等电位连接。 P228 、P,233,避雷带,避雷网,引下线,