第八章防雷接地及電氣安全解析

第一節(jié)過電壓與防雷

一、過電壓及雷電的有關(guān)概念

防雷就是防御過電壓，過電壓是指電氣設備或線路上出現(xiàn)超過正常工作要求的電壓升高。在電力系統(tǒng)中，按照過電壓產(chǎn)生的原因不同，可分為內(nèi)部過電壓和雷電過電壓兩大類。（一）過電壓的形式

1、內(nèi)部過電壓內(nèi)部過電壓（又稱操作過電壓），指供配電系統(tǒng)內(nèi)部由于開關(guān)操作、參數(shù)不利組合、單相接地等原因，使電力系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在其過渡過程中引起的過電壓。內(nèi)部過電壓又可分為操作過電壓和諧振過電壓。操作過電壓是由于系統(tǒng)內(nèi)部開關(guān)操作導致的負荷驟變，或由于短路等原因出現(xiàn)斷續(xù)性電弧而引起的過電壓。諧振過電壓是由于系統(tǒng)中參數(shù)不利組合導致諧振而引起的過電壓。2、雷電過電壓

雷電過電壓又稱大氣過電壓或外部過電壓，是指雷云放電現(xiàn)象在電力網(wǎng)中引起的過電壓。雷電過電壓一般分為直擊雷、間接雷擊和雷電侵入波三種類型。

1）直擊雷是遭受直擊雷擊時產(chǎn)生的過電壓。經(jīng)驗表明，直擊雷擊時雷電流可高達幾百千安，雷電電壓可達幾百萬伏。遭受直擊雷擊時均難免災難性結(jié)果。因此必須采取防御措施。

2）間接雷擊，又簡稱感應雷，是雷電對設備、線路或其它物體的靜電感應或電磁感應所引起的過電壓。圖9-1所示為架空線路上由于靜電感應而積聚大量異性的束縛電荷，在雷云的電荷向其它地方放電后，線路上的束縛電荷被釋放形成自由電荷，向線路兩端運行，形成很高的過電壓。經(jīng)驗表明，高壓線路上感應雷可高達幾十萬伏，低壓線路上感應雷也可達幾萬伏，對供電系統(tǒng)的危害很大。3）雷電侵入波是感應雷的另一種表現(xiàn)，是由于直擊雷或感應雷在電力線路的附近、地面或桿塔頂點，從而在導線上感應產(chǎn)生的沖擊電壓波，它沿著導線以光速向兩側(cè)流動，故又稱為過電壓行波。行波沿著電力線路侵入變配電所或其他建筑物，并在變壓器內(nèi)部引起行波反射，產(chǎn)生很高的過電壓。據(jù)統(tǒng)計，雷電侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的50%～70%。（二）雷電形成及有關(guān)概念

1、雷電形成雷電是帶有電荷的“雷云”之間、“雷云”對大地或物體之間產(chǎn)生急劇放電的一種自然現(xiàn)象。關(guān)于雷云普遍的看法是：在悶熱的天氣里，地面的水汽蒸發(fā)上升，在高空低溫影響下，水蒸汽凝成冰晶。冰晶受到上升氣流的沖擊而破碎分裂，氣流挾帶一部分帶正電的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分較大的帶負電的冰晶則下降，形成“負雷云”。由于高空氣流的流動，正雷云和負雷云均在空中飄浮不定。據(jù)觀測，在地面上產(chǎn)生雷擊的雷云多為負雷云。當空中的雷云靠近大地時，雷云與大地之間形成一個很大的雷電場。由于靜電感應作用，使地面出現(xiàn)與雷云的電荷極性相反的電荷。當雷云與大地之間在某一方位的電場強度達到25～30kV/cm時，雷云就開始向這一方位放電，形成一個導電的空氣通道，稱為雷電先導。

當其下行到離地面100～300m時，就引起一個上行的迎雷先導。當上下行先導相互接近時，正、負電荷強烈吸引、中和而產(chǎn)生強大的雷電流，并伴有雷鳴電閃。這就是直擊雷的主放電階段，這階段的時間極短。主放電階段結(jié)束后，雷云中的剩余電荷會繼續(xù)沿主放電通道向大地放電，形成斷續(xù)的隆隆雷聲。

這就是直擊雷的余輝放電階段，時間一般為0.03～0.15s，電流較小，約為幾百安。雷電先導在主放電階段與地面上雷擊對象之間的最小空間距離，稱為閃擊距離。雷電的閃擊距離與雷電流的幅值和陡度有關(guān)。確定直擊雷防護范圍的“滾球半徑”大小，就與閃擊距離有關(guān)。雷云對大地放電（直擊雷）示意圖

a)負雷云出現(xiàn)在大地建筑物上方時b)負雷云對建筑物頂部尖端放電時架空線路上的感應過電壓

雷云在線路上方時b)雷云對地或其他放電時c)雷云對架空線路放電時

3.雷電感應過電壓的形成 當強大的雷電流沿著導體如接地引下線泄放入地時，由于雷電流具有很大的幅值和陡度，因此在它周圍產(chǎn)生強大的電磁場。如果附近有一開口的金屬環(huán)，如圖8-3所示，則將在該金屬環(huán)的開口（間隙）處感生相當大的電動勢而產(chǎn)生火花放電。這對存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危險的。開口金屬環(huán)上的電磁感應過電壓 （三）雷電的有關(guān)名詞概念

1.雷電流的幅值和陡度

雷電流是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流，如圖9-2所示。成半余弦波形的雷電波可分為波頭和波尾兩部分，一般在主放電階段1～4μs內(nèi)即可達到雷電流幅值。雷電流從0上升到幅值的波形部分，稱為波頭；雷電流從下降到1/2的波形部分，稱為波尾。

雷電流波形示意圖

雷電流的陡度即雷電流波升高的速度。因雷電流開始時數(shù)值很快地增加，陡度也很快達到極大值，當雷電流陡度達到最大值時，陡度降為零。雷電流幅值大小的變化范圍很大，需要積累大量的資料。圖9-3給出了我國的雷電流幅值概率曲線。從圖9-3可知：≥20kA出現(xiàn)的概率是65%，≥120kA出現(xiàn)的概率只有7%。一般變配電所防雷設計中的耐雷水平是取雷電流最大幅值為=100kA。雷電流幅值概率曲線

2.年平均雷暴日數(shù)

3.年預計雷擊次數(shù)凡有雷電活動的日子，包括見到閃電和聽到雷聲，由當?shù)貧庀笈_統(tǒng)計的，多年雷暴日的年平均值稱為年平均雷暴日數(shù)。年平均雷暴日數(shù)不超過15天的地區(qū)稱為少雷區(qū)，多于40天的地區(qū)稱為多雷區(qū)。4.雷電電磁脈沖

這是表征建筑物可能遭受雷擊的一個頻率參數(shù)。根據(jù)國標GB50057-1994《建筑物防雷設計規(guī)范》規(guī)定，應按下式計算：

式中，N為建筑物年預計雷擊次數(shù)；Ae為與建筑物接受雷擊次數(shù)相同的等效面積（km2），按GB50057-1994之附錄一規(guī)定的方法確定；Ta為年平均雷暴日數(shù)；K為校正系數(shù)，一般取1，位于曠野孤立的建筑物取2。又稱浪涌電壓，是雷電直擊在建筑物的防雷裝置上或擊在建筑物附近所引起的一種電磁感應效應，對電子信息系統(tǒng)是一種干擾源。二、防雷設備

防雷裝置是接閃器、避雷器、引下線和接地裝置等的總和。如圖所示為不同的防雷裝置的設置組合。避雷針結(jié)構(gòu)示意圖1-避雷針2-引下線3-接地裝置避雷器裝置示意圖1-架空線路2-避雷器3-接地體4-電力變壓器

二、防雷設備

要保護建筑物等不受雷擊損害，應有防御直擊雷、感應雷和雷電侵入波的不同措施和防雷設備。

直擊雷的防御主要須設法把直擊雷迅速流散到大地中去。一般采用避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)等避雷裝置。感應雷的防御是對建筑物最有效的防護措施，其防御方法是把建筑物內(nèi)的所有金屬物，如設備外殼、管道、構(gòu)架等均進行可靠接地，混凝土內(nèi)的鋼筋應綁扎或焊成閉合回路。雷電侵入波的防御一般采用避雷器。避雷器裝設在輸電線路進線處或10kV母線上，如有條件可采用30～50m的電纜段埋地引入，在架空線終端桿上也可裝設避雷器。避雷器的接地線應與電纜金屬外殼相連后直接接地，并連入公共地網(wǎng)。

二、防雷設備（一）接閃器接閃器是專門用來接受直擊雷的金屬物體。接閃的金屬桿稱為避雷針；接閃的金屬線稱為避雷線，或稱為架空地線；接閃的金屬帶、網(wǎng)稱為避雷帶、避雷網(wǎng)。1、避雷針避雷針一般采用鍍鋅圓鋼（針長1m以下時，直徑不小于12mm；針長1～2m時，直徑不小于16mm），或鍍鋅鋼管（針長1m以下時，直徑不小于20mm，針長1～2m時，直徑不小于25mm）制成。它通常安裝在電桿、構(gòu)架或建筑物上。它的下端通過引下線與接地裝置可靠連接。

避雷針的功能實質(zhì)是引雷作用。它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場（該附加電場是由于雷云對避雷針產(chǎn)生靜電感應引起的），使雷電場畸變，從而改變雷云放電的通道。雷云經(jīng)避雷針、引下線和接地裝置，泄放到大地中去，使被保護物免受直擊雷擊。2、避雷線避雷線一般用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼鉸線，架設在架空線或建筑物的上面，以保護架空線或建筑物免遭直擊雷擊。由于避雷線既是架空的又是接地的，也稱為架空地線。

3、避雷網(wǎng)和避雷帶避雷網(wǎng)和避雷帶主要用來保護高層建筑物免遭直擊雷擊和感應雷擊。

避雷網(wǎng)和避雷帶宜采用圓鋼和扁鋼，優(yōu)先采用圓鋼。圓鋼直徑不小于9mm，扁鋼截面不小于49mm2，其厚度不小于4mm。當煙囪上采用避雷環(huán)時，其圓鋼直徑不小于12mm，扁鋼截面不小于100mm2，其厚度不小于4mm。避雷網(wǎng)的網(wǎng)絡尺寸要求應符合下表1的規(guī)定。

建筑物防雷類別滾球半徑hr/m避雷網(wǎng)格尺寸/m第一類防雷建筑物30第二類防雷建筑物45第三類防雷建筑物60表

按建筑物防雷類別確定滾球半徑和避雷網(wǎng)格尺寸（據(jù)GB50057-1994）避雷針的保護范圍（1）單支避雷針的保護范圍避雷針的保護范圍，一般采用IEC推薦的“滾球法”來確定。所謂“滾球法”就是選擇一個半徑為的“滾球半徑”球體，沿需要防護的部位滾動，如果球體只接觸到避雷針（線）或避雷針與地面而不觸及需要保護的部位，則該部位就在避雷針的保護范圍之內(nèi)。

按“滾球法”確定單支避雷針保護范圍

當避雷針高度h≤hr時1）在距地面高度hr處做一條平行于地面的平行線。

2）以避雷針的頂尖為圓心，hr為半徑，做弧線交于平行線于A，B兩點。3）以A，B為圓心，hr為半徑，該弧線與地面相切，與針尖相交。此弧線與地面構(gòu)成的整個錐形空間就是避雷針的保護區(qū)域。

4）避雷針在距地面高度hx的平面上的保護半徑，按下式計算

式中，hr為滾球半徑；hx為離地高度；h為避雷針高度；rx為離地高度為hx時所能保護的半徑。

5）避雷針在地面的保護半徑r0（相當于上式中hx=0時）：

當避雷針高度h>hr時，在避雷針上取高度hr的一點來代替避雷針的頂尖作為圓心，其余與避雷針高度h≤hr時的計算方法相同。

避雷器應與被保護設備并聯(lián)，且安裝在被保護設備的電源側(cè)。避雷器是用來防止雷電產(chǎn)生的過電壓波沿線路侵入變配電所或其它建筑物內(nèi)，以免危及被保護設備的絕緣。

（二）避雷器避雷器主要有閥式避雷器、排氣式避雷器、角型避雷器和金屬氧化物避雷器等幾種。

1.閥式避雷器 閥式避雷器(valve-typelightningarrester，文字符號FV)，又稱為閥型避雷器，主要由火花間隙和閥片組成，裝在密封的瓷套管內(nèi)?；鸹ㄩg隙用銅片沖制而成。每對間隙用厚0.5～1mm的云母墊圈隔開。正常情況下，火花間隙能阻斷工頻電流通過，但在雷電過電壓作用下，火花間隙被擊穿放電。閥片是用陶料粘固的電工用金剛砂（碳化硅）顆粒制成的，這種閥片具有非線性電阻特性。正常電壓時，閥片電阻很大，而過電壓時，閥片電阻則變得很小。 閥式避雷器中火花間隙和閥片的多少，與其工作電壓高低成比例。高壓閥式避雷器串聯(lián)很多單元火花間隙，目的是將長弧分割成多段短弧，以加速電弧的熄滅。但閥電阻的限流作用是加速電弧熄滅的主要因素。

c)閥電阻特性曲線閥式避雷器的組成部件及其特性曲線a)單元火花間隙b)閥電阻片 2.排氣式避雷器 排氣式避雷器（expulsion-typelightningarrester，文字符號FE），通稱管型避雷器，由產(chǎn)氣管、內(nèi)部間隙和外部間隙等三部分組成。

1-產(chǎn)氣管2-內(nèi)部棒形電極3-環(huán)形電極s1-內(nèi)部間隙s2-外部間隙

3.保護間隙 保護間隙（protectivegap，文字符號FG）又稱角型避雷器。它簡單經(jīng)濟，維護方便，但保護性能差，滅弧能力小，容易造成接地或短路故障，使線路停電。因此對于裝有保護間隙的線路，一般也宜裝設自動重合閘裝置，以提高供電可靠性。

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4.金屬氧化物避雷器

金屬氧化物避雷器（metal-oxidearrester，文字符號FMO）按有無火花間隙分兩種類型，最常見的一種是沒有火花間隙只有壓敏電阻片的避雷器。壓敏電阻片是由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結(jié)而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的閥電阻特性。

組合式氧化鋅避雷器35kV戶外組合式氧化鋅避雷器 三、電氣裝置的防雷

直擊雷的防御

防御直擊雷的方法：（1）裝設獨立的避雷針；（2）在建筑物上裝設避雷針或避雷線；（3）在建筑物屋面鋪設避雷帶或避雷網(wǎng)。

所有防雷裝置都須有可靠的引下線與合格的接地裝置相焊連。除獨立的避雷針外，建筑物上的防雷引下線應不少于兩根。這既是為了可靠，又是對雷電流進行分流，防止引下線上產(chǎn)生過高的電位。如圖9-8所示為防直擊雷的接地裝置的安全距離。為避雷針與被保護物（如建筑物和配電裝置）之間在空氣中的間距，一般不小于5m；為在地下的接地裝置之間的距離，一般不小于2m。

防御感應雷的方法：（1）在建筑物屋面沿周邊裝設避雷帶，每隔20米左右引出接地線一根，接地電阻的選擇可參見附錄表19-1。（2）建筑物內(nèi)所有金屬物如設備外殼、管道、構(gòu)架等均應接地，混凝土內(nèi)的鋼筋應綁扎或焊成閉合回路。（3）將突出屋面的金屬物接地；（4）對凈距離小于100mm的平行敷設的長金屬管道，每隔20～30米用金屬線跨接，避免因感應過電壓而產(chǎn)生火花。

三、電氣裝置的防雷

感應雷的防御雷電侵入波的防御避雷器

（3）利用三角形排列的頂線兼作防雷保護線。對于中性點不接地系統(tǒng)的3～10kV架空線路，可在其三角形排列的頂線絕緣子上裝設保護間隙。

頂線絕緣子附加保護間隙1-絕緣子2-架空導線3-保護間隙4-接地引下線5-電桿 三、電氣裝置的防雷（一）架空線路的防雷措施（1）架設避雷線（2）提高線路本身的絕緣水平 三、電氣裝置的防雷

對6～10kV架空線，如有條件就采用30～50m的電纜段埋地引入，在架空線終端桿裝避雷器，避雷器的接地線應與電纜金屬外殼相連后直接接地，并連入公共地網(wǎng)。

對沒有電纜引入的6～10kV架空線，在終端桿處裝避雷器，在避雷器附近除了裝設集中接地線外，還應連入公共地網(wǎng)。

對低壓進出線，應盡量用電纜線，至少應有50m的電纜段經(jīng)埋地引入，在進戶端將電纜金屬外殼架相連后直接接地，并連入公共地網(wǎng)。

（4）裝設自動重合閘裝置（0.5s） （5）個別絕緣薄弱地點加裝避雷器1）裝設避雷針2）裝設避雷線處于峽谷地區(qū)的變配電所，可利用避雷線來防護直擊雷。在35kV及以上的變配電所架空進線上，架設1～2km的避雷線，以消除一段進線上的雷擊閃絡，避免其引起的雷電侵入波對變配電所電氣裝置的危害。 （二）變配電所的防雷措施表

閥式避雷器至3～10kV主變壓器的最大電氣距離雷雨季節(jié)經(jīng)常運行的進線路數(shù)123≥4避雷器至主變壓器的最大電氣距離（m）152327303）在電源進線處主變壓器高壓側(cè)裝設避雷器。要求避雷器與主變壓器盡量靠近安裝，相互間最大電氣距離不超過下表的規(guī)定，同時，避雷器的接地端與變壓器的低壓側(cè)中性點及金屬外殼均應可靠接地。

變配電所對雷電波侵入的防護a)3～10kV架空和電纜進線b)35kV架空和電纜進線FV-閥式避雷器FE-排氣式避雷器FMO-金屬氧化物避雷器4）3～10kV高壓配電裝置及車間變配電所的變壓器要求它在每路進線終端和各段母線上都裝有避雷器，用來防止雷電侵入波對變配電所電氣裝置特別是對主變壓器的危害。避雷器的接地端與電纜頭的外殼相連后須可靠接地。5）在低壓側(cè)裝設避雷器在多雷區(qū)、強雷區(qū)及向一級防雷建筑供電的Yyn0和Dyn11聯(lián)結(jié)的配電變壓器，應裝設一組低壓避雷器。

高壓電動機的防雷不能采用普通型的FS、FD系列避雷器，而要采用專用的保護旋轉(zhuǎn)電動機的FCD系列磁吹式閥型避雷器，或用串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器。

（三）高壓電動機的防雷（1）第一類防雷建筑物

1）凡制造、使用、貯存炸藥、火藥、起爆藥、火工品等大量爆炸物質(zhì)的建筑物，因電火花而引起爆炸會造成巨大破壞和人身傷亡者。2）具有0區(qū)或10區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。（參見表9-3）3）具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，因電火花而引起爆炸會造成巨大破壞和人身傷亡者。

四、建筑物的防雷（一）建筑物的防雷類別

1）制造、使用、貯存爆炸物資的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。2）具有1區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物，且電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡者。3）具有2區(qū)或11區(qū)爆炸危險環(huán)境的建筑物。4）預計雷擊次數(shù)大于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物；預計雷擊次數(shù)大于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。（注：次/a中的a為年的符號，下同）5）工業(yè)企業(yè)內(nèi)有爆炸危險的露天鋼質(zhì)封閉氣罐。6）國家級重要建筑物（略）。

（2）第二類防雷建筑物1）根據(jù)雷擊后對工業(yè)生產(chǎn)的影響及產(chǎn)生的后果，并結(jié)合當?shù)貧庀?、地形、地質(zhì)及周圍環(huán)境等因素，確定需要防雷的21區(qū)、22區(qū)、23區(qū)火災危險環(huán)境。2）預計雷擊次數(shù)大于或等于0.06次/a的一般工業(yè)建筑物。3）預計雷擊次數(shù)大于或等于0.012次/a且小于或等于0.06次/a的部、省級辦公建筑物及其它重要或人員密集的公共建筑物；預計雷擊次數(shù)大于0.06次/a且小于或等于0.3次/a的住宅、辦公樓等一般性民用建筑物。（3）第三類防雷建筑物4）在平均雷暴日大于15d/a的地區(qū)，高度為15m及以上的煙囪、水塔等孤立高聳建筑物；在平均雷暴日小于或等于15d/a的地區(qū)，高度為20m及以上的煙囪、水塔等孤立高聳建筑物。5）省級重點文物保護的建筑物及省級檔案館。

建筑物防雷類別滾球半徑hr/m避雷網(wǎng)格尺寸/m第一類防雷建筑物30第二類防雷建筑物45第三類防雷建筑物60表

按建筑物防雷類別確定滾球半徑和避雷網(wǎng)格尺寸（據(jù)GB50057-1994）2.各類防雷建筑物的防雷措施

1)防直擊雷

2)防雷電感應

3)防雷電波侵入

五、建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷 （一）建筑物雷電電磁脈沖防護區(qū)的劃分 按GB50343-2004《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，建筑物雷電防護區(qū)(lightningprotectionzone,縮寫LPZ)的劃分。 （二）電子信息系統(tǒng)防雷電電磁脈沖的措施 建筑物電子信息系統(tǒng)的防雷，包括對雷電電磁脈沖的防護，必須將外部防雷措施與內(nèi)部防雷措施協(xié)調(diào)統(tǒng)一，按工程整體要求進行全面規(guī)劃，做到安全可靠、技術(shù)先進、經(jīng)濟合理。 建筑物電子信息系統(tǒng)的綜合防雷系統(tǒng)。 1.等電位聯(lián)結(jié)與共用接地系統(tǒng)要求

等電位聯(lián)結(jié)，是指使電氣裝置各外露可導電部分及裝置外的導電部分的電位作實質(zhì)上相等的電氣聯(lián)結(jié)。等電位聯(lián)結(jié)的作用是降低接觸電壓，保障人身安全。信息系統(tǒng)等電位聯(lián)結(jié)的基本方法

2.屏蔽及合理布線要求 （1）電子信息系統(tǒng)設備機房的屏蔽應符合下列規(guī)定： （2）線纜屏蔽應符合下列規(guī)定： （3）線纜敷設應符合下列規(guī)定： 1）電子信息系統(tǒng)線纜主干線的金屬線槽宜敷設在電氣豎井內(nèi)。 2）電子信息系統(tǒng)線纜與其他管線的間距應符合表8-3的規(guī)定。 3）布置電子信息系統(tǒng)信號線纜的路徑走向時，應盡量減小由線纜本身形成的感應環(huán)路面積。 4）電子信息系統(tǒng)線纜與電力電纜的間距應符合表8-4的規(guī)定。

其他管線線纜與其他管線凈距最小平行凈距/㎜最小交叉凈距/㎜防雷引下線1000300保護地線5020給水管15020壓縮空氣管150

20熱力管（不包封）500

500熱力管（包封）300

300煤氣管300

20表8-3電子信息系統(tǒng)線纜與其他管線的凈距（據(jù)GB50343-2004）類別與電子信息系統(tǒng)信號線纜接近情況最小凈距/㎜

380V

電力電纜容量小于2kVA與信號線纜平行敷設

150有一方在接地的金屬線槽或鋼管中

70雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中

10380V

電力電纜容量

2～5kVA與信號線纜平行敷設

300有一方在接地的金屬線槽或鋼管中

150雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中

80

380V

電力電纜容量大于5VA與信號線纜平行敷設

600有一方在接地的金屬線槽或鋼管中

300雙方都在接地的金屬線槽或鋼管中

150表8-4電子信息系統(tǒng)線纜與電力電纜的凈距（據(jù)GB50343-2004） 5）電子信息系統(tǒng)線纜與配電箱、變電室、電梯機房、空調(diào)機房之間的最小凈距宜符合表8-5的規(guī)定。 3.電子信息系統(tǒng)的電源線路中電涌保護器（SPD）的裝設要求 （1）TN系統(tǒng)中電涌保護器（SPD）的裝設要求電子信息系統(tǒng)設備由TN系統(tǒng)供電時，配電線路通常采用TN-C-S系統(tǒng)的接地型式，在三根相線與PE之間裝設SPD，如圖8-19所示。名稱最小間距/m名稱最小間距/m配電箱1.00電梯機房2.00變電室2.00空調(diào)機房2.00表8-5電子信息系統(tǒng)線纜與電氣設備之間的凈距（據(jù)GB50343-2004）1-進線電源箱2-配電盤3-接地母線4-電涌保護器（SPD）

5-SPD的接地連接（5a或5b）6-被保護設備7-PE線與N線的連接端子板

F-保護SPD的熔斷器或斷路器、漏電保護器（RCD）TN-C-S系統(tǒng)中SPD的裝設 （2）TT系統(tǒng)中電涌保護器（SPD）的裝設要求 （3）IT系統(tǒng)中電涌保護器（SPD）的裝設要求。

1-進線電源箱2-配電盤3-接地母線4-電涌保護器（SPD）5-SPD的接地連接（5a或5b）6-被保護設備7-漏電保護器（RCD）

F-保護SPD的熔斷器或斷路器、漏電保護器（RCD）

第二節(jié)電氣裝置的接地

一、接地的有關(guān)概念

電氣設備的某部分與土壤之間作良好的電氣連接，稱之為接地。

由若干接地體在大地中相互用接地線連接起來的一個整體，稱為接地網(wǎng)。

（一）接地和接地裝置 埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體稱為接地體，連接接地體和電氣設備接地部分的導線稱為接地線。接地線和接地體合稱為接地裝置。

其中接地線又分接地干線和接地支線。 一、接地的有關(guān)概念 （一）接地和接地裝置

接地網(wǎng)示意圖1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設備（二）接地電流和對地電壓 （三）接觸電壓和跨步電壓 1.接觸電壓

接觸電壓Utou

（touchvoltage）是指設備的絕緣損壞時，在身體可觸及的兩部分之間出現(xiàn)的電位差，例如人站在發(fā)生接地故障的設備旁邊，手觸及設備的金屬外殼，則人手與腳之間所呈現(xiàn)的電位差，即為接觸電壓。 2.跨步電壓

跨步電壓Ustep

（stepvoltage）是指在接地故障點附近行走時，兩腳之間所出現(xiàn)的電位差。接觸電壓和跨步電壓說明圖

Utou-接觸電壓Ustep-跨步電壓（四）工作接地、保護接地和重復接地

工廠供電系統(tǒng)和電氣設備的接地按其功能分為工作接地、保護接地以及重復接地三大類。

1、工作接地工作接地是為了電力系統(tǒng)和用電設備正常工作而進行的接地,如變壓器、發(fā)電機、中性點接地以及防雷接地等都屬該類接地。

目的：

(1)降低觸電電壓

(2)迅速切斷故障在中性點接地的系統(tǒng)中，一相接地后的電流較大，保護裝置迅速動作，斷開故障點。

(3)降低電氣設備對地的絕緣水平R02、保護接地保護接地是為了人身安全、防止間接觸電而對設備的外露可導電部分進行的接地，如設備外殼的直接接地，電流、電壓互感器二次線圈的接地以及配電屏、控制柜框架的接地等。R'C'IbIe當電氣設備內(nèi)部絕緣損壞發(fā)生一相碰殼時：由于外殼帶電,當人觸及外殼,接地電流Ie

將經(jīng)過人體入地后,再經(jīng)其它兩相對地絕緣電阻R

及分布電容C

回到電源。當R

值較低、C

較大時，Ib

將達到或超過危險值。電氣設備外殼未裝保護接地時:電氣設備外殼有保護接地時通過人體的電流：

Rb與Ro并聯(lián)，且

Rb

?Ro

通過人體的電流可減小到安全值以內(nèi)。R'C'R0IbIeI0利用接地裝置的分流作用來減少通過人體的電流。

保護接地：將電氣設備的金屬外殼(正常情況下是不帶電的)接地。

用于中性點不接地的低壓系統(tǒng)

2）保護接地我國220/380V低壓配電系統(tǒng)采用的是中性點直接接地運行方式，引出中性線N、保護線PE和保護中性線PEN。中性線N的作用是用來接單相設備，傳導三相系統(tǒng)不平衡電流和單相電流并減少中性點偏移；保護線PE的作用是將設備外殼、外露可導電部分連接到電源的接地點去，當設備發(fā)生單相接地故障時形成單相短路，使設備或系統(tǒng)的保護裝置動作，切除故障設備，保護人身安全；PEN線具有中性線N和保護線PE的雙重功能。

保護接地的形式有兩種：一種是設備的外露可導電部分經(jīng)各自的PE線直接接地；另一種是設備的外露可導電部分經(jīng)公共的PE線或PEN線接地。根據(jù)供電系統(tǒng)的中性點及電氣設備的接地方式，保護接地可分為三種不同類型：

IT類、TN類以及TT類。

(1)IT系統(tǒng)。IT系統(tǒng)是在中性點不接地的三相三線系統(tǒng)中采用的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分直接經(jīng)接地體接地，

如圖所示。

（2)TN系統(tǒng)。TN系統(tǒng)是中性點直接接地的三相四線制系統(tǒng)中采用的保護接地方式。根據(jù)電氣設備的不同接地方法，TN系統(tǒng)又分為以下三種形式。

TN－C系統(tǒng)：配電線路中性線N與保護線PE接在一起，電氣設備不帶電金屬部分與之相接，如圖所示。在這種系統(tǒng)中，當某相線因絕緣損壞而與電氣設備外殼相碰時，形成較大的單相對地短路電流，引起熔斷器熔斷切除故障線路，從而起到保護作用。該接線保護方式適用于三相負荷比較平衡且單相負荷不大的場所，在工廠低壓設備接地保護中使用相當普遍。

TN－S系統(tǒng)：配電線路中性線N與保護線PE分開，電氣設備的金屬外殼接在保護線PE上，如圖所示。在正常情況下，PE線上沒有電流流過，不會對接在PE線上的其它設備產(chǎn)生電磁干擾。這種接線適用于環(huán)境條件較差、安全可靠要求較高以及設備對電磁干擾要求較嚴的場所。

TN－C－S系統(tǒng)：該系統(tǒng)是TN－C與TN－S系統(tǒng)的綜合。電氣設備大部分采用TN－C系統(tǒng)接線，在設備有特殊要求的場合，

局部采用專設保護線接成TN－S形式，如圖所示。

低壓配電的TN系統(tǒng)(a)TN-C系統(tǒng)；

（b)TN-S系統(tǒng)；

(c)TN-C-S系統(tǒng)

（3)TT系統(tǒng)。TT系統(tǒng)是中性點直接接地的三相四線制系統(tǒng)中的保護接地方式。如圖所示，配電系統(tǒng)的中性線N引出，但電氣設備的不帶電金屬部分經(jīng)各自的接地裝置直接接地，與系統(tǒng)接地線不發(fā)生關(guān)系。當發(fā)生單相接地、機殼帶電故障時，通過接地裝置形成單相短路電流，使故障設備電路中的過電流保護裝置動作，迅速切除故障設備，減少人體觸電的危險。

低壓配電的TT系統(tǒng)

3、保護接零（用于380V/220V三相四線制系統(tǒng)）將電氣設備的外殼可靠地接到零線上。當電氣設備絕緣損壞造成一相碰殼，該相電源短路，其短路電流使保護設備動作，將故障設備從電源切除，防止人身觸電。CABRoN(a)把電源碰殼，變成單相短路，使保護設備能迅速可靠地動作，切斷電源。保護接地和保護接零同時使用時當A相絕緣損壞碰殼時，接地電流式中：R0：保護接地電阻4

R

0：工作接地電阻4

注意：中性點接地系統(tǒng)

(1)不允許采用保護接地，只能采用保護接零；

(2)不準保護接地和保護接零同時使用。此電流不足以使大容量的保護裝置動作，而使設備外殼長期帶電，其對地電壓為110V。CABR'0N(b)R0Ie如不重復接地，則當PE線或PEN線斷線且有設備發(fā)生單相接地故障時，接在斷線后面的所有設備外露可導電部分都將呈現(xiàn)接近于相電壓的對地電壓，即UE≈Uφ，這是很危險的。如進行了重復接地，則當發(fā)生同樣故障時，即使出現(xiàn)中性線斷線，但外露部分因重復接地而使其對地電壓，斷線后面的設備外露可導電部分對地電壓大大下降，危險程度大大降低。4、重復接地在電源中性點直接接地系統(tǒng)中，為確保公共PE線或PEN線安全可靠，除在中性點進行工作接地外，還應在PE線或PEN線的下列地方進行重復接地：

(1)在架空線路終端及沿線每1km處。

(2)電纜和架空線引入車間或大型建筑物處。重復接地功能示意(a)沒有重復接地的系統(tǒng)；

(b)采用重復接地的系統(tǒng)

第二節(jié)電氣裝置的接地

二、電氣裝置的接地及其接地電阻 （一）電氣裝置應該接地或接零的金屬部分 （二）電氣裝置可不接地或不接零的金屬部分 （三）接地電阻及其要求（三）接地電阻及其要求當電氣設備發(fā)生接地故障時，電流就通過接地體向地中作半球形擴散，該電流稱為接地電流，用IE表示。由于大地中存在電阻，因而接地電流向地中擴散的過程中，也就存在著不同的電位差。在距接地體越遠的地方球面越大，流散電阻越小，電位越小。試驗證明，在遠離接地體（或接地故障點）20m以外的地方才是真正的“地”，即零電位。這電位為零的地方，稱為電氣上的“地”或“大地”。電氣設備的接地部分到20m以外零電位之間的電位差，稱為接地部分的對地電壓（voltagetoearth），用UE表示。接地體的對地電壓UE與接地電流IE之比稱為接地電阻RE，即接地電阻（earthingresistance）是接地體的流散電阻與接地線和接地體電阻的總和。由于接地線和接地體的電阻相對很小，可略去不計，因而接地電阻可認為就是接地體的流散電阻。接地電阻是衡量接地裝置質(zhì)量的重要技術(shù)指標，不管是保護接地還是工作接地，接地電阻的大小國家都有規(guī)定。

保護電阻允許值主要由對地安全電壓值確定。我國規(guī)定安全電流為30mA·s，即人體通過30mA電流，時間不超過1s，對人體是安全的；當通過人體電流達到50mA·s時，就有致命危險。我國規(guī)定的安全電壓為交流有效值50V。在接地電流一定的情況下，要保證對地電壓在安全值范圍內(nèi)，應將接地電阻限制在一定的允許值范圍內(nèi)。

關(guān)于TT系統(tǒng)和IT系統(tǒng)中電氣設備外露可導電部分的保護接地電阻，按規(guī)定應滿足在接地電流通過時產(chǎn)生的對地電壓不應高于安全特地電壓50V，因此保護接地電阻為≤50V/，如果漏電斷路器的動作電流取為30mA，則≤50V/0.03A=1667Ω。這一接地電阻值很大，容易滿足要求。一般取≤100Ω，以確保安全。對TN系統(tǒng)，其中所有外露可導電部分均接在公共PE線或PEN線上，因此無所謂保護接地電阻問題。 三、接地裝置的裝設

第二節(jié)電氣裝置的接地

在設計和裝設接地裝置時，首先應考慮自然接地體的利用，以節(jié)約投資，節(jié)約鋼材。

（一）自然接地體的利用（二）人工接地體的裝設 人工接地體有垂直埋設和水平埋設兩種。a)垂直埋設的管形或棒形接地體b)水平埋設的帶形接地體

第二節(jié)電氣裝置的接地

加裝均壓帶的接地網(wǎng)

（三）防雷裝置的接地裝置要求避雷針宜裝設獨立的接地裝置，防雷的接地裝置及避雷針引下線的結(jié)構(gòu)尺寸，應符合GB50057-1994《建筑物防雷設計規(guī)范》的規(guī)定。

四、接地裝置的計算（一）人工接地體工頻接地電阻的計算（二）自然接地體工頻接地電阻的計算（三）沖擊接地電阻的計算 按GB50057-1994規(guī)定，沖擊接地電阻按下式計算：

式中RE為工頻接地電阻；α為換算系數(shù)，為RE與Rsh的比值，由圖8-33確定。 圖8-33中的l：對單根接地體，為其實際長度；對有分支線的接地體，為其最長分支線的長度（參看圖8-34）；對環(huán)形接地網(wǎng)，為其周長的一半。如果le＜l時，則取le=l，即α=1，亦即。

圖8-33確定換算系數(shù)的計算曲線圖8-34接地體的長度l和有效長度lea)單根水平接地體b)末端接垂直接地體的單根水平接地體c)多根水平接地體（l1≤l）d)接多根垂直接地體的多根水平接地體（l1≤l，l2≤l，l3≤l）第三節(jié)低壓配電系統(tǒng)的接地故障保護、漏電保護和等電位聯(lián)結(jié)

一、低壓配電系統(tǒng)的接地故障保護 （一）TN系統(tǒng)中的接地故障保護 （二）TT系統(tǒng)中的接地故障保護 （三）IT系統(tǒng)中的接地故障保護 二、低壓配電系統(tǒng)的漏電電流保護 （一）漏電保護器的功能與原理 漏電保護器又稱“剩余電流保護器”（IEC標準名稱，英文為Residualcurrentprotectivedevice，簡稱RCD），它是在規(guī)定條件下，當漏電電流（剩余電流）達到或超過規(guī)定值時能自動斷開電路的一種保護電器。它用來對低壓配電系統(tǒng)中的漏電和接地故障進行安全防護，防止發(fā)生人身觸電事故及因接地電弧引發(fā)的火災。 電流動作的電磁脫扣型漏電保護器的原理接線圖如圖8-35所示。電流動作的電磁脫扣型漏電保護器原理接線圖

TAN-零序電流互感器YA-極化電磁鐵QF-斷路器YR-自由脫扣機構(gòu) （二）漏電保護器的分類 （1）漏電保護開關(guān) （2）漏電斷路器 （3）漏電繼電器 （4）漏電保護插座。漏電保護器按極數(shù)分，有單極2線、雙極2線、3極3線、3極4線和4極4線等多種型式，其在低壓配電線路中的接線如圖8-37所示。 （三）漏電保護器的裝設場所與要求 1.漏電保護器（RCD）的裝設場所 2.PE線和PEN線不得穿過RCD的零序電流互感器鐵心 3.RCD負荷側(cè)的N線與PE線不能接反 4.裝設RCD時，不同回路不應共用一根N線 5.低壓配電系統(tǒng)中多級RCD的裝設要求 各種RCD在低壓配電線路中的接線示意圖RCD1-單極2線RCD2-雙極2線RCD3-3極3線RCD4-3極4線RCD5-4極4線QF-斷路器YR-漏電脫扣器（一）等電