工厂供电技术培训 变配电所防雷与接地

学习情景6变配电所防雷与接地技能目标：1.能正确选用避雷装置2.能进行避雷针保护范围计算3.能正确选择保护接地和保护接零的供配电方式4.能对接地电阻进行测量5.能对触电者进行急救处理知识目标：1.学会安装接地装置2.了解等电位联接的原理3.了解安全用电的基本知识4.熟练掌握触电的急救方法任务6.1变配电所的防雷【任务描述】本任务主要是了解雷电形成的原因和造成的危害，掌握变配电所防雷的措施，能正确选用避雷装置，学习对避雷针保护范围的计算。【任务目标】技能目标：1.能正确选用避雷装置；2.能进行避雷针保护范围计算。知识目标：1.了解雷电的形成原因和雷电的种类；2.掌握变电所对雷电防护的方法。任务6.1变配电所的防雷6.1.1雷电的形成及危害一、雷电的形成1.雷电现象雷云的放电过程就是雷电，雷电是自然界的一种静电现象。2.雷电现象的多重性由于雷云中间或雷云对地之间，每点的电场强度都不在相同，因此雷云中可能同时存在多个电荷聚集中心。当雷电发生时，第一个电荷聚集中心对地放电结束后，紧接着还会有第二个、第三个电荷聚集中心再次发生中和放电现象。这就是我们通常观察到的，雷电常常一个接着一个的原因，即雷电现象的多重性。任务6.1变配电所的防雷任务6.1变配电所的防雷3.雷电统计的概念（1）雷电次数：当雷电进行时，隆隆的雷声持续不断，若其间雷声的时间间隔小于15分钟时，不论雷声断续传播的时间有多长，均算作是一次雷暴；若其间雷声的停息时间在15分钟以上时，就把前后分作是两次雷电暴。（2）雷电小时：是指在某一个小时内，只要曾经听到雷声就算作是一个雷暴小时，而不论雷暴持续时间的长短如何。（3）雷暴日数：所谓雷电日数，是指只要在这一天内曾经发生过雷暴，听到过雷声，而不论雷暴延续了多长时间，都算作一个雷电日。“年雷电日数”等于全年雷电日数的总和。（4）雷暴月数：也叫做雷电月数，即指在这一个月内曾发生过雷暴。年雷暴月数也就是指一年中有多少个月发生过雷暴。二、雷电的形式雷电主要有四种形式：直击雷、感应雷、球形雷和雷电侵入波。任务6.1变配电所的防雷三、雷电的危害1.雷电的机械效应雷电所产生的电动力，可摧毁电力设备、杆塔和建筑物，甚至伤害人和牲畜。2.雷电的热效应雷电在产生强大电流的同时，也产生很高的热量，可以烧断导线和烧毁其他电力设备。3.雷电的电磁效应雷电可以产生很高的过电压，击穿电气绝缘，甚至引起火灾和爆炸，造成人身伤亡。4.雷电的闪络放电雷电的闪络可以造成绝缘子损坏、断路器跳闸、线路停电或引起火灾等等危害。任务6.1变配电所的防雷6.1.2变配电所对直击雷的防护一、防雷保护装置防雷装置一般都由接闪器、引下线及接地装置三部分组成。任务6.1变配电所的防雷1.接闪器直接承受雷击的部件，称为接闪器。避雷针、避雷线、避雷网、避雷带、避雷器及一般建筑物的金属屋面或混凝土屋面，均可作为接闪器。2.引下线连接接闪器和接地装置的金属导体，称为引下线。引下线一般用圆钢或扁钢制作。3.接地装置接地装置包括接地体和接地线。防雷接地装置与一般电气设备接地装置大体相同，所不同的只是所用材料规格比一般接地装置要大。任务6.1变配电所的防雷二、变电所对直击雷的防护1.避雷针的构造避雷针由接闪器、接地引下线和接地体三部分组成，是防直击雷最有效的防范措施。任务6.1变配电所的防雷HKh5.5KhD72.避雷针的保护范围及计算方法单支避雷针的保护范围：每个空间内不同高度上的保护半径和避雷针的高度的关系式为：Hx≥H/2时rx=(H-Hx)Kh=HaKhHxH/2时rx=(1.5H-2Hx)Kh当H≤30m时，Kh=1，当120m≥H＞30m时，两支等高避雷针的保护范围：Ho=H-两针间Hx的水平面上保护范围的一侧最小宽度的计算公式如下Wx=1.5(Ho-Hx)任务6.1变配电所的防雷图6-1-1独立避雷针及其保护范围（ａ）独立避雷针的构造；（b）避雷针的保护范围1－接闪器（针尖）；2－杆塔；3－接地引下线；4－接地极任务6.1变配电所的防雷图6－1-2两支等高避雷针的保护范围任务6.1变配电所的防雷两支不等高避雷针的保护范围其保护范围确定如下图6-1-3所示。图6-1-3两支不等高避雷针的保护范围任务6.1变配电所的防雷首先按两支单针避雷针计算方法，分别计算出各自的保护范围，并从中确定较高避雷针1的保护范围，然后从低针2的顶点作一水平线，与高针1的保护范围边界交于3点，再取3点为一假想的等高避雷针的顶点，求出等高避雷针2和3的联合保护范围，最后把避雷针1的内侧保护范围直线和避雷针2、3的保护范围弧线相加，即可得出避雷针1、2的内侧保护范围。任务6.1变配电所的防雷6.1.3变配电所对雷电波的防护一、避雷器的工作原理在供配电系统正常工作的时候，避雷器并不导电，当有危及被保护设备绝缘的雷电入侵波来袭时，避雷器的火花间隙立即被击穿发生放电，自动将金属管线与大地接通，使入侵波对地放电，从而保护了电气设备的安全。放电结束后可以自行将管线与大地隔开绝缘，恢复供配电系统的正常工作。任务6.1变配电所的防雷二、避雷器的种类和组成1.阀型避雷器阀型避雷器又称阀式避雷器，是保护发、变电设备最主要的基本元件，也是决定高压电气设备绝缘水平的基础。阀型避雷器分为普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器两大类。普通阀型避雷器有FS型和FZ型两个系列；磁吹阀型避雷器有FCD型和FCZ型两个系列。任务6.1变配电所的防雷图6-1-4阀型避雷器的组成及特性（ａ）阀型避雷器的构成；（ｂ）阀型避雷器的特性曲线任务6.1变配电所的防雷2.保护间隙保护间隙是一种简单而有效的过电压保护元件，是最简单也是最原始的避雷器。图6-1-5羊角型保护间隙1－φ6～12mm的圆钢；2－主间隙；3－辅助间隙；4－绝缘支持绝缘子任务6.1变配电所的防雷3.管型避雷器管型避雷器也称为排气管式避雷器，由产气管、内部间隙和外部间隙等3部分组成。图6-1-6管型避雷器的组成1－产气管；2－胶木管；3－棒电极；4－圆环形电极；5－动作指示器；FG1-内火花间隙；FG2－外火花间隙任务6.1变配电所的防雷4.金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器又称压敏避雷器，是一种没有火花间隙的新型避雷器。金属氧化物避雷器目前已广泛应用到电气设备的防雷保护中。它具有保护性能好，通流能力强，体积小，安装方便等优点，随着其制造成本的降低，金属氧化物避雷器的应用会越来越广泛。任务6.1变配电所的防雷【知识拓展】阀型避雷器用途：防止配电线路受雷击时，雷电波向导线两端流动，会造成与线路接线的电气设备遭受损坏，并且雷电波会沿线路侵入变配所（室）损坏电气设备。10KV及以下的两电线路的防雷措施主要依靠阀型避雷器。任务6.1变配电所的防雷阀型避雷器爆炸的原因爆炸原因：过电压；阀片电阻不合格；密封不良受潮、进水。（1）10kV不接地系统发生单相直接接地，使其它两相电压升高至线电压，在持续较长的过电压作用下，可能使避雷器爆炸。（2）系统发生铁磁谐振过电压，可能使避雷器放电，烧毁内部元件而引起爆炸。（3）当线路受雷击时，避雷器工作后，由于本身火花间隙灭弧能力差，如火花间隙承受不住恢复电压而击穿，则重新燃弧，出现工频续流。使阀片电阻烧毁而发生爆炸。（4）阀片电阻不合格，残压虽燃降低了，但续流增大，间隙不能灭弧，长时间通过续流而烧毁发生爆炸。（5）避雷器瓷套管密封不良，受潮、进水而引起爆炸。任务6.1变配电所的防雷运行中阀型避雷器瓷套管发生裂纹的处理方法应根据实际情况采取下列方法处理：（1）如有备件，并在试验有效期内，向有关部门申请停电，得到批准后采取可靠停电措施，将故障避雷器换掉。（2）无备件，在考虑不致危胁系统安全运行情况下，可在较深的裂纹处涂漆或环氧树脂等防潮措施，并安排短期内换掉。（3）如遇雷雨天气，尽可能不使避雷器退出运行，待雷雨过后处理。（4）当避雷器因瓷裂纹而造成放电，但还未接地，应断开断路器停用避雷器，以免造成事故扩大。（5）更换的避雷器，应是试验合格，并在有效期内的。任务6.1变配电所的防雷【学习小结】1.雷电的形成及危害(1)雷电的形成雷云的放电过程就是雷电，雷电是自然界的一种静电现象。(2)雷电的形式雷电主要有四种形式：直击雷、感应雷、球形雷和雷电侵入波。(3)雷电的危害雷电的危害主要表现在雷电的机械效应、热效应、电磁效应和闪络放电等方面，可摧毁电力设备、杆塔、烧断导线和建筑物，造成绝缘子损坏、断路器跳闸、线路停电或引起火灾等危害，甚至伤害人和牲畜造成人身伤亡。任务6.1变配电所的防雷2.变配电所对直击雷的防护(1)防雷保护装置防雷保护装置主要包括避雷针、各种避雷器、避雷线等，它们的合理设计组合可以避免变配电所与建筑物遭受雷击的伤害。防雷装置一般都由接闪器、引下线及接地装置三部分组成，是防直击雷最有效的防范措施。(2)变电所对直击雷的防护方法主要是装设避雷针，将变电所的进线杆塔和室外电气设备全部置于避雷针的保护范围之内。任务6.1变配电所的防雷3.变电所对雷电入侵波的防护(1)变电所防护雷电入侵波的主要装置是避雷器。避雷器是用来防范雷云放电过程中在金属管线上产生的过电压波，沿管线侵入变电所或其他建筑物，从而避免危及电气设备绝缘的行波入侵。(2)避雷器的种类和组成：阀型避雷器（普通阀式避雷器和磁吹阀式避雷器）、保护间隙、管型避雷器（排气管式避雷器）和金属氧化物避雷器（压敏避雷器）。任务6.1变配电所的防雷任务6.2电气设备的接地【任务描述】本任务主要是知道电气设备的接地原理和类型，能正确选择保护接地和保护接零的供电方式及对接地电阻的要求，学习等电位连接的原理和方法。【任务目标】技能目标：1.能正确选用保护接地和保护接零的供电方式；2.能按实际需要正确选择接地电阻；3.能设计接地装置的敷设方法。知识目标：1.了解接地的种类和类型；2.了解保护接地和保护接零的原理；3.了解等电位体连接的原理；4.掌握等电位体的连接方法。任务6.2电气设备的接地6.2.1接地的基本概念一、“地”的概念大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此适合作为电气系统中的参考电位体。二、接地的概念1.接地线和接地体（极）与大地直接接触的金属物体称为接地体或接地极。2.接地将电气设备的某金属部分经接地线连接到接地极，或是直接将电气设备与大地作良好的电气连接，称为接地。任务6.2电气设备的接地6.2.2接地的类型一、接地的类型1.保护接地2.工作接地3.防雷接地4.防静电接地任务6.2电气设备的接地二、保护接地的形式1.保护接地保护接地的具体做法是将电气设备或电器装置的金属外壳通过接地装置同大地可靠地接地连接起来。图6-2-1保护接地作用的原理图（a）电动机无保护接地时；（b）电动机执行保护接地时任务6.2电气设备的接地在我国现将保护接地这种防护安全措施归入IT系统和TT系统。图6-2-2保护接地的TT系统图6-2-3保护接地的IT系统任务6.2电气设备的接地2.保护接零保护接零是在中性点直接接地的供电系统中，将正常运行的电气设备不带电的金属外壳、框架等与供电系统中的零线（PE线）可靠地连接在一起。图6-2-4保护接零的TN系统接线图（a）TN-C系统（b）TN-S系统（c）TN-C-S系统任务6.2电气设备的接地6.2.3接地电阻及其要求一、接地电阻接地电阻是接地体的流散电阻与接地线和接地体电阻的总和。在数值上等于电气设备的接地点对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。接地电阻RE的表示式为RE=UE/IE(式6-5)式中UE—接地电压(V)；IE—接地电流(A)。工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻；雷电流流经接地装置时所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。任务6.2电气设备的接地二、接地电阻的要求1.建筑物接地电阻要求2.大接地电流电网的接地电阻要求3.小接地电流电网的接地电阻要求4.低压设备的接地电阻要求对于与总容量在100kV·A以上的发电机或变压器供电系统相连接的接地装置，接地电阻不大于4Ω。对于与总容量在100