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工廠供配電技術——電氣安全防雷和接地

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8.1過電壓與防雷
8.2電氣設備接地
8.3接地裝置
第八章 電氣安全（防雷與接地）
8.1過電壓與防雷接地
        8.1.1雷電與過電壓
 雷電現象
在悶熱、潮濕、無風的天氣里，接近地面的濕氣受熱上升，遇到冷空氣凝成冰晶。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”。
不同電荷云團之間，或云與大地之間產生強烈的放電現象，并伴隨強烈的閃光和轟鳴，這就是雷電現象。

雷電過電壓也稱外部過電壓或大氣過電壓。
雷電過電壓是由于電力系統(tǒng)中的設備或建筑物遭受來自大氣中的雷擊或雷電感應而引起的過電壓。
大氣過電壓有兩種形式：一種是直接雷擊或直擊雷，另一種是感應過電壓或感應雷。
雷電沖擊波的電壓幅值可高達1億伏，其電流幅值可高達幾十萬安，對電力系統(tǒng)的危害遠遠超過內部過電壓。其可能毀壞電氣設備和線路的絕緣，燒斷線路，造成大面積長時間停電。因此，必須采取有效措施加以防護。

8.1.2防雷保護的措施
 1.防直擊雷保護：用接閃器、引下線、接地體三     部分組成的避雷裝置。 
接閃器是用來接受直接雷擊的金屬物體。
接閃的金屬桿稱為避雷針，主要用于保護露天變配電設備及建筑物；
接閃的金屬線稱避雷線或架空地線，主要用于保護輸電線路；
接閃的金屬帶、金屬網稱避雷帶、避雷網，主要用于保護建筑物。
1）避雷針
   避雷針是防止直擊雷的有效措施。一定高度的避雷針（線）下面，有一個安全區(qū)域，此區(qū)域內的物體基本上不受雷擊。我們把這個安全區(qū)域叫做避雷針的保護范圍。 
2）避雷線
避雷線是用來保護架空電力線路和露天配電裝置免受直擊雷的裝置。它由懸掛在空中的接地導線、接地引下線和接地體等組成，因而也稱“架空地線”。它的作用和避雷針一樣，將雷電引向自身，并安全導入大地，使其保護范圍內的導線或設備免遭直擊雷。 
3）避雷帶和避雷網 
   避雷帶和避雷網用于在建筑物的邊緣及凸出部分上加裝，通過引下線和接地裝置很好地連接。對建筑物進行保護。
4）避雷針（線）的接地裝置
   接地引下線是接閃器與接地體之間的連接線，它將接閃器上的雷電流安全地引入接地體，使之盡快地泄入大地。

避雷器是用來防止線路的感應雷及沿線路侵入的過電壓波對變電所內的電氣設備造成的損害。它一般接于各段母線與架空線的進出口處，裝在被保護設備的電源側，與被保護設備并聯(lián)。 
2.感應雷和入侵雷防護 
圖8.6避雷器的連接 
避雷器
管形避雷器
閥形避雷器
金屬氧化物避雷器
3.防雷措施 
1）架空線的防雷措施 －裝設避雷線　
在60kV及以上的架空線路上全線裝設；
35kV的架空線路上，一般只在進出變配電所的一段線路上裝設；
而10kV及以下線路上一般不裝設避雷線。 
2）變配電所的防雷措施 
　?、?裝設避雷針來防止直擊雷。
      ② 3~10kV配電線路的進線防雷保護，可以在每路進線終端，裝設FZ型或FS型閥型避雷器，以保護線路斷路器及隔離開關。如果進線是電纜引入的架空線路，則在架空線路終端靠近電纜頭處裝設避雷器，其接地端與電纜頭外殼相連后接地。
 圖8.11  3～10kV配電線路的進線防雷保護
3）高壓電動機的防雷措施 
　　高壓電動機對雷電波侵入的保護應采用FCD型磁吹閥型避雷器或金屬氧化物避雷器。
　　為了降低沿線路侵入的雷電波波頭陡度，減輕其對電動機繞組絕緣的危害，可在電動機進線前面加一段100～150m的引入電纜，并在電纜前的電纜頭處安裝一組閥型避雷器，而在電動機電源端（母線上）安裝一組并聯(lián)有電容器的磁吹閥型避雷器，這樣可以提高防雷效果。  
圖8.13 高壓電動機的防雷保護接線 
注意圖的順序
4）建筑物的防雷措施 
　　根據發(fā)生雷電事故的可能性和后果，將建筑物分成三類。
第一類防雷建筑物是制造、使用或儲存爆炸物質，因電火花會引起爆炸，造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物；
第二類防雷建筑物是制造、使用或儲存爆炸物質，電火花不易引起爆炸或不致造成巨大破壞和人身傷亡的建筑物；
第三類防雷建筑物是除第一、二類建筑物以外的爆炸、火災危險的場所。
8.2電氣設備接地 
8.2.1 接地的基本概念 和種類
1.接地的基本概念：電氣設備的某部分與大地之間做良好的電氣連接，稱為接地。
接地裝置是由接地體和接地線兩部分組成的。
埋入地中并直接與大地接觸的金屬導體，稱為接地體或接地極；接地體與電氣設備的金屬外殼之間的連接線，稱為接地線；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。 
　圖8.15 接地電流、對地電壓及接地電流電位分布曲線 
　　當電氣設備發(fā)生接地故障時，電流就通過接地體向大地作半球形散開，這一電流稱為接地電流－IE。
　　試驗表明，在距單根接地體或接地故障點20m左右的地方，實際上散流電阻已趨近于零，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與零電位的“地”（大地）之間的電位差，就稱為接地部分的對地電壓，如圖中的UE。 
 圖8.16  跨步電壓和接觸電壓示意圖 
　　接觸電壓 是指設備的絕緣損壞時，在身體可同時觸及的兩部分之間出現的電位差。
　　跨步電壓 是指在故障點附近行走，兩腳之間出現的電位差?？绮诫妷旱拇笮∨c離接地點的遠近及跨步的長短有關，離接地點越近，跨步越長，跨步電壓就越大。離接地點達20m時，跨步電壓通常為零。 
接地的種類 
接地
工作接地
保護接地
重復接地

2、接地的種類
（1）工作接地
　工作接地是為保證電力系統(tǒng)和電氣設備達到正常工作要求而進行的一種接地，例如電源中性點的接地、防雷裝置的接地等。
（2）保護接地 
　為了保障人身安全，將電力設備正常情況不帶電的外殼與接地體之間作良好的金屬連接，稱為保護接地。 
　保護接地可分為三種不同類型，即TN系統(tǒng)、IT系統(tǒng)和TT系統(tǒng)。 
8.2.2接地系統(tǒng)
TN系統(tǒng)
TN－C系統(tǒng)
TN－S系統(tǒng)
TN－C－S系統(tǒng)

整個系統(tǒng)的中性線N與保護線PE是合在一起
的，電氣設備不帶電金屬部分與之相連 。
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。 
TN-C和TN-S系統(tǒng)的綜合，電氣設備大部分
采用TN-C系統(tǒng)接線，
在設備有特殊要求場合局部采用專設保
護線接成TN-S形式

1.TN系統(tǒng) 
　2. TT系統(tǒng) 
　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各自的接地裝置直接接地 。
圖8.19 TT系統(tǒng)
　3. IT系統(tǒng) 
　電源小電流接地系統(tǒng)的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分直接經接地體接地 。
圖8.20 電氣設備的保護接地（IT系統(tǒng)） 
4.重復接地 
　在中性點直接接地的低壓電力網中采用接零時，將零線上的一點或多點再次與大地作金屬性連接，稱為重復接地。 
重復接地可在系統(tǒng)中發(fā)生碰殼短路時降低零線的對地電壓，減輕觸電的危險。
8.3 接地裝置
8.3.1自然接地體與人工接地體接地裝置的裝設
（1）利用自然接地體
（2）埋設人工接地體
圖8.22  人工接地體埋設示意圖 
　1. 自然接地體。凡是與大地有可靠且良好接觸的設備或構件，大都可用作自然接地體。如與大地有可靠連接的建筑物的鋼結構、混凝土基礎中的鋼筋；敷設在地下而數量不少于兩根的電纜金屬外皮；敷設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。
2. 人工接地體。自然接地體不能滿足接地要求或無自然接地體時，應裝設人工接地體。人工接地體大多采用鋼管、角鋼、圓鋼和扁鋼制作。一般情況下，人工接地體采用垂直敷設，特殊情況采用水平敷設。

3.變配電所和車間的接地裝置
  在變配電所和車間內，盡可能采用“環(huán)路式”接地裝置，即在變配電所和車間建筑物四周，距墻角2-3米打入一圈接地體，再用扁鋼連成環(huán)路。這樣，接地體間的散流電場將相互重疊而使地面上的電位分布較為均勻，因此，跨步電壓及接觸電壓就很低。
4.接地線 
?、?自然接地線。為了節(jié)約金屬，減少投資，應盡量選擇自然導體作為接地線。如建筑物的金屬構架、電梯豎井、電纜的金屬外皮等都可以作為自然接地線。各種金屬管道（可燃液體、可燃或爆炸性氣體的金屬管道除外）可作為低壓電力設備的自然接地線。
  ② 人工接地線。為了連接可靠并有一定的機械強度，一般采用鋼作為人工接地線。對于接地體和接地線的截面積應符合我國電氣規(guī)定的最小規(guī)格。

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