11课时_防雷_接地与电气安全（PPT31页)

第11课时学习任务：防雷、接地与电气安全任务目标：1了解过电压概念。2熟悉电气装置的接地及有关保护。3掌握接地装置的装设与布设。4掌握接地装置的计算方法。5掌握接地装置的测试方法。任务重点：熟悉接地装置的装设。任务难点：接地装置的计算。第一节过电压与防雷一.过电压及雷电的有关概念二.防雷设备第二节电气装置的接地及有关保护一.接地的有关概念二.电气装置的接地及其接地电阻三.接地装置的装设与布设四.接地装置的计算三.电气装置的防雷四.建筑物的防雷五.接地装置的测试六.低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结五.建筑物电子信息系统的防雷一明确学习任务第一节过电压与防雷一.过电压及雷电的有关概念(一)过电压的形式过电压是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电压的对绝缘很有危害的异常电压。在电力系统中，过电压按其产生的原因，可分为内部过电压和雷电过电压两大类。1.内部过电压内部过电压是指由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生故障等原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁能量转换、振荡而引起的过电压。内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作或负荷剧变而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利的组合下发生谐振或由于故障而出现断续性接地电弧所引起的过电压，也包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的3～4倍，因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。2.雷电过电压雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压，它是由于电力系统中的线路、设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统的危害极大，必须加以防护。雷电过电压有两种基本形式：(1)直接雷击它是雷电直接击中电气线路、设备或建（构）筑物，其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷。二相关知识学习当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到25～30kV/cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。大地感应出的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行到离地面100～300m时，也形成一个上行的迎雷先导，如图8-1b所示。当上、下雷电先导相互接近时，，正、负电荷强烈吸引中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段。这时间极短，一般只有50～100μs。主放电阶段之后，雷云中的剩余电荷继续沿着主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为0.03～0.15s，电流较小，约几百安。(二)雷电的形成原理1.直击雷的形成原理雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。关于雷云形成的理论或学说较多，但比较公认的看法是：在闷热的天气里，地面上的水汽蒸发上升，在高空低温影响下水汽凝结成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂。气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。由于高空气流的流动，所以正、负雷云均在天空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场。由于静电感应作用，使地面上出现与雷云的电荷极性相反的电荷，如图8-1a所示。(2)间接雷击它是雷电没有直接击中电力系统中的任何部分，而是由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压，也称为感应雷，或称雷电感应。雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿着架空线路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。这种雷电过电压形式，称为高电位侵入或雷电波侵入。据我国几个大城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%～70%，比例很大，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。图8-1雷云对大地放电（直击雷）示意图a)负雷云出现在大地建筑物上方时b)负雷云对建筑物顶部尖端放电时雷电先导在主放电阶段前与地面上雷击对象之间的最小空间距离，称为“闪击距离”，简称“击距”。雷电的闪击距离，与雷电流的幅值和陡度有关。确定直击雷防护范围的“滚球半径”大小（参看后面表8-1），就与闪击距离有关。2.感应雷（感应过电压）的形成原理架空线路在其附近出现对地雷击时，极易产生感应过电压。当雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，如图8-2a所示。当雷云对地放电或与其他异性雷云中和放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成很高的感应过电压，如图8-2b所示，这就是“感应雷”。高压线路上的感应过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，对供电系统的危害都很大。当强大的雷电流沿着导体如接地引下线泄放入地时，由于雷电流具有很大的幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁场。如果附近有一开口的金属环，如图8-3所示，则其电磁场将在该金属环的开口（间隙）处感生相当大的电动势而产生火花放电。这对存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为了防止雷电的电磁感应引起的危险过电压，应该用跨接导体或用焊接将开口金属环（包括包装箱上的铁皮箍）连成闭合回路后接地。图8-2架空线路上的感应过电压a)雷云在线路上方时b)雷云对地或对其他雷云放电后图8-3开口金属环上的电磁感应过电压二.防雷设备(一)接闪器接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针。接闪的金属线，称为避雷线，亦称架空地线。接闪的金属带，称为避雷带。接闪的金属网，称为避雷网。1.避雷针避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加电场，这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的，它使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方向，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中去，使被保护物体免受雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时直径不小于12mm、针长1～2m时直径不小于16mm）或镀锌钢管（针长1m以下时内径不小于20mm、针长1～2m时内径不小于25mm）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装置相连。：。aTeA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.避雷针避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护范围。避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。我国过去的防雷设计规范（如GBJ57-1983）或过电压保护设计规范（如GBJ64-1983），对避雷针和避雷线的保护范围都是按“折线法”来确定的，而现行国家标准GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》则规定采用IEC推荐的“滚球法”来确定。不过现行电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定的避雷针、线保护范围，仍与GBJ64-1983相同，也按“折线法”来确定，适用于变配电所和电力线路的过电压保护。所谓“滚球法”（roll-bollmethod），就是选择一个半径为（滚球半径）的球体，按需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针（线）的保护范围之内。滚球半径按建筑物的防雷类别不同而取不同值，如表8-1所示。rhrh表8-1按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸（据GB50057-1994）≤20×20或≤24×1660第三类防雷建筑物≤10×10或≤12×845第二类防雷建筑物≤5×5或≤6×430第一类防雷建筑物避雷网格尺寸/m滚球半径/m建筑物防雷类别rh例8-1某厂一座高30m的水塔旁边，建有一水泵房（属第三类防雷建筑物），尺寸如图8-6所示。水塔上安装有一支高2m的避雷针。试问此避雷针能否保护这一水泵房。而水泵房顶部最远一角距离避雷针的水平距离为解：查表8-1得滚球半径60m，而30m+2m=32m，6m。故由式(8-2)得避雷针在水泵房顶部高度上的水平保护半径为rhhxh32(26032)6(2606)26.9xrmmm22126518.7xrmmr由此可见，水塔上的避雷针完全能够保护这一水泵房。图8-6例8-1所示避雷针的保护范围3.避雷带和避雷网避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物，使之免遭直接雷击和雷电感应。避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径应不小于8mm；扁钢截面应不小于48mm2，其厚度应不小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于12mm；扁钢截面应不小于100mm2，其厚度应不小于4mm。避雷网的网格尺寸要求如表8-1所示。关于两根等高避雷线的保护范围，可参看GB50057-1994或有关设计手册，此略。(5)避雷线在高度的平面上的保护宽度按下式计算：(1)距地面处作一平行于地面的平行线。(2)以避雷线为圆心，为半径，作弧线交于平行线的A、B两点。(3)以A、B为圆心，为半径作弧线，该两弧线相交或相切，并与地面相切。从该弧线起到地面止的空间，就是避雷线的保护范围。(4)当时，保护范围最高点的高度按下式计算：2.避雷线避雷线的功能和原理，与避雷针基本相同。避雷线一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又要接地，因此又称为架空地线。单根避雷线的保护范围，按GB50057-1994规定：当避雷线高度时，无保护范围。当避雷线的高度时，应按下列方法确定（参看图8-7）。但要注意，确定架空避雷线的高度时，应计及弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，等高支柱间的档距小于120m时，其避雷线中点的弧垂宜取2m；档距为120～150m时。弧垂宜取3m。2rhh2rhh图8-7单根避雷线的保护范围a)当时b)当时2rrhhhrhhrhrhrh2rrhhh0h02rhhh(8-4)0h'xxxb(2)(2)xrxrxbhhhhhh(8-5)以上接闪器均应经引下线与接地装置连接。引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带、网采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地；建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应不小于10mm，扁钢截面应不小于80mm2。(二)避雷器避雷器（包括电涌保护器）是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或用来防止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰。避雷器应与被保护设备并联，且安装在被保护设备的电源侧，如图8-8所示。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻抗变为低阻抗，使雷电过电压通过接地引下线对大地放电，从而保护了设备的绝缘，或消除了雷电电磁干扰。避雷器的类型，有阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物避雷器和电涌保护器等。图8-8避雷器的连接1.阀式避雷器阀式避雷器(valve-typelightningarrester，文字符号FV)，又称为阀型避雷器，主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的瓷套管内。火花间隙用铜片冲制而成。每对间隙用厚0.5～1mm的云母垫圈隔开，如图8-9a所示。正常