工厂供配电技术第8章电气安全(防雷和接地)

8.1过电压与防雷8.2电气设备接地8.3接地装置第八章电气安全（防雷与接地）8.1过电压与防雷接地8.1.1雷电与过电压雷电现象在闷热、潮湿、无风的天气里，接近地面的湿气受热上升，遇到冷空气凝成冰晶。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”。不同电荷云团之间，或云与大地之间产生强烈的放电现象，并伴随强烈的闪光和轰鸣，这就是雷电现象。雷电过电压也称外部过电压或大气过电压。雷电过电压是由于电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。大气过电压有两种形式：一种是直接雷击或直击雷，另一种是感应过电压或感应雷。雷电冲击波的电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，对电力系统的危害远远超过内部过电压。其可能毁坏电气设备和线路的绝缘，烧断线路，造成大面积长时间停电。因此，必须采取有效措施加以防护。8.1.2防雷保护的措施1.防直击雷保护：用接闪器、引下线、接地体三部分组成的避雷装置。接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，主要用于保护露天变配电设备及建筑物；接闪的金属线称避雷线或架空地线，主要用于保护输电线路；接闪的金属带、金属网称避雷带、避雷网，主要用于保护建筑物。1）避雷针避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。2）避雷线避雷线是用来保护架空电力线路和露天配电装置免受直击雷的装置。它由悬挂在空中的接地导线、接地引下线和接地体等组成，因而也称“架空地线”。它的作用和避雷针一样，将雷电引向自身，并安全导入大地，使其保护范围内的导线或设备免遭直击雷。3）避雷带和避雷网避雷带和避雷网用于在建筑物的边缘及凸出部分上加装，通过引下线和接地装置很好地连接。对建筑物进行保护。4）避雷针（线）的接地装置接地引下线是接闪器与接地体之间的连接线，它将接闪器上的雷电流安全地引入接地体，使之尽快地泄入大地。避雷器是用来防止线路的感应雷及沿线路侵入的过电压波对变电所内的电气设备造成的损害。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联。2.感应雷和入侵雷防护图8.6避雷器的连接避雷器管形避雷器阀形避雷器金属氧化物避雷器3.防雷措施1）架空线的防雷措施－装设避雷线在60kV及以上的架空线路上全线装设；35kV的架空线路上，一般只在进出变配电所的一段线路上装设；而10kV及以下线路上一般不装设避雷线。2）变配电所的防雷措施①装设避雷针来防止直击雷。②3~10kV配电线路的进线防雷保护，可以在每路进线终端，装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及隔离开关。如果进线是电缆引入的架空线路，则在架空线路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。图8.113～10kV配电线路的进线防雷保护3）高压电动机的防雷措施高压电动机对雷电波侵入的保护应采用FCD型磁吹阀型避雷器或金属氧化物避雷器。为了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，可在电动机进线前面加一段100～150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组阀型避雷器，而在电动机电源端（母线上）安装一组并联有电容器的磁吹阀型避雷器，这样可以提高防雷效果。图8.13高压电动机的防雷保护接线注意图的顺序4）建筑物的防雷措施根据发生雷电事故的可能性和后果，将建筑物分成三类。第一类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物质，因电火花会引起爆炸，造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第二类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物质，电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第三类防雷建筑物是除第一、二类建筑物以外的爆炸、火灾危险的场所。8.2电气设备接地8.2.1接地的基本概念和种类1.接地的基本概念：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极；接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线；由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。图8.15接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流－IE。试验表明，在距单根接地体或接地故障点20m左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，电位为零的地方，称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分与零电位的“地”（大地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压，如图中的UE。图8.16跨步电压和接触电压示意图接触电压是指设备的绝缘损坏时，在身体可同时触及的两部分之间出现的电位差。跨步电压是指在故障点附近行走，两脚之间出现的电位差。跨步电压的大小与离接地点的远近及跨步的长短有关，离接地点越近，跨步越长，跨步电压就越大。离接地点达20m时，跨步电压通常为零。接地的种类接地工作接地保护接地重复接地2、接地的种类（1）工作接地工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。（2）保护接地为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。保护接地可分为三种不同类型，即TN系统、IT系统和TT系统。8.2.2接地系统TN系统TN－C系统TN－S系统TN－C－S系统整个系统的中性线N与保护线PE是合在一起的，电气设备不带电金属部分与之相连。配电线路中性线N与保护线PE分开，电气设备的金属外壳接在保护线PE上。TN-C和TN-S系统的综合，电气设备大部分采用TN-C系统接线，在设备有特殊要求场合局部采用专设保护线接成TN-S形式1.TN系统2.TT系统配电系统的中性线N引出，但电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地。图8.19TT系统3.IT系统电源小电流接地系统的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分直接经接地体接地。图8.20电气设备的保护接地（IT系统）4.重复接地在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地。重复接地可在系统中发生碰壳短路时降低零线的对地电压，减轻触电的危险。8.3接地装置8.3.1自然接地体与人工接地体接地装置的装设（1）利用自然接地体（2）埋设人工接地体图8.22人工接地体埋设示意图1.自然接地体。凡是与大地有可靠且良好接触的设备或构件，大都可用作自然接地体。如与大地有可靠连接的建筑物的钢结构、混凝土基础中的钢筋；敷设在地下而数量不少于两根的电缆金属外皮；敷设在地下的金属管道及热力管道。输送可燃性气体或液体（如煤气、石油）的金属管道除外。2.人工接地体。自然接地体不能满足接地要求或无自然接地体时，应装设人工接地体。人工接地体大多采用钢管、角钢、圆钢和扁钢制作。一般情况下，人工接地体采用垂直敷设，特殊情况采用水平敷设。3.变配电所和车间的接地装置在变配电所和车间内，尽可能采用“环路式”接地装置，即在变配电所和车间建筑物四周，距墙角2-3米打入一圈接地体，再用扁钢连成环路。这样，接地体间的散流电场将相互重叠而使地面上的电位分布较为均匀，因此，跨步电压及接触电压就很低。4.接地线①自然接地线。为了节约金属，减少投资，应尽量选择自然导体作为接地线。如建筑物的金属构架、电梯竖井、电缆的金属外皮等都可以作为自然接地线。各种金属管道（可燃液体、可燃或爆炸性气体的金属管道除外）可作为低压电力设备的自然接地线。②人工接地线。为了连接可靠并有一定的机械强度，一般采用钢作为人工接地线。对于接地体和接地线的截面积应符合我国电气规定的最小规格。