第七章供電系統(tǒng)的防雷與接地7.1供電系統(tǒng)的防雷7.2供電系統(tǒng)的接地2023/3/18第一節(jié)供電系統(tǒng)的防雷過(guò)電壓雷電流是一個(gè)陡度很高、幅值很大的沖擊波電流。

內(nèi)部過(guò)電壓

外部過(guò)電壓包括操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等

雷電過(guò)電壓直擊雷擊感應(yīng)雷擊雷電波侵入對(duì)電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，雷電流的陡度越大，在負(fù)載電感L上產(chǎn)生的過(guò)電壓也越大，對(duì)絕緣的破壞性也就越嚴(yán)重。2023/3/18一、雷電沖擊波的基本特性

雷電沖擊波具有波的傳導(dǎo)特性。輸電線路受到雷擊后，產(chǎn)生的雷電沖擊波會(huì)向輸電線路兩側(cè)流動(dòng)傳播，雷電波在傳導(dǎo)過(guò)程中到達(dá)結(jié)點(diǎn)后，還會(huì)發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。

傳播速度

雷電波沿架空線傳播的速度與光速（3×108m/s）相同，而在電纜中傳播的速度約為上值的1/2～1/3。波阻抗波阻抗表征的是沿導(dǎo)線傳播的電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。

雷電入射波到達(dá)線路末端結(jié)點(diǎn)處會(huì)發(fā)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(yán)重威脅線路的絕緣安全，必須設(shè)置避雷器等防雷保護(hù)措施。

變電所常采用一段100～200m的進(jìn)線電纜，以達(dá)到降低行波陡度的效果。2023/3/18“折線法”二、防雷裝置

1.避雷針

避雷針的作用是引雷。保護(hù)范圍按“折線法”（對(duì)電氣設(shè)備）或“滾球法”（對(duì)建筑物）來(lái)確定。

“滾球法”2023/3/18續(xù)上頁(yè)2.避雷線

避雷線的接閃原理與避雷針相同。3.避雷帶與避雷網(wǎng)

雷電最可能襲擊建筑物的屋頂和突出部分。因而，高層建筑一般在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬避雷帶防雷。此外，還在屋面上鋪設(shè)金屬線制成的避雷網(wǎng)。4.避雷器避雷器的作用是防止雷電過(guò)電壓沿輸電線路侵入變電所或其它建筑物，危害電氣設(shè)備的絕緣。閥電阻特性閥式避雷器管型避雷器和保護(hù)間隙金屬氧化物避雷器在工頻電壓下，金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)極高電阻，能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流，無(wú)需火花間隙來(lái)熄滅由工頻續(xù)流引起的電??；而當(dāng)雷電過(guò)電壓的作用下，其電阻變?yōu)楹苄?，能較好地泄放雷電流。2023/3/18三、供電系統(tǒng)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(hù)裝置，并要求所有被保護(hù)的電氣設(shè)備和建筑物均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。需要指出，避雷針若與附近的建筑物或電氣設(shè)備距離較近時(shí)，受到雷擊后，其極高的電位，會(huì)對(duì)這些附近設(shè)施放電，這種現(xiàn)象稱為反擊。為防止反擊事故的發(fā)生，避雷針與被保護(hù)的建筑物和電氣設(shè)施應(yīng)保持一定的安全距離，工程上，安全距離應(yīng)大于5m。變配電所中一般需要通過(guò)裝設(shè)閥式避雷器或氧化鋅避雷器對(duì)變壓器進(jìn)行雷電侵入波的防護(hù)。避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地中性線及金屬外殼連在一起接地。

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。2023/3/18續(xù)上頁(yè)35kV變電所常見(jiàn)防雷保護(hù)10kV變電所常見(jiàn)防雷保護(hù)2023/3/18四、建筑物的綜合防雷措施建筑物防雷工程是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體綜合考慮。建筑物按綜合防雷措施設(shè)置的防雷系統(tǒng)方框圖如下圖所示。2023/3/18續(xù)上頁(yè)由雷電侵入波或雷擊電磁脈沖導(dǎo)致各種線路上出現(xiàn)的過(guò)電流和過(guò)電壓稱為電涌（surge）。

電涌保護(hù)器（代號(hào)SPD）的作用是在電涌沖擊發(fā)生時(shí)迅速動(dòng)作，將電涌電流引入大地而不在被保護(hù)的設(shè)備端口殘留很大的共模電壓，當(dāng)電涌沖擊衰減后又自動(dòng)恢復(fù)初始態(tài)不影響被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行，并準(zhǔn)備接受下一個(gè)電涌沖擊。由于雷電沖擊能量巨大，因此對(duì)信息系統(tǒng)的電源保護(hù)，從外部總配電室到內(nèi)部對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電，要分多級(jí)進(jìn)行，才能將雷電的能量降到設(shè)備所能承受的水平。電涌保護(hù)器在TN-S系統(tǒng)中的分級(jí)安裝見(jiàn)下圖所示。2023/3/18第二節(jié)供電系統(tǒng)的接地

（一）接地與接地裝置

接地是指電氣設(shè)備為達(dá)到安全和功能需要為目的，將其某一部分與大地之間作良好的電氣連接。1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設(shè)備5-連接扁鋼

接地裝置示意圖埋入地中并與土壤作良好接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體或稱接地極。

人工接地體接地體自然接地體典型的接地裝置如圖所示。

一、接地概念2023/3/18續(xù)上頁(yè)（二）接地電電流與對(duì)地電壓壓電氣設(shè)備在發(fā)生生接地故障時(shí)，，電流將通過(guò)接接地體以半球形形向大地中散開開，如圖所示。。1-接地體2-流散電場(chǎng)3-接地電流的地中電位分布接地電流、對(duì)地電壓及接地電流電位分布圖

在距離接地體越越遠(yuǎn)的地方，半半球的球面積越越大，其散流電電阻越小，相對(duì)對(duì)于接地點(diǎn)處的的電位就越低。。電氣設(shè)備的接地地部分，如：接接地的外露可導(dǎo)導(dǎo)電部分和接地地體等，與零電電位的“大地””之間的電位差差，稱為接地部部分的對(duì)地電壓壓。2023/3/15續(xù)上頁(yè)（三）接接地類型型1.功功能性接接地為保證電電力系統(tǒng)統(tǒng)和電氣氣設(shè)備達(dá)達(dá)到正常常工作要要求而進(jìn)進(jìn)行的接接地，例例如電源源中性點(diǎn)點(diǎn)的直接接接地或或經(jīng)消弧弧線圈等等的接地地，又稱稱工作接接地。2.保保護(hù)性接接地為了保證證電網(wǎng)故故障時(shí)人人身和設(shè)設(shè)備的安安全而進(jìn)進(jìn)行的接接地。包包括：3.功功能性與與保護(hù)性性合一的的接地(如屏蔽蔽接地)安全保護(hù)接地過(guò)電壓保護(hù)接地防靜電接地為防止由由帶電導(dǎo)導(dǎo)體的絕絕緣損壞壞所造成成人體受受到間接接電擊，，而將電電氣設(shè)備備的外露露可導(dǎo)電電部分進(jìn)進(jìn)行的接接地。為防止過(guò)過(guò)電壓對(duì)對(duì)電氣設(shè)設(shè)備和人人身安全全的危害害而進(jìn)行行的接地地，如防防雷接地地。為了消除除靜電對(duì)對(duì)電氣設(shè)設(shè)備和人人身安全全的危害害而進(jìn)行行的接地地。2023/3/15二、接地地電阻及及其計(jì)算算（一）接地電阻阻接地電阻阻是指接接地體的的流散電電阻與接接地線、、接地體體電阻的的總和。。接地電電阻主要要是接地地體的流流散電阻阻，接地地電阻與與土壤的的電阻率率有關(guān)。。工頻接地地電流流流經(jīng)接地地裝置所所呈現(xiàn)的的接地電電阻，稱稱為工頻頻接地電電阻。雷雷電流流流經(jīng)接地地裝置所所呈現(xiàn)的的接地電電阻，稱稱為沖擊擊接地電電阻。（二）工頻接地地電阻的的計(jì)算電力系統(tǒng)統(tǒng)的不同同接地裝裝置對(duì)接接地電阻阻的要求求是不同同的。詳詳見(jiàn)相關(guān)關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。。單根垂直直式人工工接地體體多根垂直直式人工工接地體體為接地體的利用系數(shù)，考慮了接地體之間存在電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。2023/3/15例題：某10/0.4kV車間變電電所，主主變壓器器容量為為800kVA，，采用Dyn11聯(lián)結(jié)。已已知接于于10kV側(cè)的架空空線路長(zhǎng)長(zhǎng)100km，電纜線路路長(zhǎng)10km。當(dāng)?shù)赝临|(zhì)質(zhì)為砂質(zhì)質(zhì)粘土。。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)測(cè)定，，可利用用的自然然接地體體電阻為為60Ω。已知流過(guò)過(guò)接地線線的低壓壓側(cè)單相相接地短短路電流流為10kA，短路存在在時(shí)間0.4s。試確定該該變電所所的共用用人工接接地裝置置。解：1）確定該變電所的接地電阻允許值：

此變電所所10kV側(cè)屬小電電流接地地系統(tǒng)，，其接地地電流可可近似估估算：此變電所所共用接接地裝置置的接地地電阻應(yīng)應(yīng)同時(shí)滿滿足：2）已知可利用的自然接地體電阻。

2023/3/15續(xù)上頁(yè)4）人工接地地體的初步敷敷設(shè)方案：擬選用直徑50mm，長(zhǎng)2.5m的鋼管接地體體，沿變電所所四周，距墻墻腳2.5~3m，每隔5m打入一根鋼管管，各鋼管接接地體之間用用40×4mm2的扁鋼連接構(gòu)構(gòu)成一個(gè)接地地網(wǎng)。3）顯然，。需要補(bǔ)充人工接地體。人工接地體所需總電阻：

5）單根人工接地體鋼管的接地電阻：可得砂質(zhì)粘土的土壤電阻率，則

2023/3/15續(xù)上頁(yè)為使得接地體體均勻?qū)ΨQ，，可按偶數(shù)布布置接地體。。選用10或或12根直徑徑50mm，長(zhǎng)2.5m的鋼管作接地地體，并用40×4mm2的扁鋼連接，，呈環(huán)形布置置。7）校驗(yàn)接地地線的短路熱熱穩(wěn)定：實(shí)際接地線截截面為40××4＝160mm2大于90.4mm2，短路熱穩(wěn)定條條件合格。鋼質(zhì)接地線熱熱穩(wěn)定系數(shù)C=70，則接地線的最最小截面應(yīng)符符合：根據(jù)，考慮到管間的屏蔽效應(yīng)，初步選定為10根。以和n＝10查附錄表，取，則6）人工接地地裝置需用的的鋼管數(shù)量和和最終的接地地方案：2023/3/15三、等電位聯(lián)聯(lián)結(jié)（一）等電位位聯(lián)結(jié)概念等電位聯(lián)結(jié)是是使建筑物電電氣裝置的各各外露可導(dǎo)電電部分與電氣氣裝置外的其其它金屬可導(dǎo)導(dǎo)電部分進(jìn)行行電位基本相相等的電氣連連接。作用于全建筑筑物，在每一一電源進(jìn)線處處，利用聯(lián)結(jié)結(jié)干線將保護(hù)護(hù)線、接地線線的總接線端端子與建筑物物內(nèi)電氣裝置置外的可導(dǎo)電電部分（如：：進(jìn)出建筑物物的金屬管道道、建筑物的的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件等）連接接成一體。指在局部范圍圍內(nèi)設(shè)置的等等電位聯(lián)結(jié)，，一般在TN系統(tǒng)中，當(dāng)配配電線路阻抗抗過(guò)大、保護(hù)護(hù)動(dòng)作時(shí)間超超過(guò)規(guī)定允許許值時(shí)或?yàn)闈M滿足防電擊的的特殊要求時(shí)時(shí)，需作局部部等電位聯(lián)結(jié)結(jié)。指在伸臂范圍圍內(nèi)的某些外外露可導(dǎo)電部部分與裝置外外可導(dǎo)電部分分之間所作的的等電位聯(lián)結(jié)結(jié)?？偟入娢宦?lián)結(jié)（MEB）局