防雷与接地

1主要内容第一节接地概述第二节雷电的形成及危害第三节防雷装置第四节输电线路和变电所防雷第五节工厂供电系统的防雷第六节建筑配电系统的防雷2第一节接地概述一、工作接地二、保护接地三、防雷接地3一、工作接地电力系统的中性点是指星形连接的变压器或发电机的中性点。工作接地指电力系统中性点接地方式，也就是常说的电力系统中性点运行方式。我国电力系统中普遍采用的中性点运行方式：中性点直接接地、中性点不接地、中性点经消弧线圈接地等三种。41、中性点直接接地电力系统主要优点是：单相接地时，其中性点电位不变，非故障相对地电压接近于相电压（可能略有增大），因此降低了电力网绝缘的投资，而且电压越高，其经济效益也越大。52、中性点不接地电力系统主要优点是运行可靠性高。单相接地时，不能构成短路回路，接地相电流不大，电力网线电压的大小和相位关系仍维持不变，但非接地相的对地电压升为线电压。63、中性点经消弧线圈接地电力系统当中性点不接地系统单相接地电流较大时，可采用中性点经消弧线圈接地。根据消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿程度，有三种补偿方式：（1）全补偿；（2）欠补偿；（3）过补偿。7二、保护接地1、人体的触电2、保护接地的作用作用如下图所示：83．对接地装置接地电阻值的要求单相接地时，接地网电压规定不得超过2000V，其接地装置的接地电阻为2000EERI当接地装置仅用于高压设备时，规定接地电压不得超过250V，即250EERI9当接地装置为高低压设备共用时，考虑到人与低压设备接触的机会更多，规定接地电压不得超过120V，即120EERI1000V以下中性点直接接地系统的接地电阻一般不宜大于4；当变压器容量不超过100kV·A时，中性点接地装置的接地电阻可不大于10。1000V以下中性点不接地系统的接地电阻一般不应大于10。104．跨步电压当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（相距0.8m）所承受的电压称为跨步电压。在大接地短路电流系统中，2500.25touUt250sUt在小接地短路电流系统中，500.25touU500.2sU115．保护接零在中性点直接接地的三相四线制380/220V电力网中，保证维护安全的方法是采用保护接零，即将用电设备的金属外壳与电源（发电机或变压器）的接地中性线作金属性连接，并要求供电给用电设备的线路，在用电设备一相碰壳时，能够在最短的时限内可靠地断开。12保护接地和保护接零的适用范围如下：（1）额定电压为1000V及以上的高压配电装置中的设备，在一切情况下均应采用保护接地。（2）额定电压为1000V以下的低压配电装置中的设备，在中性点不接地电网中，应采用保护接地；在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零。在没有中性线的情况下，亦可采用保护接地。13三、防雷接地这是针对防雷保护的需要而设置，目的是减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。主要特点是雷电流的幅值大和雷电流的等值频率高。141、输电线路的防雷接地高压输电线路在每一杆塔下一般都设有接地装置，并通过引线与避雷线相连，其目的是使击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻而进入大地。高压线路杆塔都有混凝土基础，它也起着接地体的作用，称为自然接地电阻。大多数情况下单纯依靠自然接地电阻是不能满足要求的，需要装设人工接地装置。152、变电所的防雷接地一般是根据安全和工作接地要求敷设一个统一的接地网，然后在避雷针和避雷器下面增加接地体以满足防雷接地的要求。接地网的总接地电阻可按下式估算：0.440.5()RLSS16第二节雷电的形成及危害一、雷电的形成二、雷电过电压三、雷电的危害17一、雷电的形成雷电产生原因的解释很多，现象也比较复杂。几个主要名次如下：（1）雷云（2）导电通道（3）先导放电（4）主放电阶段（回击放电）18二、雷电过电压雷电过电压又称为大气过电压或外部过电压，它是由于变配电系统内的设备或建筑物遭受到来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压有两种基本形式：一种是直击雷或直接雷击；另一种雷电过电压称为雷电感应或感应雷。19三、雷电的危害1、雷电的热效应和机械效应遭受直接雷击的树木、电杆、房屋等，因通过强大的雷电流会产生很大的热量，但在极短的时间内又不易散发出来，所以会使金属熔化，使树木烧焦。同时由于物体的水分受高热而汽化膨胀，将产生强大的机械力而爆炸，使建筑物等遭受严重的破坏。202、雷电的磁效应在雷电流通过的周围，将有强大的电磁场产生，使附近的导体或金属结构以及电力装置中产生很高的感应电压，可达几十万伏，足以破坏一般电气设备的绝缘；在金属结构回路中，接触不良或有空隙的地方，将产生火花放电，引起爆炸或火灾。21第三节防雷装置一、避雷针二、避雷线（又称架空地线）三、避雷器22一、避雷针1、用途为了防止设备免受直接雷击，通常采用装设避雷针或避雷线的措施，避雷针高于被保护物，其作用是将雷电吸引到避雷针本身上来并安全地将雷电流引入大地，从而保护了设备。232、避雷针的保护范围（1）单支避雷针24按下式计算：()2(1.52)2xxxxxxhhrhhphhrhhp当时，当时，3015.530120hmphmph时，时，P计算如下：25（2）双支等高避雷针26两针外侧的保护范围可按单针计算方法确定，两针间的保护范围应按通过两针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧来确定，O点的高度按下式计算07Dhhp截面中高度为hx的水平面上保护范围的一侧宽度可按下式计算：01.5()xxbhh27（3）两支不等高避雷针其保护范围按下法确定，两针内侧的保护范围先按单针作出高针1的保护范围，然后经过较低针2的顶点作水平线与之交于点3，再设点3为一假想针的顶点，作出两等高针2和3的保护范围。两针外侧的保护范围仍按单针计算。28二、避雷线（又称架空地线）1、用途避雷线主要用于保护线路，也可用以保护发电厂、变电所。2、保护范围单根避雷线的保护范围按下式计算：0.47()22xxxxxxhhrhhphhrhp当时，当时，＝（h-1.53）29单跟避雷线保护范围图如下：30双跟避雷线保护范围图如下：31外侧的保护范围应按单线计算，两线横截面的保护范围可以通过两线1、2点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧所确定，O点的高度应按下式计算。04Dhhp两不等高避雷线的保护范围可按两不等高避雷针的保护范围的确定原则求得。32三、避雷器避雷器的作用是限制过电压以保护电气设备。避雷器的类型主要有保护间隙、管型避雷器、阀型避雷器和氧化锌避雷器等几种。保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段的保护。阀型避雷器用于变电所和发电厂的保护。331、保护间隙与管型避雷器保护间隙由两个电极（即主间隙和辅助间隙）组成，常用的角型间隙及其与保护设备相并联的接线如图所示34管型避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，原理结构见图：352．阀型避雷器阀型避雷器分普通型和磁吹型两类，基本元件为间隙和非线性电阻，间隙和非线性电阻元件（又称阀片）相串联。如图所示：363．氧化锌避雷器氧化锌避雷器，其阀片以氧化锌为主要材料，附以少量精选过的金属氧化物，在高温下烧结而成。氧化锌具有很理想的非线性伏安特性。如图所示：37第四节输电线路和变电所防雷一、输电线路的防雷二、变电所防雷保护38一、输电线路的防雷1、架设避雷线2、降低杆塔接地电阻3、架设耦合地线4、采用不平衡绝缘方式5、装设自动重合闸6、采用消弧线圈接地方式7、装设管型避雷器8、加强绝缘39二、变电所防雷保护1、引言变电所遭受雷害可能来自两个方面：雷直击于变电所；雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波。对直击雷的保护，一般采用避雷针或避雷线。由于线路落雷频繁，所以沿线路入侵的雷电波是变电所遭受雷害的主要原因。其主要防护措施是在变电所内装设阀型避雷器以限制入侵雷电波的幅值。402、变电所的直击雷保护为了防止雷直击于发电厂、变电所，可以装设避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内，此外，还应采取措施，防止雷击避雷针时的反击事故。3、变电所内阀型避雷器的保护作用变电所内必须装设阀型避雷器以限制雷电波入侵时的过电压，这是变电所防雷保护的基本措施之一。414、变电所进线段的保护变电所进线段保护的作用在于限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。5、三相绕组变压器的防雷保护当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和电磁耦合，在其低压侧也将出现过电压。为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可，中压绕组虽也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不装。42第五节工厂供电系统的防雷一、架空线路的防雷二、工厂变电所的防雷三、厂建筑物低压进线对高电位引入的防护43一、架空线路的防雷工厂供电系统又不同于一般输电线路，它是电力系统的负荷末端，又具有自己的特点，诸如：（1）一般厂区架空线路都在35kV以下（2）配电网络一般不长（3）对重要负荷的工厂较易实现双电源供电和自动重合闸装置44对35kV线路可以采用以下的防雷保护措施：（1）架空线路应增加绝缘子个数，采用较高等级的绝缘子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子，提高反击电压水平。（2）部分架空线装设避雷线。（3）改进杆塔结构，譬如当应力运行时，可以采用瓷横担等。（4）减少接地电阻，以及采用拉线减少杆塔电感。（5）采用电缆供电。而对6－10kV架空线，不须装设避雷线，防雷方式可利用钢筋混凝土的自然接地，必要时可采用双电源供电和自动重合闸。45二、工厂变电所的防雷装设避雷针或避雷线对直击雷进行防护，是非常可靠的。由于线路落雷次数多，所以沿线路侵入雷电波所形成的雷害事故相对比较频繁，这一方面主要依靠设置阀式避雷器来保护。对直击雷和线路侵入冲击波的防护应考虑：（1）对直击雷的防护；（2）对线路侵入冲击波的防护；（3）变电所防雷的进线段保护。46三、厂建筑物低压进线对高电位引入的防护建筑物低压进线对高电位引入的防护方法较多，现仅列出以下的两个方面：（1）架空线进线的处理；（2）采用电缆段进线。47第六节建筑配电系统的防雷一、建筑物的防雷分级二、年平均雷暴日数和年预计雷击次数三、民用建筑防直击雷的措施和装置四、防止雷电波侵入的措施五、高层建筑的防雷48一、建筑物的防雷分级建筑物根据其重要性、使用性质、发生雷击事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类：1、一类防雷建筑物如制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物等492、二类防雷建筑物如国家级重点文物保护的建筑物，国家级的会堂、办公建筑物、大型博览展览建筑物、大型火车站、国宾馆、国家级档案馆等。3、三类防雷建筑物省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆，省级办公建筑物及其他总要或人员密集的公共建筑物等。50二、年平均雷暴日数和年预计雷击次数民用建筑的防雷措施，原则上是以防直击雷为主要目的，防止直击雷的装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。1、接闪器接闪器包括直接接受雷击的避雷针、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。接闪器总是高出被保护物的，是与雷电流直接接触的导体。512、引下线引下线是连接接闪器和接地装置的金属导线，其作用是将接闪器与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。3．接地装置接地装置是接地体和接地线的总和。接地体是埋入土壤中或混凝土基础中作散流作用的导体，包括垂直接地体和水平接地体两部分。接地线是指从引下线到断线卡或换线处至接地体的连接导体，应与水平接地体等截面。52四、防止雷电波侵入的措施雷电波的侵入，是由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内危及人身安全或损坏设备。对于一类防雷建筑物，为防止雷电波侵入应采取如下措施：低压电缆宜全线采用电缆直接埋地敷