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1、2022-1-28電力工程基礎第電力工程基礎第9章章1電力工程基礎電力工程基礎河北科技大學電氣工程系電力工程基礎第電力工程基礎第9章章22022-1-28第九章第九章 防雷、接地與電氣安全防雷、接地與電氣安全n9.1 過電壓與防雷n9.2 電氣裝置的接地n9.3 電氣安全電力工程基礎第電力工程基礎第9章章32022-1-289.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 1內部過電壓內部過電壓一、過電壓的形式一、過電壓的形式操作過電壓:操作過電壓:因開關操作、負荷劇變、系統故障等原因而因開關操作、負荷劇變、系統故障等原因而引起的過電壓。引起的過電壓。諧振過電壓:諧振過電壓:因電感、電容等參數在特殊情況下發生
2、諧振因電感、電容等參數在特殊情況下發生諧振而引起的過電壓。而引起的過電壓。2外部過電壓外部過電壓 外部過電壓又稱雷電過電壓或大氣過電壓,它是由于外部過電壓又稱雷電過電壓或大氣過電壓,它是由于電力系統的導線或電氣設備受到直接雷擊或雷電感應而引電力系統的導線或電氣設備受到直接雷擊或雷電感應而引起的過電壓。起的過電壓。電力工程基礎第電力工程基礎第9章章42022-1-289.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 二、雷電的基本知識二、雷電的基本知識v主放電階段:主放電階段:電流很大,高達幾電流很大,高達幾百千安,但持續時間極短,一般只百千安,但持續時間極短,一般只有有 50100s。v余輝放電階段:余輝放電
3、階段:電流較小,約幾電流較小,約幾百安,持續時間約為百安,持續時間約為0.030.15s。1. 雷電現象:雷云放電的過程稱為雷電現象。雷電現象:雷云放電的過程稱為雷電現象。雷云雷云雷電先導雷電先導迎雷先導迎雷先導主放電階段主放電階段 余輝階段余輝階段電力工程基礎第電力工程基礎第9章章52022-1-282. 雷電流的特性雷電流的特性n雷電流波形(圖雷電流波形(圖9-1)波頭:波頭:指雷電流從零上升到最大幅值這一部分,一般只有指雷電流從零上升到最大幅值這一部分,一般只有14s;波尾:波尾:指雷電流從最大幅值指雷電流從最大幅值開始,下降到二分之一幅值所開始,下降到二分之一幅值所經歷的時間,約數十微
4、妙。經歷的時間,約數十微妙。n雷電流的陡度:指雷電流在雷電流的陡度:指雷電流在波頭部分上升的速度,即波頭部分上升的速度,即 tidd9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 圖圖9-1 雷電流波形圖雷電流波形圖電力工程基礎第電力工程基礎第9章章62022-1-283. 雷電過電壓的基本形式雷電過電壓的基本形式 直擊雷:直擊雷:雷電直接擊中電氣設備、線路、建筑物等物體。雷電直接擊中電氣設備、線路、建筑物等物體。感應雷:感應雷:由雷電對線路、設備或其他物體的靜電感應或電由雷電對線路、設備或其他物體的靜電感應或電磁感應而引起的過電壓。磁感應而引起的過電壓。 感應雷的形成過程如圖感應雷的形成過程如圖9-2所示
5、。所示。雷電波侵入:雷電波侵入:架空架空線路遭到直接雷擊或線路遭到直接雷擊或感應雷而產生的高電感應雷而產生的高電位雷電波,沿架空線位雷電波,沿架空線侵入變電所或其他建侵入變電所或其他建筑物而造成危險。筑物而造成危險。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 圖圖9-2 架空線路上的感應過電壓架空線路上的感應過電壓電力工程基礎第電力工程基礎第9章章72022-1-284雷電活動強度及直擊雷的規律雷電活動強度及直擊雷的規律n雷暴日:一天中只要出現過雷電活動(包括看到雷閃和聽雷暴日:一天中只要出現過雷電活動(包括看到雷閃和聽到雷聲),就算一個雷暴日。到雷聲),就算一個雷暴日。年平均雷暴日不足年平均雷暴日不足
6、15日的地區為少雷區;日的地區為少雷區;年平均雷暴日超過年平均雷暴日超過40日的地區為多雷區;日的地區為多雷區;年平均雷暴日超過年平均雷暴日超過90日的地區為雷電活動特別強烈地區。日的地區為雷電活動特別強烈地區。 我國各地區的雷暴日數如表我國各地區的雷暴日數如表9-1所示。所示。表表9-1 我國各地區的年平均雷暴日我國各地區的年平均雷暴日地區地區年平均雷暴日年平均雷暴日地區地區年平均雷暴日年平均雷暴日西北地區西北地區20以下以下長江以南北緯長江以南北緯23線以北線以北4080左右左右東北地區東北地區30左右左右長江以南北緯長江以南北緯23線以南線以南80以上以上華北和中部地區華北和中部地區40
7、45左右左右海南島、雷洲半島海南島、雷洲半島120130左右左右9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章82022-1-28n雷電活動的規律雷電活動的規律 熱而潮濕的地區比冷而干燥的地區雷暴多,且山區大于熱而潮濕的地區比冷而干燥的地區雷暴多,且山區大于平原,平原大于沙漠,陸地大于湖海。平原,平原大于沙漠,陸地大于湖海。雷擊區的形成與地質結構(即土壤電阻率)、地面上的雷擊區的形成與地質結構(即土壤電阻率)、地面上的設施情況及地理條件等因素有關。設施情況及地理條件等因素有關。土壤電阻率小的地方易遭受雷擊;土壤電阻率小的地方易遭受雷擊;在不同電阻率的土壤交界處易遭受雷擊;
8、在不同電阻率的土壤交界處易遭受雷擊;山的東坡、南坡較山的北坡、西坡易遭受雷擊;山的東坡、南坡較山的北坡、西坡易遭受雷擊;山岳地區易遭受雷擊。山岳地區易遭受雷擊。建筑物的雷擊部位與建筑物的高度、長度及屋頂坡度等建筑物的雷擊部位與建筑物的高度、長度及屋頂坡度等因素有關。因素有關。 9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章92022-1-285雷電的危害雷電的危害雷電流的熱效應可燒斷導線和燒毀電力設備;雷電流的熱效應可燒斷導線和燒毀電力設備;雷電流的機械效應產生的電動力可摧毀設備、桿塔和建雷電流的機械效應產生的電動力可摧毀設備、桿塔和建筑,傷害人畜;筑,傷害人畜;雷電流的
9、電磁效應可產生過電壓,擊穿電氣設備絕緣,雷電流的電磁效應可產生過電壓,擊穿電氣設備絕緣,甚至引起火災爆炸,造成人身傷亡;甚至引起火災爆炸,造成人身傷亡;雷電的閃絡放電可燒壞絕緣子,使斷路器跳閘或引起火雷電的閃絡放電可燒壞絕緣子,使斷路器跳閘或引起火災,造成大面積停電。災,造成大面積停電。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章102022-1-28三、防雷裝置三、防雷裝置防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成。u接閃器(受雷裝置):接閃器(受雷裝置):是接受雷電流的金屬導體,常用的是接受雷電流的金屬導體,常用的有避
10、雷針、避雷線和避雷網(帶)三種類型。有避雷針、避雷線和避雷網(帶)三種類型。u引下線:引下線:應保證雷電流通過時不致熔化,一般用直徑不小應保證雷電流通過時不致熔化,一般用直徑不小于于10mm的圓鋼或截面不小于的圓鋼或截面不小于80mm2的扁鋼制成。的扁鋼制成。u接地裝置:接地裝置:埋在地下的接地導線和接地體的總稱。埋在地下的接地導線和接地體的總稱。1. 避雷針避雷針 避雷針通常采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅焊接鋼管制成。避雷針通常采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅焊接鋼管制成。 針長針長1m以下時,圓鋼直徑不小于以下時,圓鋼直徑不小于12 mm,鋼管直徑不小于,鋼管直徑不小于20 mm;針長針長12m時,圓鋼直徑不小于時
11、,圓鋼直徑不小于16mm,鋼管直徑不小于,鋼管直徑不小于25mm。 9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章112022-1-28p當避雷針高度當避雷針高度hhr時:時:n單支避雷針的保護范圍(圖單支避雷針的保護范圍(圖9-3) 避雷針的保護范圍,以它能夠防護直擊雷的保護空間避雷針的保護范圍,以它能夠防護直擊雷的保護空間來表示,可按來表示,可按“滾球法滾球法”來確定。來確定。 所謂所謂“滾球法滾球法”,就是選擇一個半徑為,就是選擇一個半徑為hr(滾球半徑)(滾球半徑)的球體,沿需要防護直擊雷的部位滾動。如果球體只接觸的球體,沿需要防護直擊雷的部位滾動。如果球體只接觸
12、到避雷針(線)與地面,而不觸及需要保護的部位,則該到避雷針(線)與地面,而不觸及需要保護的部位,則該部位就在避雷針(線)的保護范圍之內。部位就在避雷針(線)的保護范圍之內。在距地面在距地面 hr處作一平行于地面的平行線。處作一平行于地面的平行線。以避雷針的針尖為圓心、以避雷針的針尖為圓心、hr為半徑作弧線,交于平行線為半徑作弧線,交于平行線的的A、B兩點。兩點。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章122022-1-28)2()2(xrxrxhhhhhhr避雷針在地面上的保護避雷針在地面上的保護半徑為:半徑為:)2(0hhhrr9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 圖
13、圖9-3 單支避雷針的保護范圍單支避雷針的保護范圍與地面相切。從該弧線起與地面相切。從該弧線起到地面為止的整個錐形空到地面為止的整個錐形空間,就是避雷針的保護范間,就是避雷針的保護范圍。圍。以以A、B為圓心、為圓心、hr 為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并為半徑作弧線,該弧線與針尖相交并避雷針在避雷針在hx 高度的水平高度的水平面上的保護半徑為:面上的保護半徑為:電力工程基礎第電力工程基礎第9章章132022-1-28p當避雷針高度當避雷針高度h hr時:時: 在避雷針上取高度為在避雷針上取高度為hr的一點代替避雷針的針尖作為圓的一點代替避雷針的針尖作為圓心,其余的作法與心,其余的作法與hhr
14、時相同。時相同。 建筑物的防雷級別是根據其重要性、使用性質以及發建筑物的防雷級別是根據其重要性、使用性質以及發生雷擊事故的可能性和造成后果來劃分的,共分為三級:生雷擊事故的可能性和造成后果來劃分的,共分為三級:一級防雷建筑物:一級防雷建筑物:指具有特別重要用途的建筑物,如國指具有特別重要用途的建筑物,如國家級會堂、辦公建筑、檔案館、大型博展建筑、大型鐵路家級會堂、辦公建筑、檔案館、大型博展建筑、大型鐵路客運站、國際型航空港、國賓館、國際港口客運站;國家客運站、國際型航空港、國賓館、國際港口客運站;國家級重點文物保護建筑物以及高度超過級重點文物保護建筑物以及高度超過100m的建筑物等。的建筑物等
15、。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章142022-1-28二級防雷建筑物二級防雷建筑物,是指重要的或人員密集的大型建筑物,是指重要的或人員密集的大型建筑物,如省部級辦公樓、會堂、博展、體育、交通、通訊、廣播如省部級辦公樓、會堂、博展、體育、交通、通訊、廣播等建筑物;省級重點文物保護建筑物;高度超過等建筑物;省級重點文物保護建筑物;高度超過50m的建筑的建筑物以及大型計算中心和裝有重要電子設備的建筑物。物以及大型計算中心和裝有重要電子設備的建筑物。三級防雷建筑物三級防雷建筑物,是指預計年雷擊次數大于或等于,是指預計年雷擊次數大于或等于0.05,或經過調查確認需要
16、防雷的建筑物;建筑群中最高或位于或經過調查確認需要防雷的建筑物;建筑群中最高或位于建筑群邊緣高度超過建筑群邊緣高度超過20m的建筑物;高度為的建筑物;高度為15m及以上的煙及以上的煙囪、水塔等孤立建筑物等。囪、水塔等孤立建筑物等。n雙支等高避雷針的保護范圍(圖雙支等高避雷針的保護范圍(圖9-4) 在在hhr的情況下,當的情況下,當D 時,各按單支避雷針時,各按單支避雷針的方法確定;當的方法確定;當D 時,按下述方法確定:時,按下述方法確定:)2(2hhhr)2(2hhhr9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章152022-1-28ABCD外的保護范圍,按單支避雷針
17、所規定的方法確定。外的保護范圍,按單支避雷針所規定的方法確定。C、D點位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側的最小點位于兩針間的垂直平分線上。在地面每側的最小保護寬度應按下式計算:保護寬度應按下式計算:DOCOb0在在AOB軸線上,軸線上,A、B間的保護范圍上邊線按間的保護范圍上邊線按下式確定:下式確定:2222)(XDhhhhrrx22)2(Dhhhr9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 圖圖9-4 雙支等高避雷針的保護范圍雙支等高避雷針的保護范圍電力工程基礎第電力工程基礎第9章章162022-1-28兩針間兩針間ABCD內的保護范圍,內的保護范圍,ACO、BCO、ADO、BDO各部分是類同的。各
18、部分是類同的。 以以ACO部分的保護范圍為例,按以下方法確定:部分的保護范圍為例,按以下方法確定: 在在hx和和C點所處的垂直平面上,以點所處的垂直平面上,以hx作為假想避雷針,按作為假想避雷針,按單支避雷針所規定的方法確定(見剖面)。單支避雷針所規定的方法確定(見剖面)。2. 避雷線避雷線 避雷線一般采用截面不小于避雷線一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。的鍍鋅鋼絞線。 單根避雷線的保護范圍,當避雷線高度單根避雷線的保護范圍,當避雷線高度h2hr時,無保護時,無保護范圍。當避雷線高度范圍。當避雷線高度h2hr時,按下列方法確定(圖時,按下列方法確定(圖9-5):): 9.1 過電壓與防
19、雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章172022-1-28在距地面在距地面 hr處作一平行于地面的平行線。處作一平行于地面的平行線。以避雷線尖為圓心、以避雷線尖為圓心、hr為半徑作弧線,交于平行線的為半徑作弧線,交于平行線的A、B兩點。兩點。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 圖圖9-5 單根避雷線的保護范圍單根避雷線的保護范圍a)當)當2hrhhr時時 b)當)當h2hr時時電力工程基礎第電力工程基礎第9章章182022-1-28以以A、B為圓心、為圓心、hr為半徑作弧線,該兩弧線相交或相切,為半徑作弧線,該兩弧線相交或相切,并與地面相切。從該弧線起到地面止為避雷線的保護范圍。并
20、與地面相切。從該弧線起到地面止為避雷線的保護范圍。當當2hr hhr 時,保護范圍最高點的高度時,保護范圍最高點的高度h0按下式計算:按下式計算: hhhr 20避雷線在避雷線在hx高度的水平面上的保護寬度高度的水平面上的保護寬度bx按下式計算:按下式計算:)2()2(xrxrxhhhhhhb3. 避雷帶和避雷網避雷帶和避雷網 避雷帶和避雷網主要用于保護高層建筑免遭雷擊,通常避雷帶和避雷網主要用于保護高層建筑免遭雷擊,通常采用圓鋼或扁鋼焊接而成,并沿房屋邊緣或屋頂敷設。采用圓鋼或扁鋼焊接而成,并沿房屋邊緣或屋頂敷設。 注意:注意:圓鋼直徑不小于圓鋼直徑不小于8 mm,扁鋼截面不小于,扁鋼截面不
21、小于48mm2,厚度不小于,厚度不小于4 mm。當。當煙囪上采用避雷環時,圓鋼直徑不小于煙囪上采用避雷環時,圓鋼直徑不小于12 mm,扁鋼截面不小于,扁鋼截面不小于100mm2,厚度,厚度不小于不小于4 mm。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章192022-1-28四、變電所的防雷保護四、變電所的防雷保護1直擊雷的防護措施直擊雷的防護措施u 變電所應按一級防雷建筑物的標準進行防雷設計。變電所應按一級防雷建筑物的標準進行防雷設計。u變電所內的設備和建筑物通常采用獨立避雷針或避雷線進變電所內的設備和建筑物通常采用獨立避雷針或避雷線進行直擊雷防護行直擊雷防護 。u“
22、反擊反擊”現象:當避雷針(線)與附近設施之間的絕緣現象:當避雷針(線)與附近設施之間的絕緣距離不夠時,兩者之間會發生強烈的放電現象,這種情況距離不夠時,兩者之間會發生強烈的放電現象,這種情況稱為稱為“反擊反擊”。 為了防止反擊事故的發生,避雷針(線)與附近其他為了防止反擊事故的發生,避雷針(線)與附近其他金屬導體之間必須保持足夠的安全距離。金屬導體之間必須保持足夠的安全距離。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章202022-1-28獨立避雷針(線)及其引下線與其他金屬物體在空氣中獨立避雷針(線)及其引下線與其他金屬物體在空氣中的安全距離應滿足:的安全距離應滿足:
23、 xshhR1 . 03 . 0safS 獨立避雷針(線)的接地體與變電所獨立避雷針(線)的接地體與變電所接地網間的最小地中距離應滿足:接地網間的最小地中距離應滿足:式中,式中,Rsh為獨立避雷針(線)的沖擊接為獨立避雷針(線)的沖擊接地電阻地電阻;hx為被保護物的高度。為被保護物的高度。ESshR3 . 0 Ssaf一般不應小于一般不應小于5m。SE一般不應小于一般不應小于3m 。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章212022-1-28圖圖9-6 35110 kV變電所的進線保護方案變電所的進線保護方案2雷電侵入波的防護措施雷電侵入波的防護措施 變電所對于雷
24、電侵入波的過電壓保護是利用閥型避雷器變電所對于雷電侵入波的過電壓保護是利用閥型避雷器以及與閥型避雷器相配合的進線段保護。以及與閥型避雷器相配合的進線段保護。 u35110 kV變電所的防雷保護方案(圖變電所的防雷保護方案(圖9-6)在變電所在變電所12km進進線段架設避雷線,既線段架設避雷線,既可防護直擊雷,還可可防護直擊雷,還可以使感應雷過電壓產以使感應雷過電壓產生在生在12km以外。以外。為了降低雷電侵入波的幅為了降低雷電侵入波的幅值,在該線路進線段的首值,在該線路進線段的首端應裝設一組管型避雷器端應裝設一組管型避雷器FA1,且其工頻接地電阻,且其工頻接地電阻不宜超過不宜超過10。 在靠近
25、隔離開關或斷路器在靠近隔離開關或斷路器QF2處裝設一組管型避雷器處裝設一組管型避雷器FA2,以防止線路上的雷電,以防止線路上的雷電波侵入到隔離開關或斷路器波侵入到隔離開關或斷路器開路處時,由于反射而形成開路處時,由于反射而形成兩倍侵入波幅值的電壓,損兩倍侵入波幅值的電壓,損壞隔離開關或斷路器。壞隔離開關或斷路器。母線上裝設閥型避雷母線上裝設閥型避雷器器FA3,主要用于保護,主要用于保護變壓器、電壓互感器變壓器、電壓互感器等所有高壓電氣設備。等所有高壓電氣設備。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章222022-1-28圖圖9-7 伏秒特性的配合伏秒特性的配合1變壓
26、器的伏秒特性變壓器的伏秒特性 2閥型避雷器的伏秒特性閥型避雷器的伏秒特性 3管型避雷器的伏秒特性管型避雷器的伏秒特性 閥型避雷器與被保護主變壓器及電氣設備之間的最大電閥型避雷器與被保護主變壓器及電氣設備之間的最大電氣距離,必須保證它們的絕緣所能承受的沖擊耐壓值大于所氣距離,必須保證它們的絕緣所能承受的沖擊耐壓值大于所作用的過電壓(見表作用的過電壓(見表9-3)。)。u避雷器的伏秒特性及其與被保護設備的配合避雷器的伏秒特性及其與被保護設備的配合 伏秒特性:伏秒特性:指絕緣材料在不同幅值沖擊電壓作用下,其沖指絕緣材料在不同幅值沖擊電壓作用下,其沖擊放電電壓值與放電時間的函數關系,如圖擊放電電壓值與
27、放電時間的函數關系,如圖9-7所示。所示。1變壓器的伏秒特性變壓器的伏秒特性2閥型避雷器的伏秒特性閥型避雷器的伏秒特性3管型避雷器的伏秒特性管型避雷器的伏秒特性說明:說明:伏秒特性曲線的分伏秒特性曲線的分散性是由于伏秒特性試驗散性是由于伏秒特性試驗點的離散性造成的,所以點的離散性造成的,所以只能用一條有包絡線的帶只能用一條有包絡線的帶狀曲線來描述。帶線越寬,狀曲線來描述。帶線越寬,說明伏秒特性的分散性越說明伏秒特性的分散性越大,越不理想。大,越不理想。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章232022-1-28由圖由圖9-7可知:可知:管型避雷器的伏秒特性較陡,不
28、易和變壓器的絕緣相配合,管型避雷器的伏秒特性較陡,不易和變壓器的絕緣相配合,因此,管型避雷器主要用來保護線路的個別絕緣弱點和變電因此,管型避雷器主要用來保護線路的個別絕緣弱點和變電所的進線段。所的進線段。閥型避雷器的伏秒特性能與變壓器的絕緣較好地配合。閥型避雷器的伏秒特性能與變壓器的絕緣較好地配合。 u對于容量較小的對于容量較小的35kV變電所,可根據其重要性和雷電活動變電所,可根據其重要性和雷電活動情況,酌情簡化進線保護措施;對于有電纜進線段的架空線情況,酌情簡化進線保護措施;對于有電纜進線段的架空線路,避雷器應裝設在電纜頭附近,其接地端應和電纜金屬外路,避雷器應裝設在電纜頭附近,其接地端應
29、和電纜金屬外皮相連。皮相連。原因:原因:閥型避雷器的每個火花間隙均由兩個黃銅電極和一個云母墊圈組成,閥型避雷器的每個火花間隙均由兩個黃銅電極和一個云母墊圈組成,電極間距離小,電場比較均勻,改善了間隙的伏秒特性,使其伏秒特性變化電極間距離小,電場比較均勻,改善了間隙的伏秒特性,使其伏秒特性變化比較平緩。比較平緩。9.1 過電壓與防雷過電壓與防雷 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章242022-1-289.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地一、接地的有關概念一、接地的有關概念1接地裝置接地裝置接地:接地:電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接。電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接。接地體:
30、接地體:直接與大地接觸的金屬導體。直接與大地接觸的金屬導體。接地線:接地線:連接接地體與電氣設備接地部分的金屬導體。連接接地體與電氣設備接地部分的金屬導體。接地裝置:接地裝置:接地體與接地線接地體與接地線的總和,稱為接地裝置。的總和,稱為接地裝置。接地網:接地網:由若干個接地體在由若干個接地體在大地中相互用接地線連接起大地中相互用接地線連接起來的一個整體,稱為接地網,來的一個整體,稱為接地網,如圖如圖9-8所示。所示。圖圖9-8 接地網示意圖接地網示意圖1接地體接地體 2接地干線接地干線 3接地支線接地支線 4電氣設備電氣設備電力工程基礎第電力工程基礎第9章章252022-1-282地和對地電
31、壓地和對地電壓 當電氣設備發生接地故障時,當電氣設備發生接地故障時,接地電流接地電流IE通過接地體向大地作半通過接地體向大地作半球形散開,如圖球形散開,如圖9-9所示。所示。 電氣設備的接地部分與零電位電氣設備的接地部分與零電位地之間的電位差,稱為接地部分的地之間的電位差,稱為接地部分的對地電壓,用對地電壓,用UE表示。表示。 實踐證明:實踐證明:在距接地體在距接地體20m以外的以外的地方,散流電阻已趨近于零,也即地方,散流電阻已趨近于零,也即電位趨近于零。該電位等于零的地電位趨近于零。該電位等于零的地方稱為電氣上的方稱為電氣上的“地地”或或“大地大地”。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地
32、圖圖9-9 接地電流和對地電壓分布圖接地電流和對地電壓分布圖電力工程基礎第電力工程基礎第9章章262022-1-283. 接觸電壓和跨步電壓(圖接觸電壓和跨步電壓(圖9-10)接觸電壓:接觸電壓:當電氣設備發生接地故障時,人體觸及的電氣當電氣設備發生接地故障時,人體觸及的電氣設備和大地上任意兩點之間的電位差,稱為接觸電壓設備和大地上任意兩點之間的電位差,稱為接觸電壓Utou 。跨步電壓:跨步電壓:人在人在接地故障點附近行接地故障點附近行走時,兩腳之間的走時,兩腳之間的電位差,稱為跨步電位差,稱為跨步電壓電壓Ustep 。9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地圖圖9-10 接觸電壓和跨步電壓接觸電
33、壓和跨步電壓電力工程基礎第電力工程基礎第9章章272022-1-284. 接地電阻接地電阻流散電阻:流散電阻:接地體的對地電壓與通過接地體流入地中的接地體的對地電壓與通過接地體流入地中的電流之比,稱為流散電阻。電流之比,稱為流散電阻。接地電阻:接地電阻:電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之電氣設備接地部分的對地電壓與接地電流之比,稱為接地裝置的接地電阻。比,稱為接地裝置的接地電阻。工頻接地電阻:工頻接地電阻:工頻接地電流流經接地裝置所呈現的接工頻接地電流流經接地裝置所呈現的接地電阻,稱為工頻接地電阻,用地電阻,稱為工頻接地電阻,用RE表示;表示;沖擊接地電阻:沖擊接地電阻:雷電流流經接地裝置
34、所呈現的電阻,稱雷電流流經接地裝置所呈現的電阻,稱為沖擊接地電阻,用為沖擊接地電阻,用Rsh表示。表示。9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章282022-1-28二、接地的類型二、接地的類型p工作接地:工作接地:根據電力系統運行的需要,人為地將電力系統根據電力系統運行的需要,人為地將電力系統中性點或電氣設備的某一部分進行接地。中性點或電氣設備的某一部分進行接地。p保護接地:保護接地:為保證人身安全、防止觸電事故,將電氣設備為保證人身安全、防止觸電事故,將電氣設備的外露可導電部分與地作良好的連接。的外露可導電部分與地作良好的連接。 TN系統:系統: TN系統的電
35、源中性點直接接地,并引出有中性系統的電源中性點直接接地,并引出有中性線(線(N線)、保護線(線)、保護線(PE線)或保護中性線(線)或保護中性線(PEN線),電線),電氣設備的外露可導電部分與氣設備的外露可導電部分與PE線或線或PEN線相連。線相連。 TN-C系統:系統:系統中系統中N線與線與PE線合為一根線合為一根PEN線,所有設備線,所有設備的外露可導電部分均接的外露可導電部分均接PEN線,如圖線,如圖9-11a所示。所示。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章292022-1-28 TN-S系統:系統:系統中的系統中的N線與線與PE線完全分開,所有設備的
36、外線完全分開,所有設備的外露可導電部分均接露可導電部分均接PE線,如圖線,如圖9-11b所示。所示。TN-C-S系統:系統:系統中前面線系統中前面線路采用路采用TN-C系統,而后面線路系統,而后面線路部分或全部采用部分或全部采用TN-S系統,所系統,所有設備的外露可導電部分接有設備的外露可導電部分接PEN線或線或PE線,如圖線,如圖9-11c所示。所示。圖圖9-11 TN系統示意圖系統示意圖a)TN-C系統系統 b)TN-S系統系統 c)TN-C-S系統系統9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章302022-1-28TT系統:系統:TT系統的電源電源中性點直接接
37、地,系統中電氣系統的電源電源中性點直接接地,系統中電氣設備的外露可導電部分均經各自的設備的外露可導電部分均經各自的PE線分別直接接地,如圖線分別直接接地,如圖9-12所示。所示。IT系統:系統: IT系統的電源系統的中性點不接地或經高阻抗系統的電源系統的中性點不接地或經高阻抗(約(約1000)接地,系統中電氣設備的外露可導電部分均經各)接地,系統中電氣設備的外露可導電部分均經各自的自的PE線分別直接接地,如圖線分別直接接地,如圖9-13所示。所示。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地圖圖9-12 TT系統示意圖系統示意圖圖圖9-13 IT系統示意圖系統示意圖電力工程基礎第電力工程基礎第9章章
38、312022-1-28p重復接地:重復接地:在在TN系統中,為了避免系統中,為了避免PE線或線或PEN線斷開時線斷開時系統失去保護作用,除在電源中性點必須采用工作接地外,系統失去保護作用,除在電源中性點必須采用工作接地外,PE線或線或PEN線還應在下列地方重復接地:線還應在下列地方重復接地: 在架空線路末端及沿線每隔在架空線路末端及沿線每隔1 km處;處;在電纜和架空線路引入車間或其它大型建筑物處。在電纜和架空線路引入車間或其它大型建筑物處。 重復接地的作用可用圖重復接地的作用可用圖9-14說明。說明。 若沒有采取重復接地,當發生若沒有采取重復接地,當發生PE線或線或PEN線斷線,且在線斷線,
39、且在斷線的后面又有設備發生一相碰殼時,接在斷線后面的所有斷線的后面又有設備發生一相碰殼時,接在斷線后面的所有設備外殼上都將呈現接近于相電壓的對地電壓,這是很危險設備外殼上都將呈現接近于相電壓的對地電壓,這是很危險的。采取重復接地后,發生同樣故障時,設備外殼的對地電的。采取重復接地后,發生同樣故障時,設備外殼的對地電壓降低了,危險程度也大大降低了。壓降低了,危險程度也大大降低了。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章322022-1-28 因此應盡量避免因此應盡量避免PE線和線和PEN線的斷線事故,在線的斷線事故,在PE線和線和PEN線是一般不線是一般不允許裝設
40、開關或熔斷器允許裝設開關或熔斷器。EERR2UUEERER 2UEU 若若 ,則,則 。實際上,由于。實際上,由于 ,所,所以以 ,對人還是有危險的。,對人還是有危險的。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地圖圖9-14 重復接地的作用說明重復接地的作用說明a)無重復接地)無重復接地 b)有重復接地)有重復接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章332022-1-28三、接地裝置的裝設三、接地裝置的裝設p自然接地體:自然接地體:凡是與大地有可靠接觸的金屬導體,如埋入凡是與大地有可靠接觸的金屬導體,如埋入地下的金屬管道、建筑物的鋼結構和鋼筋、行車的鋼軌、電地下的金屬管道、建筑物的鋼結構和鋼筋、行車
41、的鋼軌、電纜金屬外皮等都可作為自然接地體。纜金屬外皮等都可作為自然接地體。p人工接地體:人工接地體:采用鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼等鋼材制成。采用鋼管、圓鋼、角鋼、扁鋼等鋼材制成。 垂直埋設的接地體:用垂直埋設的接地體:用3850mm的鋼管或的鋼管或40 40 4mm50505mm的角鋼。的角鋼。水平埋設的接地體:用水平埋設的接地體:用16mm的圓管或的圓管或404mm的扁鋼。的扁鋼。接地線:用接地線:用204mm404mm的扁鋼。的扁鋼。說明:說明:接地裝置由多根接地體組成,這些接地體可成排布置,也可接地裝置由多根接地體組成,這些接地體可成排布置,也可以環形布置。每根接地體長以環形布置。每根接地
42、體長2.5m左右,接地體之間的距離約左右,接地體之間的距離約5m,將,將各接地體打入地中后,用圓鋼或扁鋼連成一體。各接地體打入地中后,用圓鋼或扁鋼連成一體。p接地網的布置:接地網的布置:應使接地裝置附近的電位分布盡可能均勻,應使接地裝置附近的電位分布盡可能均勻,以降低接觸電壓和跨步電壓,保證人身安全。以降低接觸電壓和跨步電壓,保證人身安全。 9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章342022-1-28單根垂直接地體的接地電阻:單根垂直接地體的接地電阻: 四、接地電阻的計算四、接地電阻的計算u地電阻的最大允許值:見書中表地電阻的最大允許值:見書中表9-4。u自然接
43、地體接地電阻的計算:可查閱有關設計手冊。自然接地體接地電阻的計算:可查閱有關設計手冊。u人工接地體接地電阻的計算人工接地體接地電阻的計算KRE)1(n根并聯垂直接地體的接地電阻:根并聯垂直接地體的接地電阻: nRREE)1(9 . 0若若RE為允許最大值,則垂直接地體的根數為允許最大值,則垂直接地體的根數n為為 : EERRn)1(9 . 0K為各種接地體的簡為各種接地體的簡化計算系數;化計算系數;為土壤為土壤電阻率,分別查書中電阻率,分別查書中表表9-5和表和表9-6。當有當有n根垂直接地體并聯時,根垂直接地體并聯時,考慮屏蔽效應影響,引入考慮屏蔽效應影響,引入利用系數利用系數;考慮水平接地
44、考慮水平接地體的作用,垂直接地體可體的作用,垂直接地體可減少減少10%。 式中,式中,為接地體的利用系數,查書中表為接地體的利用系數,查書中表9-7和表和表9-8。9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章352022-1-28五、降低土壤電阻率的措施五、降低土壤電阻率的措施采用外引式接地裝置:采用外引式接地裝置:將接地體引至附近的水井、泉眼、將接地體引至附近的水井、泉眼、水溝、河邊、水庫邊、大樹下等土壤電阻率較低的地方,水溝、河邊、水庫邊、大樹下等土壤電阻率較低的地方,或者敷設水下接地網,以降低接地電阻。或者敷設水下接地網,以降低接地電阻。深埋地極法:深埋地極法:
45、如果地下較深處的土壤電阻率較低,可用深如果地下較深處的土壤電阻率較低,可用深埋式接地體。埋式接地體。換土法:換土法:用電阻率較低的土壤(如粘土、黑土等)替換原用電阻率較低的土壤(如粘土、黑土等)替換原有電阻率較高的土壤,置換范圍在接地體周圍有電阻率較高的土壤,置換范圍在接地體周圍0.5m以內和以內和接地體的接地體的1/3處。處。化學處理法:化學處理法:在接地體周圍加入低電阻率的減阻劑來增加在接地體周圍加入低電阻率的減阻劑來增加土壤的導電性,從而降低其接地電阻。土壤的導電性,從而降低其接地電阻。9.2 電氣裝置的接地電氣裝置的接地電力工程基礎第電力工程基礎第9章章362022-1-289.3 電
46、氣安全電氣安全 一、電氣安全的有關概念一、電氣安全的有關概念n電流對人體的作用電流對人體的作用傷害程度與電流大小的關系:傷害程度與電流大小的關系:通過人體的電流愈大,人體通過人體的電流愈大,人體的生理反應愈明顯,傷害愈嚴重。的生理反應愈明顯,傷害愈嚴重。感知電流:感知電流:指電流通過人體時可引起感覺的最小電流。感指電流通過人體時可引起感覺的最小電流。感知電流值與時間因素無關。知電流值與時間因素無關。擺脫電流:擺脫電流:指人在觸電后能夠自行擺脫帶電體的最大電流。指人在觸電后能夠自行擺脫帶電體的最大電流。擺脫電流值也與時間無關。擺脫電流值也與時間無關。室顫電流:室顫電流:指引起心室顫動的最小電流。
47、室顫電流與電流指引起心室顫動的最小電流。室顫電流與電流持續時間關系密切。持續時間關系密切。電力工程基礎第電力工程基礎第9章章372022-1-28 圖圖9-15是國際電工委員會(是國際電工委員會(IEC)提出的人體觸電時間)提出的人體觸電時間和通過人體電流(和通過人體電流(50Hz)對人身肌體反應的曲線。)對人身肌體反應的曲線。 我國一般采用我國一般采用30mA(50Hz)作為)作為安全電流值,但其觸安全電流值,但其觸電時間不得超過電時間不得超過1s,因此這安全電流值也因此這安全電流值也稱為稱為30mAs。9.3 電氣安全電氣安全 圖圖9-15 人體觸電時間和通過人體電流對人身肌體反應的曲線人
48、體觸電時間和通過人體電流對人身肌體反應的曲線傷害程度與電流持續時間的關系:傷害程度與電流持續時間的關系:通過人體電流的持續時通過人體電流的持續時間愈長,愈容易引起心室顫動,危險性就愈大。間愈長,愈容易引起心室顫動,危險性就愈大。電力工程基礎第電力工程基礎第9章章382022-1-28傷害程度與電流通經的關系:傷害程度與電流通經的關系: 電流通過心臟會引起心室顫動,電流較大時會使心臟停電流通過心臟會引起心室顫動,電流較大時會使心臟停止跳動;止跳動;電流通過中樞神經,會引起中樞神經嚴重失調而導致死電流通過中樞神經,會引起中樞神經嚴重失調而導致死亡;亡;電流通過頭部會使人昏迷,電流較大時會對腦組織產
49、生電流通過頭部會使人昏迷,電流較大時會對腦組織產生嚴重損壞而導致死亡;嚴重損壞而導致死亡;電流通過脊髓會使人癱瘓等。電流通過脊髓會使人癱瘓等。9.3 電氣安全電氣安全 傷害程度與電流種類的關系:傷害程度與電流種類的關系:直流電流、交流電流、高頻直流電流、交流電流、高頻電流、靜電電荷以及特殊波形電流對人體都有傷害作用,通電流、靜電電荷以及特殊波形電流對人體都有傷害作用,通常以常以5060Hz的工頻電流對人體的危害最為嚴重。的工頻電流對人體的危害最為嚴重。 電力工程基礎第電力工程基礎第9章章392022-1-28n人體電阻:人體電阻包括體內電阻和皮膚電阻。體內電阻人體電阻:人體電阻包括體內電阻和皮
50、膚電阻。體內電阻約約500,與接觸電壓有關。皮膚電阻較大,集中在角質層,與接觸電壓有關。皮膚電阻較大,集中在角質層,正常時可達正常時可達 。 541010皮膚的潮濕、多汗、有損傷等會降低人體電阻;皮膚的潮濕、多汗、有損傷等會降低人體電阻;通過電流加大,通電時間加長,會增加發熱出汗,也會降通過電流加大,通電時間加長,會增加發熱出汗,也會降低人體電阻;低人體電阻;接觸電壓增高,會擊穿角質層,也會降低人體電阻。接觸電壓增高,會擊穿角質層,也會降低人體電阻。一般情況下,人體電阻可按一般情況下,人體電阻可按10002000考慮。考慮。9.3 電氣安全電氣安全 n安全電壓:是指不致使人直接致死或致殘的電壓。它取決安全電壓:是指不致使人直接致死或致殘的電壓。它取決于人體允許的電流和人體電阻。于人體允許的電流和人體電阻。我國規定的安全電壓等級為:我國規定的安全電壓等級為:42V、36V、24V、12V和和6V。電力工程基礎第電力工程基礎第9章章402022-1
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