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1、避雷针的保护范围避雷针的保护范围一、雷电与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 1 1、雷电的形成、雷电的形成雷电是大气中的放电现象。有关雷电形成过程的学说较雷电是大气中的放电现象。有关雷电形成过程的学说较多，随着高电压技术及快速摄影技术的发展，雷电现象多，随着高电压技术及快速摄影技术的发展，雷电现象的科学研究取得了很大进步。目前倾向于下面的说法的科学研究取得了很大进步。目前倾向于下面的说法在闷热、潮湿、无风的天气里，接近地面的湿气受热上在闷热、潮湿、无风的天气里，接近地面的湿气受热上升，遇到冷空气凝成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而升，遇到冷空气凝成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂，气流挟带一
2、部分带正电的小冰晶上升，形成破碎分裂，气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成形成“负雷云负雷云”，随着电荷的积累，雷云电位逐渐升高。，随着电荷的积累，雷云电位逐渐升高。由于高空气流的流动，正、负雷云均在空中飘浮不定，由于高空气流的流动，正、负雷云均在空中飘浮不定，当带不同电荷的雷云相互接近到一定程度时，就会产生当带不同电荷的雷云相互接近到一定程度时，就会产生强烈的放电，放电时瞬间出现耀眼的闪光和震耳的轰鸣，强烈的放电，放电时瞬间出现耀眼的闪光和震耳的轰鸣，这种现象就叫雷电。这种现象就叫雷电。 一、雷电
3、与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 1 1、雷电形成示例、雷电形成示例一、雷电与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 雷电过电压雷电过电压雷电过电压亦称外部过电压或大气过电压，他是由于电雷电过电压亦称外部过电压或大气过电压，他是由于电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电力系统中的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。感应而引起的过电压。雷电冲击波的电压幅值可高达雷电冲击波的电压幅值可高达1 1亿伏，其电流幅值可高亿伏，其电流幅值可高达几十万安，对电力系统的危害远远超过内部过电压。达几十万安，对电力系统的危害远远超过内部过电压。其可能毁坏电气设备和线路的绝缘，烧断线路，造
4、成大其可能毁坏电气设备和线路的绝缘，烧断线路，造成大面积长时间停电。因此，必须采取有效措施加以防护。面积长时间停电。因此，必须采取有效措施加以防护。 一、雷电与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 3 3、雷电过电压的种类、雷电过电压的种类(1)(1)直击雷过电压直击雷过电压 据观测，在地面上产生雷击的雷云据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。有时雷云很低，周围多为负雷云。有时雷云很低，周围又没有带异性电荷的雷云，这样有又没有带异性电荷的雷云，这样有可能在地面凸出物上感应出异性电可能在地面凸出物上感应出异性电荷，在雷云与大地之间形成很大的荷，在雷云与大地之间形成很大的雷电场。当雷云与大地之间在某
5、一雷电场。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到方位的电场强度达到252530kV/cm30kV/cm时就开始放电，这就是直击雷。时就开始放电，这就是直击雷。 当雷电直接击中电气设备、线路或当雷电直接击中电气设备、线路或建筑物时，强大的雷电流通过其流建筑物时，强大的雷电流通过其流入大地，在被击物上产生较高的电入大地，在被击物上产生较高的电位降，称直击雷过电压。位降，称直击雷过电压。 一、雷电与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 3 3、雷电过电压的种类、雷电过电压的种类(2)(2)感应雷过电压当雷云在架空线感应雷过电压当雷云在架空线路上方时，使架空线路感应出异路上方时，使架空线路感应出异性电荷。
6、性电荷。 雷云对其他物体放电后，架空线雷云对其他物体放电后，架空线路上的电荷被释放，形成自由电路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，产生电位很高荷流向线路两端，产生电位很高的过电压，称感应雷过电压。的过电压，称感应雷过电压。 架空线路上的感应过电压可达几架空线路上的感应过电压可达几万甚至几十万伏，对供电系统的万甚至几十万伏，对供电系统的危害很大。危害很大。一、雷电与雷电过电压一、雷电与雷电过电压 3 3、雷电过电压的种类、雷电过电压的种类(3)(3)雷电侵入波由于直击雷或感应雷电侵入波由于直击雷或感应雷而产生的高电压雷电波，沿架雷而产生的高电压雷电波，沿架空线路或金属管道侵入变配电所空线
7、路或金属管道侵入变配电所或用户，称雷电侵入波。或用户，称雷电侵入波。 这种雷电波侵入造成的危害占雷这种雷电波侵入造成的危害占雷害总数的一半以上。害总数的一半以上。二、防雷设备二、防雷设备 完整防雷设备的组成：完整防雷设备的组成：1 1、接闪器、接闪器( (避雷器避雷器)引雷器引雷器接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。接闪器是用来接受直接雷击的金属物体。(1)(1)避雷针：用于保护露天变配电设备及建筑物；避雷针：用于保护露天变配电设备及建筑物；(2)(2)避雷线或架空地线：主要用于保护输电线路；避雷线或架空地线：主要用于保护输电线路；(3)(3)避雷带或避雷网：主要用于保护建筑物。避雷带或避雷网
8、：主要用于保护建筑物。 接闪器是利用其高出被保护物的突出地位，把雷接闪器是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免流泄入大地，使被保护的线路、设备、建筑物免受雷击。受雷击。接闪器接闪器引下线引下线接地装置接地装置二、防雷设备二、防雷设备 (1)避雷针避雷针避雷针的功能实质是引雷作用。由于避雷针安避雷针的功能实质是引雷作用。由于避雷针安装高度高于被保护物，因此当雷电先导临近地装高度高于被保护物，因此当雷电先导临近地面时，它能使雷电场畸变，改变雷电先导的通面时，它能使雷电场畸变，
9、改变雷电先导的通道方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针道方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地相连的引下线和接地装置将雷电流泄放到大地中去。中去。避雷针能否对被保护物进行保护，被保护物是避雷针能否对被保护物进行保护，被保护物是否在其有效的保护范围内是很重要的。避雷针否在其有效的保护范围内是很重要的。避雷针的保护范围，以其能防护直击雷的空间来表示，的保护范围，以其能防护直击雷的空间来表示，按新颁国家标准采用按新颁国家标准采用“滚球法滚球法”来确定。来确定。 二、防雷设备二、防雷设备 (1-1)避雷针防雷规划避雷针防雷规划“滚球法滚球法”，就是选择一个半径
10、为，就是选择一个半径为hr（滚球半（滚球半径），沿需要防护直击雷的部分滚动，如果球径），沿需要防护直击雷的部分滚动，如果球体只触及接闪器或接闪器和地面，而不触及需体只触及接闪器或接闪器和地面，而不触及需要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的要保护的部位时，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。保护范围之内。滚球半径是按建筑物防雷类别确定的。滚球半径是按建筑物防雷类别确定的。建筑物防雷类别建筑物防雷类别滚球半径滚球半径hr(m)避雷网格尺寸避雷网格尺寸(m)第一类防雷建筑物第一类防雷建筑物3055或或64第二类防雷建筑物第二类防雷建筑物451010或或128第三类防雷建筑物第三类防雷建筑物60
11、2020或或2416二、防雷设备二、防雷设备 (1-1)避雷针防雷规划避雷针防雷规划建筑物防雷类别建筑物防雷类别第一类防雷建筑：凡在存放爆炸物品或正常情况下能形成第一类防雷建筑：凡在存放爆炸物品或正常情况下能形成爆炸性混合物，因电火花而会发生爆炸，致使房屋毁坏和爆炸性混合物，因电火花而会发生爆炸，致使房屋毁坏和造成人身伤亡者，应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波措造成人身伤亡者，应有防直接雷、感应雷和雷电侵入波措施。施。第二类防雷建筑：制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，第二类防雷建筑：制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致引起巨大破坏或人身事故，但电火花不易引起爆炸或不致引起
12、巨大破坏或人身事故，或国家级重要建筑物，应有防直接雷和雷电侵入波措施，或国家级重要建筑物，应有防直接雷和雷电侵入波措施，有爆炸危险的也应有防感应雷措施。有爆炸危险的也应有防感应雷措施。第三类防雷建筑：不属第一、二类建筑物但需实施防雷保第三类防雷建筑：不属第一、二类建筑物但需实施防雷保护者，如住宅、办公楼、高度在护者，如住宅、办公楼、高度在15m以上的烟囱、水塔等以上的烟囱、水塔等孤立高耸的建筑物属于第三类建筑物，应有防直接雷和雷孤立高耸的建筑物属于第三类建筑物，应有防直接雷和雷电侵入波措施。电侵入波措施。 二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围单支避雷针
13、的保护范围二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围-1做一条距离地面做一条距离地面hrhr，平行于地面的直线。，平行于地面的直线。二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围-2以避雷针的顶端为圆心，以以避雷针的顶端为圆心，以hrhr为半径画弧线，与平行线为半径画弧线，与平行线相交与相交与A A、B B两点。两点。二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围-3以以A A、B B两点为圆心，以两点为圆心，以hrhr为半径画弧线，与
14、地、避雷针为半径画弧线，与地、避雷针形成弧线，弧线包围的部分即为避雷针的保护范围诶形成弧线，弧线包围的部分即为避雷针的保护范围诶二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围-4在在hxhx平面上的保平面上的保护半径护半径二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围小结单支避雷针的保护范围小结当避雷针高度当避雷针高度hhr时时距地面距地面hr 处作一平行于地面的平行线；处作一平行于地面的平行线；以避雷针的针尖为圆心、以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线为半径，作弧线交平行线于交平行线于A、B两点；两点；以
15、以A、B为圆心，为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。为止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度避雷针在被保护物高度hx的的xx平面上的保护半平面上的保护半径径rx按下式计算按下式计算二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围示例单支避雷针的保护范围示例某厂锅炉房烟囱高某厂锅炉房烟囱高40m，烟囱上安装，烟囱上安装一支高一支高2m的避雷针，锅炉房（属的避雷针，锅炉房（属第三类防雷建筑物），试问此避雷第三类
16、防雷建筑物），试问此避雷针能否保护锅炉房。针能否保护锅炉房。 二、防雷设备二、防雷设备 避雷针的保护范围避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围示例单支避雷针的保护范围示例解：查表得滚球半径解：查表得滚球半径hr=60m，避雷，避雷针顶端高度针顶端高度h=40+2=42m，hx=8m，则避雷针的保护半径为，则避雷针的保护半径为 现锅炉房在现锅炉房在hx=8m 高度上最远屋高度上最远屋角距离避雷针的水平距离为：角距离避雷针的水平距离为： 由此可见，烟囱上的避雷针能保由此可见，烟囱上的避雷针能保护锅炉房。护锅炉房。 按国际电工委员会按国际电工委员会(IEC)的规定的规定低压电网低压电网有五种接地方式。
17、有五种接地方式。接地第一个字母表示电源中性点的对地关系：第一个字母表示电源中性点的对地关系： T中性点直接接地；中性点直接接地； I中性点与地绝缘，或经高阻抗接地。中性点与地绝缘，或经高阻抗接地。第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系；第二个字母表示装置的外露可导电的部分对地关系； T外露可导电部分对地直接电气连接；外露可导电部分对地直接电气连接； N外露可导电部分经过保护线与接地点相连。外露可导电部分经过保护线与接地点相连。横线后面字母横线后面字母(S、C或或C-S)表示保护线与中性线的结合情况。表示保护线与中性线的结合情况。 当设备带电部分与外壳相连时，短路电流经外壳和当设备带电部分
18、与外壳相连时，短路电流经外壳和N线（或线（或PE线）而形成单相短路，显然该短路电流较大，可使保护线线）而形成单相短路，显然该短路电流较大，可使保护线快速而可靠地动作，将故障部分与电源断开，消除触电危险。快速而可靠地动作，将故障部分与电源断开，消除触电危险。 中性线中性线N和保护线和保护线PE完全分开的称为完全分开的称为TN-S系统系统（又称三相（又称三相五线制）；五线制）；N线与线与PE线前段共用线前段共用、后段分开的称为后段分开的称为TN-C-S系系统统；N线与线与PE线完全共用的称为线完全共用的称为TN-C系统系统。u TN系统系统TN-STN-C-STN-CTT系统的使用能减少人体触电的
19、危险，但是不够安全。为保障人系统的使用能减少人体触电的危险，但是不够安全。为保障人身安全，根据身安全，根据IEC标准应加装漏电保护器（漏电开关）。标准应加装漏电保护器（漏电开关）。TT系统的电源中性点直接接地系统的电源中性点直接接地，也引出，也引出N线，属三相四线制系统，线，属三相四线制系统，而设备的外露可导电部分则经各自的而设备的外露可导电部分则经各自的PE线分别接地。线分别接地。u TT系统系统接地IT系统又称为三相三线制系统。当电气设备发生单相接地故障系统又称为三相三线制系统。当电气设备发生单相接地故障时，接地电流将通过人体和电网、大地之间的电容构成回路。时，接地电流将通过人体和电网、大
20、地之间的电容构成回路。一般情况下，此电流是不大的，但是，如果电网绝缘强度显著一般情况下，此电流是不大的，但是，如果电网绝缘强度显著下降，这个电流可能达到危险程度。下降，这个电流可能达到危险程度。 u IT系统系统接地接地 中线的作用：中线的作用：在低压配电系统中，有大量单相负载存在，使得三相负载总是不对称的，所以， 于是三相负载的相电压也不相同，有的高，有的低，这样就使得各相负载无法正常工作，严重时还会烧毁负载。如果是中性线的阻抗ZN接近零，就能在负载不对称的情况下，强迫 ，使负载相电压保持对称。可见在三相四线制中的中性线的作用是非常重要的。 电力系统和电气装置的中性点，电气设备的外露导电部分
21、通过导体与大地相连称为接地接地。接地的目的：一是保证人身安全，使人可能接触到的设备外露导电部分的电位基本降低到接近地电位，当人触及这些部位时，即使这些部位带电，因其电位与地电位基本接近，可以减少电击危险。二是保证电力系统正常、稳定运行。由接了地的变压器和发电机中性点引出的中性线称地地线。电器设备的某部分直接与地地线相连接叫作保护接零。保护接零也能起到与接地相似的安全保护作用。保护接地和保护接零保护接地的原理保护接地的原理 在中性点不接地系统中，设备外壳不接地且意外带电，外壳与大地间存在电压，人体触及外壳，人体将有电容电流流过， 如图(a)所示。RrIdZIdRrIdZIdRbIr(a)(b)
22、如果将外壳接地，人体与接地体相当于电阻并联，流过每一通路的电流值将与其电阻的大小成反比。人体电阻通常为600 1000 ，而接地电阻通常小于4，因此流过人体的电流很小， 这样就完全能保证人体的安全， 如图(b)所示。保护接零的原理保护接零的原理 当设备正常工作时，外露部分不带电，人体触及外壳相当于触及零线，无危险，如图所示。采用保护接零时，应注意不宜将保护接地和保护接零混用，而且中性点工作接地必须可靠。 在电源中性线做了工作接地的系统中，为确保保护接零的可靠，还需相隔一定距离将中性线或接地线重新接地， 称为重复接重复接地地。在中性点接地的三相四线制供电系统中应注意：工作零线和保护零线不能混淆！
23、工作零线和保护零线不能混淆！220VFU火线L工作零线N保护零线E设备没有接零保护正确的接零保护错误的接零保护电力系统中性电力系统中性点运行方式点运行方式电力系统中性点运行方式及其特点和适用范围电力系统中性点运行方式及其特点和适用范围。1.中性点不接地的电力系统中性点不接地的电力系统特点特点：单相接地时：单相接地时（1）三相线电压仍对称，电气设备可继续运行）三相线电压仍对称，电气设备可继续运行2h，供维修人员，供维修人员查排故障，提高了供配电系统可靠性；查排故障，提高了供配电系统可靠性；（2）非故障相对地电压升至线电压，提高对线路和电气设备绝）非故障相对地电压升至线电压，提高对线路和电气设备绝
24、缘强度要求，增加制造成本；缘强度要求，增加制造成本；（3）接地电流）接地电流IE在一定范围内，可引起断续电弧，从而导致线在一定范围内，可引起断续电弧，从而导致线路过电压（路过电压（RLC串联谐振），威胁绝缘薄弱设备。故应限制串联谐振），威胁绝缘薄弱设备。故应限制IE。适用范围适用范围：旨在提高供电可靠性。：旨在提高供电可靠性。（1）电压）电压500V电气装置（电气装置（IT系统，系统，220V照明装置除外）；照明装置除外）；（2）363kV电网。但通常必须满足：电网。但通常必须满足：l310kV电网电网IE30A，与发电机有电气连系者，与发电机有电气连系者IE5A。l 3563kV电网电网IE
25、 10A。2.中性点经消弧线圈接地的电力系统中性点经消弧线圈接地的电力系统特点特点：单相接地时：单相接地时(1)(1)三相线电压仍对称，电气设备可继续运行三相线电压仍对称，电气设备可继续运行2h，供维修人员，供维修人员查排故障，提高了供配电系统可靠性；查排故障，提高了供配电系统可靠性；(2) (2) 非故障相对地电压升至线电压，提高对线路和电气设备绝非故障相对地电压升至线电压，提高对线路和电气设备绝缘强度的要求，增加制造成本；缘强度的要求，增加制造成本；(3)(3)经消弧线圈电流经消弧线圈电流IL补偿作用，接地电流补偿作用，接地电流IE减小，直至为减小，直至为0，接地电弧易熄灭，避免线路过电压
26、。故称消弧线圈。接地电弧易熄灭，避免线路过电压。故称消弧线圈。适用范围适用范围：旨在限制：旨在限制IE，消除接地电弧，避免线路过电压。，消除接地电弧，避免线路过电压。(1)(1)电压电压500V电气装置（照明装置除外）；电气装置（照明装置除外）；(2)(2)363kV电网。电网。3.中性点直接接地的电力系统中性点直接接地的电力系统特点特点：单相接地时：单相接地时（1）单相短路电流）单相短路电流 很大，保护装置即时动作，切除故障相很大，保护装置即时动作，切除故障相(停电）；但非故障相正常运行；停电）；但非故障相正常运行；（2）中性点保持）中性点保持0电位，非故障相对地电压仍为相电压，从而电位，非
27、故障相对地电压仍为相电压，从而降低线路和电气设备绝缘水平和造价；降低线路和电气设备绝缘水平和造价；（3）大接地电流可能影响系统稳定，并产生强磁场，干扰邻）大接地电流可能影响系统稳定，并产生强磁场，干扰邻近通信线路和信号装置，增加断路器维护工作量。应适当加以近通信线路和信号装置，增加断路器维护工作量。应适当加以限制限制 。适用范围适用范围：（1）110kV及以上电网（雷电特别严重地区除外），旨在降及以上电网（雷电特别严重地区除外），旨在降低线路和设备的绝缘水平和造价；（旨在降低绝缘水平）低线路和设备的绝缘水平和造价；（旨在降低绝缘水平）（2）采取）采取TN型和型和TT型保护接地方式的低压配电系统。（旨在型保护接地方式的低压配电系统。（旨在用电安全）用电安全）
