第八章接地与过电压防护

1第八章接地与过电压防护答案8-1什么叫过电压？过电压有哪几种分类？他们的产生原因分别如何？答：过电压指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对其绝缘构成威胁的电压。过电压的分类如下：1．雷电过电压由于大气中雷云与雷云、雷云与地面物体间会出现放电现象，雷云直接对地面某物体（电气设备或建筑物）放电或雷电感应而引起的过电压统称为雷电过电压或大气过电压或外部过电压。雷电过电压又分为直击雷过电压、感应雷过电压、侵入波过电压和雷击电磁脉冲。（1）直击雷过电压是指雷电对电气设备或建筑物直接放电而产生的过电压，放电时雷电流可达几万甚至几十万安培。（2）感应雷过电压是指当雷云出现在架空线路上方时，由于静电感应，在架空线路上积聚大量异号电荷，在雷云对其他地方放电后，线路上原来被约束的电荷被释放形成自由电荷以电磁波速度向线路两侧流动，形成感应过电压，其电压可达几十万伏。（3）雷电侵入波（行进波）过电压是指由于线路、金属管道等遭受直接雷击或感应雷而产生的雷电波，沿线路、金属管道等侵入变电站或建筑物而造成危害。据统计，这种雷电侵入波占系统雷害事故的50％以上。因此，对其防护问题，应予相当重视。（4）雷击电磁脉冲是指雷电直接去在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。它是一种干扰源，绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。这种干扰脉冲是一种能量脉冲，它既可以以过电压形式出现，也可以以过电流或电磁辐射形式出现，因此，雷击电磁脉冲并不完全是过电压问题，而是一种能量冲击，因此又将其称为“电涌”（surge）或“浪涌”，它对供配电系统中电气设备的绝缘威胁不大，但对用电设备中的信息系统设备的正常工作影响甚大。2．内部过电压由于系统的操作、故障和某些不正常运行状态，使供配电系统电磁能量发生转换而产生的过电压称为内部过电压。内部过电压的持续时间与过电压的类别有关，短的如操作过电压，其持续时间一般为毫秒级，长的如谐振过电压可持续存在。常见的内部过电压有：（1）操作过电压是指由于开关分合闸操作或事故状态而引起的过电压。在开关操作2或事故过程中，系统的运行状态发生改变将引起系统中电容和电感间电磁场能量互相转换的暂态过程。在阻尼不足的电路中，这种过程常常是振荡性的。这时，就有可能在某些设备上、局部或全部电网中出现过电压。常见的操作过电压有：1）切断小电感电流时的过电压，例如切除空载变压器，切除电抗器等。2）切断电容性负载时的过电压，例如切除空载长线，电容器等。3）中性点不接地系统的弧光接地过电压。（2）谐振过电压产生于系统中电感与电容组合构成的振荡回路。其固有自振频率与外加电源频率相等或接近时，出现的一种周期性或准周期性的运行状态，叫谐振。由谐振导致的过电压称为谐振过电压。供配电系统中，谐振过电压主要有线性谐振过电压（发生在由恒定电感、电容和电阻组成的回路中）和非线性（铁磁）（由于变压器、电压互感器等的磁路饱和造成）谐振过电压。（3）工频电压升高，是指因为系统发生故障、不正常运行状态或参数失配造成的异常电压上升。常见的工频电压升高有长线路电容效应造成的末端电压升高，不对称接地带来的健全相对地电压升高，突然甩负荷造成的电压升高、低压中性点接地系统中性点位移造成的电压升高，共用接地体的高压接地电压窜入低压系统造成的过电压等。8-2雷电的特征参数有哪些？分别表示什么意义？如何得到？答：1．雷电流幅值雷电流的波形呈脉冲形式，雷电流幅值是指该脉冲电流所达到的最高值。雷电流幅值与气象、自然条件等有关，是一个随机变量，其变化范围很大。在相同的雷电情况下，被击物的接地电阻值不同，其雷电流也各异。为了便于互相比较，将接地电阻小于30的物体，遭到直击雷作用时产生的电流最大值，叫雷电流幅值。2.雷电流波形根据测量，雷电流波党是一种非周期性脉冲波，其幅值和陡度随各次放电条件而异。通常幅值大时陡度也大，幅值和最大陡度都出现在波头部分。（l）据统计，雷电流的波头长度在l～5s的范围内，雷电流的波长在20～50s的范围内，在防雷保护中，建议采用的雷电流波形为2.6／50us（波头长度／波长）。（2）雷电流陡度是指雷电流幅值与雷电流波头长度的比值。由于雷电流的波头长度变化不大，所以雷电流的陡度和福值必然密切相关。当采用2.6s波头时，雷电流的。平均陡度a与幅值I线性相关，即：36.2Ia式中a——雷电流陡度，单位为kA／s。图8－2雷电流的波形曲线。3．雷暴日雷暴日是指每年中有雷电放电的天数，在一天内只要听到雷声就算一个雷暴日。4．年地面落雷密度地面落雷密度是指每年、每平方公里的地面遭受雷击的次数。5．建筑物年预计雷击次数在进行建筑防雷设计时通常采用年预计雷击次数这一参数。8-3什么叫接地？接地的主要作用是什么？答：电气设备的任何部分与土壤间作良好的电气连接，称为接地。直接与土壤接触的金属导体称为接地体或接地极。连接于电气设备接地部分与接地体间的金属导线称为接地线。接地体可分为人工接地体和自然接地体，人工接地体是指专门为接地而装设的接地体，自然接地体是指兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等。接地体和接地线组成的总体称为接地装置。根据接地类型的不同，其主要作用略有不同：1）功能性接地，是指为了保证系统或设备的正常运行，或为了实现电气装置的固有功能、提高县则靠性向进行的接地。如：变压器中性点接地。2）保护性接地，是指为了保证人身安全而进行的接地。如：电气装置外露导电部分和装置外导电部分的接地；为防止雷电过电压对设备或人身安全的危害而进行的防雷接地；为消除静电对电气装置和人身安全危害而进行的接地。3）功能性和保护性合一的接地，是将功能性和保护性接地结合在一起的接地。如：屏蔽接地。8-4什么叫接地装置？有哪几部分构成？答：接地体与接地线总称接地装置。由若干接地体在大地中用接地线相互连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线与接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体，在不同地点与接地网连接。8-5什么叫冲击接地电阻？什么叫工频接地电阻？用于防雷保护的接地装置中，应对什么接地电阻有大小的限制？答：接地电阻指构成接地装置的各部分的电阻之和。1）工频（50HZ）接地电流流经接地装置所呈现出来的接地电阻称为工频接地电阻ER。2）冲击电流（如雷电流）流经接地装置所呈现出来的接地电阻称为冲击接地电阻shR。4用于防雷保护的接地装置中，应对冲击接地电阻有大小的限制。8-6什么叫散流场？什么叫接触电压？什么叫跨步电压？用什么方法可使其减小？答：由于某种原因有电流流入接地体时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流，接地电流流散的范围称为散流场。当电气设备绝缘损害时，人站在地面上接触该电气设备，人体所承受的电位差称接触电压。在接地故障点附近行走，人的双脚（或牲畜前后脚）之间所呈现的电位差称跨步电压。跨步电压的大小与离接地点的远近及跨步的长短有关，离接地点越近，跨步越长，跨步电压就越大。离接地电达20m时，跨步电压通常为零。8-7直击雷防护装置由哪几部分构成？各部分的作用分别是什么？通常由什么材料制成？答：直击雷防护装置由三个主要的部分组成：1．接闪器直接截受雷击的避雷针、避雷蒂（线）、避雷网，以及作接闪的金属屋面和金属构件等。避雷针、避雷带（线）、避雷网一般以钢管、钢筋或扁钢等制成。2．引下线连接接闪器和接地装置的金属导体。一般以钢筋或扁钢等制成，也可以利用建筑物结构柱内的钢筋兼作。3．接地装置接地体与接地线的总称。可以以钢筋、扁钢和各种型钢制成，也可以利用建筑物基础内的钢筋兼作。8-8雷电过电压的防护主要采用什么装置？有哪几种类型？答：雷电过电压主要采用避雷器来防护。避雷器主要有保护间隙、管式避雷器、阀式避雷器和金属氧化物避雷器等几种类型。8-9描述避雷器的特征通常用什么参数？答：避雷器的工作特征用伏秒特征来描述。伏秒特征是指某一被试绝缘体，在同一波形、不同幅值的冲击电压下，击穿电压与放电时间的关系曲线，它由实验数据绘出，不是一条光滑曲线，而是具有一定分散性的由上下包络线包围的一个范围。8-10对供配电系统通常采用哪些防雷措施？答：1．输电线路的雷电过电压防护对中低压供配电系统，线路雷电过电压以感应雷过电压为主。输电线路雷击过电压的防护，有以下一些具体措施：（1）架设避雷线（2）降低杆塔接地电阻这主要是为了降低雷击杆塔时塔顶电位，减小反击导线发生的5机率。（3）加强线路绝缘能提高线路的耐雷水平，降低建弧率，但不能降低过电压大小。（4）采用中性点不接地或经消弧线圈接地运行方式绝大多数单相落雷闪络接他故障被消弧线圈消除，而在两相或三相落雷时，首先闪络的一相接地不会造成跳闸，闪络后相当于地线，增加了耦合作用，使未闪络相绝缘子串上的电压下降，从而提高了耐雷水平。（5）装设管式避雷器一般仅在线路绝缘的薄弱点、线路交叉处或大跨距（如过江）处装设，用以限制过电压。只要避雷器的冲击放电电压低于绝缘子串的冲击放电电压，就可避免绝缘子串上发生冲击闪络。另外，管式避雷器本身具有灭弧功能，可以很大的概率保证不至因工频续流引起跳闸。（6）装设自动重合闸由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后自行恢复绝缘性能，故重合闸成功率较高。2．变配电站的雷电过电压保护（1）变配电所电气设备的过电压保护一般采用阀式或金属氧化物避雷器对变配电所设备进行保护；避雷器一般安装在母线上，应尽量靠近变压器和其他设备；避雷器与所有被保护设备的电气距离均不能超过其最大允许值，若不能满足要求，则应增设避雷器。（2）变配电所的进线段保护进线段保护是指在进入变配电所前1～2km这一段架空线路上加强防雷措施，因此将这段线路称为进线段。进线段保护的目的，一是要降低雷电流幅值，二是要降低雷电波陡度。因为阀式避雷器的通流容量是有限的，且残压与电流大小正相关，因此减小雷电流幅值很有必要；而被保持保护设备上电压高出避雷器的部分与雷电波陡度成正比，或者说保护的最大允许距离与雷电波陡度成反比，因此降低雷电波陡度也是有好处的。3．建筑物的雷电过电压防护一方面，建筑物内电气装置承受的雷电过电压主要是通过进出建筑物的线缆传入，因此在建筑物电源进出线处，应采取的防雷电过电压的措施与变配电所的进线段保护相似；另一方面，雷电流通过各种途径进入建筑物后形成的雷电过电压对周围的物体可能出现反击放电现象，因此需作等电位连接，使相邻的各部分的电位基本保持一致。8-11对建筑物通常采用哪些防雷措施？答：一方面，建筑物内电气装置承受的雷电过电压主要是通过进出建筑物的线缆传入，因此在建筑物电源进出线处，应采取的防雷电过电压的措施与变配电所的进线段保护相似；另一方面，雷电流通过各种途径进入建筑物后形成的雷电过电压对周围的物体可能出现反击放电6现象，因此需作等电位连接，使相邻的各部分的电位基本保持一致。8-12雷击电磁脉冲的危害主要有哪些？主要的防护措施有哪些？分别如何起到防护作用？答：雷击电磁脉冲是指雷电直接去在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。它是一种干扰源，绝大多数是通过连接导体的干扰，如雷电流或部分雷电流、被雷电击中的装置的电位升高以及电磁辐射干扰。这种干扰脉冲是一种能量脉冲，它既可以以过电压形式出现，也可以以过电流或电磁辐射形式出现，因此，雷击电磁脉冲并不完全是过电压问题，而是一种能量冲击，因此又将其称为“电涌”（surge）或“浪涌”，它对供配电系统中电气设备的绝缘威胁不大，但对用电设备中的信息系统设备的正常工作影响甚大。防雷击电磁脉冲的系统措施：l）屏蔽。屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。为减少电磁干扰的感应效应，应在需屏蔽的建筑物或房间外部设屏蔽措施；以合适的路径敷设线路和线路屏蔽。2）接地。每幢建筑物应采用共用接地系统；当互相邻近的建筑物之间有电力和通信电缆连通时，其接地装置互相连接；同时应保证接地电阻符合要求。3）等电位连接。穿过各防雷区界面的金属物和系统，以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处做符合规范要求的等电位连接。8-13什么叫电涌保护器？它