電氣防雷與接地第五章3623635－1大氣過電壓5－2防雷裝置5－3防雷措施5－4電氣設備接地5－１

大氣過電壓364學習目標了解大氣過電壓的含義、分類和危害。365過電壓是指在電氣線路或電氣設備上出現(xiàn)的超過正常工作電壓的、對絕緣有危害的異常電壓。過電壓按產(chǎn)生的原因不同，分為內部過電壓和雷電過電壓兩大類。內部過電壓是指由于電力系統(tǒng)本身的開關操作、負荷變化或發(fā)生故障等，系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變而引起的過電壓。雷電過電壓又稱大氣過電壓，是由于電力系統(tǒng)中的設備、線路或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。366一、直擊雷過電壓雷云直接對輸電線路或電氣設備放電，強大的雷電流通過輸電線路或電氣設備時引起過電壓，從而產(chǎn)生破壞性很大的熱效應和機械效應，稱為直擊雷過電壓，如圖所示。367直擊雷過電壓示意圖a）積云b）放電二、感應雷過電壓雷云不是直接擊于輸電線路或電氣設備上，而是由雷云對輸電線路或電氣設備的靜電感應所產(chǎn)生的過電壓，稱為感應雷過電壓。如圖所示，雷云出現(xiàn)在架空線路上方時，線路上由于靜電感應而積聚大量被束縛住的異性電荷。如圖所示，雷云對地放電或對其他異性雷云中和放電后，線路上的電荷被釋放而形成自由電荷，向線路兩端泄放，形成電位很高的過電壓。368感應雷過電壓的形成a）雷云在線路上方時b）

雷云對地（或其他雷云）放電后三、雷電波侵入直擊雷或感應雷會產(chǎn)生的高電位的電磁波稱為雷電波，雷電波會沿架空線或金屬管道侵入變配電所或用戶設備而造成危害。據(jù)統(tǒng)計，在工廠變配電系統(tǒng)中，由于雷電波侵入而造成的雷害事故，占所有雷害事故的50%以上。因此，對其防護應予以足夠的重視。3695－２防雷裝置370學習目標1.了解接閃器的分類及作用。2.了解避雷器的分類及其不同的應用場所。371由于雷電總是發(fā)生在地面上的凸出物體處，因此如果將一物體放置在高于被保護物體處，雷電到來時便會擊中該物體，從而使被保護物體免于雷擊。防雷裝置一般都是根據(jù)這一原理工作的。位于頂部，利用其高出被保護物的凸出地位把雷電引向自身，承接直擊雷放電的金屬裝置就是接閃器。接閃器承接雷擊放電后，通過引下線將雷云中的電荷引至接地裝置，人為地給雷云創(chuàng)造一條放電通路，將電流導入大地。引下線采用圓鋼或扁鋼，沿建筑物外墻明敷，經(jīng)最短路徑接地。接閃器有多種類型。接閃的金屬桿稱為接閃桿，接閃的金屬線稱為接閃線（或架空地線），接閃的金屬帶稱為接閃帶，接閃的金屬網(wǎng)稱為接閃網(wǎng)。372一、接閃桿、接閃線、接閃帶和接閃網(wǎng)1.接閃桿如圖所示，接閃桿（也稱避雷針）采用鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成，供各種鐵塔、油罐、煙囪及高層建筑物等安裝使用。373接閃桿2.接閃線如圖所示，接閃線（也稱避雷線）的功能和原理與接閃桿基本相同，保護架空線路或其他物體免遭直接雷擊。374接閃線3.接閃帶如圖所示，接閃帶（也稱避雷帶）為建筑物的屋脊和屋頂四周敷設的接地導體，是由接閃桿、接閃線發(fā)展而來的，多是用圓鋼（直徑不小于8mm）或扁鋼（截面不小于48mm2）做成的條形長帶。高層樓宇的接閃帶多沿屋脊、山墻、通風管道及平屋頂?shù)倪呇氐鹊胤椒笤O。375接閃帶4.接閃網(wǎng)如圖所示，接閃網(wǎng)（也稱避雷網(wǎng)）也主要用來保護建筑物特別是高層建筑物，使它們免遭直接雷擊或感應雷擊，分為明網(wǎng)和暗網(wǎng)。376接閃網(wǎng)二、避雷器避雷器用來防止雷電過電壓波沿線路侵入變配電所或其他建筑物而危及被保護設備的絕緣，或防止雷電電磁脈沖對電子信息系統(tǒng)的電磁干擾，廣泛應用于發(fā)電、輸變電、配電系統(tǒng)中。避雷器與被保護設備或設施并聯(lián)，并且安裝在被保護設備的電源側，如圖所示。377避雷器的連接1.閥型避雷器閥型避雷器如圖所示，由裝在密封瓷套管中的火花間隙和閥片（非線性電阻）串聯(lián)組成。閥型避雷器上端與導線相連接，下端與接地體相連接，結構如圖所示。378閥型避雷器379閥型避雷器的結構a）FS系列b）FZ系列1—上接線端2—火花間隙3—云母片4—瓷套管5—閥片6—下接線端7—火花間隙8—閥片9—瓷套管10—云母片11—分路電阻器2.管型避雷器管型避雷器又稱排氣式避雷器，由產(chǎn)氣管、內部間隙和外部間隙三部分組成，如圖所示。產(chǎn)氣管由纖維、有機玻璃或塑料制成，內部間隙裝在產(chǎn)氣管內，一個電極為棒形，另一個電極為環(huán)形。管型避雷器是一種滅弧能力很強的保護間隙。380管型避雷器a）實物圖b）

結構示意圖1—產(chǎn)氣管2—棒形電極3—環(huán)形電極4—接地支座5—管口6—線路s1—外部間隙s2—內部間隙3.保護間隙保護間隙又稱角型避雷器，是最為簡單、經(jīng)濟的防雷設備，結構十分簡單。常見的三種保護間隙如圖所示。其中一個電極接于線路，另一個電極接地。當線路中侵入雷電波引起過電壓時，間隙擊穿放電，將雷電流泄入大地。381常見的三種保護間隙a）

雙支持絕緣子單間隙b）單支持絕緣子單間隙c）

雙支持絕緣子雙間隙s—保護間隙s1—主間隙s2—輔助間隙保護間隙的保護性能差、滅弧能力小，只用于室外不重要的架空線路。如圖所示為變壓器中性點保護間隙裝置。382變壓器中性點保護間隙裝置4.金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器如圖所示。金屬氧化物避雷器按有無火花間隙分為兩種類型，一種是無火花間隙、只有壓敏電阻片的避雷器，比較常見；另一種是有火花間隙并有金屬氧化物電阻片的避雷器，它是普通閥型避雷器的換代產(chǎn)品。金屬氧化物避雷器具有無間隙、無續(xù)流、體積小和質量小等優(yōu)點。383金屬氧化物避雷器5.電涌保護器電涌保護器如圖所示。電涌保護器又稱浪涌保護器，是用于低壓配電系統(tǒng)中電子信號設備上的一種雷電電磁脈沖（浪涌電壓）保護設備。其連接與一般避雷器一樣，與被保護設備并聯(lián)，接于被保護設備的電源側。384電涌保護器5－３

防雷措施385學習目標掌握架空線路、變配電所和配電設備防雷保護的方法。386一、架空線路的防雷保護1.裝設接閃線在電桿（或鐵塔）的頂部裝設接閃線，用接地線將接閃線與接地裝置連接在一起，使雷電流經(jīng)接地裝置流入大地，以達到防雷的目的。因為裝設接閃線造價高，所以只在66kV及以上架空線路上沿全線架設，35kV

的架空線路僅在進出變配電所的一段線路上裝設，10kV及以下的架空線路一般不裝設接閃線。3872.提高線路自身的絕緣水平對于10kV

及以下架空線路，經(jīng)常采用木橫擔、瓷橫擔或高一級的絕緣子來提高線路的防雷水平。經(jīng)驗證明，電壓較低的線路，木質電桿對減少雷害事故有顯著的作用。3~10kV線路一般用鋼筋混凝土電桿，采用鐵橫擔架線。若采用木橫擔，則可以減少雷害事故，但木橫擔由于防腐性能差，使用壽命不長，因此僅在重雷區(qū)使用。3883.裝設避雷器或保護間隙對于架空線路中個別絕緣薄弱地點，可以裝設避雷器或保護間隙防雷。對于中性點不接地系統(tǒng)的3~10kV架空線路，常在三角形排列的頂線絕緣子上裝設保護間隙防雷，如圖所示。389頂線絕緣子上裝設保護間隙示意圖1—絕緣子2—架空導線3—保護間隙

4—接地引下線5—電桿二、變配電所的防雷保護1.裝設接閃桿防止直擊雷接閃桿分為獨立接閃桿和構架接閃桿兩種，獨立接閃桿和接地裝置一般是獨立的；構架接閃桿是裝設在構架或廠房上的，其接地裝置與構架或廠房的接地體相連，因而與電氣設備的外殼也連在一起。變配電所對直擊雷的防護，一般采用裝設獨立接閃桿的方法，使電氣設備全部處于接閃桿的保護范圍之內。屋內配電裝置一般不需要裝設直擊雷保護裝置，因為建筑物本身可對其內部電氣設備起到一定的保護作用。3902.裝設接閃線或避雷器防止雷電波侵入對于3~10kV的變配電所架空進線，一般裝設避雷器來防止雷擊閃絡引起的雷電波侵入對變配電所電氣設備的危害，如圖所示。對于35kV

及以上的變配電所架空進線，一般架設

1~2km的接閃線來防止雷擊閃絡引起的雷電波侵入對變配電所電氣設備的危害，如圖所示。391變配電所防護雷電波侵入示意圖a）3~10kV

架空和電纜進線b）35kV

架空和電纜進線FV—閥型避雷器FE—管型（排氣式）避雷器FMO—金屬氧化物避雷器三、高壓電動機的防雷保護高壓電動機對雷電波侵入的防護采用FCD系列磁吹閥型避雷器或采用有串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器，如圖所示。392高壓電動機防護雷電波侵入示意圖FV1—普通閥型避雷器FE—管型（排氣式）避雷器FV2—磁吹閥型避雷器四、配電設備的防雷保護1.配電變壓器及柱上油開關的保護3~35kV配電變壓器一般采用閥型避雷器進行保護。避雷器應裝在高壓熔斷器的后面。在缺少閥型避雷器時，可用保護間隙進行保護，這時應盡可能采用自動重合熔斷器。為了提高保護的效果，防雷保護設備應盡可能地靠近變壓器安裝。避雷器或保護間隙的接地線應與變壓器的外殼及變壓器低壓側中性點連在一起共同接地。柱上油開關可用閥型避雷器或管型避雷器來保護。對經(jīng)常閉路運行的柱上油開關，可只在電源側安裝避雷器。對經(jīng)常開路運行的柱上油開關，則應在其兩側都安裝避雷器。3932.低壓線路的保護低壓線路的保護是將靠近建筑物的一根電桿上的絕緣子鐵腳接地。這樣當雷擊低壓線路時，就可向絕緣子鐵腳放電，把雷電流泄入大地，起到保護作用。其接地電阻一般應不大于30Ω。3945－4

電氣設備接地395學習目標1.了解電氣設備接地的目的、接地裝置的構成和散流效應原理。2.掌握電氣設備的工作接地、保護接地和重復接地的方法。396接地是指電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接。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）。接地體分為人工接地體和自然接地體。連接接地體與設備、裝置接地部分的金屬導體，稱為接地線。接地線只在設備、裝置發(fā)生故障情況下通過接地故障電流。397一、電氣設備接地的目的1.防止人體觸電當人體接觸或接近帶電體時，讓人體與帶電體處在同一電位可避免觸電。而要保持相同的電位，最簡便的做法就是使電氣設備的某部分與大地連接起來。2.防止電氣設備的機械性損壞在供配電系統(tǒng)遭受雷擊、受到?jīng)_擊電流的沖擊、遭受靜電或出現(xiàn)共振等情況時，以及在與其他高壓系統(tǒng)發(fā)生剮碰事故的情況下，供配電系統(tǒng)中會出現(xiàn)過電壓，可能導致電氣設備絕緣材料的損壞或性能變壞等，采取接地措施，可以有效地抑制過電壓的出現(xiàn)。3983.防止火災及爆炸發(fā)生因用電而導致火災或爆炸的點火源，主要來自雷電襲擊、靜電放電、電火花、電弧，以及電氣設備的加熱和漏電等。采取接地措施，在系統(tǒng)正常運行和發(fā)生事故的情況下可以有效地抑制點火源的出現(xiàn)。4.保證電氣設備正常工作很多電氣設備在正常工作時是必須接地的，如變壓器的中性點、防雷設備的接地等。為了電氣設備的正常工作以及保障人身安全，需要接地的場合必須接地。399二、接地裝置的構成接地線和接地體合稱為接地裝置。接地體在大地中通過接地線連接起來的整體稱為接地網(wǎng)。接地裝置由接地體和接地線兩部分構成，接地線通常采用

25mm×4mm、40mm×4mm扁鋼或直徑為16mm的圓鋼。接地線又分為接地干線和接地支線。400三、接地裝置的散流效應1.接地電流與對地電壓當電氣設備發(fā)生接地故障時，電流通過接地體向大地作半球形散開，這一電流稱為接地電流，用

IE

表示。半球形的球面距接地體越遠，球面積越大，散流電阻越小，地表電位也就越低。接地電流、對地電壓及接地電流電位分布曲線如圖所示。實驗表明，在距接地故障點20m左右的地方，散流電阻實際上已接近于零，通常把這個電位為零的地方稱為電氣上的“地”。401402接地電流、對地電壓及接地電流電位分布曲線電氣設備的接地部分與零電位的“地”之間的電位差稱為接地部分的對地電壓，用

UE

表示。2.接觸電壓和跨步電壓接觸電壓是指電氣設備的絕緣損壞時，在身體可觸及的兩部分之間出現(xiàn)的電位差?？绮诫妷菏侵溉嗽诮拥毓收宵c附近行走時，兩腳之間所出現(xiàn)的電位差，用

Ustep

表示，如圖所示。403接觸電壓和跨步電壓四、電氣設備的接地1.工作接地