電氣安全、防雷和接地課件

第九章

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

第二節(jié)過(guò)電壓和防雷

第三節(jié)電氣裝置的接地

第一節(jié)電氣安全一、電氣安全的含義和重要性

電氣安全包括人身安全和設(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(lèi)事故，如觸電傷亡、設(shè)備損壞、停電、甚至引起火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重后果。

二、電氣安全措施

⒈

建立完整的安全管理機(jī)構(gòu)

⒉

健全各項(xiàng)安全規(guī)程，并嚴(yán)格執(zhí)行

⒊

嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)、安裝規(guī)范

⒋

加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和檢修試驗(yàn)工作

⒌

按規(guī)定正確使用電氣安全用具

⒍

采用安全電壓和符合安全要求的電器

⒎普及安全用電知識(shí)

三、電氣防火和防爆

⒈

防火防爆的措施

⑴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。

四、觸電及防護(hù)

⒈

觸電的概念及其危害

分為“電擊”與“電傷”兩類(lèi)。

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)，觸電時(shí)間越長(zhǎng)，電流越大，頻率接近工作頻率，電流流過(guò)心臟最為危險(xiǎn)。此外，還與人的體重、健康狀況有關(guān)。

⒉

觸電的防護(hù)

⑴直接觸電防護(hù)

⑵間接觸電防護(hù)

第二節(jié)過(guò)電壓和防雷一、過(guò)電壓及雷電概述

⒈

過(guò)電壓的種類(lèi)

⑴內(nèi)部過(guò)電壓

對(duì)電力線路和電氣設(shè)備絕緣的威脅不是很大。

⑵雷電過(guò)電壓（亦稱(chēng)外部過(guò)電壓或大氣過(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(lèi)

(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

⒈

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)是引雷作用。

采用“滾球法”來(lái)確定保護(hù)范圍。

①

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h≤hr時(shí)

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)；當(dāng)避雷針高度h>hr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h≤hr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(lèi)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。

②

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：

每支避雷針保護(hù)范圍外側(cè)同單支避雷針一樣計(jì)算。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：

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d.確立xx’平面上保護(hù)范圍。以單支避雷針的保護(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h≥2hr時(shí)，無(wú)保護(hù)范圍。

當(dāng)避雷線的高度h<2hr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：

①距地面hr處作一平行于地面的平行線。②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)。③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)hr<h<2hr時(shí)，保護(hù)范圍最高點(diǎn)的高度h0按下式計(jì)算h0=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120～150m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。

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2.變配電所的防雷保護(hù)

⑴

防直擊雷

①獨(dú)立避雷針與被保護(hù)物之間應(yīng)保持一定的空間距離So，如圖。②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

。③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1~2km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3~10KV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)。⑶

配電裝置防雷保護(hù)

T—電力變壓器F—閥形避雷器第三類(lèi)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：①防直擊雷；②防感應(yīng)雷；

③防雷電侵入波第三節(jié)電氣裝置的接地一、接地概述

⒈

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4．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(chēng)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(chēng)為保護(hù)接地。

①TN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），屬于三相四線制系統(tǒng)。

N線和PE線全部和為PEN線稱(chēng)TN-C系統(tǒng)N線和PE線全部分開(kāi)稱(chēng)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(chēng)TN-C-S系統(tǒng)。②TT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。③IT系統(tǒng)IT系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)不接地或經(jīng)1kΩ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(chēng)重復(fù)接地。

5.應(yīng)該實(shí)行接地或接零的設(shè)備

⑴

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。

⑵

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。

⑶

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。

⑷

照明燈具、電扇及電熱設(shè)備的金屬底座與外殼。

⑸

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。

⑹

互感器的二次線圈。

6可以不接地或接零的設(shè)備

⑴

采用安全電壓或低于安全電壓的電氣設(shè)備。

⑵

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。

⑶

在已接地金屬構(gòu)架上的支持絕緣子的金屬底座。

⑷

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)低壓電氣設(shè)備的外殼。

⑸

額定電壓為220V及以下的蓄電池室的金屬框架。

⑹

廠內(nèi)運(yùn)輸鐵軌。

⑺

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、接地裝置

⒈

自然接地體

⑴

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。

⑵

敷設(shè)于地下而數(shù)量不少于兩根的電纜金屬外皮。

⑶

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。

⒉

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。

⒊

變配電所和車(chē)間的接地裝置

加裝均壓帶的環(huán)路式接地網(wǎng)三、接地電阻

⒈

接地電阻的要求。

⑴

電壓為1000V以上的中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中電氣設(shè)備實(shí)行保護(hù)接地。

⑵

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)。

⑶

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⑷

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

。

⒉

接地電阻的計(jì)算

⑴

工頻接地電阻工頻接地電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻，稱(chēng)工頻接地電阻，可按表9-4中的公式進(jìn)行計(jì)算。

⑵

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(chēng)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；α為換算系數(shù)

⑶

接地裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算

①按設(shè)計(jì)規(guī)范要求確定允許的接地電阻值RE。

②實(shí)測(cè)或估算可以利用的自然接地體的接地電阻RE(nat)。

③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。

④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。

⑤計(jì)算單根接地體的接地電阻RE(1)。

⑥用逐步漸近法計(jì)算接地體的數(shù)量。⑦校驗(yàn)短路熱穩(wěn)定度。

式中，

為單相接地短路電流，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(chē)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20Ω，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：

RE≤120/IE=120/12.9=9.3Ω

RE≤4Ω

比較上兩式，總接地電阻應(yīng)滿足RE≤4Ω。

（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40×4mm2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ρ=200Ωm

單根鋼管接地電阻RE(1)≈200/2.5=80Ω

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ηE≈0.70。因此

考慮到接地體的均勻?qū)ΨQ(chēng)布置，最后確定用24根直徑50mm，長(zhǎng)2.5m的鋼管作接地體，管間距7.5m，用40×4mm2的扁鋼連接，環(huán)形布置，附加均