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2020年2月3日第七章供电系统的防雷与接地7.1供电系统的防雷7.2供电系统的接地2020年2月3日t/μs0I/kA波尾波头ImIm/21～4μs第一节供电系统的防雷过电压雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波电流。内部过电压外部过电压包括操作过电压和谐振过电压等雷电过电压直击雷击感应雷击雷电波侵入对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在负载电感L上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。diuLLdt一、雷电冲击波的基本特性雷电冲击波具有波的传导特性。输电线路受到雷击后，产生的雷电冲击波会向输电线路两侧流动传播，雷电波在传导过程中到达结点后，还会发生折射和反射现象。001CLdtdxv传播速度雷电波沿架空线传播的速度与光速（3×108m/s）相同，而在电缆中传播的速度约为上值的1/2～1/3。00CLiuZ波阻抗波阻抗表征的是沿导线传播的电压冲击波和电流冲击波之间的动态关系，与线路长度无关。Z1Z2入射波折射波反射波雷电入射波到达线路末端结点处会发生全反射，线路的开路末端电压将增大至雷电行波电压的2倍，严重威胁线路的绝缘安全，必须设置避雷器等防雷保护措施。变电所常采用一段100～200m的进线电缆，以达到降低行波陡度的效果。hrx45°0.75h0.5hhx1.5h“折线法”二、防雷装置1.避雷针避雷针的作用是引雷。保护范围按“折线法”（对电气设备）或“滚球法”（对建筑物）来确定。rxhxx'hrhrABhrhxhrhr“滚球法”续上页2.避雷线避雷线的接闪原理与避雷针相同。3.避雷带与避雷网雷电最可能袭击建筑物的屋顶和突出部分。因而，高层建筑一般在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属避雷带防雷。此外，还在屋面上铺设金属线制成的避雷网。4.避雷器避雷器的作用是防止雷电过电压沿输电线路侵入变电所或其它建筑物，危害电气设备的绝缘。0RU阀电阻特性阀式避雷器管型避雷器和保护间隙金属氧化物避雷器在工频电压下，金属氧化物避雷器呈现极高电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无需火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；而当雷电过电压的作用下，其电阻变为很小，能较好地泄放雷电流。三、供电系统的防雷措施户外变配电所中，一般采用避雷针作为直击雷的防护装置，并要求所有被保护的电气设备和建筑物均应处于避雷针的保护范围之内。需要指出，避雷针若与附近的建筑物或电气设备距离较近时，受到雷击后，其极高的电位，会对这些附近设施放电，这种现象称为反击。为防止反击事故的发生，避雷针与被保护的建筑物和电气设施应保持一定的安全距离，工程上，安全距离应大于5m。变配电所中一般需要通过装设阀式避雷器或氧化锌避雷器对变压器进行雷电侵入波的防护。避雷器应尽可能靠近变压器安装。避雷器接地线应与变压器低压侧接地中性线及金属外壳连在一起接地。避雷器的选择，必须使其伏秒特性与变压器伏秒特性合理配合，并且避雷器的残压必须小于变压器绝缘耐压所能允许的程度。架空线F电缆线FF220/380VT架空线10kV续上页F电缆线F架空线架空线FT6～10kV1～2km35kV•35kV变电所常见防雷保护•10kV变电所常见防雷保护四、建筑物的综合防雷措施建筑物防雷工程是一个系统工程，必须将外部防雷措施和内部防雷措施作为整体综合考虑。建筑物按综合防雷措施设置的防雷系统方框图如下图所示。建筑物综合防雷系统外部防雷措施接闪器针网线引下线接地装置屏蔽共用接地系统等电位联结屏蔽隔离合理布线安装电涌保护器内部防雷措施续上页PENCBA总配电柜分配电柜专用配电柜(箱)SPD1SPD2SPD3由雷电侵入波或雷击电磁脉冲导致各种线路上出现的过电流和过电压称为电涌（surge）。电涌保护器（代号SPD）的作用是在电涌冲击发生时迅速动作，将电涌电流引入大地而不在被保护的设备端口残留很大的共模电压，当电涌冲击衰减后又自动恢复初始态不影响被保护设备的运行，并准备接受下一个电涌冲击。由于雷电冲击能量巨大，因此对信息系统的电源保护，从外部总配电室到内部对计算机系统供电，要分多级进行，才能将雷电的能量降到设备所能承受的水平。电涌保护器在TN-S系统中的分级安装见下图所示。2020年2月3日第二节供电系统的接地（一）接地与接地装置接地是指电气设备为达到安全和功能需要为目的，将其某一部分与大地之间作良好的电气连接。151543A2EEEEEEEEAEEEEEEEEEEE1-接地体2-接地干线3-接地支线4-电气设备5-连接扁钢接地装置示意图埋入地中并与土壤作良好接触的金属导体称为接地体或称接地极。人工接地体接地体自然接地体典型的接地装置如图所示。一、接地概念续上页（二）接地电流与对地电压电气设备在发生接地故障时，电流将通过接地体以半球形向大地中散开，如图所示。21≈20m231UEIE1-接地体2-流散电场3-接地电流的地中电位分布接地电流、对地电压及接地电流电位分布图在距离接地体越远的地方，半球的球面积越大，其散流电阻越小，相对于接地点处的电位就越低。电气设备的接地部分，如：接地的外露可导电部分和接地体等，与零电位的“大地”之间的电位差，称为接地部分的对地电压。续上页（三）接地类型1.功能性接地为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的接地，例如电源中性点的直接接地或经消弧线圈等的接地，又称工作接地。2.保护性接地为了保证电网故障时人身和设备的安全而进行的接地。包括：3.功能性与保护性合一的接地(如屏蔽接地)安全保护接地过电压保护接地防静电接地为防止由带电导体的绝缘损坏所造成人体受到间接电击，而将电气设备的外露可导电部分进行的接地。为防止过电压对电气设备和人身安全的危害而进行的接地，如防雷接地。为了消除静电对电气设备和人身安全的危害而进行的接地。二、接地电阻及其计算（一）接地电阻接地电阻是指接地体的流散电阻与接地线、接地体电阻的总和。接地电阻主要是接地体的流散电阻，接地电阻与土壤的电阻率有关。工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻。雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。（二）工频接地电阻的计算电力系统的不同接地装置对接地电阻的要求是不同的。详见相关标准。单根垂直式人工接地体3.0)1)((manER多根垂直式人工接地体()(1)()0.9EmanEmanRRn为接地体的利用系数，考虑了接地体之间存在电场屏蔽效应。例题：某10/0.4kV车间变电所，主变压器容量为800kVA，采用Dyn11联结。已知接于10kV侧的架空线路长100km，电缆线路长10km。当地土质为砂质粘土。经现场测定，可利用的自然接地体电阻为60Ω。已知流过接地线的低压侧单相接地短路电流为10kA，短路存在时间0.4s。试确定该变电所的共用人工接地装置。解：1）确定该变电所的接地电阻允许值：)(alER此变电所10kV侧属小电流接地系统，其接地电流可近似估算：(35)10(3510100)12.85350350NcabohEUllIAA此变电所共用接地装置的接地电阻应同时满足：1201209.3412.854EEEVVRIAR4ER2）已知可利用的自然接地体电阻。()60EnatR续上页4）人工接地体的初步敷设方案：拟选用直径50mm，长2.5m的钢管接地体，沿变电所四周，距墙脚2.5~3m，每隔5m打入一根钢管，各钢管接地体之间用40×4mm2的扁钢连接构成一个接地网。3）显然，。需要补充人工接地体。人工接地体所需总电阻：()EnatERR()()()6044.29604EnatEEmanEnatERRRRR5）单根人工接地体钢管的接地电阻：)1)((manER1()(1)0.30.310030EmanRmm可得砂质粘土的土壤电阻率，则m100续上页为使得接地体均匀对称，可按偶数布置接地体。选用10或12根直径50mm，长2.5m的钢管作接地体，并用40×4mm2的扁钢连接，呈环形布置。7）校验接地线的短路热稳定：实际接地线截面为40×4＝160mm2大于90.4mm2，短路热稳定条件合格。()(1)()0.90.930100.664.29EmanEmanRnR钢质接地线热稳定系数C=70，则接地线的最小截面应符合：(1)2min100000.490.470kkIAtmmC根据，考虑到管间的屏蔽效应，初步选定为10根。以和n＝10查附录表，取，则()(1)()/30/4.297EmanEmanRR2/la66.06）人工接地装置需用的钢管数量和最终的接地方案：三、等电位联结（一）等电位联结概念等电位联结是使建筑物电气装置的各外露可导电部分与电气装置外的其它金属可导电部分进行电位基本相等的电气连接。作用于全建筑物，在每一电源进线处，利用联结干线将保护线、接地线的总接线端子与建筑物内电气装置外的可导电部分（如：进出建筑物的金属管道、建筑物的金属结构构件等）连接成一体。指在局部范围内设置的等电位联结，一般在TN系统中，当配电线路阻抗过大、保护动作时间超过规定允许值时或为满足防电击的特殊要求时，需作局部等电位联结。指在伸臂范围内的某些外露可导电部分与装置外可导电部分之间所作的等电位联结。总等电位联结（MEB）局部等电位联结（LEB）辅助等电位联结（SEB）采暖管空调管热水管总给水管水表建筑物金属结构绝缘段燃气表（煤气公司确定）总煤气管（煤气公司确定）火花放电间隙电子信息设备电源进线总下水管接地母排（MEB端子板）防雷接闪器避雷接地接地PE母线总进线配电盘PE线MEB线MEB线总等电位联结示意图续上页电源PENCBA单相设备三相设备PEN负荷续上页（二）等电位联结的作用1.显著降低人体接触电压电气装置绝缘损坏所引起的接地故障能使其外露导电部分带危险电压，等电位联接可以显著降低人体接触电压从而避免人体触电事故的发生。2．有效消除来自外部的危险电压kI(1)=f(1)kIERUMEBUf