8第八章防雷与接地.ppt

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1、1,第八章 防雷与接地,章节导学 本章教学内容 1、接地概述 人为地将电气设备中带电或不带电的部位与大地连接。按接地目，分为工作接地、保护接地、防雷接地。 2、雷电的形成及危害 雷电的热效应、机械效应和磁效应 。 3、防雷装置 避雷针、避雷器 4、输电线路和变电所的防雷,2,5、工厂供电系统的防雷 工厂架空线路、变电所及低压进线的防雷。 6、建筑配电系统的防雷 建筑物防雷分级、民用建筑防雷措施及装置、防雷电波侵入措施及高层建筑的防雷。 重点：接地；防雷装置；工厂供电系统、建筑配电系统防雷。 难点：接地；输电线路和变电所的防雷。,3,一、工作接地,第一节 接地概述,接地的种类,为保证电力系统正常

2、工作而采取的接地，即中性点接地运行方式。,4,电力系统的中性点: 指星形连接的变压器或发电机的中性点。 中性点运行方式： 中性点直接接地 中性点不接地 中性点经消弧线圈接地,5,1、中性点直接接地电力系统,1) 正常运行时，中性点无电流通过； 2) 单相接地时，出现另一个接地点，构成短路回路，接地相短路电流很大，各相之,间电压不再对称。为防止损坏设备，需要由继电保护装置将故障线路切除。,3）优点：单相接地时，中性点电位不变，非故障相对地电压接近于相电压，可降低电网的绝缘投资。 适用：110KV及以上电网。,（角钢或钢管）,6,2、中性点不接地电力系统,1）优点：单相接地时，不能构成短路回路；接

3、地相电流不大，不必立即切除故障线路，但不允许超过2小时，以免发展为相间短路。,2）非故障相的对地电压升为相电压的 倍，,要求线路绝缘要按线电压设计，投资大。,电压小于500V的装置。 310kV电网，当单相接地电流小于30A时，发电机直配系统，接地电流小于5A时。 35kV电网，单相接地电流小于10A时。,适用：,7,3、中性点经消弧线圈接地电力系统,当中性点不接地系统单相接地电流较大时，可用中性点经消弧线圈接地。减小接地电流，使电弧易于自灭。,故障相接地电流,为容性电流：,三种补偿方式：,1）全补偿（ ），易产生串联谐振（过电压）；,2）欠补偿（ ），也可出现串联谐振；,3）过补偿（ ），采

4、用较多。,8,低压配电系统，按保护接地形式，分为TN系统、TT系统和IT系统。 TN系统：所有设备的外露可导电部分均接 公共保护线(PE线）或公共的保护中性线 (PEN线）。 如果系统中的N线与PE线全部合为PEN线，则此系统称为TN-C系统，如图所示。,TN-C系统,9,如果系统中的N线与PE线全部分开，则此系统称为TN-S系统，如图所示 。,TN-S系统,10,如果系统的前一部分，其N线与PE线合为PEN线，而后一部分线路，N线与PE线则全部或部分地分开，则此系统称为TN-C-S系统，如图所示。,TN-C-S系统,11,TT系统：所有设备的外露可导电部分均各自经PE线单独接地，如图所示。,

5、低压配电的TT系统,12,IT系统：所有设备的外露可导电部分也都各自经PE线单独接地，如图所示。,低压配电的IT 系统,13,二、保护接地,1、人体的触电 2、保护接地的作用 若电源的中性点不接地，电机的外壳绝缘损坏时，人若触及外壳，就有危险，,交流电在10mA以上开始对人有危害，当超过50mA时就有致命危险。人所接触的电压只要达到0.05（8001000）,4050V，就有致命的危险。,人体，, 通过人体的电流几乎等于零。,14,3、接地电阻的要求,1）大接地短路电流系统中：,流经接地装置的入地短路电流，A。,2）小接地短路电流系统中,1000V以下中性点直接接地系统，,当变压器容量不超过1

6、00kVA时，,1000V以下中性点不接地系统，,3）,15,4跨步电压 当人在分布电压区域内跨开一步，两脚间（相距0.8m）所承受的电压称为跨步电压。 在大接地短路电流系统中,小接地短路电流系统中,电位分布,接地点,跨步电压,双脚跨步,16,5、保护接零,中性点直接接地的三相四线制380/220V系统中，常采用保护接零。,若用电设备的一相绝缘损坏发生碰壳时，该相回路中产生单相短路电流，熔断器迅速熔断或自动空气开关自动跳开，用电设备被切除。,电路未断开前，接零回路中的电阻远小于人体电阻，短路电流几乎全部通过接零回路，人体的安全得到保证。,17,避免零线断线，采用重复接地。,保护接地和保护接零的

7、适用范围： （1）额定电压为1kV及以上的高压配电装置中的设备，在一切情况下均应采用保护接地。 （2）额定电压为1kV以下的低压配电装置中的设备，中性点不接地电网中，应采用保护接地；在中性点直接接地的电网中，应采用保护接零。在没有中性线的情况下，亦可采用保护接地。,18,三、防雷接地,目的：减小雷电流通过接地装置时的地电位升高。,1、输电线路的防雷接地,目的：使击中避雷线的雷电流通过较低的接地电阻而进入大地。,高压输电线路在杆塔下都设有接地装置，并通过引线与避雷线相连。,19,2、变电所的防雷接地,一般在避雷针和避雷器下面设接地体；并要求敷设一个统一的接地网。,接地网普遍由扁钢水平连接，埋入地

8、下0.60.8m处。面积大体与发电厂和变电所的面积相同，总接地电阻可按下式估算：,一般在0.55 的范围内！,20,一、雷电的形成,积云在运动中受到强气流的作用，感应出正、负电荷（雷云）。当雷云附近的电场强度达到一定大时，与地面静电感应的电荷形成放电通道（空气绝缘被击穿）。,雷电流，可达几十万安培； 雷电压，可达几百万伏； 温度，可达2万摄氏度； 放电时间，才几个微秒。,空气被烧，猛烈膨胀，产生发光(闪电）和巨响（雷声 ）。,第二节 雷电的形成及危害,21,二、雷电过电压,又称为大气过电压或外部过电压。,由于变配电系统内的设备或建筑物遭受到来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。,22,三、

9、雷电的危害,雷电流一般在14 内增长到幅值 。,雷电流在幅值前的一段波形，称为波头；从幅值起到雷电流衰减到0.5 的一段波形，为波尾。,1、雷电的热效应和机械效应,2、雷电的磁效应,23,一、避雷针,1、用途 为防止设备免受直接雷击，常采用避雷针或避雷线，避雷针高于被保护物。将雷电引向自身，把雷电流引入大地，从而保护设备。,第三节 防雷装置,高层建筑,感应电荷,避雷针,引下线,感应电荷,由接闪器、引下线、接地体组成。,24,25,2、避雷针的保护范围 （1）单支避雷针,在高度为 的空间，其保护范围的半径 ：,高度影响系数,（2）双支等高避雷针* （3）两支不等高避雷针*,26,二、避雷线（又称

10、架空地线）,1、用途,用于保护线路，也可用以保护发电厂、变电所。,2、保护范围（单根）,（上式各符号同前）,27,三、避雷器,主要类型： 保护间隙 管型避雷器 阀型避雷器 氧化锌避雷器等几种。 保护间隙和管型避雷器主要用于限制大气过电压，一般用于配电系统、线路和变电所进线段的保护。 阀型避雷器用于变电所和发电厂保护。,作用：限制过电压以保护电气设备。,28,1、保护间隙与管型避雷器 保护间隙由两个电极（即主间隙和辅助间隙）组成，常用的角型间隙及其与保护设备相并联的接线如图。,主间隙,主间隙,辅间隙,瓷瓶,被保护设备,29,管型避雷器实质上是一种具有较高熄弧能力的保护间隙：,30,2、阀型避雷器

11、 分普通型和磁吹型，基本元件为间隙和非线性电阻（又称阀片） ，相串联。电流愈大电阻愈小 。,电阻阀片,间隙,31,3、氧化锌避雷器 阀片以氧化锌为主要材料。具有很理想的非线性伏安特性。,由于无间隙和通流容量大，故ZnO避雷器体积小，重量轻，结构简单，运行维护方便。,32,一、输电线路的防雷,1、架设避雷线，防止雷直击导线。 2、降低杆塔接地电阻，提高线路耐雷水平，防止反击。 3、架设耦合地线，降低绝缘子串上的电压。 4、采用不平衡绝缘方式（指同杆双回线路），雷击时绝缘子串数少的回路先闪络，提高耐雷水平。 5、装设自动重合闸。 6、采用消弧线圈接地，单相着雷时电流被消弧线圈消除。 7、线路装设管

12、型避雷器 8、加强绝缘，如增加绝缘子片数。,第四节 输电线路和变电所防雷,33,二、变电所防雷保护,1、 雷害来自两个方面： 雷直击于变电所（采用避雷针或避雷线）； 雷击线路，沿线路向变电所入侵的雷电波（主要原因），装设阀型避雷器。 2、变电所的直击雷保护 可装设避雷针，应该使所有设备都处于避雷针保护范围之内；此外，还应采取措施防止雷击避雷针时的反击事故。,34,3、变电所内阀型避雷器的保护作用 必须装设阀型避雷器以限制雷电波入侵时的过电压。,4、采用进线段的保护 限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。,35,5、三相三绕组变压器的防雷保护 当变压器高压侧有雷电波入侵时，通过绕组间的静电和

13、电磁耦合，在其低压侧也将出现过电压。 为了限制这种过电压，只要在任一相低压绕组直接出口处对地加装一个避雷器即可，中压绕组虽也有开路的可能，但其绝缘水平较高，一般不装。,36,一般35kV： （1）增加绝缘子个数，采用较高等级绝缘子，或顶相用针式而下面两相改用悬式绝缘子，提高反击电压水平。 （2）部分架空线装设避雷线。 （3）改进杆塔结构，如当应力允许时，可采用瓷横担等。 （4）减少接地电阻，减小地电位。 （5）采用电缆供电，防止雷电波入侵。 610kV架空线，不须装设避雷线，防雷方式可利用钢筋混凝土的自然接地，必要时可用双电源供电和自动重合闸。,一、架空线路的防雷,第五节 工厂供电系统的防雷,

14、37,二、工厂变电所的防雷,（1）对直击雷的防护，设避雷针或避雷线 ； （2）对线路侵入冲击波的防护，设阀型避雷器； （3）变电所防雷的进线段保护，35kV线路采用进线段 保护。,38,三、工厂建筑物的防雷,工厂建筑物低压进线对高电位引入的防护方法较多，仅列出两方面： （1）低压架空线进线的处理； 进户处绝缘子的铁脚接地，在要求严格时，可装设低压阀式避雷器或放电间隙。 （2）采用电缆段进线。 可以从架空线上转换一段有金属外皮的电缆埋地引入。,39,一、建筑物的防雷分级,1、一类防雷建筑物 如制造、使用或贮存炸药、火药、起爆药等大量爆炸物质的建筑物等，会造成巨大破坏和人身伤亡者。,2、二类防雷建

15、筑物 如国家级重点文物保护的建筑物，国家级的会堂、办公建筑物、大型博览展览建筑物、大型火车站等。 3、三类防雷建筑物 省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆 ，省级办公建筑物及其他总要或人员密集的公共建筑物等。,第六节 建筑配电系统的防雷,40,二、年平均雷暴日数和年预计雷击次数,年平均雷暴日数： 由当地气象台站统计多年雷暴日的年平均值。,雷暴日： 凡有雷电活动的日子，包括看到雷闪或听到雷声。,年预计雷击次数：,校正系数,建筑物所处地区雷击大地的年平均密度,与建筑物截收雷击次数相同的等效面积,41,三、民用建筑防直击雷的措施和装置,对于一类防雷建筑，应装设独立的避雷针或架空避雷线（网），当建筑物

16、高于30m，还应采取防侧击雷措施。 对于二类和三类防雷建筑物，宜采用装设在建筑物上的避雷网（带）或避雷针或其混合组成的接闪器。 对于第二类防雷建筑物高度超过45m，对于第三类防雷建筑物高度超过60m时，都应有防侧击雷的措施。 民用建筑防雷措施，原则上以防直击雷为主要目的。,42,防止直击雷的装置一般由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。,接闪器包括直接接受雷击的避雷针、避雷线、避雷带、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。,引下线是连接接闪器和接地装置的金属导线，其作用是将接闪器与接地装置连接在一起，使雷电流构成通路。引下线一般采用圆钢或扁钢，,接地装置是接地体和接地线的总和。,43,四

17、、防止雷电波侵入的措施,雷电波的侵入，是由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内危及人身安全或损坏设备。 一类防雷建筑物：低压电缆宜全线采用电缆直接埋地敷设，并在入户端将电缆的外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。,44,二类防雷建筑物，符合： （1）当全线路采用埋地电缆或敷设在架空线槽内的电缆引入时，在进户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地； （2）架空和直埋接地的金属管道在进入建筑物处应就近与防雷的接地装置相连；当不相连时，架空管道应接地，其接地冲击电阻不应大于10。,45,三类防雷建筑物：对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备接地相连。对低压架

18、空进出线，应在进出处装设避雷器，并将其与绝缘子铁脚、金具连接在一起接地，其冲击接地电阻不宜大于30。,46,五、高层建筑的防雷,一类建筑和二类建筑中的高层民用建筑的防雷，尤其是防直击雷，有特殊的要求和措施。 一方面越是高层建筑，落雷的次数越多；另一方面，由于建筑物很高，有时雷云接近建筑物附近时发生的先导放电，屋面接闪器未起到作用；有时雷云飘动，使建筑物受到雷电的侧击。 高层民用建筑为防侧击雷，应设置多层避雷带、均压环和在外墙的转角处设引下线。一般在高层建筑的变沿和凸出部分，少用避雷针，多用避雷带，以防雷电侧击。,47,48,小 结,电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地分工作接地、保护接地和重复接地等。防雷电保护分为防直击雷和感应雷（或入侵雷）两大类。相应的保护设备分接闪器和避雷器两大类。接闪器有避雷针、避雷线、避雷网或避雷带等。避雷器有阀型避雷器、管型避雷器、金属氧化物避雷器等。输电线路和变电所的防雷、工厂供电系统的防雷、建筑配电系统的防雷 。,