电气安全、防雷与接地

第八章电气安全、防雷与接地2006年6月6日星期二EXIT供配电系统进行正常运行，首先必须要保证其安全性防雷和接地是电气安全的主要措施。因此掌握电气安全、防雷和接地的设计方法也非常重要。2006年6月6日星期二EXIT第8章电气设备的防雷与接地8.1电气安全8.2过电压和防雷8.3电气装置的接地2006年6月6日星期二EXIT8.1电气安全电气安全的含义电气安全包括人身安全和设备安全两个方面。人身安全是指电气从业人员或其他人员的安全；设备安全是指包括电气设备及其所拖动的机械设备的安全。电气安全的重要性（略）2006年6月6日星期二EXIT电气安全措施建立完整的安全管理机构；健全各项安全规程，并严格执行；严格遵循设计、安装规范；电气设备、线路的设计、安装，应严格遵循相关的国家标准，做到精心设计，按图施工，确保质量，绝不留下事故隐患。2006年6月6日星期二EXIT加强运行维护和检修试验工作应定期测量在用电气设备的绝缘电阻及接地装置的接地电阻，确保处于合格状态；对安全用具、避雷器、保护电器，也应定期检查、测试，确保其性能良好、工作可靠。按规定正确使用电气安全用具电气安全用具分绝缘安全用具和防护安全用具，绝缘安全用具又分为基本安全用具和辅助安全用具两类。2006年6月6日星期二EXIT采用安全电压和符合安全要求的电器为防止触电事故而采用的由特定电源供电的电压系列，称为安全电压。对于容易触电及有触电危险的场所，应按表7-1的规定采用相应的安全电压。普及安全用电知识。2006年6月6日星期二EXIT表7-1安全电压安全电压（交流有效值）（v）选用举例额定值空载上限值4250在有触电危险的场所使用的手持式电动工具等3643在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等2429工作空间狭窄，操作者容易大面积接触带电体，如在锅炉、金属容器内1215人体可能经常触及的带电体设备682006年6月6日星期二EXIT触电及防护触电的概念及其危害人体也是导体，当人体不同部位接触不同电位时，就有电流流过人体，这就是触电。触电事故可分为“电击”与“电伤”两类。电击是指电流通过人体内部，破坏人的心脏、呼吸系统与神经系统，重则危及生命；电伤是指由电流的热效应、化学效应或机械效应对人体造成的伤害，它可伤及人体内部，甚至骨骼，还会在人体体表留下诸如电流印、电纹等触电伤痕。2006年6月6日星期二EXIT触电事故引起死亡大都是由于电流刺激人体心脏，引起心室的纤维性颤动、停搏和电流引起呼吸中枢麻痹，导致呼吸停止而造成的。安全电流是指人体触电后最大的摆脱电流。我国规定为30mA（50Hz交流），触电时间按不超过1s计，即30mA·s。电流对人体的危害程度与触电时间、电流的大小和性质以及电流在人体中的路径有关，触电时间越长，电流越大，频率接近工作频率，电流流过心脏最为危险。此外，还与人的体重、健康状况有关。2006年6月6日星期二EXIT触电的防护直接触电防护这是指对直接接触正常带电部分的防护，例如对带电体加隔离栅栏或加保护罩，使用绝缘物等。间接触电防护这是指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分（如金属外壳、框架等）的防护，例如将正常不带电的外露可导电部分接地，并装设接地故障保护装置，故障时可自动切断电源。2006年6月6日星期二EXIT过电压及雷电概述过电压的种类过电压是指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。过电压按产生原因可分为内部过电压和雷电过电压。8.2过电压与防雷2006年6月6日星期二EXIT过电压内部过电压雷电过电压供电系统中开关操作、负荷骤变或由于故障而引起的过电压雷电引起的过电压（大气过电压）2006年6月6日星期二EXIT内部过电压内部过电压是由于电力系统正常操作、事故切换、发生故障或负荷骤变时引起的过电压。分为操作过电压、弧光接地过电压及谐振过电压。内部过电压的能量来自于电力系统本身，经验证明，内部过电压一般不超过系统正常运行时额定相电压的3～4倍，对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。2006年6月6日星期二EXIT雷电过电压（外部过电压、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。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。2006年6月6日星期二EXIT雷电现象及危害在闷热、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。2006年6月6日星期二EXIT雷电过电压的种类直击雷过电压当雷电直接击中电气设备、线路或建筑物时，强大的雷电流通过其流入大地，在被击物上产生较高的电位降，称直击雷过电压。大气过电压直击雷感应雷2006年6月6日星期二EXIT有时雷云很低，周围又没有带异性电荷的雷云，这样有可能在地面凸出物上感应出异性电荷，在雷云与大地之间形成很大的雷电场。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到25～30kV/cm时就开始放电，这就是直击雷，据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。见图7-1。2006年6月6日星期二EXIT2006年6月6日星期二EXIT感应雷过电压当雷云在架空线路上方时，使架空线路感应出异性电荷。雷云对其他物体放电后，架空线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生电位很高的过电压，称感应雷过电压，如图7-2所示。架空线路上的感应过电压可达几万甚至几十万伏，对供电系统的危害很大。2006年6月6日星期二EXIT2006年6月6日星期二EXIT防雷保护的措施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。接闪器避雷针避雷针避雷线避雷网（带）2006年6月6日星期二EXIT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。2006年6月6日星期二EXIT接闪器的工作原理利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。接闪器的实质是引雷2006年6月6日星期二EXIT①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。2006年6月6日星期二EXIT避雷针的保护范围用“滚球法”来确定。“滚球法”，就是选择一个半径为hr（滚球半径），沿需要防护直击雷的部分滚动，如果球体只触及接闪器或接闪器和地面，而不触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑物防雷类别确定的，见表7-2。2006年6月6日星期二EXIT表7-2各类防雷建筑物的滚球半径和避雷网格尺寸建筑物防雷类别滚球半径hr（m）避雷网格尺寸（m）第一类防雷建筑物30≤5×5或≤6×4第二类防雷建筑物45≤10×10或≤12×8第三类防雷建筑物60≤20×20或≤24×162006年6月6日星期二EXIT单支避雷针的保护范围图7-3单支避雷针的保护范围2006年6月6日星期二EXIT当避雷针高度h≤hr时a.距地面hr处作一平行于地面的平行线；b.以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线交平行线于A、B两点；c.以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。2006年6月6日星期二EXIT避雷针在被保护物高度hx的xx′平面上的保护半径rx)2()2(xrxrxhhhhhhr当避雷针高度hhr时在避雷针上取高度hr的一点代替避雷针的针尖作为圆心。余下作法与避雷针高度h≤hr相同。2006年6月6日星期二EXIT例某厂锅炉房烟囱高40m，烟囱上安装一支高2m的避雷针，锅炉房（属第三类防雷建筑物）尺寸如下图，试问此避雷针能否保护锅炉房。2006年6月6日星期二EXIT2006年6月6日星期二EXIT解查表7-2得滚球半径hr=60m，而避雷针顶端高度h=40+2=42m，hx=8m，避雷针保护半径为2006年6月6日星期二EXIT现锅炉房在hx=8m高度上最远屋角距离避雷针的水平距离为：由此可见，烟囱上的避雷针能保护锅炉房。2006年6月6日星期二EXIT对于两支或者两支以上避雷针的保护范围，自学2006年6月6日星期二EXIT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。2006年6月6日星期二EXIT单根避雷线的保护范围当避雷线高度h≥2hr时，无保护范围。当避雷线的高度h2hr时，保护范围如图7-4所示。2006年6月6日星期二EXIT2006年6月6日星期二EXIT避雷线的高度h2hr时，保护范围的确定：①距地面hr处作一平行于地面的平行线。②以避雷线为圆心，hr为半径作弧线交于平行线的A、B两点。③以A、B为圆心，hr为半径作弧线，这两条弧线相交或相切，并与地面相切。这两条弧线与地面围成的空间就是避雷线的保护范围。2006年6月6日星期二EXIT当hrh2hr时，保护范围最高点的高度h0按下式计算h0=2hr-h避雷线在hx高度的xx′平面上的保护宽度bx按下式计算2006年6月6日星期二EXIT关于两根等高避雷线的保护范围，可参看有关国标或相关设计手册。2006年6月6日星期二EXIT③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。2006年6月6日星期二EXIT避雷带和避雷网的保护范围避雷带和避雷网的保护范围应是其所处的整幢高层建筑，为了达到保护的目的，避雷网的网格尺寸有具体的要求见表7-2。2006年6月6日星期二EXIT④避雷针（线）的接地装置避雷针接地必须良好，接地电阻不宜超过10Ω；35kV及以下变配电所的避雷针应单独装设支架，避雷针与被保护设备之间的空气距离不小于5m；独立避雷针应有自己专用的接地装置，接地装置与变配电所接地网间的地中距离不应小于3m；避雷针及接地装置与道路入口等的距离不小于3m。2006年6月6日星期二EXIT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。感应雷和入侵雷防护图7.4避雷器的连接2006年6月6日星期二EXIT避雷器管形避雷器阀形避雷器金属氧化物避雷器2006年6月6日星期二EXIT①管型避雷器管型避雷器主要用于变配电所的进线保护和线路绝缘弱点的保护，保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。图7.5管型避雷器结构示意图1—产气管；2—胶木管；3—棒形电极；4—环形电极；5—动作指示器；s1—内间隙；s2—外间隙2006年6月6日星期二EXIT②阀型避雷器由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，使雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而引入大地，释放过电压负荷，阀片在大