1、供電系統的保護接地與防雷第一節 供電系統的保護接地第二節 供電系統的防雷保護第一節 供電系統的保護接地 一、電流對人體的危害 電流對人體的傷害程度與通過人體電流的強度、持續時間、頻率、路徑及人體健康狀況等因素有關。電流大小不同，引起人體的生理、病理效應不同。我國規定觸電時間不超過1s的安全電流為30mA(50Hz) 。一般情況下通過人體的工頻電流超過50mA時，心臟就會停止跳動，發生昏迷，并出現致命的電燒傷。工頻100mA電流通過人體時，很快使人致命。 圖5-1 是人體觸電時間與通過人體電流對人身機體反應的曲線 二、接地和接地裝置 1接地的基本概念 電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，

2、稱為接地。接地裝置是由接地體和接地線兩部分組成的。埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體或接地極。接地體與電氣設備的金屬外殼之間的連接線，稱為接地線。由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網。 接地電流、對地電壓及接地電流電位分布曲線 當電氣設備發生接地故障時，電流就通過接地體向大地作半球形散開，這一電流稱為接地電流IE。試驗表明，在距單根接地體或接地故障點20m左右的地方，實際上散流電阻已趨近于零，電位為零的地方，稱為電氣上的“地”或“大地”。電氣設備的接地部分與零電位的“地”（大地）之間的電位差，就稱為接地部分的對地電壓，如圖中的UE。 2接地裝置的散流效應

3、跨步電壓和接觸電壓示意圖 接觸電壓是指設備的絕緣損壞時，在身體可同時觸及的兩部分之間出現的電位差。跨步電壓是指在故障點附近行走，兩腳之間出現的電位差 3接地電阻的組成及電力系統對接地電阻的要求 a) 土壤電阻:土壤電阻的大小用土壤電阻率表示。土壤電阻率就是 體積為一立方厘米的正立方體土壤的電阻值。 b) 接地線:自然接地線包括建筑物的金屬結構，生產用的金屬構架如吊車軌道、配電裝置外殼，布線的鋼管，電纜外皮以及非可燃和爆炸危險的工業管道等。 c) 接地極 :自然接地極主要有：地下水管道，非可燃、非爆炸性液、氣金屬管道；建筑物和構筑物的金屬結構和電纜外皮。 （2）電力系統對接地電阻的要求電力系統在

4、不同情況下對接地電阻的要求是不同的。具體內容見表5-3 （1）決定接地電阻的因素 4工頻接地電阻的計算 不同類型的單個接地極的接地電阻計算公式，在設計手冊中均有介紹，讀者可根據需要參考有關設計手冊 。在實際的供電系統設計中，往往單個接地極的接地電阻不能滿足某些系統對接地電阻的要求，因此，必須將數根接地極進行并聯成組。 人工接地極(以鋼管為例)單根電阻（） 接地極的根數 接地極組的利用系數，根據接地極布置情況，根數及其間距而定；設計時可查閱相關設計手冊 人工接地極組的總電阻值（）組合接地極是用扁鋼連接的 長度為z的扁鋼考慮利用系數時的電阻值（）長度為z的扁鋼，未考慮利用系數影響前的電阻值（）扁鋼

5、的利用系數。設計時可查閱相關設計手冊。人工接地網的總接地電阻 人工接地極組的總電阻為 鋼管數扁鋼 5. 沖擊接地電阻的計算 沖擊接地電阻 沖擊接地電阻（）接地體的沖擊系數 工頻接地電阻（） 三、保護接地 為保證人體觸及意外帶電的電氣設備時的人身安全，而將電氣設備的金屬外殼進行接地即為保護接地（又稱安全接地）。工作接地是為保證電力系統和電氣設備達到正常工作要求而進行的一種接地，例如電源中性點的接地等。依據低壓配電系統的對地關系、電氣設備（或裝置）的外露可導電部分的對地關系以及整個系統的中性線（neutral wire，簡寫N線）與保護線（protective wire，簡寫PE線）的組合情況，低

6、壓配電系統接地型式有IT系統、TT系統和TN系統（包括TN-C、TN-S、TN-C-S系統）共5種。 第1個字母表示系統電源端與地的關系； T表示電源端有一點直接接地； I表示電源端所有帶電部分不接地或經消弧線圈 (或阻抗)接地。第2個字母表示系統中的電氣設備(或裝置)外露可導電部分與地的關系；T表示電氣設備(或裝置)外露可導電部分與大地有直接的電氣連接；N表示電氣設備(或裝置)外露可導電部分與配電系統的中性點有直接的電氣連接。 第2個字母后的字母：表示系統的中性線和保護線的組合關系；C表示整個系統中性線與保護線共用； S表示整個系統中性線與保護線是分開的；CS表示系統中有一部分中性線與保護線

7、是共用的。1、 IT系統 電源小電流接地系統的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分直接經接地體接地。10KV供電線路及煤礦井下660V,380V配電線路均為IT系統。煤安規程規定井下嚴禁中性點直接接地變壓器供電。電氣設備的保護接地（IT系統） 以井下660/380系統為例，不采取接地保護時人體接觸漏電設備時通過人體的漏電流約為154ma，采取接地保護后人體接觸漏電設備通過的漏電流約0.8ma，因此應采取接地保護及漏電保護來保證人身安全。2、 TT系統 配電系統的中性線N引出，但電氣設備的不帶電金屬部分經各自的接地裝置直接接地 TT系統 以380/220V系統為例，TT系統中設備外殼不采取接地

8、保護發生人體觸電時流過人體的電流約120ma，采取接地保護后通過人體的觸電電流約為65ma，因此TT系統設備接地只是降低了人體觸及帶電設備的危險程度，也不足以將人體觸及帶電設備通過人體的電流降低到30ma的安全值以下，因此采用TT系統必須在電源開關處加裝漏電保護或者使設備接地電阻降至0.5歐以下。3.TN系統 四、共同接地與重復接地 1、共同接地 要想用簡單可靠的方法保證安全，就應當采取共同接地的方式(見圖5-9)。這樣就可以將兩相分別接地短路變成相間短路，迅速使保護裝置動作。 圖5-9 共同接地 2、重復接地 同一低壓系統中，不能有的采取保護接地，有的又采取保護接零，否則當采取保護接地的設備

9、發生單相接地故障時，采取保護接零的設備外露可導電部分將帶上危險的電壓。中性點不接地系統中的設備不允許采用保護接零。因為任一設備發生碰殼時都將使所有設備外殼上出現近于相電壓的對地電壓，這是十分危險的。在中性線上不允許安裝熔斷器和開關，以防中性線斷線，失去保護接零的作用，為安全起見，中性線還必須實行重復接地，以保證接零保護的可靠性。 在中性點直接接地的低壓電力網中采用接零時，將零線上的一點或多點再次與大地作金屬性連接，稱為重復接地。 重復接地可在系統中發生碰殼短路時降低零線的對地電壓，減輕觸電的危險。當采用保護接零而零線斷裂時，如果在斷線后的電力設備有一相碰殼，則后面的零線會帶上相電壓，造成危險。

10、采用了重復接地后，接在斷裂處后面的所有電氣設備外殼上的對地電壓UE U，危險程度降低。 五、漏電保護器的應用 漏電保護（又稱剩余電流保護）是從泄漏電流，人體觸電等非金屬性單相接地故障考慮，用來保護人身及設備安全的一種保護方式。 漏電保護器的類型按其工作原理可分為電壓動作型、電流動作型、電壓電流動作型、交流脈沖型和直流動作型等。由于電流動作型的檢測特性較好，既可作全系統的總保護，也可作各干線、支線的分級保護，所以是目前應用較為普遍的一種。 電流動作型漏電保護器主要由零序電流互感器、脫扣機構及主開關組成。零序電流互感器是一個檢測元件，可以安裝在變壓器中性點與接地板之間，構成全網總保護，也可安裝在干

11、線或分支線上，構成干線或分支線保護。如圖5-13所示。圖5-13 電流動作型漏電保護器工作原理圖 a)全網總保護 b)支干線保護 干線或分支線回路的漏電保護工作原理可用圖5-14來說明。 圖5-14 干線回路漏電保護工作原理 (1)漏電保護用于TN系統中，從使用漏電保護裝置的地點起，TNC系統應改用TNS系統，即保護線不再用作中性線，使整體成為TNCS系統。 (2)漏電保護應用于TT系統中，可以降低對設備接地電阻值的要求。但是裝設漏電保護和不裝漏電保護的設備不能共用一個接地裝置。 第二節 供電系統的防雷保護 過電壓內部過電壓 外部過電壓 （雷電過電壓 ）直擊雷擊感應雷擊 雷電波侵入 一、過電壓

12、與雷電的有關概念（一）過電壓的形式 操作過電壓諧振過電壓等 （二）雷電流的產生、幅值與陡度 異性帶電雷云間的放電就是通常所說的閃電。 雷電流是一個陡度很高、幅值很大的沖擊波電流。 對電力系統的電氣設備來說，雷電流的陡度越大，在負載電感L上產生的過電壓也越大，對絕緣的破壞性也就越嚴重。 雷云對地或架空線路的放電就會造成雷電流。 雷電沖擊波具有波的傳導特性。輸電線路受到雷擊后，產生的雷電沖擊波會向輸電線路兩側流動傳播，雷電波在傳導過程中到達結點后，還會發生折射和反射現象。 傳播速度 雷電波沿架空線傳播的速度與光速（3108m/s）相同，而在電纜中傳播的速度約為上值的1/21/3。波阻抗 波阻抗表征

13、的是沿導線傳播的電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動態關系 ，與線路長度無關。 （三）雷電沖擊波的基本特性 雷電入射波到達線路末端結點處會發生全反射，線路的開路末端電壓將增大至雷電行波電壓的2倍，嚴重威脅線路的絕緣安全，必須設置避雷器等防雷保護措施。 二、防雷裝置 防雷設備由接閃器、引下線、接地裝置等組成。接閃器是專門用來接受直接雷擊的金屬物體。接閃器包括金屬桿狀的避雷針，金屬線狀的避雷線，金屬帶狀或網狀的避雷帶、避雷網等。 避雷針的作用是引雷。1.避雷針 避雷針是防止直擊雷的有效措施。一定高度的避雷針（線）下面，有一個安全區域，此區域內的物體基本上不受雷擊。我們把這個安全區域叫做避雷針的保護范圍。

14、 避雷針的保護范圍用“滾球法”來確定。 當避雷針高度為h時，如hhr，地面上的保護半徑r0為 單支避雷針的保護范圍 高度為hx的平面xx上的保護半徑rx為 避雷針接地必須良好，接地電阻不宜超過10 ； 35kV及以下變配電所的避雷針應單獨裝設支架，避雷針與被保護設備之間的空氣距離不小于5m； 獨立避雷針應有自己專用的接地裝置，接地裝置與變配電所接地網間的地中距離不應小于3m； 避雷針及接地裝置與道路入口等的距離不小于3m。 “折線法” 現行電力行業標準DL/T6201997規定，用于變配電所和電力線路的防雷保護時，避雷針、線的保護范圍按“折線法”來確定。 2.避雷線 避雷線的接閃原理與避雷針類

15、似。 避雷器是用來防止線路的感應雷及沿線路侵入的過電壓波對變電所內的電氣設備造成的損害。它一般接于各段母線與架空線的進出口處，裝在被保護設備的電源側，與被保護設備并聯 避雷器的連接 3.避雷器 避雷器管形避雷器閥形避雷器金屬氧化物避雷器 管型避雷器 管型避雷器主要用于變配電所的進線保護和線路絕緣弱點的保護，保護性能較好的管型避雷器可用于保護配電變壓器。 管型避雷器結構示意圖1產氣管；2膠木管；3棒形電極；4環形電極；5動作指示器；s1內間隙；s2外間隙 閥型避雷器 由火花間隙和閥片組成，裝在密封的磁套管內。閥型避雷器的火花間隙組是由多個單間隙串聯組成的。正常運行時，間隙介質處于絕緣狀態，僅有極

16、小的泄漏電流通過閥片。當系統出現雷電過電壓時，火花間隙很快被擊穿，使雷電沖擊電流很容易通過閥性電阻而引入大地。閥片在大的沖擊電流下電阻由高變低，所以沖擊電流在其上產生的壓降（殘壓）較低，此時，作用在被保護設備上的電壓只是避雷器的殘壓，從而使電氣設備得到了保護。 金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器又稱壓敏避雷器。它是一種沒有火花間隙只有壓敏電阻片的閥型避雷器。壓敏電阻片是氧化鋅等金屬氧化物燒結而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工頻電壓下，它具有極大的電阻，能迅速有效地阻斷工頻電流，因此不需要火花間隙來熄滅由工頻續流引起的電弧；在雷電過電壓作用下，其電阻變得很小，能很好地泄放雷電流。

17、具有無間隙、無續流、殘壓低、體積小等優點而被廣泛應用 。三、供電系統的防雷措施戶外變配電所中，一般采用避雷針作為直擊雷的防護裝置，并要求所有被保護的電氣設備和建筑物均應處于避雷針的保護范圍之內。變配電所中一般需要通過裝設閥式避雷器或氧化鋅避雷器對變壓器進行雷電侵入波的防護。避雷器的選擇，必須使其伏秒特性與變壓器伏秒特性合理配合，并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。避雷器應盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應與變壓器低壓側接地中性線及金屬外殼連在一起接地。 （1）架空線的防雷措施 用戶供電系統是電力系統的負荷末端，具有以下特點： 1) 一般架空線路都在35kV以下，是中性點不接

18、地系統，當雷擊桿頂對一相導線放電時，工頻接地電流很小，不會引起線路的跳閘。 2) 配電網路一般不長，同時架空線路多受建筑物和樹木的屏蔽，遭受雷擊的機會比較少。 3) 對于有重要負荷的供電系統，采用雙電源供電或自動重合閘裝置，可以減輕雷害事故的影響。（1）架空線的防雷措施 用戶供電系統35kV架空線路的防雷一般可采用以下措施： 1) 增加架空線絕緣子個數，采用較高等級的絕緣子，或頂相用針式而下面兩相改用懸式絕緣子，提高反擊電壓水平。 2) 部分架空線裝設避雷線。 3) 改進桿塔結構，譬如當應力允許時，可以采用瓷橫擔等。 4) 減小接地電阻以及采用拉線減少桿塔電感。 5) 采用電纜供電。 對于610kV架空線，一般比35kV線路高度低，不需裝設避雷線，防雷方式可利用鋼筋混凝土桿的自然接地，必要時也可采用雙電源供電和自動重合閘。 （2）變電所的防雷 對直擊雷和線路侵入沖擊波的防護應考慮： (1) 獨立避雷針受雷擊時的高電位對附近設施的反擊和電磁感應 圖5-27 獨立避雷針與附近設施的最小距離 規程規定sk不小于5m。 (2) 對線路侵入雷電沖擊波的防護 雷擊線路導線時，沿導線就有雷電沖擊波流動，從而會傳到變電所。變電所中最重要、價格最昂貴、絕緣最薄弱的就是變壓器，因此需要在變壓器附近電源側設置避雷器。避雷器應盡量靠近變壓器。若避雷器離開變壓器有一定距離