電氣安全、防雷和接地

1、第九章第九章 電氣安全、防雷和接地電氣安全、防雷和接地 供配電系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)行，首先必須要保證其安全性， 防雷和接地是電氣安全的主要措施。故掌握電氣安全、 防雷和接地的設(shè)計(jì)方法也非常重要。 第一節(jié) 電氣安全電氣安全 第二節(jié) 過(guò)電壓和防雷過(guò)電壓和防雷 第三節(jié) 電氣裝置的接地電氣裝置的接地 第一節(jié) 電氣安全電氣安全 一一、電氣安全的含義和重要性、電氣安全的含義和重要性 電氣安全包括人身安全人身安全和設(shè)備安全設(shè)備安全兩個(gè)方面。 電氣設(shè)備設(shè)計(jì)不合理、安裝不妥當(dāng)、使用不正確、 維修不及時(shí)，尤其是電氣人員缺乏必要的安全知識(shí)與 安全技能，麻痹大意，就可能引發(fā)各類事故，如觸電 傷亡、設(shè)備損壞、停電、甚至引起火

2、災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重 后果。 二、電氣安全措施二、電氣安全措施 建立完整的安全管理機(jī)構(gòu) 健全各項(xiàng)安全規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行 嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)、安裝規(guī)范 加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和檢修試驗(yàn)工作 按規(guī)定正確使用電氣安全用具 采用安全電壓和符合安全要求的電器 普及安全用電知識(shí) 三三、電氣防火和防爆、電氣防火和防爆 防火防爆的措施 選擇適當(dāng)?shù)碾姎庠O(shè)備及保護(hù)裝置，應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境、 危險(xiǎn)場(chǎng)所的區(qū)域等級(jí)選用相應(yīng)的防爆電氣設(shè)備和配線 方式，所選用的防爆電氣設(shè)備的級(jí)別應(yīng)不低于該爆炸 場(chǎng)所內(nèi)爆炸性混合物的級(jí)別。 保持必要的防火間距及良好的通風(fēng)。 電氣火災(zāi)的特點(diǎn) 著火的電氣設(shè)備可能是帶電的，如不注意可能引起 觸電事故。 有些電氣設(shè)備（如油浸式

3、變壓器、油斷路器）本身 充有大量的油，可能發(fā)生噴油甚至爆炸事故，擴(kuò)大火 災(zāi)范圍。 電氣失火的處理 選擇適當(dāng)?shù)臏缁鹌鳌?小范圍帶電滅火，可使用干砂覆蓋。 專業(yè)滅火人員用水槍滅火時(shí)，宜采用噴霧水槍。 四、觸電及防護(hù)四、觸電及防護(hù) 觸電的概念及其危害 人體不同部位接觸不同電位則有電流流過(guò)為觸電。分 為“電擊”與“電傷”兩類。 “電擊”:電流流過(guò)人體內(nèi)部破壞心臟、呼吸與神經(jīng) 系統(tǒng)，重則危及生命。 “電傷”：電流的熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)或機(jī)械效應(yīng)對(duì)人 體造成的傷害，可傷內(nèi)部及骨骼，在人體體表留下電 流印、電紋等觸電傷痕。 電流對(duì)人體的危害程度與觸電時(shí)間、電流的大小和性質(zhì)以及電 流在人體中的路徑有關(guān)。此外，還與

4、人的體重、健康狀況有關(guān)。 觸電的防護(hù) 直接觸電防護(hù) 間接觸電防護(hù) 第二節(jié) 過(guò)電壓和防雷過(guò)電壓和防雷 一、一、過(guò)電壓及雷電概述過(guò)電壓及雷電概述 過(guò)電壓的種類 內(nèi)部過(guò)電壓 分為操作、弧光接地和諧振過(guò)電壓，對(duì)電力線路和電氣 設(shè)備絕緣的威脅不是很大。 雷電過(guò)電壓（亦稱外部過(guò)電壓或大氣過(guò)電壓） 雷擊或雷電感應(yīng)引起的過(guò)電壓，可能毀壞電氣設(shè)備和線 路的絕緣，燒斷線路，造成大面積長(zhǎng)時(shí)間停電。 2雷電的形成 3雷電過(guò)電壓的種類 (1)直擊雷過(guò)電壓 (2)感應(yīng)雷過(guò)電壓(3)雷電侵入波 二、防雷設(shè)備二、防雷設(shè)備 接閃器（避雷針、避雷線、避雷帶或網(wǎng)）接閃器（避雷針、避雷線、避雷帶或網(wǎng)） （1）避雷針 避雷針的功能實(shí)質(zhì)

5、是引雷作用。 采用“滾球法”來(lái)確定保護(hù)范圍。 單支避雷針的保護(hù)范圍 單支避雷針的保護(hù)范圍如圖所示按下列方法確定， 當(dāng)避雷針高度hhr時(shí) a. 距地面hr 處作一平行于地面的平行線； b. 以避雷針的針尖為圓心、hr為半徑，作弧線交平 行線于A、B兩點(diǎn)； c. 以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，該弧線與針尖相 交，并與地面相切。由此弧線起到地面為止的整個(gè)錐 形空間就是避雷針的保護(hù)范圍。 避雷針在被保護(hù)物 高度hx的xx平面上 的保護(hù)半徑rx按下式 計(jì)算： 式中，hr為滾球半 徑，由表9-2確定。 當(dāng)避雷針高度hhr時(shí)，在避雷針上取高度hr的一點(diǎn)代替 避雷針的針尖作為圓心。余下作法與避雷針高度hh

6、r 相同。 例9-1某廠鍋爐房煙囪高40m， 煙囪上安裝一支高2m的避雷針， 鍋爐房（屬第三類防雷建筑物） 尺寸如圖9-4，試問(wèn)此避雷針能否 保護(hù)鍋爐房。 解查表9-2得滾球半徑hr=60m， 而避雷針頂端高度h=40+2=42m， hx=8m，根據(jù)公式得避雷針保護(hù) 半徑為： 現(xiàn)鍋爐房在hx=8m 高度上最遠(yuǎn)屋角距離避雷針的水平 距離為： 由此可見(jiàn)，煙囪上的避雷針能保護(hù)鍋爐房。 兩支避雷針的保護(hù)范圍 兩支等高避雷針的保護(hù)范圍如圖所示。在避雷針高度 的情況下，當(dāng)兩只避雷針每支避雷針的距離 應(yīng)各按單支避雷針保護(hù)范圍計(jì)算；當(dāng) 時(shí)應(yīng)按圖的方法確定： a. 每支避雷針保護(hù)范圍外側(cè)同單支避雷針一樣計(jì)算。

7、b. 兩支避雷針之間C、E兩點(diǎn)位于兩針間的垂直平分線上。在地 面每側(cè)的最小保護(hù)寬度b0 為： )2(2hhhD r )2(2hhhD r r hh 在AOB軸線上，距中心線任一距離x處，在保護(hù)范圍 上邊線上的保護(hù)高度hx 為： 該保護(hù)范圍上邊線是以中心線距地面hr 的一點(diǎn) O為 圓心，以 為半徑所作的圓弧AB。 c. 兩針間AEBC內(nèi)的保護(hù)范圍。ACO、BCO、BEO、 AEO部分的保護(hù)范圍確立方法相同，以ACO保護(hù)范 圍為例，在任一保護(hù)高度 bx和c點(diǎn)所處的垂直平面 上以 hr作為假想避雷針，按單支避雷針的方法逐點(diǎn)確 定。如圖中1-1剖面圖。 圖 d. 確立 xx平面上保護(hù)范圍。以單支避雷針

8、的保護(hù)半 徑 rx為半徑，以AB為圓心作弧線與四邊形AEBC相交。 同樣以單支避雷針的（r0-rx）為半徑，以E、C為圓心 作弧線與上述弧線相接，如圖中的粗虛線。 （2）避雷線 單根避雷線的保護(hù)范圍為： 當(dāng)避雷線高度h2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍。 當(dāng)避雷線的高度h2hr時(shí)，保護(hù)范圍如圖9-7所示, 保護(hù) 范圍應(yīng)按下法確定： 距地面hr處作一平行于地面的平行線。 以避雷線為圓心，hr為半徑作弧線交于平行線的A、 B兩點(diǎn)。 以A、B為圓心，hr為半徑作弧線，這兩條弧線相交或 相切，并與地面相切。這兩條弧線與地面圍成的空間就 是避雷線的保護(hù)范圍。 當(dāng)hrh2hr時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算 h0

9、=2hr-h 避雷線在hx高度的xx平面上的保護(hù)寬度bx按下式計(jì)算 式中，h為避雷線的高度；hx為保護(hù)物的高度。 注意 確定架空避雷線的高度時(shí)，應(yīng)考慮弧垂。在無(wú)法確定弧垂 的情況下，等高支柱間的檔距小于120m時(shí)，其避雷線中點(diǎn)的弧 垂宜選用2m；檔距為120150m時(shí)宜選用3m。 關(guān)于兩根等高避雷線的保護(hù)范圍，可參看有關(guān)國(guó)標(biāo) 或相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)。 （3）避雷帶和避雷網(wǎng)的保護(hù)范圍 避雷帶和避雷網(wǎng)的保護(hù)范圍應(yīng)是其所處的整幢高層 建筑，為了達(dá)到保護(hù)的目的，避雷網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸有 具體的要求見(jiàn)表9-2。 2避雷器避雷器 （1）閥型避雷器 閥型避雷器由火花間隙和閥片組成 圖a和b分別為FS4-10型和FS-0.

10、38型閥型避雷器外形結(jié) 構(gòu)圖。 （2）氧化鋅避雷器 圖示 三種氧化鋅避雷器外形結(jié)構(gòu) （3）保護(hù)間隙 圖示角形保護(hù)間隙結(jié)構(gòu)與接線 滅弧能力較小，只適用于無(wú)重要負(fù)荷的線路上。 1、上接線端 2、火花間隙 3、云母片墊圈 4、瓷套管 5、閥片 6、下接線端 三三、防雷保護(hù)、防雷保護(hù) 架空線路的防雷保護(hù)架空線路的防雷保護(hù) 架設(shè)避雷線。這是線路防雷的最有效措施，但成 本很高，只有66kV及以上線路才沿全線裝設(shè)。 提高線路本身的絕緣水平。 利用三角形排列的頂線兼做防雷保護(hù)線。 加強(qiáng)對(duì)絕緣薄弱點(diǎn)的保護(hù)。 采用自動(dòng)重合閘裝置。 絕緣子鐵腳接地。 2. 變配電所的防雷保護(hù)變配電所的防雷保護(hù) 防直擊雷 獨(dú)立避雷針

11、與被保護(hù)物之 間應(yīng)保持一定的空間距離So， 如圖。 獨(dú)立避雷針應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立的 接地裝置，其接地體與被保 護(hù)物的接地體之間也應(yīng)保持 一定的地中距離SE，如圖 。 獨(dú)立避雷針及其接地裝置 不應(yīng)設(shè)在人員經(jīng)常出入的地 方。 （2）進(jìn)線防雷保護(hù) 35KV電力線路在變電所進(jìn)線12km段內(nèi)裝設(shè)避雷線防 止直接雷擊。 避雷線兩端處裝設(shè)管形避雷器。 F1、F2管形避雷器；F3閥形管形避雷器 310KV配電線路可在進(jìn)線終端裝設(shè)FZ或FS型閥形 避雷器，以保護(hù)線路斷路器和隔離開(kāi)關(guān)。 配電裝置防雷保護(hù) T電力變壓器 F閥形避雷器 高壓電動(dòng)機(jī)的防雷保護(hù)高壓電動(dòng)機(jī)的防雷保護(hù) 對(duì)雷電侵入波的防護(hù)，F(xiàn)CD型磁吹閥型避雷器或采用

12、 具有串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器，并盡可能靠近電 動(dòng)機(jī)安裝。 對(duì)于定子繞組中性點(diǎn)能引出的高壓電動(dòng)機(jī)，就在中性 點(diǎn)裝設(shè)避雷器。 建筑物的防雷保護(hù)建筑物的防雷保護(hù) （1）建筑物防雷分類及防雷要求 第一類防雷建筑。應(yīng)有防直接雷、感應(yīng)雷和雷電侵 入波措施。 第二類防雷建筑。應(yīng)有防直接雷和雷電侵入波措施， 有爆炸危險(xiǎn)的也應(yīng)有防感應(yīng)雷措施。 第三類建筑物。應(yīng)有防直接雷和雷電侵入波措施。 （2）建筑物防雷措施：防直擊雷；防感應(yīng)雷； 防雷電侵入波 第三節(jié) 電氣裝置的接地電氣裝置的接地 一一、接地概述、接地概述 接地和接地裝置接地和接地裝置 1、接地體；2、接地干線；3、接地支線；4、設(shè)備 2接地電流和對(duì)地電壓

13、接地電流和對(duì)地電壓 接地電流：接地故障時(shí) 流經(jīng)接地裝置流入大地 并作半球形散開(kāi)的電流。 對(duì)地電壓：電氣設(shè)備接 地部分與零電位的“大 氣”之間的電位差。 3接觸電壓接觸電壓U Utou tou和跨步電壓 和跨步電壓 Ustep 4工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地工作接地、保護(hù)接地、重復(fù)接地 (1) 工作接地在正?；蚬收锨闆r下為了保證電氣設(shè)備 可靠地運(yùn)行，而將電力系統(tǒng)中某一點(diǎn)接地稱為工作接 地。 (2) 保護(hù)接地將在故障情況下可能呈現(xiàn)危險(xiǎn)的對(duì)地電 壓的設(shè)備外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行接地稱為保護(hù)接地。 TN系統(tǒng)TN系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并引出 有中性線（N線）、保護(hù)線（PE線）或保護(hù)中性線 （PEN線），屬

14、于三相四線制或五線制系統(tǒng)。 N線和PE線全部和為PEN 線稱TN-C系統(tǒng) N線和PE線全部分開(kāi)稱 TN-S系統(tǒng) 前一部分N線和PE線全 部和為PEN線；而后一 部分N線和PE線全部或 部分地分開(kāi)稱TN-C-S系 統(tǒng)。 TT系統(tǒng)TT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)直接接地，并引 出有N線，屬三相四線制系統(tǒng)，設(shè)備的外露可導(dǎo) 電部分均經(jīng)與系統(tǒng)接地點(diǎn)無(wú)關(guān)的各自的接地裝置 單獨(dú)接地。 IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)1k阻抗 接地，通常不引出N線，屬于三相三線制系統(tǒng)。 IT系統(tǒng)及一相接地時(shí)的故障電流 (3) 重復(fù)接地： 將零線上的一處或多處通過(guò)接地裝置 與大地再次連接，稱重復(fù)接地。 5. 應(yīng)該實(shí)行接地或接零的設(shè)備

15、 電動(dòng)機(jī)、變壓器、變阻器、電力電容器、開(kāi)關(guān)設(shè) 備的金屬外殼。 配電、控制的屏（柜、箱）的金屬框架和底座、 鄰近帶電設(shè)備的金屬遮欄。 電線電力電纜的金屬保護(hù)管和金屬包皮，電纜終 端頭與中間接頭的金屬包皮以及母線的外罩。 照明燈具、電扇及電熱設(shè)備的金屬底座與外殼。 避雷針、避雷器、保護(hù)間隙和耦合電容器底座， 裝有避雷線的電力線路金屬桿塔。 互感器的二次線圈。 6 可以不接地或接零的設(shè)備 采用安全電壓或低于安全電壓的電氣設(shè)備。 裝在配電屏、控制屏上的電氣測(cè)量?jī)x表、繼電器與 低壓電器的外殼。 在已接地金屬構(gòu)架上的支持絕緣子的金屬底座。 在常年保持干燥且用木材、瀝青等絕緣較好的材料 鋪成的地面，其室內(nèi)低

16、壓電氣設(shè)備的外殼。 額定電壓為220V及以下的蓄電池室的金屬框架。 廠內(nèi)運(yùn)輸鐵軌。 電氣設(shè)備安裝在高度超過(guò)2.2m的不導(dǎo)電建筑材料基 座上，須用木梯才能接觸到且不會(huì)同時(shí)觸及接地部分。 二二、接地裝置、接地裝置 自然接地體 與大地有可靠連接的建筑物的鋼結(jié)構(gòu)、混凝土基礎(chǔ) 中的鋼筋。 敷設(shè)于地下而數(shù)量不少于兩根的電纜金屬外皮。 敷設(shè)在地下的金屬管道及熱力管道。輸送可燃性氣 體或液體（如煤氣、石油）的金屬管道除外。 人工接地體 人工接地體大多采用鋼管、角鋼、圓鋼和扁鋼制作。 變配電所和車間的接地裝置 加裝均壓帶的環(huán)路式接地網(wǎng) 三三、接地電阻、接地電阻 接地電阻的要求。 電壓為1000V以上的中性點(diǎn)接地

17、系統(tǒng)中電氣設(shè)備實(shí)行 保護(hù)接地。 電壓為1000V以上的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中由于系 統(tǒng)中性點(diǎn)不接地，當(dāng)接地故障時(shí)一般不跳閘而直接發(fā)接 地信號(hào)。 電壓為1000V以下的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中考慮到其對(duì) 地電容通常都很小，因此規(guī)定 ，即可保證安全。 對(duì)于總?cè)萘坎怀^(guò)100KVA的變壓器或發(fā)電機(jī)供電的小 型供電系統(tǒng)，接地電容電流更小，所以規(guī)定 電壓為1000V以下的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備實(shí) 行保護(hù)接零，電氣設(shè)備發(fā)生接地故障由保護(hù)裝置切除 故障部分，但為了防止零線中斷時(shí)產(chǎn)生危害，仍要求 有較小接地電阻，規(guī)定 。同樣對(duì)總?cè)萘坎怀^(guò) 100KVA的小系統(tǒng)可采用 。 接地電阻的計(jì)算 工頻接地電阻工頻接地電流流經(jīng)接

18、地裝置所呈現(xiàn) 的接地電阻，稱工頻接地電阻，可按表9-4中的公式進(jìn) 行計(jì)算。 沖擊接地電阻雷電流經(jīng)接地裝置泄放入地時(shí)所呈 現(xiàn)的接地電阻，稱沖擊接地電阻。 沖擊接地電阻REsh可按下式計(jì)算： 式中，RE為工頻接地電阻；為換算系數(shù) 接地裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 按設(shè)計(jì)規(guī)范要求確定允許的接地電阻值RE。 實(shí)測(cè)或估算可以利用的自然接地體的接地電阻RE(nat)。 計(jì)算需要補(bǔ)充的人工接地體的接地電阻 若不考慮自然接地體，則RE(man)=RE。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步安排接地體的布置、確定接地體 和連接導(dǎo)線的尺寸。 計(jì)算單根接地體的接地電阻RE(1)。 用逐步漸近法計(jì)算接地體的數(shù)量。 校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定度。 式中， 為單相

19、接地短路電流，為計(jì)算方便，可取 I(3)(A)；tk為短路電流持續(xù)時(shí)間（s）。 例9-2某車間變電所變壓器容量為630kVA。電壓為 10/0.4kV，結(jié)線組為Yyno，與變壓器高壓側(cè)有電聯(lián)系 的架空線路長(zhǎng)100km，電纜線路長(zhǎng)10km，裝設(shè)地土質(zhì) 為黃土，可利用的自然接地體實(shí)測(cè)為20，試確定此 變電所公共接地裝置的垂直接地鋼管和連接扁鋼。 解：（1）確定接地電阻要求值 接地電流為： 按附錄表18-1可確定此變電所公共接地裝置的接地電 阻應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件： RE120/IE =120/12.9=9.3 RE4 比較上兩式，總接地電阻應(yīng)滿足RE4。 （2）計(jì)算需要補(bǔ)充的人工接地體的接地電阻 （3）接地裝置方案初選 采用“環(huán)路式”接地網(wǎng)，初步考慮圍繞變電所建筑四 周，打入一圈鋼管接地體，鋼管直徑50mm，長(zhǎng)2.5m， 間距為7.5m，管間用404mm2的扁鋼連接。 （4）計(jì)算單根鋼管接地電阻 查附錄表18-2得黃土的電阻率=200m 單根鋼管接地電阻RE(1)200/2.5=80 5）確定接地鋼管數(shù)和最后接地方案 根據(jù)RE(1)/RE(man)=80/5=16，但考慮到管間屏蔽效應(yīng)， 初選24根鋼管作接地體。以n=24和a/l=3去查附錄表 18-3，得E0.70。因此 考慮到接