第十六章避雷器和接地裝置1260-1275

1、_第十六章 發(fā)電廠避雷器和接地裝置第一節(jié) 雷電放電、雷電流及雷過(guò)電壓一、雷電放電空中云層受強(qiáng)氣流作用，內(nèi)部劇烈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使云的各部分帶有不同極性的電荷，形成雷云。雷云中的電荷分布是很不均勻的，往往形成多個(gè)電荷密集中心，每個(gè)電荷密集區(qū)的電荷約為0.110C，而一大塊雷云同極性的總電荷可達(dá)數(shù)百庫(kù)侖。當(dāng)雷云中電荷密集處的場(chǎng)強(qiáng)達(dá)2530KVcm時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電。大部分的雷云放電是在云間或云內(nèi)進(jìn)行，只有小部分是對(duì)地放電的。對(duì)地放電的雷云90左右是負(fù)極性（云帶負(fù)電）的。據(jù)間接推算，雷云電荷中心對(duì)地的電動(dòng)勢(shì)約為50l00MV。二、雷電流波形與雷電流幅值雷電主放電過(guò)程中的電流具有沖擊特性，一般在14s內(nèi)上升到

2、最大幅值，再經(jīng)幾十微秒（平均為40s左右）又由最大值降到很小的數(shù)值。雷電流的波頭形狀對(duì)防雷設(shè)計(jì)有影響，在一般線路防雷設(shè)計(jì)中波頭形狀取為斜角波頭，而在設(shè)計(jì)特殊高塔時(shí)常取半余弦波頭。三、雷過(guò)電壓雷過(guò)電壓又稱為大氣過(guò)電壓。雷過(guò)電壓有兩種：一種是雷直接擊于輸電線路或設(shè)備引起的，稱為直擊雷過(guò)電壓；另一種是雷擊輸電線路附近的地面或設(shè)備時(shí)，由于電磁感應(yīng)引起的，稱為感應(yīng)雷過(guò)電壓。最危險(xiǎn)的是直擊雷過(guò)電壓。雷擊輸電線路往往造成跳閘事故，同時(shí)，雷電波沿輸電線路入侵變電所或升壓所，也對(duì)其中設(shè)備造成威脅。雷過(guò)電壓的大小主要決定于雷電流的幅值和被雷擊線路或設(shè)備的波阻抗。在一定的雷電流幅值下，設(shè)備的波阻抗及接地阻抗越小，直

3、擊雷過(guò)電壓也就越小。第二節(jié) 避雷針與避雷線的保護(hù)范圍為了防止設(shè)備受到直接雷擊，最常用的措施是裝設(shè)避雷針或避雷線。它由金屬制成，高于被保護(hù)物，具有良好的接地裝置，其作用是將雷電引向自身并安全地將雷電流導(dǎo)入地中，從而保護(hù)其附近比它低的設(shè)備免受直接雷擊。避雷針包括接閃器（針頭）、引下線和接地體三部分。接閃器可用直徑10mm以上、長(zhǎng)12m的圓鋼制作，引下線用直徑6mm以上的圓鋼制作，接地體一般可用幾根2.5m長(zhǎng)的40mm×40mm×4mm的角鋼打入地中再并聯(lián)后與引下線可靠連接。避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所，根據(jù)不同情況可裝設(shè)在配電裝置構(gòu)架上，亦可獨(dú)立裝設(shè)。避雷線是懸掛在空中的水

4、平的接地導(dǎo)線，又稱架空地線，主要用于保護(hù)架空輸電線路，也可用于發(fā)電廠升壓所作直擊雷保護(hù)。一、避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍見(jiàn)圖181，它似一個(gè)圓錐形罩。在某一高度hx的水平面上，其保護(hù)半徑rx為：圖181 單支避雷針的保護(hù)范圍兩支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍，見(jiàn)圖182 。兩針的聯(lián)合保護(hù)范圍要比兩針各自的保護(hù)范圍的疊加要大些。因?yàn)樵谟脝沃П芾揍樳M(jìn)行保護(hù)時(shí)，雷受針吸引往往可以被吸到離針腳較近的地面上，但在用兩支避雷針進(jìn)行聯(lián)合保護(hù)時(shí)，對(duì)于在兩避雷針之間上空的雷電，由于受到其吸引，就較難擊于離兩避雷針腳較近的兩避雷針之間的地面上。兩支避雷針外側(cè)的保護(hù)范圍，可按單支避雷針計(jì)算方法確定。兩支避雷針之間

5、的保護(hù)范圍，其上部則是以經(jīng)兩針頂點(diǎn)1、2及兩面點(diǎn)連線中間下方某點(diǎn)0的圓弧來(lái)確定。0點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算式中 D兩支避雷針之間的距離（m）； p高度影響系數(shù)。當(dāng)h30m時(shí)，p1；當(dāng)30h120m時(shí)，p5.5h圖182 兩支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍三支等高避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍，可以兩支兩支地分別進(jìn)行計(jì)算，然后就可確定三支避雷針組成的三角形內(nèi)的保護(hù)范圍。對(duì)于四支及四支避雷針以上的聯(lián)合保護(hù)范圍，可以三支三支地進(jìn)行計(jì)算，即可確定多支避雷針的聯(lián)合保護(hù)范圍。二、避雷線的保護(hù)范圍避雷線又稱架空地線。單根避雷線的保護(hù)范圍見(jiàn)圖183 ，兩根等高平行避雷線的保護(hù)范圍見(jiàn)圖184。其外側(cè)的保護(hù)范圍按單根避雷線計(jì)算，其

6、間橫截面的保護(hù)范圍可通過(guò)兩避雷線1、2點(diǎn)及其連線中間下方某點(diǎn)O的圓弧所確定。圖183 單根避雷線的保護(hù)范圍 式中，系數(shù)p含義同前圖184 兩平行避雷線的保護(hù)范圍p的含義同上式第三節(jié) 避雷器避雷器的作用是限制過(guò)電壓以保護(hù)電氣設(shè)備。避雷器的類型主要有保護(hù)間隙、閥型避雷器和氧化鋅避雷器。保護(hù)間隙主要用于限制大氣過(guò)電壓，一般用于配電系統(tǒng)、線路和變電所進(jìn)線段保護(hù)。閥型避雷器與氧化鋅避雷器用于變電所和發(fā)電廠的保護(hù)，在220KV及以下系統(tǒng)主要用于限制大氣過(guò)電壓，在超高壓系統(tǒng)中還將用來(lái)限制操作內(nèi)過(guò)電壓。一、保護(hù)間隙圖185 角型保護(hù)間隙及其與被保護(hù)設(shè)備的連接1圓鋼；2主間隙；3輔助間隙；4被保護(hù)物；5保護(hù)間隙

7、保護(hù)間隙，一般由兩個(gè)相距一定距離的、敞露于大氣的電極構(gòu)成，將它與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，如圖185所示，適當(dāng)調(diào)整電極間的距離（間隙），使其擊穿放電電壓低于被保護(hù)設(shè)在絕緣的沖擊放電電壓，并留一定的安全裕度，設(shè)備就可得到可靠的保護(hù)。當(dāng)雷電波入侵時(shí)，主間隙先擊穿，形成電弧接地。過(guò)電壓消失后，主間隙中仍有正常工作電壓作用下的工頻電弧電流（稱為工頻續(xù)流）。對(duì)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)而言，這種間隙的工頻續(xù)流就是間隙處的接地短路電流。由于這種間隙的熄弧能力較差，間隙電弧往往不能自行熄滅，將引起斷路器跳閘，這是保護(hù)間隙的主要缺點(diǎn)，也是其應(yīng)用受限制的原因。此外，由于間隙敞露，其放電特性也受氣象和外界條件的影響。二、閥型避雷器閥型

8、避雷器由裝在密封瓷套中的間隙（又稱火花間隙）和非線性電阻（又稱閥片）串聯(lián)構(gòu)成，如圖186所示。閥片的電阻值與流過(guò)的電流有關(guān)，具有非線性特性，電流愈大電阻愈小，其伏安特性曲線如圖187所示。閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類。普通型避雷器的火花間隙由許多如圖188所示的單個(gè)間隙串聯(lián)而成。單個(gè)間隙的電極由黃銅板沖壓而成，兩電極間用云母墊圈隔開(kāi)形成間隙，間隙距離為0.51.0mm，這種間隙的伏秒特性（指一定沖擊電壓波形下，其電壓幅值與擊穿時(shí)間的關(guān)系）曲線很平坦且分散性較小、性能較好。單個(gè)間隙的工頻放電電壓約為2.73.0kV。避雷器動(dòng)作后，工頻續(xù)流電弧被許多單個(gè)間隙分割成許多段短弧，使其熄滅。減小工頻續(xù)

9、流有利于間隙電弧的熄滅，因此在工頻電壓下，希望閥片有較大的電阻，由于閥片電阻是非線性的，因而在很大的雷電壓通過(guò)時(shí)電阻值很小、殘壓圖187 閥片電阻的伏安特性曲線圖188 單個(gè)火花間隙圖186 閥型避雷器原理結(jié)構(gòu)圖1間隙；2非線性電阻不高（不會(huì)危及設(shè)備絕緣）。當(dāng)雷電流過(guò)去之后，在工頻電壓作用下，電阻值變得很大，因而大大地限制了工頻續(xù)流，以利于火花間隙滅弧。利用閥片電阻的非線性特性，解決了既要降低殘壓又要限制工頻續(xù)流的矛盾，并且不致產(chǎn)生危險(xiǎn)的截波。圖1810 FS310型閥型避雷器結(jié)構(gòu)示意圖1密封橡皮；2壓緊彈簧；3間隙；4閥片；5瓷套；6安裝卡子磁吹型避雷器的火花間隙也由許多單個(gè)間隙串聯(lián)而成，但

10、每個(gè)間隙的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，利用磁場(chǎng)使每個(gè)間隙中的電弧產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)（如旋轉(zhuǎn)或拉長(zhǎng)）來(lái)加強(qiáng)去游離，以提高間隙的滅弧能力。磁場(chǎng)是由與間隙串聯(lián)的線圈所產(chǎn)生，其原理接線見(jiàn)圖189 。磁吹線圈兩端設(shè)置的輔助間隙的作用，是為了消除磁吹線圈在沖擊電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的壓降而使保護(hù)性能變壞。在沖擊電壓作用下，主間隙被擊穿，放電電流通過(guò)磁吹線圈，其上的壓降使輔助間隙擊穿，放電電流便經(jīng)過(guò)輔助間隙、主間隙和電阻閥片而流入大地，使避雷器的壓降不致增大。當(dāng)工頻續(xù)流通過(guò)時(shí)，磁吹線圈上的壓降減小，迫使輔助間隙中的電弧熄滅，工頻續(xù)流也就很快轉(zhuǎn)入磁吹線圈，產(chǎn)生磁場(chǎng)起吹弧作用。圖189 磁吹型避雷器的原理圖1主間隙2輔助間隙3磁吹線圈4電阻

11、閥pian片如前所述，閥型避雷器的火花間隙是由許多單個(gè)間隙串聯(lián)而成，由于各間隙對(duì)地和對(duì)高壓端存在寄生電容，故電壓在各間隙上的分布將是不均勻的。為充分發(fā)揮每個(gè)間隙的滅弧能力，常在間隙組（若干間隙為一組）上并聯(lián)適當(dāng)?shù)木鶋弘娮琛Ｉ鲜鰞深愰y型避雷器，其閥片的主要作用是限制工頻續(xù)流，使間隙電弧能在工頻續(xù)流第一次過(guò)零時(shí)就熄滅。它們的電阻閥片都是金剛砂（SiC）和結(jié)合劑燒結(jié)而成，稱為碳化硅閥片。普通型避雷器的閥片是在低溫下燒結(jié)而成，非線性系數(shù)較低（約為0.2），但通流容量小，不能承受持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的內(nèi)過(guò)電壓沖擊電流；磁吹型避雷器的閥片，是在高溫下燒結(jié)而成，非線性系數(shù)較高，但通流容量大，能用于限制內(nèi)部過(guò)電壓。目

12、前我國(guó)生產(chǎn)的普通型避雷器有FS型和FZ型兩種型號(hào)。FS型避雷器，其通流容量較小，主要用于保護(hù)小容量的3l0KV配電裝置中的電氣設(shè)備（如變壓器等），圖1810為FS310型避雷器結(jié)構(gòu)示意圖。FZ型避雷器，其特性較好、通流容量較大，主要用于保護(hù)大中型變電所的變壓器和電容器等設(shè)備。對(duì)于FZ型避雷器：電壓低的，制成單體形式；35220KV的，由若干標(biāo)準(zhǔn)單元串聯(lián)組組成，如FZ110J型避雷器（適用于110KV中性點(diǎn)接地系統(tǒng)）就是由四個(gè)FZ30型的串聯(lián)而成，見(jiàn)圖1811（a），110KV及以上電壓等級(jí)的閥型避雷器，在其頂部裝有均壓環(huán)，以減少對(duì)地電容引起的電壓不均勻現(xiàn)象。磁吹型避雷器主要有FCZ電站型和保護(hù)

13、旋轉(zhuǎn)電機(jī)用的FCD型。圖1811（b）、（c）為FCZ3220J型和FCZ500J型避雷器的外型及安裝尺寸。圖1811 閥型避雷器外形及安裝尺寸（mm）（a）FZ110J型；（b）FCZ3220J型；（c）FCZ500J型三、氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器，實(shí)際上是一種閥型避雷器，其閥片以氧化鋅（ZnO）為主要材料，加入少量金屬氧化物，在高溫下燒結(jié)而成。氧化鋅閥片具有很好的的伏安特性，其非線形系數(shù)a=0.020.05。圖1812示出SiC避雷器、ZnO避雷器及理想避雷器的伏安特性，以做比較。圖中，假定ZnO、SiC閥片在10KA電流下的殘壓相同；但在額定電壓（或滅弧電壓）下，ZnO伏安特性曲線所對(duì)應(yīng)

14、的電流一般在105A以下，可以近似認(rèn)為其續(xù)流為零，而SiC伏安特性曲線所對(duì)應(yīng)的續(xù)流卻為100A左右。也就是說(shuō)，在工作電壓下ZnO閥片可看作是絕緣體。ZnO避雷器與SiC避雷器相比較，由于ZnO避雷器采用了非線性優(yōu)良的ZnO閥片，使其具有許多優(yōu)點(diǎn)。（1）無(wú)間隙、無(wú)續(xù)流。在工作電壓下，ZnO閥片呈現(xiàn)極大的電阻，續(xù)流近似為零，相當(dāng)于絕緣體，因而工作電壓長(zhǎng)期作用也不會(huì)使閥片燒壞，所以一般不用串聯(lián)間隙來(lái)隔離工作電壓。（2）通流容量大。由于續(xù)流能量極少，僅吸收沖擊電流能量，故ZnO避雷器的通流容量較大，更有利于用來(lái)限制作用時(shí)間較長(zhǎng)（與大氣過(guò)電壓相比）的內(nèi)部過(guò)電壓。（3）可使電氣設(shè)備所受過(guò)電壓降低。在相同雷

15、電流和相同殘壓下，SiC避雷器只有在串聯(lián)間隙擊穿放電后才泄放電流，而ZnO避雷器（無(wú)串聯(lián)間隙）在波頭上升過(guò)程中就有電流流過(guò)，這就可降低作用在設(shè)備上的過(guò)電壓。（4）在絕緣配合方面可以做到陡波、雷電波和操作波的保護(hù)裕度接近一致。（5）ZnO避雷器體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便。ZnO避雷器的主要特性常用起始動(dòng)作電壓及壓比等表示。起始動(dòng)作電壓又稱轉(zhuǎn)折電壓，從這一點(diǎn)開(kāi)始，電流將隨電壓升高而迅速增加，也即其非線性系數(shù)迅速進(jìn)入0.020.05的區(qū)域。通常以1mA時(shí)的電壓作為起始動(dòng)作電壓，其值約為其最大允許工作電壓峰值的105115。圖1813 ZnO避雷器有并聯(lián)間隙的原理圖圖1812 ZnO、Si

16、C和理想避雷器伏安特性曲線的比較壓比是指ZnO避雷器通過(guò)大電流時(shí)的殘壓與通過(guò)1mA直流電流時(shí)的電壓之比。例如，10KA壓比是指通過(guò)10KA沖擊電流時(shí)的殘壓與通過(guò)lmA（直流）時(shí)的電壓之比。壓比越小，意味著通過(guò)大電流時(shí)的殘壓越低，則ZnO避雷器的保護(hù)性能越好。目前，此值約為1.62.00 。目前生產(chǎn)的ZnO避雷器，大部分是無(wú)間隙的。對(duì)于超高壓避雷器或需大幅降低壓比時(shí)，也采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法；為了降低大電流時(shí)的殘壓而又不加大閥片在正常運(yùn)行時(shí)的電壓負(fù)擔(dān)，以減輕閥片的老化，往往也采用并聯(lián)或串聯(lián)間隙的方法。圖1813表示ZnO避雷器有并聯(lián)間隙的原理圖。在正常情況下，間隙g是不導(dǎo)通的，工作電壓由閥片電

17、阻R1和R2兩部分分擔(dān)，單個(gè)閥片上所受電壓較低。當(dāng)有雷擊或操作過(guò)電壓作用時(shí)，流經(jīng)R1、R2的電流迅速增大，R1、R2上的壓降（殘壓）也隨之迅速增加，當(dāng)R2上的殘壓達(dá)到某一值時(shí)，并聯(lián)間隙g被擊穿，R2被短接，避雷器上的殘壓僅由R1決定，從而降低了殘壓，也就降低了壓比。氧化鋅避雷器是一種新型避雷器。在國(guó)外技術(shù)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，已用它來(lái)取代有串聯(lián)間隙的普通型避雷器和磁吹型避雷器。氧化鋅避雷器型號(hào)的含義如下：第四節(jié) 岱海電廠500KV、220KV避雷器介紹我廠使用500 kV系統(tǒng)避雷器為戶外、單相、無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。避雷器安裝處的設(shè)計(jì)短路電流為50kA。500 kV避雷器使用參數(shù)：型號(hào)：Y20W-4

18、44/1063(用于線路) Y20W-420/1006(用于主變)額定電壓：444kV (用于線路) 420kV(用于主變)正常運(yùn)行電壓：318 318 最高連續(xù)運(yùn)行電壓：355kV(rms) 335kV(rms) 標(biāo)稱放電電流：20 kA 在最高持續(xù)運(yùn)行電壓550/ kV下的阻性電流1mA， 全電流 6mA 6mA工頻參考電壓： 444/420(rms) 直流1mA參考電壓：597kV(用于線路) 565kV(用于主變) 操作沖擊電流殘壓(2kA峰值、波前時(shí)間30us)： 864kV（用于線路） 817.9kV（用于主變）雷電沖擊電流殘壓(10kA峰值、8/20us)： 981kV（用于線路

19、） 930kV（用于主變）陡波沖擊電流殘壓(10kA峰值、波前時(shí)間1us) 1137kV（用于線路） 1075kV（用于主變）大電流沖擊耐受（4/10ms，2次放電動(dòng)作）：100kA（峰值）系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式：中性點(diǎn)直接接地安裝方式：安裝在支架上安裝地點(diǎn): 戶外壓力釋放能力：a.大電流（0.2s） 63kA（對(duì)稱分量，rms）b.小電流（0.2s） 800A（對(duì)稱分量，rms）額定放電能量： 15kJ/kV暫態(tài)過(guò)電壓能力：避雷器在注入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的能量后，能耐受相當(dāng)于額定電壓數(shù)值的暫時(shí)過(guò)電壓10s。a. 1s 510.6kV 483kVb. 10s 488.4kV 462kVc. 100s 466

20、.2kV 441kV瓷柱絕緣水平a. BIL（1.2/50ms） 1675kV（峰值）b. SIL(250/2500ms) 1175kV（峰值）c. 1min工頻耐受電壓 680kV（rms）我廠使用220 kV系統(tǒng)避雷器為戶外、單相、無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。安裝在戶外支架上 220KV避雷器額定參數(shù)：額定電壓： 200 kV最高連續(xù)運(yùn)行電壓： 146 kV標(biāo)稱放電電流： 10 kA在最高持續(xù)運(yùn)行電壓252/ kV下的泄漏電流： 1-3mA直流1mA參考電壓： 290 kV操作沖擊電流殘壓： 413 kV雷電沖擊電流殘壓： 496 kV陡波沖擊電流殘壓： 546 kV大電流沖擊耐受（4/10m

21、s，2次放電動(dòng)作）： 100kA（峰值）長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流耐受（矩形波，波峰持續(xù)時(shí)間2000ms）：600A（峰值）壓力釋放能力：a.大電流（0.2s）： 40kA（對(duì)稱分量，rms）b.小電流（0.2s）： 800A（對(duì)稱分量，rms）額定放電能量： 14.5kJ/kV瓷柱絕緣水平：a.BIL（1.2/50ms）： 950kV（峰值）b.1min工頻耐受電壓： 395kV（rms）啟動(dòng)/備用變壓器中性點(diǎn)用氧化鋅避雷器型號(hào)為：Y1.5W-60/144。避雷器運(yùn)行在指定的條件下和按照運(yùn)行指導(dǎo)手冊(cè)維修時(shí)，運(yùn)行壽命為30年。第四節(jié) 發(fā)電廠的接地裝置 接地裝置是埋入土中的金屬接地體（角鋼、扁鋼、鋼管等）和

22、連接用的連接線構(gòu)成。按接地的目的，電氣設(shè)備的接地可分為：工作接地、防雷接地、保護(hù)接地和儀控接地。（1）工作接地：為了保證電力系統(tǒng)正常運(yùn)行所需要的接地。例如中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中的變壓器中性點(diǎn)接地，其作用是穩(wěn)定電網(wǎng)對(duì)地電位，從而可使對(duì)地絕緣降低。（2）防雷接地：是針對(duì)防雷保護(hù)的需要而設(shè)置的接地，以利于降低雷過(guò)電壓，故又稱為過(guò)電壓保護(hù)接地。（3）保護(hù)接地：也稱為安全接地，是為了人身安全而設(shè)置的接地，即電氣設(shè)備的外殼（包括電纜皮）接地，以防外殼帶電危急人身安全。（4）儀控接地：發(fā)電廠的熱力控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、晶體管或微機(jī)型繼電保護(hù)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)等，為了穩(wěn)定電位、防止干擾而設(shè)置的

23、接地。儀控接地亦稱電子系統(tǒng)接地。一、接地電阻的基本概念圖1814 接地電流的散流場(chǎng)和地面電位分布UM接地點(diǎn)電位；I接地電流；Ui接觸電壓；Uk跨步電壓；地中電流密度；Uf（r）大地表面的電位分布曲線接地電阻是指電流經(jīng)接地體進(jìn)入大地并向周圍擴(kuò)散時(shí)所遇到的電阻。通常認(rèn)為大地具有零電位，其中沒(méi)有電流通過(guò)時(shí)，大地各處是等電位的。但大地不是理想導(dǎo)體，它具有一定的電阻率，如果有電流流過(guò)，則大地各處就具有不同的電位。當(dāng)有電流經(jīng)接地體注入大地后，它以電流場(chǎng)的形式向四處擴(kuò)散，如圖1814所示。離電流注入點(diǎn)愈遠(yuǎn)，半球形的散流面積愈大，地中的電流密度就愈小，因此可以認(rèn)為在較遠(yuǎn)處。（1520m以外），單位擴(kuò)散距離的電

24、阻及地中電流密度已接近零，該處電位已為零電位。顯然，當(dāng)接地點(diǎn)有電流流入大地時(shí)，接地點(diǎn)電位最高，離接地點(diǎn)愈遠(yuǎn)，電位愈低，圖中曲線Uf（r）即表示地表面的電位分布情況（式中r表示離雷電流注入點(diǎn)的距離）。我們把接地點(diǎn)處的電位UM與接地電流I的比值定義為該點(diǎn)的接地電阻R，RUM/I 。當(dāng)接地電流為定值時(shí)，接地電阻R愈小，則電位UM愈低，反之則愈高。接地裝置的接地電阻R主要決定于接地裝置的結(jié)構(gòu)、尺寸、埋入地下的深度及當(dāng)?shù)氐耐寥离娮杪?。因金屬接地體的電阻率遠(yuǎn)小于土壤電阻率，故接地體本身的電阻在接地電阻R中可以忽略不計(jì)。二、接地電阻的允許值接地電阻的允許值是根據(jù)接地故障電流I的大小、接地裝置上出現(xiàn)電壓時(shí)間的

25、長(zhǎng)短和接觸幾率多少，并考慮不同土壤電阻率下投資的合理性而制定。在大接地短路電流系統(tǒng)中，接地短路電流較大，但故障切除時(shí)間快，接地裝置上只是在很短的時(shí)間內(nèi)有電壓出現(xiàn)。因此，當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地網(wǎng)電壓規(guī)定不得超過(guò)2000V，其接地裝置的接地電阻為R2000/I （）式中 I流經(jīng)接地裝置的短路電流。當(dāng)I4000A時(shí)，可取R0.5。在大地電阻率很高時(shí)允許將R值提高到R5 ，但在這種情況下，必須驗(yàn)證人身安全。在小接地短路電流系統(tǒng)中，接地故障電流I較小，繼電保護(hù)常作用于信號(hào)，不切除故障部分，接地裝置上電壓升高的時(shí)間較長(zhǎng)，因此，接地電壓限制到較低。當(dāng)接地裝置僅用于高壓設(shè)備時(shí)，規(guī)定接地電壓不得超過(guò)250V，即

26、R250/I（）當(dāng)接地裝置為高低壓設(shè)備所共用時(shí)，考慮到人與低壓設(shè)備接觸的機(jī)會(huì)更多，規(guī)定接地電壓不得超過(guò)120V，即R120/I（）式中 I計(jì)算用接地故障電流（A）。一般在小接地短路電流系統(tǒng)中，接地電阻不應(yīng)超過(guò)10。大地電阻率較高時(shí)，接地電阻允許取大些。對(duì)工作接地及保護(hù)接地而言，接地電阻是指直流或工頻電流流過(guò)時(shí)的電阻；對(duì)防雷接地而言，是指雷電沖擊電流流過(guò)時(shí)的電阻，簡(jiǎn)稱沖擊接地電阻。同一接地裝置在工頻電流和沖擊電流作用下，將具有不同的電阻值，通常用沖擊系數(shù)表示兩者的關(guān)系=Rch/Rg式中 Rg工頻接地電阻；Rch沖擊接地電阻，是接地體上的沖擊電壓幅值與流經(jīng)該接地體中的沖擊電流幅值之比值。一般情況下

27、，1，也有時(shí)1，這與接地體的幾何尺寸、雷電流的幅值和波形及土壤電阻率等因素有關(guān)。三、接觸電壓和跨步電壓從人身安全考慮，一般人體通過(guò)50mA以上電流就有生命危險(xiǎn)。人體皮膚處于干燥、潔凈和無(wú)損傷時(shí)，人身電阻高達(dá)幾十千歐以上，而皮膚有傷口或處于潮濕狀態(tài)時(shí)，人身電阻可降到1000左右。因此在最不利的情況下，人接觸的電壓只要達(dá)0.05×100050V左右，即有致命危險(xiǎn)。在電氣設(shè)備發(fā)生接地故障時(shí)，處于分布電位的人可能有兩種方式觸及不同電位點(diǎn)而受到電壓的作用，見(jiàn)圖1814。當(dāng)人觸及漏電設(shè)備外殼，加于人手與腳之間的電壓，稱為接觸電壓，通常按人站在距設(shè)備水平距離0.8m的地面上，手觸設(shè)備離地面高為1.

28、8m處所受到的電壓計(jì)算，如圖1814中所示的Uj。人的兩腳著地點(diǎn)之間的電位差稱為跨步電壓（取跨距為0.8m）如圖1814中所示的Uk。人體所能耐受的接觸電壓和跨步電壓的允許值，與通過(guò)人體的電流值、持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短、地面土壤電阻率及電流流經(jīng)人體的途徑有關(guān)。在大接地短路電流系統(tǒng)中，接觸電壓Uj和跨步電壓Uk的允許值為：人腳站立處地面土壤電阻率（·m），t接地短路電流持續(xù)時(shí)間（s）。在小接地短路電流系統(tǒng)中，接觸電壓和跨步電壓的允許值為：四、發(fā)電廠的接地裝置接地裝置由接地體和連接導(dǎo)體組成。接地體可分為自然接地體和人工接地體。自然接地體包括埋在地下的金屬管道、金屬結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)，但可燃液體

29、和氣體的金屬管道除外，人工接地體是專為接地需要而設(shè)置的接地體。人工接地體有垂直接地體和水平接地體之分。垂直接地體一般是用長(zhǎng)約2.53m的角鋼（20mm×20mm×3mm50mm×50mm×5mm）、圓鋼或鋼管垂直打入地下，頂端深入地下0.30.5m。水平接地體多用扁鋼（寬一般為2040mm，厚不小于4mm）或者直徑不小于6mm的圓鋼或者用銅導(dǎo)體，埋于地下0.51m處或埋于廠房、樓房基礎(chǔ)底板以下，可構(gòu)成環(huán)形或網(wǎng)格形等接地系統(tǒng)。發(fā)電廠要求良好的接地裝置，以滿足工作、安全和防雷保護(hù)的接地要求。一般是根據(jù)安全和工作接地要求設(shè)置有一個(gè)統(tǒng)一的接地網(wǎng)，然后在避雷器和避

30、雷針下面增加接地體以滿足防雷接地的要求。發(fā)電廠的接地裝置除利用自然接地體外，還應(yīng)裝設(shè)水平敷設(shè)的人工接地網(wǎng)。人工接地網(wǎng)應(yīng)圍繞設(shè)備區(qū)域連成閉合形狀，并在其中敷設(shè)若干均壓帶（圖1815）或敷設(shè)成方格網(wǎng)狀。水平接地網(wǎng)應(yīng)埋入地下0.6m以下，以免受到機(jī)械損傷，并可減少冬季土壤表層凍結(jié)和夏季地表水分蒸發(fā)對(duì)接地電阻的影響。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力網(wǎng)的接地短路電流日益增大。在大接地短路電流系統(tǒng)的發(fā)電廠和變電所內(nèi)，接地網(wǎng)電位的升高已成為重要問(wèn)題。為了保證人身安全，除適當(dāng)布置均壓帶外，還采取以下均壓措施：（1）因接地網(wǎng)邊角外部電位梯度較高，邊角處應(yīng)做成圓弧形。（2）在接地網(wǎng)邊緣上經(jīng)常有人出入的走道處，應(yīng)在該走道下

31、不同深度裝設(shè)與地網(wǎng)相連的帽檐式均壓帶或者將該處附近鋪成具有高電阻率的路面。對(duì)于600MW機(jī)組電廠，其500KV和220KV配電裝置、汽輪機(jī)房、鍋爐房等主要電氣建筑物下面常將深埋的水平接地體敷設(shè)成方格網(wǎng)。一般在主廠房接地網(wǎng)和升壓變電所接地網(wǎng)連接處設(shè)有可拆部件，以便分別測(cè)試各個(gè)主接地網(wǎng)的接地電阻。主接地網(wǎng)的接地電阻一般在0.5以內(nèi)。地下接地網(wǎng)在一些適當(dāng)部位連接有多股絞線，引出地面，以便連接需要接地的設(shè)備或接地母線（總地線排），或與廠房鋼柱連接并形成整個(gè)建筑物接地。室外防雷保護(hù)接地引下線與接地體的連接點(diǎn)通常設(shè)在地表下0.30.5m以下。圖1815 水平閉合式接地網(wǎng)及其電位分布發(fā)電廠中接地的交流系統(tǒng)必

32、須設(shè)有接地線，并使其與接地體或接地網(wǎng)連接。大量電氣設(shè)備或其他非載流金屬部分都必須接地，如配電盤的框架、開(kāi)關(guān)柜或開(kāi)關(guān)設(shè)備的支架、電動(dòng)機(jī)底座、金屬電纜架、導(dǎo)線的金屬外包層、開(kāi)關(guān)和斷路器的外殼或其他電氣設(shè)備的外殼、移動(dòng)式或手持式電動(dòng)工具等。電氣設(shè)備的接地，可用直接的金屬接觸固定在已接地的建筑金屬結(jié)構(gòu)上，也可用適當(dāng)截面的接地線連接到已接地的接地端子或接地母線上，還可用單獨(dú)的絕緣地線與電路導(dǎo)線敷設(shè)在同一條電纜走道、管道、電纜或軟線內(nèi)再接到適當(dāng)?shù)慕拥囟俗踊蚪拥啬妇€上。五、電子系統(tǒng)接地要求和接地方式大機(jī)組電廠中有大量的電子設(shè)備或電子系統(tǒng)，如熱力控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、晶體管或微機(jī)型繼電保護(hù)、通信系統(tǒng)等。電子系統(tǒng)本身對(duì)于噪聲或干擾是敏感的，必須通過(guò)適當(dāng)?shù)慕拥貋?lái)降低噪聲或干擾電平。電子系統(tǒng)的接地必須遵循以下各項(xiàng)要求：（1）所有安裝容易受到或能產(chǎn)生射頻干擾的電子設(shè)備的建筑物或綜合機(jī)房，必須設(shè)置專用的低阻抗參考地或總地線排（接地母線）。（2）不同類型的系統(tǒng)必須相互絕緣，防止地電位差產(chǎn)生飛弧。（3）裝有電子設(shè)備的機(jī)架或機(jī)箱，必須有效地直接連接到專用的參考接地點(diǎn)，也可采用樹(shù)干式接地中的一分支。（4）必須避免形成閉合回路。（5）當(dāng)靈敏的電子設(shè)備與電磁干擾源設(shè)置在