《供配電技術(shù)》課件-X第9章 防雷接地與安全0522-2

第9章 防雷、接地與電氣安全供配電系統(tǒng)第9章 防雷、接地與電氣安全9.1過電壓與防雷9.2接地與接地裝置9.3電氣安全9.1 過電壓與防雷9.1.1

過電壓及其分類9.1.2防雷設(shè)備及其保護(hù)范圍9.1.3供配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)一、架空線路的防雷措施（1）架設(shè)避雷線（2）提高線路本身的絕緣水平（3）利用三角形排列的頂線兼作防雷保護(hù)線 （4）加強(qiáng)絕緣弱點(diǎn)的保護(hù)（5）裝設(shè)自動重合閘裝置

9.1.3供配電系統(tǒng)的防雷保護(hù)變電所內(nèi)如下設(shè)備和建筑物應(yīng)該有直擊雷保護(hù)裝置：（1）屋外的配電裝置（包括母線廊道、架空母線橋、軟連線等）；（2）遭受雷擊后可能引起火災(zāi)的建筑物，例如露天的油箱和油設(shè)備等建筑物以及易燃材料的倉庫；（3）有爆炸危險(xiǎn)的建筑物，例如氫氣設(shè)備和乙炔發(fā)生裝置等；（4）雷擊后可能引起機(jī)械性能破壞的高大建筑物，例如煙囪、冷卻塔和變壓器修理間等。二、變配電所的防雷措施1．變配電所的直擊雷保護(hù)進(jìn)線保護(hù)的目的在于防止線路上落雷后雷電波侵入變電所，危害變電所的配電裝置。2．35～110kV變電所的進(jìn)線保護(hù)不采用全線裝設(shè)避雷線的線路，可以在進(jìn)線段1～2km內(nèi)架設(shè)避雷線，防護(hù)直接雷擊，還可以使感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生在1～2km以外，靠進(jìn)線段本身的阻抗起限流作用，降低雷電沖擊波的幅值和陡度。為了限制線路上遭受直擊雷產(chǎn)生的高電壓，該線路進(jìn)線段的首端，裝設(shè)一組管型避雷器F1，且其工頻接地電阻應(yīng)在10Ω以下。

在靠近隔離開關(guān)或斷路器QF1處裝設(shè)一組管型避雷器F2，防止線路上的雷電波侵入到隔離開關(guān)或斷路器開路處由于反射而形成兩倍侵入波幅值的電壓，損壞隔離開關(guān)或斷路器。F2的外間隙應(yīng)調(diào)整于正常運(yùn)行時不被擊穿。

閥型避雷器F3保護(hù)價(jià)值高而絕緣相對薄弱的變壓器。在供配電系統(tǒng)中，常常在變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)閥型避雷器作為變壓器的防雷保護(hù)。對于Y/Yn0接線的變壓器，一般把外殼、中性點(diǎn)與避雷器共同接地。3．變壓器的防雷保護(hù)在運(yùn)行中電動機(jī)繞組的安全沖擊耐壓值常低于磁吹閥型避雷器的殘壓，因此單靠避雷器構(gòu)成的高壓電動機(jī)保護(hù)不夠完善，必須與電容器和電纜線段等聯(lián)合組成保護(hù)。

4．高壓電動機(jī)的防雷保護(hù)當(dāng)侵入波使管型避雷器F1擊穿后，電纜首端的金屬外皮和芯線間被電弧短路，由于雷電流頻率很高和強(qiáng)烈的趨膚效應(yīng)使雷電流沿電纜金屬外皮流動，而流過電線芯線的雷電流很小。同時，由于電纜和架空線的波阻抗不同（架空線約400～500Ω，電纜約10～50Ω），雷電波在架空線與電纜的連接點(diǎn)上會發(fā)生折射與反射。雷電波侵入電纜以后，電壓波幅值已經(jīng)大大降低。

采用F2與電容器C并聯(lián)來降低母線上侵入波的波幅值和波陡度，保護(hù)中性點(diǎn)的絕緣。9.2接地與接地裝置

1、接地體、接地線與接地裝置接地體：又稱為接地極，是指埋入地中并直接與土壤相接觸的金屬導(dǎo)體。如埋地的鋼管、角鐵等。接地線：電氣設(shè)備應(yīng)接地部分與接地體(極)相連接的金屬導(dǎo)體(線)稱為接地線。接地線在設(shè)備正常運(yùn)行情況下是不載流的，但在故障情況下要通過接地故障電流。接地體和接地線統(tǒng)稱為接地裝置。一、基本概念由若干接地體在大地中用接地線相互連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。其中按接地線又分接地干線和接地支線，如圖所示。接地干線一般應(yīng)不少于兩根導(dǎo)體，在不同地點(diǎn)與接地網(wǎng)連接。接地網(wǎng)示意圖1—接地體2—接地干線3—接地支線4—設(shè)備

當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時，電流經(jīng)接地裝置是以半球面形狀向大地散開的，稱為散流效應(yīng)。2.接地裝置的散流效應(yīng)在距接地體20m左右處，散流電阻趨近于零，該處電位也接近于零，稱為電氣上的“地”。對地電壓、接觸電壓和跨步電壓

電氣設(shè)備的接地部分與20m外的零電位之間的電位差

UE

，稱為接地部分的“對地電壓”。

3.對地電壓、接觸電壓與跨步電壓

此時，若人站在該設(shè)備旁，手接觸到設(shè)備外殼，則人手與腳之間呈現(xiàn)出的電位差Utou稱為“接觸電壓”。

跨步電壓Ustep

是指在接地故障點(diǎn)附近行走，兩腳之間所出現(xiàn)的電位差。按實(shí)施接地的目的有工作接地、保護(hù)接地等。二、接地的類型工作接地是指為了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，人為地將供電系統(tǒng)的某些點(diǎn)(例如發(fā)電機(jī)和變壓器的中性點(diǎn))和大地進(jìn)行金屬性的連接。保護(hù)接地是指由于電氣設(shè)備絕緣損壞時可能危及人身安全而將電氣設(shè)備不帶電的金屬外殼與大地相連。防雷接地則是為了引泄雷電流而將防雷設(shè)備(如避雷針、避雷器等)與大地相連。

接地的作用

防止人身遭受電擊、設(shè)備和線路遭受損壞、預(yù)防火災(zāi)和防止雷擊、防止靜電損害和保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。

作用：(1)保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行

(2)保證繼電保護(hù)的可靠動作中性點(diǎn)接地系統(tǒng)單相接地短路情況分析1．工作接地

保護(hù)接地是指為保障人身安全、防止觸電事故，將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分（正常不帶電，而在絕緣損壞是可帶電且易被觸及的部分，如金屬外殼和構(gòu)架等）與大地相連。

2．保護(hù)接地在低壓配電系統(tǒng)中，按保護(hù)接地的方式不同，可分為三類，即TN系統(tǒng)、TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)。

中性點(diǎn)接地的三相四線制的低壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)將電氣設(shè)備的金屬外殼經(jīng)公共的保護(hù)線（PE線，protectiveearthing）或保護(hù)中性線（PEN線，又稱零線）與系統(tǒng)中性點(diǎn)相連接地。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生一相碰殼時，短路電流經(jīng)外殼和零線構(gòu)成回路，回路中相線、零線和設(shè)備外殼阻抗很小，短路電流很大，令線路上的熔斷器迅速熔斷，切除故障。

1）TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)線與中線的組合形式分為TN－C系統(tǒng)、TN－S系統(tǒng)和TN－C－S系統(tǒng)。

在中性點(diǎn)不接地(或經(jīng)1kΩ阻抗接地）的三相三線制低壓系統(tǒng)中，將電氣設(shè)備正常情況下不帶電的外露可導(dǎo)電部分（金屬外殼和構(gòu)架等）與接地體之間作很好的金屬連接，稱為IT系統(tǒng)。

2）IT系統(tǒng)

IT系統(tǒng)(b)一相接地時的故障電流TT系統(tǒng)適用于中性點(diǎn)直接接地的三相四線制系統(tǒng)，電氣設(shè)備的金屬外殼均各自單獨(dú)接地，該接地點(diǎn)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無關(guān)。當(dāng)發(fā)生接地故障時，故障點(diǎn)對地電壓將為110V，通過人體的電流將達(dá)0.1～0.2A，顯然不能保證人身安全。因此，TT系統(tǒng)中應(yīng)該裝設(shè)漏電保護(hù)裝置。

3）TT系統(tǒng)

(1)TN-C系統(tǒng)安全水平較低，對信息系統(tǒng)和電子設(shè)備易產(chǎn)生干擾，一般適用于有專業(yè)人員維護(hù)管理的一般性工業(yè)廠房和場所。(2)TN-S系統(tǒng)適用于設(shè)有變電所的公共建筑、醫(yī)院、有爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)的廠房和場所、單相負(fù)荷比較集中的場所，潔凈廠房，辦公樓和科研樓，計(jì)算站，通信站以及一般住宅、商店等民用建筑的電氣裝置。(3)TN-C–S系統(tǒng)宜用于不附設(shè)變電所的上述(2)項(xiàng)中所列的建筑和場所的電氣裝置。4）低壓系統(tǒng)接地形式的選用

(4)TT系統(tǒng)適用于不附設(shè)變電所的上述(2)項(xiàng)中所列的建筑和場所的電氣裝置，尤其適用于無等電位聯(lián)結(jié)的戶外場所，如：戶外照明、戶外演出場所、戶外集貿(mào)市場等場所的電氣裝置。(5)IT系統(tǒng)適用于不間斷供電要求高和對接地故障電壓有嚴(yán)格限制地場所，如應(yīng)急電源裝置、消防、礦井下電氣裝置以及有防火防爆要求地場所。(6)由同一變壓器、發(fā)電機(jī)供電地范圍內(nèi)TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)不能和IT系統(tǒng)兼容。分散的建筑物可分別采用TN系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。同一建筑物內(nèi)宜采用TN系統(tǒng)或TT系統(tǒng)中的一種。

TN系統(tǒng)中，當(dāng)PE線或PEN線斷線且有設(shè)備發(fā)生單相碰殼時，接在斷線處后面的設(shè)備外殼上出現(xiàn)接近于相電壓的對地電壓，存在觸電危險(xiǎn)。因此，為了進(jìn)一步提高安全可靠性，除系統(tǒng)中性點(diǎn)進(jìn)行工作接地外，還必須在以下地點(diǎn)重復(fù)接地：(1)架空線路末端及沿線每隔1km處；(2)電纜和架空線引入車間和大型建筑物處。3.重復(fù)接地1）、應(yīng)實(shí)行保護(hù)接地或保護(hù)接零的設(shè)備凡因絕緣損壞而可能帶有危險(xiǎn)電壓的電氣設(shè)備及電氣裝置的金屬外殼和框架均應(yīng)可靠接地或接零，其中包括：(1)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；(2)配電屏、控制屏(柜、箱)的金屬框架和底座、鄰近帶電設(shè)備的金屬遮欄；(3)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及母線的外罩；(4)照明燈具、電扇及電熱設(shè)備的金屬底座與外殼；(5)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；(6)互感器的二次線圈。三、接地裝置的裝設(shè)1、設(shè)備接地方式的確定方法2）．可不接地或接零的設(shè)備(1)采用安全電壓或低于安全電壓的電氣設(shè)備；(2)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；(3)在已接地金屬構(gòu)架上的支持絕緣子的金屬底座；(4)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；(5)額定電壓為220V及以下的蓄電池室的金屬框架；(6)廠內(nèi)運(yùn)輸鐵軌；(7)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，需用木梯才能接觸到且不會同時觸及接地部分。

2.接地體的選擇分為自然接地體和人工接地體

凡是與大地有可靠而良好接觸的設(shè)備或構(gòu)件，大都可用作自然接地體。利用自然接地體，必須保證良好的電氣連接，在建筑物鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合處凡是用螺栓連接的，只有在采取焊接與加跨接線等措施后方可利用。人工接地體大多采用鋼管、角鋼、圓鋼和扁鋼制作。一般情況下，人工接地體都采取垂直敷設(shè)，特殊情況如多巖石地區(qū)，可采取水平敷設(shè)。

外引式將接地體引出戶外某處集中埋于地下，該方式安裝方便，且較經(jīng)濟(jì)，但接地體附近地面電位分布不均，跨步電壓較大，廠房內(nèi)接觸電壓較大；另外，接地網(wǎng)的連接可靠性也較差。

環(huán)路式是將接地體圍繞設(shè)備或建筑物四周打入地中，它使地面電位分布均勻，減小跨步電壓，同時抬高了地面電位，減少了接觸電壓，安全性好，連接可靠。

3.接地裝置的布置外引式和環(huán)路式接地裝置的布置(a)外引式(b)環(huán)路式12.3接地電阻四、接地電阻1.基本概念接地的電氣設(shè)備通過接地裝置和大地之間的電阻稱為接地電阻，包含：1．散流電阻2．接地電阻3．工頻接地電阻和沖擊接地電阻2、對接地電阻的要求

對接地裝置的接地電阻進(jìn)行限定，就是指在同樣的接地電流下，接地電阻越小，接觸電壓和跨步電壓也越小，對人身越安全。3、接地電阻的計(jì)算1．工頻接地電阻的計(jì)算工頻接地電阻，可按表9-4中的公式進(jìn)行簡單計(jì)算。2．沖擊接地電阻的計(jì)算沖擊接地電阻為雷電流經(jīng)接地裝置泄放入地時所呈現(xiàn)的