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1、第九章 接地与防雷 第一节 接地与等电位联结 （重点 ） 第二节 电击防护 第三节 供电系统防雷 （重点） 第四节节 建筑物的防雷 第五节节 信息系统的防雷 （难点） 第一节 接地与等电位联结 （一）接地与接地装置 接地是指电气设备为达到安全 和功能需要为目的，将其某一部分 与大地之间作良好的电气连接。 埋入地中并与土壤作良好接 触的金属导体称为接地体或称接 地极。 人工接地体 接地体 自然接地体 典型的接地装置如图所示。 一、接地的有关概念 续上页 （二） 接地电流与对地电压 电气设备在发生接地故障时 ，电流将通过接地体以半球形向 大地中散开。 在距离接地体越远的地方 ，半球的球面积越大，其
2、散流 电阻越小，相对于接地点处的 电位就越低。 电气设备的接地部分，如：接 地的外露可导电部分和接地体等， 与零电位的“大地”之间的电位差， 称为接地部分的对地电压。 续上页 （三）接地类型 1. 功能性接地 为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接 地，又称工作接地。 2. 保护性接地 为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。 3. 功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地) 安全保护接地 过电压保护接地 防静电接地 为防止人体受到间接电击，而将电气设备的 外露可导电部分进行的接地。 为防止过电压对电气设备和人身安全的 危害而进行的接地，如防雷接地。 为了消除静电对电气设备和人
3、身安全的危害 而进行的接地。 二、接地电阻及其要求 接地电阻是指接地体的流散电阻与接地线、接地体电阻的 总和。接地电阻主要是接地体的流散电阻，接地电阻与土壤的 电阻率有关。 工频接地电阻和冲击接地电阻。 三、接地装置的设计计算 电力系统的不同接地装置对接地电阻的要求是不同的。 单根垂直式人工接地体 多根垂直式人工接地体 为接地体的利用系数，考虑了接地体之间存在电场屏蔽效应。 工频接地电阻的简化计算： 例91 例9-1 某10/0.4kV车间变电所，主变压器容量为800kVA， 采用Dyn11联结。已知接于10kV侧的架空线路长100km，电缆 线路长10km。当地土质为砂质粘土。经现场测定，可
4、利用的自 然接地体电阻为60。已知流过接地线的低压侧单相接地短路 电流为10kA，短路存在时间0.4s。试确定该变电所的共用人工 接地装置。 解： 1）确定该变电所的接地电阻允许值 ： 2）已知可利用的自然接地体电电阻 。 续上页 4）人工接地体的初步敷设方案： 拟选用直径50mm，长2.5m的钢管接地体，沿变电所四周， 距墙脚2.53m，每隔5m打入一根钢管，各钢管接地体之间用 404mm 2的扁钢连接构成一个接地网。 3）人工接地体所需总电阻： 5）单根人工接地体钢管的接地电阻 ： 续上页 选选用10或12根直径50mm，长长2.5m的钢钢管作接地体，并用 404 mm2 的扁钢连钢连 接
5、，呈环环形布置。 7）校验验接地线线的短路热稳热稳 定： 实际实际 接地线线截面为为404160mm2大于90.4 mm2，短路热稳热稳 定条件合格。 6）人工接地装置需用的钢管数量和最终的接地方案： 续上页 变电所接地平面布置示例图 四、信息系统的接地 以计算机为核心的信息系统的接地的设计有特殊的要求。 一般，信息系统的接地电阻要求不大于4，对于与防雷装置的 共用接地，则一般要求不大于1。 为使系统在工作时有一个基准电位，不致因 浮动而引起信号量的误差，并防止电磁场的 干扰，使信息系统稳定可靠地工作。 为防止发生接地故障后出现超过限值的危险 接触电压，而将计算机设备外露可导电部分 与保护线或
6、大地所进行的保护性连接。 信号接地 安全接地 接 地 种 类 信息系统统的接地形式 ： （1）一点接地 （2）悬浮接地 五、等电位联结 （一）等电位联结概念 等电位联结是使建筑物电气装置的各外露可导电部分与电 气装置外的其它金属可导电部分进行电位基本相等的电气连接 。 作用于全建筑物，在每一电源进线处， 利用联结干线将保护线、接地线的总接 线端子与建筑物内电气装置外的可导电 部分连接成一体。 指在局部范围内设置的等电位联结。 指在伸臂范围内的某些外露可导电部分 与装置外可导电部分之间所作的等电位 联结。 总等电位联结 （MEB） 局部等电位联结 （LEB） 辅助等电位联结 （SEB） 总 等
7、电 位 联 结 示 意 图 续上页 续上页 （二）等电位联结的作用 1. 显著降低人体接触电压 电气装置绝缘损坏所引起的接地故障能使其外露导电部分 带危险电压，等电位联接可以显著降低人体接触电压从而避免 人体触电事故的发生。 2有效消除来自外部的危险电压 MEB Uf 第二节 电击防护 一、 电流对人体的作用 1.人体对电流的 生理反应 人体对电流的 生理反应与通过人 体电流的大小、频 率高低、时间长短 及电流在人体中的 通过路径等多方面 因素有关。 50Hz交流电流通过人体时人体生理反应的时间与电流关系区段图 续上页 2.安全电流与安全电压 安全电流是指在特定时间内，通过人体而不致引起心室纤
8、 维性颤动和人体器质性损伤的电流值。我国规定的安全电流值 为30mA（触电时间小于1s）。 安全电压是指人体与电接触时，对人体各部位组织（如皮 肤、心脏、呼吸器官和神经系统）不会造成任何损害的电压。 我国规定正常环境下的安全电压值为50V。 二、直接电击防护 直接电击防护是指为避免人体与正常工作时的裸露导体带 电部分直接接触而遭受电击所进行的防护。 直接电击防护的主要措施为对裸露导体的带电部分设置隔 离遮栏、阻挡物或防护罩等外护物以防止人体与之接触，或对 其施行适合的绝缘。 三、间接电击防护 1.间接电击防护的概念与一般措施 间接电击防护是指为防止人体与正常工作时不带电而在绝 缘损坏故障时可带
9、危险电压的电气装置外露可导电部分接触而 进行的防护。 间接电击防护应结合电气设备绝缘等级而设置防护措施。 一般措施有： （1）合理选要自动切断电源保护（包括采用漏电保护）并 作辅助等电位联结； （2）使工作人员不致同时触及两个不同的电位点； （3）使用双重绝缘或加强绝缘； （4）通过不接地的局部等电位联结； （5）采用隔离变压器安全电压供电。 续上页 2.漏电保护器的选用 在低压220/380V中性点直接接地（TN，TT）系统中的配 电线路末端，一般采用漏电保护器来防止因电气设备漏电而造 成对人体的间接电击。 使用注意事项： 1）对于TNC系统，使用漏电保护器的地点，应将TN-C 系统改成TN
10、-S，使整个三相四线制系统成为TN-C-S系统。 2）在TN系统中，装设漏电保护器后，为防止其误动，中 性线N不能重复接地。 3）在TT系统中，装设漏电保护器的设备与不装漏电保护 器的电气设备不能共用一个接地装置，否则，漏电保护器会拒 动。 4）在一个供电装置中可以设置两级漏电保护器。末端回 路上电气设备的防护间接电击应选择动作电流为30mA的高灵 敏度瞬动漏电保护器。 第三节 供电系统的防雷 过电压 内部过电压 外部过电压 （雷电过电压 ） 直击雷击 感应雷击 雷电波侵入 一、过电压与雷电的有关概念 （一）过电压的形式 操作过电压 谐振过电压等 （二）雷电流的产生、幅值与陡度 异性带电雷云间
11、的放电就是通常 所说的闪电。 续上页 雷电流是一个陡度很高 、幅值很大的冲击波电流。 对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载 电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。 雷云对地或架空线路的 放电就会造成雷电流。 续上页 雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产 生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过 程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。 传播速度 雷电波沿架空线传播的速度与光速（3108m/s）相同，而 在电缆中传播的速度约为上值的1/21/3。 波阻抗 波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之 间的动态关系 ，与线路长度无关。
12、 （三）雷电冲击波的基本特性 续上页 雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路 末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安 全，必须设置避雷器等防雷保护措施。 变电所常采用一段100200m的进线电缆，以达到降低行波 陡度的效果。 二、防雷装置 防雷设备由接闪器、引下线、接地装置等组成。接闪器是专 门用来接受直接雷击的金属物体。接闪器包括金属杆状的避雷针 ，金属线状的避雷线，金属带状或网状的避雷带、避雷网等。 避雷针的作用是引雷。 1.避雷针 “折线法” 续上页 现行电力行 业标准DL/T620 1997规定，用 于变配电所和电 力线路的防雷保 护时，避雷针、 线的保
13、护范围按“ 折线法”来确定。 2.避雷线 避雷线的接闪原理与避雷针类似。 阀电阻特性 续上页 3.避雷器 避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电线路侵入变电所或 其它建筑物，危害电气设备的绝缘。 阀式避雷器 管型避雷器和保护间隙 金属氧化物避雷器 在工频电压下，金属氧化物避 雷器呈现极高电阻，能迅速有效地 阻断工频续流，无需火花间隙来熄 灭由工频续流引起的电弧；而当雷 电过电压的作用下，其电阻变为很 小，能较好地泄放雷电流。 三、供电系统的防雷措施 户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置 ，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保 护范围之内。 变配电所中一般需要通过装设阀
14、式避雷器或氧化锌避雷 器对变压器进行雷电侵入波的防护。 避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压 器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。 避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理 配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的 程度。 续上页 35kV变电所常见防雷 保护 10kV变电所常见防雷 保护 第四节 建筑物防雷 一、建筑物的防雷分类 雷暴日（d）指凡是有雷电活动的日子，包括看到雷 闪或听到雷声，都称为雷暴日。 年平均雷暴日数（Td ）则是由当地气象台（站）根据 多年的气象资料统计出的雷暴日数的年平均值。 建筑物年预计雷击次数（N）是建筑物可能遭受雷击的
15、预 计频率参数。按下式确定： 根据GB50057-94的规定，建筑物按其重要性、使用性质、 发生雷击事故的可能性和后果，按防雷要求分成三类：第一类 防雷建筑物、第二类防雷建筑物和第三类防雷建筑物。 二、建筑物的综合防雷措施 建筑物防雷工程是一个系统工程，必须将外部防雷措施和 内部防雷措施作为整体综合考虑。 续上页 三、建筑物防雷装置及布置 GB50057-94建 筑物防雷设计规范 规定保护建筑物的避 雷针的保护范围用“滚 球法”来确定。 “滚球法” （一） 接闪器及布置 1避雷针 2.避雷带与避雷网 一般在屋顶四周 的女儿墙或屋脊、屋 檐上安装金属避雷带 防雷。 续上页 （二）引下线及布置 防雷引下线应优先利用自然引下线，还宜利用建筑物的钢 柱、消防梯、金属烟囱等作为自然引下线，但其各部分之间均 应连成电气通路。引下线的数量及间距应按规范要求设置。 采用多根引下线时，宜在各引下线距地面0.3m至1.8m之间 设置断接
