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11霍平工厂供电刘介才22本章首先讲述过电压与防雷，包括过电压和雷电的有关概念、防雷设备及电气装置的防雷、建筑物及电子信息系统的防雷等；然后讲述电气装置的接地及低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结；最后讲述电气安全与触电急救知识。本章内容贯穿一条“电气安全”的主线。。工厂供电第八章防雷、接地与电气安全33第八章防雷、接地与电气安全第一节过电压与防雷工厂供电4一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷(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。过电压分为内部过电压和雷电过电压两大类。5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。一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷(一)过电压的形式62.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。一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷(一)过电压的形式7雷电过电压的两种基本形式：(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。(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。一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷(一)过电压的形式8雷电过电压的两种基本形式：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一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷(一)过电压的形式9(二)雷电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。1.直击雷的形成原理在高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a所示。一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷10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b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)雷电的形成原理一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷11一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷12一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷13一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷14一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷152.感应雷（感应过电压）的形成原理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a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b所示，这就是“感应雷。(二)雷电的形成原理一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷162.感应雷（感应过电压）的形成原理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。(二)雷电的形成原理一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷17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。(二)雷电的形成原理一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷18(三)雷电的有关名词概念1.雷电流的幅值和陡度雷电流是指流入雷击点的电流，它是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图所示。一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷雷电流的幅值雷电流的幅值，与雷云中的电荷量及雷电放电通道的阻抗值有关。雷电流一般在1～4μs内增长到幅值。雷电流在幅值以前的一段波形称为波头，而从幅值起衰减到的一段波形称为波尾。191.雷电流的幅值和陡度雷电流的陡度用雷电流波头部分增长的速率来表示，即。雷电流的陡度，可达以上。对电气设备绝缘来说，雷电流的陡度越大，产生的过电压越高，对设备绝缘的破坏性也越严重。(三)雷电的有关名词概念一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷202.年平均雷暴日数凡有雷电活动的日子，包括看到雷闪和听见雷声，都称为雷暴日。由当地气象台、站统计的多年雷暴日的平均值，称为年平均雷暴日数。年平均雷暴日数不超过15天的地区，称为少雷区。年平均雷暴日数超过40天的地区，称为多雷区。年平均雷暴日数超过90天的地区及雷害特别严重的地区，称为雷电活动特别强烈地区，亦可归入多雷区。(三)雷电的有关名词概念一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷21213.年预计雷击次数年预计雷击次数是表征建筑物可能遭受雷击的一个频率参数。按GB50057-1994《建筑物防雷设计规范》规定，年预计雷击次数按下式计算：式中为年平均雷暴日数，按当地气象台、站资料确定；为与建筑物截收雷击次数相同的等效面积（km2），按GB50057-1994规定的方法计算，此略；K为校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野的孤立建筑物取2，金属屋面的砖木结构建筑物取1.7，位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处、地下水露头地、土山顶部、山谷风口等处的建筑物以及特别潮湿的建筑物，取1.5。(三)雷电的有关名词概念一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷224.雷电电磁脉冲雷电电磁脉冲，又称浪涌电压。它是雷电直接击在建筑物的防雷装置上或击在建筑物附近所引起的一种电磁感应效应，绝大多数是通过连接导体使相关联设备的电位升高而产生电流冲击或电磁辐射，使电子信息系统受到干扰。(三)雷电的有关名词概念一.过电压及雷电的有关概念第一节过电压与防雷23(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。二.防雷设备第一节过电压与防雷241.避雷针避雷针的功能是引雷作用，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，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。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。(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷251.避雷针(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷261.避雷针(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷271.避雷针避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。“滚球法”：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。(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷28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rh1.避雷针(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷29单支避雷针的保护范围，按下列方法确定1.避雷针(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷30（1）当避雷针高度时1）在距地面处作一平行于地面的平行线。2）以避雷针的针尖为圆心，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，该弧线与针尖相交并与地面相切。从此弧线起到地面上的整个锥形空间，就是避雷针的保护范围。4）避雷针在被保护物高度平面上的保护半径，按下式计算：二.防雷设备第一节过电压与防雷31单支避雷针的保护范围，按下列方法确定二.防雷设备第一节过电压与防雷(2)当避雷针高度时在避雷针上取高度的一点代替单支避雷针的针尖作圆心，其余的作法与上述时的作法相同。32例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。(一)接闪器二.防雷设备第一节过电压与防雷332.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。二.防雷设备第一节过电压与防雷(一)接闪器342.避雷线二.防雷设备第一节过电压与防雷(一)接闪器352.避雷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）。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。二.防雷设备第一节过电压与防雷36(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：(5)避雷线在高度的平面上的保护宽度按下式计算：2.避雷线二.防雷设备第一节过电压与防雷373.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。二.防雷设备第一节过电压与防雷38避雷网的网格尺寸要求≤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rh3.避雷带和避雷网二.防雷设备第一节过电压与防雷39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。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10