供電工程電氣供電系統(tǒng)的防雷與接地課件

2024/10/7第七章供電系統(tǒng)的防雷與接地7.1供電系統(tǒng)的防雷7.2供電系統(tǒng)的接地2024/10/7第一節(jié)供電系統(tǒng)的防雷過(guò)電壓雷電流是一個(gè)陡度很高、幅值很大的沖擊波電流。

內(nèi)部過(guò)電壓

外部過(guò)電壓包括操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓等

雷電過(guò)電壓直擊雷擊感應(yīng)雷擊雷電波侵入對(duì)電力系統(tǒng)的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō),雷電流的陡度越大,在負(fù)載電感L上產(chǎn)生的過(guò)電壓也越大,對(duì)絕緣的破壞性也就越嚴(yán)重。2024/10/7一、雷電沖擊波的基本特性

雷電沖擊波具有波的傳導(dǎo)特性。輸電線路受到雷擊后,產(chǎn)生的雷電沖擊波會(huì)向輸電線路兩側(cè)流動(dòng)傳播,雷電波在傳導(dǎo)過(guò)程中到達(dá)結(jié)點(diǎn)后,還會(huì)發(fā)生折射和反射現(xiàn)象。傳播速度

雷電波沿架空線傳播的速度與光速（3×108m/s）相同,而在電纜中傳播的速度約為上值的1/2～1/3。波阻抗波阻抗表征的是沿導(dǎo)線傳播的電壓沖擊波和電流沖擊波之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系,與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。雷電入射波到達(dá)線路末端結(jié)點(diǎn)處會(huì)發(fā)生全反射,線路的開(kāi)路末端電壓將增大至雷電行波電壓的2倍,嚴(yán)重威脅線路的絕緣安全,必須設(shè)置避雷器等防雷保護(hù)措施。變電所常采用一段100～200m的進(jìn)線電纜,以達(dá)到降低行波陡度的效果。2024/10/7“折線法”二、防雷裝置

1.避雷針

避雷針的作用是引雷。保護(hù)范圍按“折線法”（對(duì)電氣設(shè)備）或“滾球法”（對(duì)建筑物）來(lái)確定。

“滾球法”2024/10/7續(xù)上頁(yè)2.避雷線

避雷線的接閃原理與避雷針相同。3.避雷帶與避雷網(wǎng)

雷電最可能襲擊建筑物的屋頂和突出部分。因而,高層建筑一般在屋頂四周的女兒墻或屋脊、屋檐上安裝金屬避雷帶防雷。此外,還在屋面上鋪設(shè)金屬線制成的避雷網(wǎng)。4.避雷器避雷器的作用是防止雷電過(guò)電壓沿輸電線路侵入變電所或其它建筑物,危害電氣設(shè)備的絕緣。閥電阻特性閥式避雷器管型避雷器和保護(hù)間隙金屬氧化物避雷器在工頻電壓下,金屬氧化物避雷器呈現(xiàn)極高電阻,能迅速有效地阻斷工頻續(xù)流,無(wú)需火花間隙來(lái)熄滅由工頻續(xù)流引起的電弧；而當(dāng)雷電過(guò)電壓的作用下,其電阻變?yōu)楹苄?能較好地泄放雷電流。2024/10/7三、供電系統(tǒng)的防雷措施戶外變配電所中,一般采用避雷針作為直擊雷的防護(hù)裝置,并要求所有被保護(hù)的電氣設(shè)備和建筑物均應(yīng)處于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。需要指出,避雷針若與附近的建筑物或電氣設(shè)備距離較近時(shí),受到雷擊后,其極高的電位,會(huì)對(duì)這些附近設(shè)施放電,這種現(xiàn)象稱(chēng)為反擊。為防止反擊事故的發(fā)生,避雷針與被保護(hù)的建筑物和電氣設(shè)施應(yīng)保持一定的安全距離,工程上,安全距離應(yīng)大于5m。變配電所中一般需要通過(guò)裝設(shè)閥式避雷器或氧化鋅避雷器對(duì)變壓器進(jìn)行雷電侵入波的防護(hù)。避雷器應(yīng)盡可能靠近變壓器安裝。避雷器接地線應(yīng)與變壓器低壓側(cè)接地中性線及金屬外殼連在一起接地。

避雷器的選擇,必須使其伏秒特性與變壓器伏秒特性合理配合,并且避雷器的殘壓必須小于變壓器絕緣耐壓所能允許的程度。2024/10/7續(xù)上頁(yè)35kV變電所常見(jiàn)防雷保護(hù)10kV變電所常見(jiàn)防雷保護(hù)2024/10/7四、建筑物的綜合防雷措施建筑物防雷工程是一個(gè)系統(tǒng)工程,必須將外部防雷措施和內(nèi)部防雷措施作為整體綜合考慮。建筑物按綜合防雷措施設(shè)置的防雷系統(tǒng)方框圖如下圖所示。2024/10/7續(xù)上頁(yè)由雷電侵入波或雷擊電磁脈沖導(dǎo)致各種線路上出現(xiàn)的過(guò)電流和過(guò)電壓稱(chēng)為電涌（surge）。

電涌保護(hù)器（代號(hào)SPD）的作用是在電涌沖擊發(fā)生時(shí)迅速動(dòng)作,將電涌電流引入大地而不在被保護(hù)的設(shè)備端口殘留很大的共模電壓,當(dāng)電涌沖擊衰減后又自動(dòng)恢復(fù)初始態(tài)不影響被保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行,并準(zhǔn)備接受下一個(gè)電涌沖擊。由于雷電沖擊能量巨大,因此對(duì)信息系統(tǒng)的電源保護(hù),從外部總配電室到內(nèi)部對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)供電,要分多級(jí)進(jìn)行,才能將雷電的能量降到設(shè)備所能承受的水平。電涌保護(hù)器在TN-S系統(tǒng)中的分級(jí)安裝見(jiàn)下圖所示。2024/10/7第二節(jié)供電系統(tǒng)的接地

（一）接地與接地裝置

接地是指電氣設(shè)備為達(dá)到安全和功能需要為目的,將其某一部分與大地之間作良好的電氣連接。1-接地體2-接地干線3-接地支線4-電氣設(shè)備5-連接扁鋼

接地裝置示意圖埋入地中并與土壤作良好接觸的金屬導(dǎo)體稱(chēng)為接地體或稱(chēng)接地極。

人工接地體接地體自然接地體典型的接地裝置如圖所示。

一、接地概念2024/10/7續(xù)上頁(yè)（二）接地電流與對(duì)地電壓

電氣設(shè)備在發(fā)生接地故障時(shí),電流將通過(guò)接地體以半球形向大地中散開(kāi),如圖所示。1-接地體2-流散電場(chǎng)3-接地電流的地中電位分布接地電流、對(duì)地電壓及接地電流電位分布圖

在距離接地體越遠(yuǎn)的地方,半球的球面積越大,其散流電阻越小,相對(duì)于接地點(diǎn)處的電位就越低。電氣設(shè)備的接地部分，如:接地的外露可導(dǎo)電部分和接地體等，與零電位的“大地”之間的電位差，稱(chēng)為接地部分的對(duì)地電壓。2024/10/7續(xù)上頁(yè)（三）接地類(lèi)型

1.功能性接地為保證電力系統(tǒng)和電氣設(shè)備達(dá)到正常工作要求而進(jìn)行的接地,例如電源中性點(diǎn)的直接接地或經(jīng)消弧線圈等的接地,又稱(chēng)工作接地。2.保護(hù)性接地為了保證電網(wǎng)故障時(shí)人身和設(shè)備的安全而進(jìn)行的接地。包括:3.功能性與保護(hù)性合一的接地(如屏蔽接地)安全保護(hù)接地過(guò)電壓保護(hù)接地防靜電接地為防止由帶電導(dǎo)體的絕緣損壞所造成人體受到間接電擊,而將電氣設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行的接地。為防止過(guò)電壓對(duì)電氣設(shè)備和人身安全的危害而進(jìn)行的接地,如防雷接地。為了消除靜電對(duì)電氣設(shè)備和人身安全的危害而進(jìn)行的接地。

2024/10/7二、接地電阻及其計(jì)算

（一）接地電阻接地電阻是指接地體的流散電阻與接地線、接地體電阻的總和。接地電阻主要是接地體的流散電阻,接地電阻與土壤的電阻率有關(guān)。工頻接地電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻,稱(chēng)為工頻接地電阻。雷電流流經(jīng)接地裝置所呈現(xiàn)的接地電阻,稱(chēng)為沖擊接地電阻。

（二）工頻接地電阻的計(jì)算電力系統(tǒng)的不同接地裝置對(duì)接地電阻的要求是不同的。詳見(jiàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

單根垂直式人工接地體多根垂直式人工接地體為接地體的利用系數(shù)，考慮了接地體之間存在電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。2024/10/7例題:某10/0.4kV車(chē)間變電所，主變壓器容量為800kVA，采用Dyn11聯(lián)結(jié)。已知接于10kV側(cè)的架空線路長(zhǎng)100km，電纜線路長(zhǎng)10km。當(dāng)?shù)赝临|(zhì)為砂質(zhì)粘土。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，可利用的自然接地體電阻為60Ω。已知流過(guò)接地線的低壓側(cè)單相接地短路電流為10kA，短路存在時(shí)間0.4s。試確定該變電所的共用人工接地裝置。解：1）確定該變電所的接地電阻允許值：

此變電所10kV側(cè)屬小電流接地系統(tǒng)，其接地電流可近似估算:此變電所共用接地裝置的接地電阻應(yīng)同時(shí)滿足:2）已知可利用的自然接地體電阻。

2024/10/7續(xù)上頁(yè)4）人工接地體的初步敷設(shè)方案:擬選用直徑50mm,長(zhǎng)2.5m的鋼管接地體,沿變電所四周,距墻腳2.5~3m,每隔5m打入一根鋼管,各鋼管接地體之間用40×4mm2的扁鋼連接構(gòu)成一個(gè)接地網(wǎng)。3）顯然，。需要補(bǔ)充人工接地體。人工接地體所需總電阻：

5）單根人工接地體鋼管的接地電阻：可得砂質(zhì)粘土的土壤電阻率，則

2024/10/7續(xù)上頁(yè)為使得接地體均勻?qū)ΨQ(chēng),可按偶數(shù)布置接地體。選用10或12根直徑50mm,長(zhǎng)2.5m的鋼管作接地體,并用40×4mm2的扁鋼連接,呈環(huán)形布置。7）校驗(yàn)接地線的短路熱穩(wěn)定:實(shí)際接地線截面為40×4＝160mm2大于90.4mm2,短路熱穩(wěn)定條件合格。鋼質(zhì)接地線熱穩(wěn)定系數(shù)C=70，則接地線的最小截面應(yīng)符合:根據(jù)，考慮到管間的屏蔽效應(yīng)，初步選定為10根。以和n＝10查附錄表，取，則6）人工接地裝置需用的鋼管數(shù)量和最終的接地方案:2024/10/7三、等電位聯(lián)結(jié)（一）等電位聯(lián)結(jié)概念等電位聯(lián)結(jié)是使建筑物電氣裝置的各外露可導(dǎo)電部分與電氣裝置外的其它金屬可導(dǎo)電部分進(jìn)行電位基本相等的電氣連接。作用于全建筑物，在每一電源進(jìn)線處，利用聯(lián)結(jié)干線將保護(hù)線、接地線的總接線端子與建筑物內(nèi)電氣裝置外的可導(dǎo)電部分（如:進(jìn)出建筑物的金屬管道、建筑物的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件等）連接成一體。指在局部范圍內(nèi)設(shè)置的等電位聯(lián)結(jié),一般在TN系統(tǒng)中,當(dāng)配電線路阻抗過(guò)大、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間超過(guò)規(guī)定允許值時(shí)或?yàn)闈M足防電擊的特殊要求時(shí),需作局部等電位聯(lián)結(jié)。指在伸臂范圍內(nèi)的某些外露可導(dǎo)電部分與裝置外可導(dǎo)電部分之間所作的等電位聯(lián)結(jié)。總等電位聯(lián)結(jié)（MEB）局部等電位聯(lián)結(jié)（LEB）輔助等電位