防雷接地

工厂供电防雷、接地与电气安全防雷、接地与电气安全8.1过电压与防雷8.2电气装置的接地8.3电气安全8.1过电压与防雷1．内部过电压一、过电压的形式操作过电压：因开关操作、负荷剧变、系统故障等原因而引起的过电压。谐振过电压：因电感、电容等参数在特殊情况下发生谐振而引起的过电压。2．外部过电压外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于电力系统的导线或电气设备受到直接雷击或雷电感应而引起的过电压。二、雷电的基本知识主放电阶段：电流很大，高达几百千安，但持续时间极短，一般只有50～100μs。余辉放电阶段：电流较小，约几百安，持续时间约为0.03～0.15s。1.雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。雷云→雷电先导→迎雷先导→主放电阶段→余辉阶段2.雷电流的特性雷电流波形（图9-1）波头：指雷电流从零上升到最大幅值这一部分，一般只有1～4μs；波尾：指雷电流从最大幅值开始，下降到二分之一幅值所经历的时间，约数十微妙。雷电流的陡度：指雷电流在波头部分上升的速度，即tidd图9-1雷电流波形图3.雷电过电压的基本形式直击雷：雷电直接击中电气设备、线路、建筑物等物体。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。感应雷：由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应而引起的过电压。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。图9-2架空线路上的感应过电压4．雷电活动强度及直击雷的规律雷暴日：一天中只要出现过雷电活动（包括看到雷闪和听到雷声），就算一个雷暴日。年平均雷暴日不足15日的地区为少雷区；年平均雷暴日超过40日的地区为多雷区；年平均雷暴日超过90日的地区为雷电活动特别强烈地区。我国各地区的雷暴日数如表9-1所示。表9-1我国各地区的年平均雷暴日地区年平均雷暴日地区年平均雷暴日西北地区20以下长江以南北纬23°线以北40～80左右东北地区30左右长江以南北纬23°线以南80以上华北和中部地区40～45左右海南岛、雷洲半岛120～130左右雷电活动的规律热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于平原，平原大于沙漠，陆地大于湖海。雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的设施情况及地理条件等因素有关。土壤电阻率小的地方易遭受雷击；在不同电阻率的土壤交界处易遭受雷击；山的东坡、南坡较山的北坡、西坡易遭受雷击；山岳地区易遭受雷击。建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等因素有关。5．雷电的危害雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备；雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，伤害人畜；雷电流的电磁效应可产生过电压，击穿电气设备绝缘，甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；雷电的闪络放电可烧坏绝缘子，使断路器跳闸或引起火灾，造成大面积停电。三、防雷装置防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器（受雷装置）：是接受雷电流的金属导体。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。引下线：应保证雷电流通过时不致熔化，一般用直径不小于10mm的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成。接地装置：埋在地下的接地导线和接地体的总称。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。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。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≤24×16滚球半径是按建筑物防雷类别确定的，见表8-1。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。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。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。解查表得滚球半径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。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。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，保护范围如图所示。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。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。避雷器管形避雷器阀形避雷器金属氧化物避雷器①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②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，阀片在大的冲击电流下电阻由高变低，所以冲击电流在其上产生的压降（残压）较低，此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。③金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器又称压敏避雷器。它是一种没有火花间隙只有压敏电阻片的阀型避雷器。压敏电阻片是氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工频电压下，它具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；在雷电过电压作用下，其电阻变得很小，能很好地泄放雷电流。④保护间隙与被保护物绝缘并联的空气火花间隙叫保护间隙（又叫空气间隙）。按结构形式可分为棒形、球形和角形三种。目前3～35kV线路广泛应用的是角形间隙。角形间隙由两根φ10～12mm的镀锌圆钢弯成羊角形电极并固定在瓷瓶上工作原理：正常情况下，间隙对地是绝缘的。当线路遭到雷击时，就会在线路上产生一个正常绝缘所不能承受的高电压，使角形间隙被击穿，将大量雷电流泄入大地。角形间隙击穿时会产生电弧，因空气受热上升，电弧转移到间隙上方，拉长而熄灭，使线路绝缘子或其他电气设备的绝缘不致发生闪络，从而起到保护作用。因主间隙暴露在空气中，容易被外物（如鸟、鼠、虫、树枝）短接，所以对本身没有辅助间隙的保护间隙，一般在其接地引线中串联一个辅助间隙，这样，即使主间隙被外物短接，也不致造成接地或短路。四、电气装置的防雷（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。提高线路本身的绝缘水平。可以采用高一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平。尽量装设自动重合闸装置。线路发生雷击闪络之所以跳闸，是因为闪络造成了稳定的电弧而形成短路。当线路断开后，电弧即行熄灭，而把线路再接通时，一般电弧不会重燃，因此重合闸能缩短停电时间。装设避雷器和保护间隙用来保护线路上个别绝缘薄弱地点。①在多雷地区当变压器采用Y,y0接线时，宜在低压侧装设阀式避雷器或保护间隙；当变压器低压侧中性点不接地时，应在其中性点装设击穿保险器。②对于重要用户宜在低压线路进入室内前50m处安装低压避雷器；进入室内后再装低压避雷器。③对于一般用户可在低压进线第一支持物处装设低压避雷器或击穿保险器。低压（380/220V）架空线路的保护措施：（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。3～10kV配电线路的进线防雷保护③为防止雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，对所内设备造成危害，特别是价值最高但绝缘相对薄弱的电力变压器，在变配电所每段母线上装设一组阀型避雷器，并应尽量靠近变压器，距离一般不应大于5m。如图7.8中的F3。避雷器的接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地，如图7.9。3～10kV系统变压器的防雷保护（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氧化锌避雷器。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7.10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。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。【1】关于爆炸和火灾危险环境的分区（据GB50058—1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》规定），见附录表29。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