工廠供電 第五章 供電系統(tǒng)的保護(hù)接地與防雷

第五章供電系統(tǒng)的保護(hù)接地與防雷工廠供電

內(nèi)容：供配電系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行，首先必須要保證其安全性，防雷和接地是電氣安全的主要措施。掌握電氣安全、防雷和接地的知識和理論非常重要。重點(diǎn)：接地和接地裝置§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)1、電流對人體的危害

觸電是指人體直接接觸電氣設(shè)備的帶電部分或人體不同部位同時接觸不同電位時發(fā)生的電流通過人體的現(xiàn)象。電流對人體的傷害程度與通過人體的電流強(qiáng)度、持續(xù)時間、頻率、路徑及人體健康狀況等因素有關(guān)。

當(dāng)通過人體的工頻電流超過50mA時，心臟就會停止跳動，發(fā)生昏迷，并出現(xiàn)致命的電燒傷。工頻lOOmA電流通過人體時，很快使人致命。§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地下圖是國際電工委員會(IEC)提出的人體觸電時間和通過人體電流(50Hz)對人身肌體反應(yīng)的曲線。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地通過上圖可以看出:區(qū)①為無反應(yīng)區(qū)；區(qū)②為無有害的生理病變反應(yīng)區(qū)；區(qū)③為對人體無危險，但可能出現(xiàn)病理生理反應(yīng)區(qū)，如呼吸困難、肌肉收縮、血壓升高、心臟電刺擊等；區(qū)④除會發(fā)生區(qū)③的病理生理反應(yīng)外，還可能出現(xiàn)心室纖維顫動。隨著通過人體電流的增加和持續(xù)時間的延長將會出現(xiàn)心臟停跳、呼吸停止和嚴(yán)重?zé)齻群蠊?/p>

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地我國規(guī)定觸電時間不超過ls的安全電30mA(50Hz)，并以此規(guī)范了我國國家標(biāo)準(zhǔn)GB3805－1983安全電壓等級如下表所示．§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地2、接地和接地裝置在供電系統(tǒng)中，為了保證電氣設(shè)備的正常工作，保障人身安全、防止間接觸電而將供電系統(tǒng)中電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分與大地土壤間作良好的電氣連接，即為接地?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地2、接地和接地裝置具有接地裝置的電氣設(shè)備，當(dāng)絕緣損壞，外殼帶電時，人若觸及電氣設(shè)備，接地電流將同時沿著電氣設(shè)備的接地裝置和人體兩條通路流過，流過每一條通路的電流值與其電阻的大小成反比，接地裝置的電阻越小，流經(jīng)人體的電流也越小，當(dāng)接地裝置的電阻足夠小時，流經(jīng)人體的電流幾乎等于零，因而，人體就能避免觸電的危險。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

接地裝置的構(gòu)成接地裝置是由接地極和接地線所組成。由若干接地極在大地中相互連接而組成的總體，稱為接地網(wǎng)?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地接地裝置的散流效應(yīng)當(dāng)發(fā)生電氣設(shè)備接地短路時，電流通過接地極向大地作半球狀擴(kuò)散（接地電流），所形成的電阻叫散流電阻。

接地電阻是指接地裝置的對地電壓與接地電流之比。由于接地線電阻很小，可忽略不計，故接地裝置的接地電阻主要是指接地極的對地電壓與接地電流之比?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地接地裝置的散流效應(yīng)根據(jù)通過接地極流入大地中工頻電流求得的電阻，稱為工頻接地電阻；

而根據(jù)通過接地極流入大地中沖擊電流求得的電阻，則為沖擊接地電阻。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地電氣上的“地”電位、接觸電壓、跨步電壓通常將距離接地體20m處的地方稱為電氣上的“地”電位。

電氣設(shè)備從接地極到20m以外零電位之間的電位差，稱為接地時的對地電壓，用uE表示。接觸電壓

根據(jù)上述電位分布，在接地回路里，人站在地面上觸及到絕緣損壞的電氣裝置時，人體所承受的電壓稱為接觸電壓，用utou表示；§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地跨步電壓在接地回路里，人的雙腳站在不同電位的地面上時，兩腳間(一般跨距為0.8m)所呈現(xiàn)的電壓稱為跨步電壓，用usp表示。根據(jù)接地裝置周圍大地表面形成的電位分布，距離接地體越近，跨步電壓越大。當(dāng)距接地極20m外時，跨步電壓為零?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

接地電阻的組成及電力系統(tǒng)對接地電阻的要求接地電阻的組成：1、土壤電阻：土壤電阻的大小用土壤電阻率（1cm3正立方體土壤的電阻值）表示；2、接地線：一般為建筑物中的自然導(dǎo)體3、接地極：工程設(shè)計中，接地線電阻很小往往忽略不計。

接地極可選用自然接地極和人工接地極§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地自然接地極：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、氣金屬管道；建筑物和構(gòu)筑物的金屬結(jié)構(gòu)和電纜外皮。人工接地極：可以用垂直埋入地下的鋼管、角鋼、槽型鋼、工字鋼以及水平放置的扁鋼、圓鋼等?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地一般情況下采用管形接地體較好，其優(yōu)點(diǎn)是：

1)機(jī)械強(qiáng)度高，可以用機(jī)械方法打入土壤中，施工較簡單。

2)達(dá)到同樣的電阻值，較其它接地體經(jīng)濟(jì)。

3)容易埋入地下較深處，土壤電阻系數(shù)變化較小。

4)與接地線易于連接，便于檢查。

5)用人工方法處理土壤時，容易加入鹽類溶液。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地在工程設(shè)計中通常選用直徑50mm、長度2.5m的鋼管作為人工接地極。因?yàn)橹睆叫∮谠撝?，機(jī)械強(qiáng)度小，容易彎曲，不易打入地下，但直徑大于50mm，散流電阻降低作用不大。為了減少外界溫度、濕度變化對散流電阻的影響，管的頂部距地面一般要求約為500~700mm?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地通常，電力系統(tǒng)在不同情況下對接地電阻的要求是不同的。下表給出了電力系統(tǒng)不同接地裝置所要求的接地電阻值?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地工頻接地電阻的計算單個接地極的接地電阻

不同類型的單個接地極的接地電阻計算公式，在設(shè)計手冊中均有介紹，如《工廠配電設(shè)計手冊》。在工程實(shí)際應(yīng)用中，通常采用的垂直接地極一般長2.5米，頂端埋于地面之下0.5~0.7米。此時單根垂直接地極接地電阻的簡化計算公式為：

式中：K——與接地極形狀相關(guān)的簡化計算系數(shù)；

ρ——土壤電阻率?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

在實(shí)際的供電系統(tǒng)設(shè)計中，往往單個接地極的接地電阻不能滿足某些系統(tǒng)對接地電阻的要求，因此，必須將數(shù)根接地極進(jìn)行并聯(lián)組成。如圖所示：人工接地網(wǎng)接地電阻的計算§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

由于在實(shí)際人工接地網(wǎng)的設(shè)計中，接地極間的距離一般取為接地極長度的1~3倍(遠(yuǎn)小于40m)。此時電流流入各單根接地極時，由于互相之間的磁場影響而妨礙電流的散流，即等于增加了各單根接地極的電阻，這種影響電流散流的現(xiàn)象稱為屏蔽作用。由于屏蔽作用的影響，接地極組的電阻值并不等于各單根接地極散流電阻的并聯(lián)值，而相差一個效率系數(shù)。即§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地組合接地極是用扁鋼連接的，扁鋼對接地極也有屏蔽作用，設(shè)扁鋼長度為，考慮扁鋼的效率系數(shù)為，其電阻為

人工接地網(wǎng)的總接地電阻可表示為：§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地于是人工接地極組的總電阻為

人工接地極組中垂直接地極的個數(shù)為考慮扁鋼的作用，接地體一般可減少10%左右。簡化的計算公式為§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

沖擊接地電阻的計算

由于雷電波沖擊電流幅值很大，所以接地體的電位很高，當(dāng)電流密度增加時，靠近接地體的電場強(qiáng)度可以達(dá)到土壤的擊穿程度，產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電，因而使土壤電阻系數(shù)顯著下降，這一效應(yīng)使沖擊接地電阻小于工頻接地電阻。沖擊接地電阻與工頻接地電阻間的關(guān)系為：式中：沖擊系數(shù)隨土壤電阻系數(shù)及接地導(dǎo)體的長度而變，土壤電阻率越大，電場強(qiáng)度越大，值越小，接地極的長度越小，沖擊電流密度越大，值也越小?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地接地裝置沖擊電阻與工頻接地電阻之間的近似關(guān)系：

由于不易測量，為了檢查方便起見，工程上總是用工頻接地電阻作為標(biāo)準(zhǔn)來衡量的?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地3、保護(hù)接地為保證人體觸及意外帶電的電氣設(shè)備時的人身安全，而將電氣設(shè)備的金屬外殼進(jìn)行接地即為保護(hù)接地（又稱安全接地）?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地3、保護(hù)接地在用戶供電系統(tǒng)中，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行方式、電氣設(shè)備（或裝置）的外露可導(dǎo)電部分的對地關(guān)系以及整個系統(tǒng)的中性線（neutralwire，簡寫N線）與保護(hù)線（protectivewire，簡寫PE線）的組合情況，保護(hù)接地的型式有IT系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系統(tǒng)）共五種?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地第一個字母第二個字母T——電源端有一點(diǎn)直接接地I——電源端所有帶電部分不接地或經(jīng)消弧線圈(或電阻)接地

N——電氣設(shè)備（或裝置）外露可導(dǎo)電部分與低壓配電系統(tǒng)的中性點(diǎn)有直接的電氣連接

T——電氣設(shè)備（或裝置）外露可導(dǎo)電部分與大地有直接的電氣連接

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地第三個字母S——整個系統(tǒng)的中性線和保護(hù)線是分開的

C——整個系統(tǒng)的中性線和保護(hù)線是共用的

C-S——系統(tǒng)中有一部分中性線與保護(hù)線是共用的

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地一類是當(dāng)人們接觸到絕緣損壞的電氣設(shè)備外殼時，使通過人體的電流在安全容許范圍之內(nèi)?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地根據(jù)低壓配電系統(tǒng)中，防止因電氣設(shè)備絕緣損壞引起人體觸電事故原理的不同，可將這五種接地型式分為兩類：另一類是將電氣設(shè)備外殼用保護(hù)線與中性點(diǎn)直接接地的電源的接地裝置相連。1、IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)即在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的金屬部分與接地體之間作良好的金屬連接?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地圖表在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，當(dāng)絕緣損壞，設(shè)備外殼帶電時，接地電流將同時沿接地裝置和人體兩條道路流過，流經(jīng)人體的電流與流經(jīng)接地裝置的電流比為§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地為了限制流過人體的電流，使其在安全電流以下，必須使＜＜

。即只要使設(shè)備的接地電阻足夠的小，就可以保證設(shè)備絕緣損壞，人觸及帶電體時，流過人體的電流在安全電流范圍內(nèi)。

安全電流值一般可取為：交流電流30mA；直流電流50mA。則當(dāng)設(shè)備絕緣損壞，人觸及帶電體時，流過人體的電流為：§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地2、TT系統(tǒng)這種保護(hù)系統(tǒng)是在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備外殼，通過與系統(tǒng)接地?zé)o關(guān)的接地體直接接地，如圖所示：

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地在TT系統(tǒng)中，如發(fā)生設(shè)備絕緣損壞，則人觸及到的設(shè)備外殼上的電壓為:

顯然，只要限制的大小，就能保證在安全電壓范圍內(nèi)。而要使在安全電壓以下，如

則§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地設(shè)，則，要實(shí)現(xiàn)這樣小的接地電阻是比較昂貴的。為了安全起見，要求接設(shè)備的電源處熔體熔斷，但當(dāng)設(shè)備容量較大時（設(shè)設(shè)備的額定電流為100A)，按照熔體額定電流必須小于或等于3倍導(dǎo)線按發(fā)熱允許通過電流的原則：為了保證人身安全，接地電阻應(yīng)不大于§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地接地電阻要做到這樣小非常困難，特別是當(dāng)土壤電阻率較高的地區(qū)，根本就無法達(dá)到。在該系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)備絕緣損壞。欲使設(shè)備外殼上的電壓在安全范圍內(nèi)，根據(jù)余弦定律，此時其它兩相的對地電壓為：

同時變壓器低壓側(cè)中性點(diǎn)的對地電壓為：§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

在上述情況下，如果有人觸及到與中性點(diǎn)相連的裸露導(dǎo)線，顯然是不安全的。同時也危及另外兩相單相設(shè)備的正常工作。

因此在中性點(diǎn)直接接地的1000V以下供電系統(tǒng)中，一般很少采用TT系統(tǒng)?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地TN系統(tǒng)在中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備在正常情況下不帶電的金屬部分用保護(hù)線或者中性線與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連接。

按照中性線N與保護(hù)線PE的組合情況，TN系統(tǒng)分為以下三種形式：TN-C系統(tǒng)

（三相四線）

整個系統(tǒng)中的中性線N與保護(hù)線PE是合一的(過去曾稱為保護(hù)接零)。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地該系統(tǒng)如果發(fā)生單相絕緣損壞，故障電流設(shè)備外殼保護(hù)連線保護(hù)中性線PEN電源中性點(diǎn)形成回路。此時流過該回路的電流為單相短路電流，只要合理選擇保護(hù)電器（一般為熔斷器），使之可靠動作，切斷故障電，達(dá)到安全保護(hù)的目的。應(yīng)用TN-C系統(tǒng)應(yīng)注意的問題：中性線不能斷線；中性線上不允許安裝保護(hù)電器；§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地三相負(fù)荷盡可能平衡，否則中性線上有電流流過，中性線上任意一點(diǎn)就有電位。三相負(fù)荷越不平衡，中性線上離電源中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，電位就越高，（有可能出現(xiàn)危險電位）。目前TN-C系統(tǒng)大多應(yīng)用在工廠供電系統(tǒng)中；而在民用住宅、商場、賓館、機(jī)房等場所，一般均不建議采用TN-C系統(tǒng)?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地TN-S系統(tǒng)

該系統(tǒng)的中性線N與保護(hù)線PE是分開的。即將設(shè)備外殼接在保護(hù)線PE上，正常情況下，保護(hù)線上沒有電流流過，所以設(shè)備外殼不帶電。故障情況下，單相短路電流通過PE線形成回路，是保護(hù)電器可靠動作，切除故障點(diǎn)。

該系統(tǒng)在低壓民用住宅、商業(yè)、賓館供電系統(tǒng)中普遍采用。§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地TN-C-S系統(tǒng)

該系統(tǒng)中有一部分采用中性線與保護(hù)線合一的，局部采用專設(shè)的保護(hù)線，如下圖所示。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地共同接地與重復(fù)接地

共同接地：在中性點(diǎn)不接地且由同一臺變壓器供電的供電系統(tǒng)中，電氣設(shè)備分別接地也是一種不合理的接地方式。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

當(dāng)電動機(jī)a在A相上發(fā)生碰殼短路，電動機(jī)b在B相上發(fā)生碰殼短路，此時流經(jīng)電動機(jī)a的電流為:

作用于電機(jī)外殼上的電壓為作用于電機(jī)外殼上的電壓為§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

則：顯然，是危險電壓。因此，這種接法無論電阻如何變化，接觸到電機(jī)外殼上都是危險的。時時時§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地而采取共同接地的方式。就可以將兩相分別接地短路變成相間短路，使保護(hù)裝置可靠動作。在中性點(diǎn)直接接地的1000V以下的低壓電網(wǎng)中，由同一臺變壓器或同一段母線供電的線路，也不能采取兩種不同的接地方式?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

如圖所示。如果電動機(jī)b上絕緣損壞，發(fā)生單相碰殼接地時，凡是與中性線連接的設(shè)備外殼都可能帶上危險的電壓。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

重復(fù)接地：在TN系統(tǒng)中，為確保接地裝置的可靠性，還應(yīng)當(dāng)采用重復(fù)接地。以TN-C系統(tǒng)為例，如果保護(hù)中性線斷裂，則在斷裂后的某一電氣設(shè)備發(fā)生碰殼短路時，所有連于該段中性線上的電氣設(shè)備外殼均承受接近于相電壓。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地右圖為有重復(fù)接地時中性線斷裂的情況：§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

如果在中性線斷點(diǎn)后發(fā)生C相碰殼，則斷裂點(diǎn)前后的電壓分別為式中：——

重復(fù)接地電阻如果則：§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地一般來說，重復(fù)接地時的接地電阻，

所以即大于。重復(fù)接地電阻一般規(guī)定為10Ω，用于1000V以下的TN系統(tǒng)中。上述分析表明，重復(fù)接地只能起到平衡中性線電位的作用，并不能完全解決中性線上電位的存在。因此在TN系統(tǒng)中：中性線的斷裂是應(yīng)當(dāng)避免的；三相負(fù)荷應(yīng)盡量對稱，以減少中性線上的電流?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地應(yīng)該實(shí)行接地或接零的設(shè)備

⑴電動機(jī)、變壓器、變阻器、電力電容器、開關(guān)設(shè)備的金屬外殼。⑵配電、控制的屏（柜、箱）的金屬框架和底座、鄰近帶電設(shè)備的金屬遮欄。⑶電線電力電纜的金屬保護(hù)管和金屬包皮，電纜終端頭與中間接頭的金屬包皮以及母線的外罩。⑷照明燈具、電扇及電熱設(shè)備的金屬底座與外殼。⑸避雷針、避雷器、保護(hù)間隙和耦合電容器底座，裝有避雷線的電力線路金屬桿塔。⑹互感器的二次線圈?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地可以不接地或接零的設(shè)備⑴采用安全電壓或低于安全電壓的電氣設(shè)備。⑵裝在配電屏、控制屏上的電氣測量儀表、繼電器與低壓電器的外殼。⑶在已接地金屬構(gòu)架上的支持絕緣子的金屬底座。⑷在常年保持干燥且用木材、瀝青等絕緣較好的材料鋪成的地面，其室內(nèi)低壓電氣設(shè)備的外殼。⑸額定電壓為220V及以下的蓄電池室的金屬框架。⑹廠內(nèi)運(yùn)輸鐵軌。⑺電氣設(shè)備安裝在高度超過2.2m的不導(dǎo)電建筑材料基座上，須用木梯才能接觸到且不會同時觸及接地部分。漏電保護(hù)器的應(yīng)用漏電保護(hù)（又稱剩余電流保護(hù)）是從泄漏電流、人體觸電等非金屬性單相接地故障考慮，用來保護(hù)人身及設(shè)備安全的一種保護(hù)方式。漏電保護(hù)器的類型按其工作原理可分為電壓動作型、電流動作型、電壓電流動作型、交流脈沖型和直流動作型等。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

電流動作型漏電保護(hù)器主要由零序電流互感器、脫扣機(jī)構(gòu)及主開關(guān)組成。零序電流互感器是一個檢測元件，可以安裝在變壓器中性點(diǎn)與接地板之間，構(gòu)成全網(wǎng)總保護(hù)，也可安裝在干線或分支線上，構(gòu)成干線或分支線保護(hù)。如下圖所示。§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地干線或分支線回路的漏電保護(hù)原理可如圖所示

在正常情況下，各相電流的相量和等于零，即§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

各相電流在電流互感器鐵芯中所產(chǎn)生的磁通的相量和也等于零，即此時，零序電流互感器的二次線圈沒有感應(yīng)電壓輸出，漏電保護(hù)器不動作。當(dāng)被保護(hù)支路發(fā)生絕緣損壞或其它接地漏電故障時，漏電保護(hù)器的脫扣線圈上，產(chǎn)生感應(yīng)電流I2。當(dāng)故障電流達(dá)到漏電保護(hù)器的動作整定值時，推動脫扣器動作，使主開關(guān)迅速切斷源?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地由于漏電保護(hù)采用“差動”原理，當(dāng)配電線路發(fā)生相－地故障或絕緣損壞時，漏電保護(hù)器能否可靠動作，主要取決于故障電流或漏電電流的路徑。

因此，漏電保護(hù)與接地系統(tǒng)的形式有很大關(guān)系?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地漏電保護(hù)用于TN系統(tǒng)中

從使用漏電保護(hù)裝置的地點(diǎn)起，TN－C系統(tǒng)應(yīng)改用TN－S系統(tǒng)，即保護(hù)線不再用作中性線，使整體成為TN－C－S系統(tǒng)。此時應(yīng)將相線和中性線穿過漏電保護(hù)裝置的零序電流互感器，但不可將保護(hù)線PE穿在零序電流互感器中?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地當(dāng)發(fā)生相一地絕緣損壞時，漏電電流流經(jīng)設(shè)備外殼，保護(hù)線回到電源中性點(diǎn)。此時零序電流互感器中才能出現(xiàn)電流差值，使保護(hù)裝置動作，切斷主電源。在TN系統(tǒng)中，通常在中性線上間隔一定的距離設(shè)置重復(fù)接地，以確保接地裝置的可靠。采用漏電保護(hù)裝置后，應(yīng)注意中性線不可重復(fù)接地?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

如圖所示，如中性線上設(shè)置重復(fù)接地，則部分不平衡電流經(jīng)重復(fù)接地點(diǎn)、大地、電源中性點(diǎn)形成閉合通路。從而使

，當(dāng)?shù)闹颠_(dá)到保護(hù)器的額定動作電流時，漏電保護(hù)就會產(chǎn)生誤動作。

§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地漏電保護(hù)應(yīng)用于TT系統(tǒng)中可以降低對設(shè)備接地電阻值的要求。但是裝設(shè)漏電保護(hù)和不裝漏電保護(hù)的設(shè)備不能共用一個接地裝置。如下圖所示?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地

當(dāng)未裝設(shè)漏電保護(hù)器的電動機(jī)M1絕緣損壞時，該設(shè)備外殼上出現(xiàn)對地電壓，由于電動機(jī)M1、M2共用同一接地裝置，電動機(jī)M2的外殼上也出現(xiàn)對地電壓。如操作人員接觸到電動機(jī)M2的外殼，漏電電流沿著A1、M1外殼、M2外殼、觸電者、大地返回電源中性點(diǎn)。這樣雖然電動機(jī)M2裝設(shè)了漏電保護(hù)，而漏電電流卻未經(jīng)過M2所裝設(shè)的漏電保護(hù)器。因此漏電保護(hù)裝置不動作?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地正確的接法是M1，M2各用各自的接地裝置，并根據(jù)現(xiàn)場條件，盡可能使兩接地體間相距得遠(yuǎn)些?！?.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.1供電系統(tǒng)的保護(hù)接地§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)在電力系統(tǒng)中，由于過電壓使絕緣破壞是造成系統(tǒng)故障的主要原因之一。

過電壓：指在電氣設(shè)備或線路上出現(xiàn)的超過正常工作要求并對其絕緣構(gòu)成威脅的電壓?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)過電壓分類：電力系統(tǒng)過電壓內(nèi)過電壓外過電壓（諧振、操作不當(dāng)、系統(tǒng)內(nèi)不對稱短路）（雷電過電壓或大氣過電壓）造成過電壓的能量來自系統(tǒng)自身造成過電壓的能量來自系統(tǒng)以外

過電壓倍數(shù)k＝過電壓/工頻電壓；（k值與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容量和參數(shù)、中性點(diǎn)接地方式、斷路器性能以及操作方式等因素有關(guān)。）§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)雷電過電壓的種類高空之中雷云間的放電雖然強(qiáng)烈，但是對于人和地面物體沒有危害，而雷云對大地的放電將會產(chǎn)生很大的破壞作用的大氣過電壓，主要包括：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)雷電的危害

1）電動力效應(yīng)：可摧毀設(shè)備、桿塔和建筑，傷害人和畜；

2）熱效應(yīng)：可燒斷導(dǎo)線和燒毀電力設(shè)備； 3）電磁效應(yīng)：產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣絕緣；

4）閃絡(luò)放電：燒壞絕緣子，使斷路器跳閘或引起火災(zāi)，造成大面積停電?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

1、雷電沖擊波的基本特性當(dāng)輸電線路受到雷擊時，在輸電線路上產(chǎn)生的沖擊波向?qū)Ь€兩側(cè)流動和傳播。用快速電子示波器測得的雷電流波形如下圖所示。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)雷電流（雷電壓）由零增長至最大幅值的這一部分稱為雷電波的波頭，通常只有(1~4)μs，電流值下降的部分稱為雷電波的波尾，長達(dá)數(shù)十微秒，這種波的形狀稱為半余弦波，用數(shù)學(xué)式表達(dá)為：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

為了簡化計算，在工程設(shè)計中也可取用斜角波頭。這種波形與半余弦波進(jìn)行比較，在計算線路防雷時所得的結(jié)果是非常一致的。

在波頭部分，電流對時間的變化率di/dt（dv/dt）稱為陡度，陡度的最大值對半余弦波對應(yīng)在波頭波形的拐點(diǎn)處，當(dāng)雷電流的幅值達(dá)到最大時，雷電波的陡度為0?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)行波的概念用分布參數(shù)回路表示的輸電線如圖所示：單位長度導(dǎo)線電感值單位長度導(dǎo)線電容值§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

雷電沖擊波在線路上的傳輸過程是對輸電線路分布電容的充電、通過分布電感放電對下一個分布電容的充電過程，以一定速度傳播開，從而形成行波。雷電沖擊波的傳輸速度假設(shè)在t=0時把i=at的斜角波雷電流加在無限長無損導(dǎo)線的左端A點(diǎn)，在任一時間t，電流的分布如圖所示?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)由線路分布電感上的電壓降來分析A點(diǎn)的電壓：如果斜角波雷電流作用在導(dǎo)線B點(diǎn)上的電位為零，而導(dǎo)線A、B間的電感為，則導(dǎo)線A、B間的壓降就是A點(diǎn)的電壓。即：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)由線路分布電感上的電壓降來分析A點(diǎn)的電壓：由于A點(diǎn)的電壓也與A點(diǎn)長度為dx段的對地部分電容上儲藏的電荷量有關(guān)，設(shè)單位長度導(dǎo)線上的電荷量為q，則在A處dx段上的電荷為qdx，因此：由：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)而對于線路A點(diǎn)而言：則：故有雷電波的傳輸速度為：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

由于雷電壓沖擊波對電容依次充電后再放電，可以得出，伴隨電壓沖擊波也必然有電流沖擊波，電流波是和電壓波同時、同速度、同方向的在輸電線路上以光速傳播。

沖擊波在電纜中傳播的速度約為架空線路的1/2~1/3?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)波阻抗的概念由于雷電波在沿導(dǎo)線傳輸過程中有：即上式中：稱為導(dǎo)線的波阻抗?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)歐姆定律反映的是在直流穩(wěn)態(tài)下電壓和電流的關(guān)系；其值不僅與線路長度有關(guān)，也與線路終端負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)；而波阻抗反映的是沿導(dǎo)線傳播的雷電壓沖擊波和雷電流沖擊波之間的動態(tài)關(guān)系；波阻抗只與線路的分布參數(shù)有關(guān)，而與導(dǎo)線的長度及終端負(fù)荷性質(zhì)無關(guān)。因此，對于任意波形的雷電壓沖擊波和雷電流沖擊波都是適用的?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)波的折射與反射

由波阻抗的表達(dá)式可得：即

該式的物理意義可以解釋為：當(dāng)沖擊波沿?zé)o損導(dǎo)線傳播時，沿導(dǎo)線單位長空間中儲存的磁能，恰好等于單位長空間儲存的電能。即，沖擊波沿導(dǎo)線傳播，當(dāng)無損失時，其能量中的一半用來建立磁場，而另一半用來建立電場。因此，雷電波也是一種電磁波。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

由上述分析可知：雷電沖擊波沿線路傳播過程中，傳播導(dǎo)體的波阻抗發(fā)生變化，雷電壓和雷電流之間的動態(tài)關(guān)系也會發(fā)生變化（如由架空線進(jìn)入電纜、電抗器、變壓器、線路斷開的開關(guān)、線路短路或經(jīng)接地裝置入地等情況）。由于結(jié)點(diǎn)兩側(cè)元件的分布參數(shù)不同，波阻抗改變，則在保持建立電場和磁場耗用能量相等的規(guī)律下，進(jìn)入結(jié)點(diǎn)另一側(cè)的電壓和電流間的關(guān)系必然發(fā)生相應(yīng)的改變。即沖擊波在沿導(dǎo)線傳播過程中遇到結(jié)點(diǎn)時，會發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。

§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)則根據(jù)分界能量守恒的原則：結(jié)點(diǎn)處在任何瞬間只能有一個電壓值和電流值，即：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)聯(lián)立以上四式求解，則有上式可以用一個集中參數(shù)的等效電路代表。稱之為等效集中參數(shù)定理。應(yīng)用等效集中參數(shù)定理可以將雷電波擊于地面的情況表示如下圖的等效線路。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)于是折射電壓為：其中——折射系數(shù)反射電壓為：式中

——反射系數(shù)

折射電流為：反射電流為：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

討論幾種特殊條件：當(dāng)時，，，可知：

即經(jīng)A點(diǎn)，行波仍按原來幅值前行，這說明A點(diǎn)前后線路波阻抗未發(fā)生變化。

§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

當(dāng)時，相當(dāng)于在A點(diǎn)開路，，，

即在A點(diǎn)形成了電壓波的全反射，使A點(diǎn)電壓增大到前行波電壓的2倍。而電流波形成負(fù)的全反射，使A點(diǎn)電流為零。即雷電壓沖擊波在開路端口電壓會增高一倍，將嚴(yán)重威脅絕緣安全，所以必須采取防雷保護(hù)措施。

§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

當(dāng)時，相當(dāng)于在A點(diǎn)接地，，，電流波形成正的全反射，使折射電流增加到行波的兩倍即，電壓波形成負(fù)的全反射，使A點(diǎn)電壓降低到零?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)2、防雷裝置

避雷針（線）防直擊雷裝置避雷器防線路侵入波裝置避雷針（線）

避雷針:由接閃器，引下線和接地極三部分組成。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

避雷線又稱架空地線

它的接閃器是敷設(shè)在架空線路上方水平方向的金屬線或者金屬帶，是架空輸電線路最常用的防雷設(shè)施。

其主要作用是對架空輸線路的導(dǎo)線進(jìn)行屏蔽，將雷云對架空線路的放電引向自身并泄人大地，使線路導(dǎo)線免遭直接雷擊。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)避雷針的保護(hù)范圍，以它對直擊雷所保護(hù)的空間來表示。單支避雷針的保護(hù)范圍如圖所示。當(dāng)當(dāng)式中單根避雷線的保護(hù)范圍如圖所示:當(dāng)當(dāng)§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)例9-1某廠鍋爐房煙囪高40m，煙囪上安裝一支高2m的避雷針，鍋爐房（屬第三類防雷建筑物）尺寸如圖9-4，試問此避雷針能否保護(hù)鍋爐房。解查表得滾球半徑hr=60m，而避雷針頂端高度h=40+2=42m，

hx=8m，

根據(jù)公式得避雷針保護(hù)半徑為

鍋爐房在hx=8m高度上最遠(yuǎn)屋角距離避雷針的水平距離為：

可見，煙囪上的避雷針能保護(hù)鍋爐房?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)例9-1某廠鍋爐房煙囪高40m，煙囪上安裝一支高2m的避雷針，鍋爐房（屬第三類防雷建筑物）尺寸如圖9-4，試問此避雷針能否保護(hù)鍋爐房。

避雷器避雷器的作用是限制由線路侵入的雷電波對變電所內(nèi)的電氣設(shè)備造成的過電壓。它一般裝設(shè)在各段母線與架空線的進(jìn)出口處。

為了使避雷器達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果，必須滿足下列基本要求：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)由于電氣設(shè)備的沖擊絕緣強(qiáng)度都是由伏秒特性曲線表示的，所以避雷器與被保護(hù)電氣設(shè)備的伏秒特性之間應(yīng)有合理的配合，如圖所示。

1、被保護(hù)設(shè)備伏秒特性；2、避雷器伏秒特性；3、被保護(hù)設(shè)備上可能出現(xiàn)最高工頻電壓?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)避雷器的絕緣強(qiáng)度要有自恢復(fù)能力。避雷器在沖擊電壓的作用下放電，造成接地短路，此時過電壓消失，但工頻電壓相繼作用在避雷器上，開始流過工頻短路接地電流。

所以避雷器應(yīng)具有自行切除工頻續(xù)流，恢復(fù)絕緣強(qiáng)度的能力，使供電系統(tǒng)繼續(xù)正常工作?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

常用的避雷器有管式避雷器、閥式避雷器和氧化鋅避雷器?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

管式避雷器

管式避雷器由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙構(gòu)成。特點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、殘壓小；伏秒特性較陡，不易于被保護(hù)電器（變壓器）

的絕緣配合，動作時有電弧和氣體從管中噴出。

一般常用于戶外架空線路的防雷。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)閥式避雷器

閥式避雷器由火花間隙和閥電阻片串聯(lián)組成，裝在密封的磁套管內(nèi)?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)特點(diǎn)：閥式避雷器的閥形電阻片是由金剛砂（SiC)和結(jié)合劑在一定的溫度下燒結(jié)而成。具有非線性電阻特性。閥式避雷器常用于保護(hù)變電所的電器設(shè)備。閥電阻片特性

氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器的閥片以氧化鋅為主要材料，伏秒特性比較平緩，易于與被保護(hù)電氣設(shè)備的伏秒特性相配合。特點(diǎn)：無間隙、無續(xù)流、殘壓低、體積小。

目前在工程中廣泛應(yīng)用?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)3、供電系統(tǒng)的防雷供電系統(tǒng)架空線路的防雷用戶供電系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的末端，具有以下特點(diǎn)：

電壓等級一般都在35kV以下，采用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)雷擊架空線路桿頂對一相導(dǎo)線放電時，工頻接地電流很小，不會引起線路的跳閘。配電網(wǎng)路一般不長，同時架空線路多受建筑物和樹木的屏蔽，遭受雷擊的機(jī)會比較少。對于有重要負(fù)荷的供電系統(tǒng)采用雙電源供電或自動重合閘裝置，可以減輕雷害事故的影響?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)用戶供電系統(tǒng)架空線路防雷的一般措施：增加架空線絕緣子個數(shù)，采用較高等級的絕緣子，或頂相用針式而下面兩相改用懸式絕緣子，提高反擊電壓水平。部分架空線裝設(shè)避雷線。改進(jìn)桿塔結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)力允許時，采用瓷橫擔(dān)等。減小接地電阻，以及采用拉線減少桿塔電感。采用電纜供電?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)用戶供電系統(tǒng)變電所的防雷根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，按規(guī)程規(guī)定裝設(shè)避雷針或避雷線對直擊雷進(jìn)行防護(hù)，裝設(shè)避雷器對線路侵入波進(jìn)行防護(hù)，是非常有效的措施。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)對直擊雷的防護(hù)：根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，按規(guī)程規(guī)定裝設(shè)避雷針或避雷線對直擊雷進(jìn)行防護(hù)，是非?？煽康?。采用獨(dú)立避雷針受雷擊時的高電位對附近設(shè)施會產(chǎn)生的反擊和電磁感應(yīng)現(xiàn)象。獨(dú)立避雷針受到雷擊時在接閃器，引下線和接地體上都產(chǎn)生很高電位，如果避雷針與附近設(shè)施的距離不夠，它們之間便會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這種情況稱之為反擊。

§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

為了防止反擊，務(wù)須使避雷針和附近金屬導(dǎo)體間有一定的距離，從而使絕緣介質(zhì)閃絡(luò)電壓大于反擊電壓。為此，需要求出如右圖中所示避雷針上離該設(shè)施最近的A點(diǎn)的電位uA和sK。§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)避雷針參數(shù)為：單位長度電感：避雷針長度：故A點(diǎn)電位為：

假設(shè)波頭形狀為斜角波的雷電波作用在避雷針上，雷電波參數(shù)為：§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

由于電位的電感分量，只存在于斜角波的波頭內(nèi)（2.6μs)，而電阻分量卻存在于雷電波的整個持續(xù)時間，約幾十微秒，所以二者對空氣的絕緣作用有所不同，對前者可取空氣的平均耐壓強(qiáng)度750kV/m，后者取500kV/m，則可以求出不發(fā)生避雷針向被保護(hù)物反擊的空間距離為：

規(guī)程規(guī)定：Sk一般不應(yīng)小于5m?！?.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

雷擊避雷針還會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，當(dāng)雷電流擊中避雷針時，在避雷針周圍產(chǎn)生強(qiáng)大突變的電磁場，處在這一電磁場中的金屬導(dǎo)體會感應(yīng)出電動勢，從而使間隙ab產(chǎn)生火花放電§5.2供電系統(tǒng)的防雷保護(hù)

對線路侵入雷電沖擊波