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1、制作制作 孙丽华孙丽华电力工程基础电力工程基础第第9章章 防雷、接地与电气安全防雷、接地与电气安全11/4/20221河北科技高校电气信息学院第第9章章 防雷、接地与电气平安防雷、接地与电气平安n9.1 过电压与防雷n9.2 电气装置的接地n9.3 电气平安11/4/20222河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院9.1 过电压与防雷过电压与防雷 1内部过电压内部过电压一、过电压的形式一、过电压的形式操作过电压：因开关操作、负荷剧变、系统故障等缘由而操作过电压：因开关操作、负荷剧变、系统故障等缘由而引起的过电压。引起的过电压。谐振过电压：因电感、电容等参数在特殊状况下发生谐振谐振过电
2、压：因电感、电容等参数在特殊状况下发生谐振而引起的过电压。而引起的过电压。2外部过电压外部过电压 外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于外部过电压又称雷电过电压或大气过电压，它是由于电力系统的导线或电气设备受到干脆雷击或雷电感应而引电力系统的导线或电气设备受到干脆雷击或雷电感应而引起的过电压。起的过电压。11/4/20223河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二、雷电的基本学问二、雷电的基本学问v主放电阶段：主放电阶段：电流很大，高达几电流很大，高达几百千安，但持续时间极短，一般只百千安，但持续时间极短，一般只有有 50100s。v余辉放电阶段：余辉放电阶段：电流较小，约几
3、电流较小，约几百安，持续时间约为百安，持续时间约为0.030.15s。1.雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。雷电现象：雷云放电的过程称为雷电现象。雷云雷云雷电先导雷电先导迎雷先导迎雷先导主放电阶段主放电阶段 余辉阶段余辉阶段11/4/20224河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院2.雷电流的特性雷电流的特性n雷电流波形（图雷电流波形（图9-1）波头：波头：指雷电流从零上升到最大幅值这一部分，一般只有指雷电流从零上升到最大幅值这一部分，一般只有14s；波尾：指雷电流从最大幅值波尾：指雷电流从最大幅值起先，下降到二分之一幅值所起先，下降到二分之一幅值所经验的时间，约数十微妙。经验的
4、时间，约数十微妙。n雷电流的陡度：指雷电流在雷电流的陡度：指雷电流在波头部分上升的速度，即波头部分上升的速度，即 图图9-1 雷电流波形图雷电流波形图11/4/20225河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院3.雷电过电压的基本形式雷电过电压的基本形式 直击雷：雷电干脆击中电气设备、线路、建筑物等物体。直击雷：雷电干脆击中电气设备、线路、建筑物等物体。感应雷：由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电感应雷：由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应而引起的过电压。磁感应而引起的过电压。感应雷的形成过程如图感应雷的形成过程如图9-2所示。所示。雷电波侵入：架空雷电波侵入：架空线
5、路遭到干脆雷击或线路遭到干脆雷击或感应雷而产生的高电感应雷而产生的高电位雷电波，沿架空线位雷电波，沿架空线侵入变电所或其他建侵入变电所或其他建筑物而造成危急。筑物而造成危急。图图9-2 架空线路上的感应过电压架空线路上的感应过电压11/4/20226河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院4雷电活动强度及直击雷的规律雷电活动强度及直击雷的规律n雷暴日：一天中只要出现过雷电活动（包括看到雷闪和听雷暴日：一天中只要出现过雷电活动（包括看到雷闪和听到雷声），就算一个雷暴日。到雷声），就算一个雷暴日。年平均雷暴日不足年平均雷暴日不足15日的地区为少雷区；日的地区为少雷区；年平均雷暴日超过年平均
6、雷暴日超过40日的地区为多雷区；日的地区为多雷区；年平均雷暴日超过年平均雷暴日超过90日的地区为雷电活动特殊猛烈地区。日的地区为雷电活动特殊猛烈地区。我国各地区的雷暴日数如表我国各地区的雷暴日数如表9-1所示。所示。表表9-1 我国各地区的年平均雷暴日我国各地区的年平均雷暴日地区地区年平均雷暴日年平均雷暴日地区地区年平均雷暴日年平均雷暴日西北地区西北地区20以下以下长江以南北纬长江以南北纬23线以北线以北4080左右左右东北地区东北地区30左右左右长江以南北纬长江以南北纬23线以南线以南80以上以上华北和中部地区华北和中部地区4045左右左右海南岛、雷洲半岛海南岛、雷洲半岛120130左右左右
7、11/4/20227河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院n雷电活动的规律雷电活动的规律 热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多，且山区大于平原，平原大于沙漠，陆地大于湖海。平原，平原大于沙漠，陆地大于湖海。雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的雷击区的形成与地质结构（即土壤电阻率）、地面上的设施状况及地理条件等因素有关。设施状况及地理条件等因素有关。土壤电阻率小的地方易遭遇雷击；土壤电阻率小的地方易遭遇雷击；在不同电阻率的土壤交界处易遭遇雷击；在不同电阻率的土壤交界处易遭遇雷击；山的东坡、南坡较山的北坡、西坡易遭遇雷击；山的东
8、坡、南坡较山的北坡、西坡易遭遇雷击；山岳地区易遭遇雷击。山岳地区易遭遇雷击。建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等因素有关。因素有关。11/4/20228河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院5雷电的危害雷电的危害雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备；雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备；雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑，损害人畜；筑，损害人畜；雷电流的电磁效应可产生过电压，击穿电气设备绝缘，雷电流的电磁效应可产生过电压，击穿电气设备绝缘，甚至引起火灾爆炸，
9、造成人身伤亡；甚至引起火灾爆炸，造成人身伤亡；雷电的闪络放电可烧坏绝缘子，使断路器跳闸或引起火雷电的闪络放电可烧坏绝缘子，使断路器跳闸或引起火灾，造成大面积停电。灾，造成大面积停电。11/4/20229河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院三、防雷装置三、防雷装置防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。u接闪器（受雷装置）：接闪器（受雷装置）：是接受雷电流的金属导体，常用的是接受雷电流的金属导体，常用的有避雷针、避雷线和避雷网（带）三种类型。有避雷针、避雷线和避雷网（带）三种类型。u引下线：引下线：应保证雷电流通过时不致熔化，一般用
10、直径不小应保证雷电流通过时不致熔化，一般用直径不小于于10mm的圆钢或截面不小于的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成。的扁钢制成。u接地装置：接地装置：埋在地下的接地导线和接地体的总称。埋在地下的接地导线和接地体的总称。1.避雷针避雷针 避雷针通常接受镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。避雷针通常接受镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。针长针长1m以下时，圆钢直径不小于以下时，圆钢直径不小于12 mm，钢管直径不小于，钢管直径不小于20 mm；针长针长12m时，圆钢直径不小于时，圆钢直径不小于16mm，钢管直径不小于，钢管直径不小于25mm。11/4/202210河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息
11、学院p当避雷针高度当避雷针高度hhr时：时：n单支避雷针的爱护范围（图单支避雷针的爱护范围（图9-3）避雷针的爱护范围，以它能够防护直击雷的爱护空间避雷针的爱护范围，以它能够防护直击雷的爱护空间来表示，可按来表示，可按“滚球法滚球法”来确定。来确定。所谓所谓“滚球法滚球法”，就是选择一个半径为，就是选择一个半径为hr（滚球半径）（滚球半径）的球体，沿须要防护直击雷的部位滚动。假如球体只接触的球体，沿须要防护直击雷的部位滚动。假如球体只接触到避雷针（线）与地面，而不触及须要爱护的部位，则该到避雷针（线）与地面，而不触及须要爱护的部位，则该部位就在避雷针（线）的爱护范围之内。部位就在避雷针（线）的
12、爱护范围之内。在距地面在距地面 hr处作一平行于地面的平行线。处作一平行于地面的平行线。以避雷针的针尖为圆心、以避雷针的针尖为圆心、hr为半径作弧线，交于平行线为半径作弧线，交于平行线的的A、B两点。两点。11/4/202211河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院避雷针在地面上的爱护避雷针在地面上的爱护半径为：半径为：图图9-3 单支避雷针的爱护范围单支避雷针的爱护范围与地面相切。从该弧线起与地面相切。从该弧线起到地面为止的整个锥形空到地面为止的整个锥形空间，就是避雷针的保护范间，就是避雷针的保护范围。围。以以A、B为圆心、为圆心、hr 为半径作弧线，该弧线与针尖相交并为半径作弧线
13、，该弧线与针尖相交并避雷针在避雷针在hx 高度的水平高度的水平面上的爱护半径为：面上的爱护半径为：11/4/202212河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院p当避雷针高度当避雷针高度h hr时：时：在避雷针上取高度为在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆的一点代替避雷针的针尖作为圆心，其余的作法与心，其余的作法与hhr 时相同。时相同。建筑物的防雷级别是依据其重要性、运用性质以及发建筑物的防雷级别是依据其重要性、运用性质以及发生雷击事故的可能性和造成后果来划分的，共分为三级：生雷击事故的可能性和造成后果来划分的，共分为三级：一级防雷建筑物：指具有特殊重要用途的建筑物，如
14、国家一级防雷建筑物：指具有特殊重要用途的建筑物，如国家级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站；国家级运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站；国家级重点文物爱护建筑物以及高度超过重点文物爱护建筑物以及高度超过100m的建筑物等。的建筑物等。11/4/202213河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二级防雷建筑物，是指重要的或人员密集的大型建筑物，二级防雷建筑物，是指重要的或人员密集的大型建筑物，如省部级办公楼、会堂、博展、体育、交通、通讯、广播等如省部级办公楼、会堂、博展、体育
15、、交通、通讯、广播等建筑物；省级重点文物爱护建筑物；高度超过建筑物；省级重点文物爱护建筑物；高度超过50m的建筑物的建筑物以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。三级防雷建筑物，是指预料年雷击次数大于或等于三级防雷建筑物，是指预料年雷击次数大于或等于0.05，或经过调查确认须要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建或经过调查确认须要防雷的建筑物；建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过筑群边缘高度超过20m的建筑物；高度为的建筑物；高度为15m及以上的烟囱、及以上的烟囱、水塔等孤立建筑物等。水塔等孤立建筑物等。例例9-1（P301）:某厂一座高某厂一座高
16、30m的水塔旁边，建有一锅炉房的水塔旁边，建有一锅炉房（图（图9-4），水塔上面安装一支），水塔上面安装一支2m高的避雷针，试问该避雷高的避雷针，试问该避雷针能否爱护这一锅炉房？针能否爱护这一锅炉房？11/4/202214河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院n双支等高避雷针的爱护范围（图双支等高避雷针的爱护范围（图9-5）在在hhr的情况下，当的情况下，当D 时，各按单支避雷针时，各按单支避雷针的方法确定；当的方法确定；当D 时，按下述方法确定：时，按下述方法确定：图图9-4 例例9-1避雷针的爱护范围避雷针的爱护范围解：解：查表查表9-2得得 因此，避雷针的爱护半径为：因此，避雷
17、针的爱护半径为：8m高度上最远一角距离避雷针的水平高度上最远一角距离避雷针的水平距离为：距离为：能爱护。能爱护。11/4/202215河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院ABCD外的爱护范围，按单支避雷针所规定的方法确定。外的爱护范围，按单支避雷针所规定的方法确定。C、D点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小爱护宽度应按下式计算：爱护宽度应按下式计算：在在AOB轴轴线线上上，A、B间间的的爱爱护护范范围围上上边边线线按按下式确定：下式确定：图图9-5 双支等高避雷针的爱护范围双支等高避雷针的爱护范围11/4/202216河北科技高校
18、电气信息学院河北科技高校电气信息学院两针间两针间ABCD内的爱护范围，内的爱护范围，ACO、BCO、ADO、BDO各部分是类同的。各部分是类同的。以以ACO部分的爱护范围为例，按以下方法确定：部分的爱护范围为例，按以下方法确定：在在hx和和C点所处的垂直平面上，以点所处的垂直平面上，以hx作为假想避雷针，按作为假想避雷针，按单支避雷针所规定的方法确定（单支避雷针所规定的方法确定（见剖面见剖面）。）。2.避雷线避雷线 避雷线一般接受截面不小于避雷线一般接受截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。的镀锌钢绞线。单根避雷线的爱护范围，当避雷线高度单根避雷线的爱护范围，当避雷线高度h2hr时，无爱护时，无爱
19、护范围。当避雷线高度范围。当避雷线高度h2hr时，按下列方法确定（图时，按下列方法确定（图9-6）：）：11/4/202217河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院在距地面在距地面 hr处作一平行于地面的平行线。处作一平行于地面的平行线。以避雷线尖为圆心、以避雷线尖为圆心、hr为半径作弧线，交于平行线的为半径作弧线，交于平行线的A、B两点。两点。图图9-6 单根避雷线的爱护范围单根避雷线的爱护范围a）当）当2hrhhr时时 b）当）当h2hr时时11/4/202218河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院以以A、B为圆心、为圆心、hr为半径作弧线，该两弧线相交或相切，为半径
20、作弧线，该两弧线相交或相切，并与地面相切。从该弧线起到地面止为避雷线的爱护范围。并与地面相切。从该弧线起到地面止为避雷线的爱护范围。当当2hr hhr 时，爱护范围最高点的高度时，爱护范围最高点的高度h0按下式计算：按下式计算：避雷线在避雷线在hx高度的水平面上的爱护宽度高度的水平面上的爱护宽度bx按下式计算：按下式计算：3.避雷带和避雷网避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用于爱护高层建筑免遭雷击，通常避雷带和避雷网主要用于爱护高层建筑免遭雷击，通常接受圆钢或扁钢焊接而成，并沿房屋边缘或屋顶敷设。接受圆钢或扁钢焊接而成，并沿房屋边缘或屋顶敷设。留意：圆钢直径不小于留意：圆钢直径不小于8 mm，
21、扁钢截面不小于，扁钢截面不小于48mm2，厚度不小于，厚度不小于4 mm。当。当烟囱上接受避雷环时，圆钢直径不小于烟囱上接受避雷环时，圆钢直径不小于12 mm，扁钢截面不小于，扁钢截面不小于100mm2，厚度，厚度不小于不小于4 mm。11/4/202219河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院四、变电所的防雷爱护四、变电所的防雷爱护1直击雷的防护措施直击雷的防护措施u 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。u变电所内的设备和建筑物通常接受独立避雷针或避雷线进变电所内的设备和建筑物通常接受独立避雷针或避雷线进行直击雷防护行直击雷防护。
22、u“反击反击”现象：当避雷针（线）与旁边设施之间的绝缘现象：当避雷针（线）与旁边设施之间的绝缘距离不够时，两者之间会发生猛烈的放电现象，这种状况距离不够时，两者之间会发生猛烈的放电现象，这种状况称为称为“反击反击”。为了防止反击事故的发生，避雷针（线）与旁边其他为了防止反击事故的发生，避雷针（线）与旁边其他金属导体之间必需保持足够的平安距离。金属导体之间必需保持足够的平安距离。11/4/202220河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院独立避雷针（线）及其引下线与其他金属物体在空气中独立避雷针（线）及其引下线与其他金属物体在空气中的平安距离应满足：的平安距离应满足：独立避雷针（线）的
23、接地体与变电所接独立避雷针（线）的接地体与变电所接地网间的最小地中距离应满足：地网间的最小地中距离应满足：式中，式中，Rsh为独立避雷针（线）的冲击接为独立避雷针（线）的冲击接地电阻；地电阻；hx为被爱护物的高度。为被爱护物的高度。Ssaf一般不应小于一般不应小于5m。SE一般不应小于一般不应小于3m。11/4/202221河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院2雷电侵入波的防护措施雷电侵入波的防护措施 变电所对于雷电侵入波的过电压爱护是利用阀型避雷器变电所对于雷电侵入波的过电压爱护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相协作的进线段爱护。以及与阀型避雷器相协作的进线段爱护。u35110
24、kV变电所的防雷爱护方案（图变电所的防雷爱护方案（图9-7）u对于容量较小的对于容量较小的35kV变电所，可依据其重要性和雷电活变电所，可依据其重要性和雷电活动状况，酌情简化进线爱护措施；对于有电缆进线段的架空动状况，酌情简化进线爱护措施；对于有电缆进线段的架空线路，避雷器应装设在电缆头旁边，其接地端应和电缆金属线路，避雷器应装设在电缆头旁边，其接地端应和电缆金属外皮相连。外皮相连。11/4/202222河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院在变电所在变电所12km进进线段架设避雷线，既线段架设避雷线，既可防护直击雷，还可可防护直击雷，还可以使感应雷过电压产以使感应雷过电压产生在生在
25、12km以外。以外。为了降低雷电侵入波的幅为了降低雷电侵入波的幅值，在该线路进线段的首值，在该线路进线段的首端应装设一组管型避雷器端应装设一组管型避雷器FA1，且其工频接地电阻，且其工频接地电阻不宜超过不宜超过10。在靠近隔离开关或断路器在靠近隔离开关或断路器QF2处装设一组管型避雷器处装设一组管型避雷器FA2，以防止线路上的雷电，以防止线路上的雷电波侵入到隔离开关或断路器波侵入到隔离开关或断路器开路处时，由于反射而形成开路处时，由于反射而形成两倍侵入波幅值的电压，损两倍侵入波幅值的电压，损坏隔离开关或断路器。坏隔离开关或断路器。母线上装设阀型避雷母线上装设阀型避雷器器FA3，主要用于爱护，主
26、要用于爱护变压器、电压互感器变压器、电压互感器等全部高压电气设备。等全部高压电气设备。图图9-7 35110 kV变电所的进线爱护方案变电所的进线爱护方案11/4/202223河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院9.2 电气装置的接地电气装置的接地一、接地的有关概念一、接地的有关概念1接地装置接地装置接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。接地：电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接。接地体：干脆与大地接触的金属导体。接地体：干脆与大地接触的金属导体。接地线：连接接地体与电气设备接地部分的金属导体。接地线：连接接地体与电气设备接地部分的金属导体。接地装置：接地装置：接
27、地体与接地线接地体与接地线的总和，称为接地装置。的总和，称为接地装置。接地网：接地网：由若干个接地体在由若干个接地体在大地中相互用接地线连接起大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网，来的一个整体，称为接地网，如图如图9-8所示。所示。图图9-8 接地网示意图接地网示意图1接地体接地体 2接地干线接地干线 3接地支线接地支线 4电气设备电气设备11/4/202224河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院2地和对地电压地和对地电压 当电气设备发生接地故障时，当电气设备发生接地故障时，接地电流接地电流IE通过接地体向大地作半通过接地体向大地作半球形散开，如图球形散开，如图9-9所
28、示。所示。电气设备的接地部分与零电位电气设备的接地部分与零电位地之间的电位差，称为接地部分的地之间的电位差，称为接地部分的对地电压，用对地电压，用UE表示。表示。实践证明：实践证明：在距接地体在距接地体20m以外的以外的地方，散流电阻已趋近于零，也即地方，散流电阻已趋近于零，也即电位趋近于零。该电位等于零的地电位趋近于零。该电位等于零的地方称为电气上的方称为电气上的“地地”或或“大地大地”。图图9-9 接地电流和对地电压分布图接地电流和对地电压分布图11/4/202225河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院3.接触电压和跨步电压（图接触电压和跨步电压（图9-10）接触电压：当电气设
29、备发生接地故障时，人体触及的电气接触电压：当电气设备发生接地故障时，人体触及的电气设备和大地上随意两点之间的电位差，称为接触电压设备和大地上随意两点之间的电位差，称为接触电压Utou。跨步电压：人在跨步电压：人在接地故障点旁边行接地故障点旁边行走时，两脚之间的走时，两脚之间的电位差，称为跨步电位差，称为跨步电压电压Ustep。图图9-10 接触电压和跨步电压接触电压和跨步电压11/4/202226河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院4.接地电阻接地电阻流散电阻：流散电阻：接地体的对地电压与通过接地体流入地中的电接地体的对地电压与通过接地体流入地中的电流之比，称为流散电阻。流之比，称
30、为流散电阻。接地电阻：接地电阻：电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比，电气设备接地部分的对地电压与接地电流之比，称为接地装置的接地电阻。称为接地装置的接地电阻。工频接地电阻：工频接地电阻：工频接地电流流经接地装置所呈现的接地工频接地电流流经接地装置所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，用电阻，称为工频接地电阻，用RE表示；表示；冲击接地电阻：冲击接地电阻：雷电流流经接地装置所呈现的电阻，称为雷电流流经接地装置所呈现的电阻，称为冲击接地电阻，用冲击接地电阻，用Rsh表示。表示。11/4/202227河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二、接地的类型二、接地的类型p工作接地：依据电力
31、系统运行的须要，人为地将电力系统工作接地：依据电力系统运行的须要，人为地将电力系统中性点或电气设备的某一部分进行接地。中性点或电气设备的某一部分进行接地。p爱护接地：为保证人身平安、防止触电事故，将电气设备爱护接地：为保证人身平安、防止触电事故，将电气设备的外露可导电部分与地作良好的连接。的外露可导电部分与地作良好的连接。TN系统：系统：TN系统的电源中性点干脆接地，并引出有中性系统的电源中性点干脆接地，并引出有中性线（线（N线）、爱护线（线）、爱护线（PE线）或爱护中性线（线）或爱护中性线（PEN线），电气线），电气设备的外露可导电部分与设备的外露可导电部分与PE线或线或PEN线相连。线相连
32、。TN-C系统：系统中系统：系统中N线与线与PE线合为一根线合为一根PEN线，全部设备线，全部设备的外露可导电部分均接的外露可导电部分均接PEN线，如图线，如图9-11a所示。所示。11/4/202228河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院 TN-S系统：系统中的系统：系统中的N线与线与PE线完全分开，全部设备的外线完全分开，全部设备的外露可导电部分均接露可导电部分均接PE线，如图线，如图9-11b所示。所示。TN-C-S系统：系统中前面线系统：系统中前面线路接受路接受TN-C系统，而后面线路系统，而后面线路部分或全部接受部分或全部接受TN-S系统，全系统，全部设备的外露可导电部分
33、接部设备的外露可导电部分接PEN线或线或PE线，如图线，如图9-11c所示。所示。图图9-11 TN系统示意图系统示意图a）TN-C系统系统 b）TN-S系统系统 c）TN-C-S系统系统11/4/202229河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院TT系统：系统：TT系统的电源电源中性点干脆接地，系统中电气系统的电源电源中性点干脆接地，系统中电气设备的外露可导电部分均经各自的设备的外露可导电部分均经各自的PE线分别干脆接地，如图线分别干脆接地，如图9-12所示。所示。IT系统：系统：IT系统的电源系统的中性点不接地或经高阻抗（约系统的电源系统的中性点不接地或经高阻抗（约1000）接地
34、，系统中电气设备的外露可导电部分均经各自的）接地，系统中电气设备的外露可导电部分均经各自的PE线分别干脆接地，如图线分别干脆接地，如图9-13所示。所示。图图9-12 TT系统示意图系统示意图图图9-13 IT系统示意图系统示意图11/4/202230河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院p重复接地：在重复接地：在TN系统中，为了避开系统中，为了避开PE线或线或PEN线断开时线断开时系统失去爱护作用，除在电源中性点必需接受工作接地外，系统失去爱护作用，除在电源中性点必需接受工作接地外，PE线或线或PEN线还应在下列地方重复接地：线还应在下列地方重复接地：在架空线路末端及沿线每隔在架空
35、线路末端及沿线每隔1 km处；处；在电缆和架空线路引入车间或其它大型建筑物处。在电缆和架空线路引入车间或其它大型建筑物处。重复接地的作用可用重复接地的作用可用图图9-14说明。说明。若没有实行重复接地，当发生若没有实行重复接地，当发生PE线或线或PEN线断线，且在断线断线，且在断线的后面又有设备发生一相碰壳时，接在断线后面的全部设备线的后面又有设备发生一相碰壳时，接在断线后面的全部设备外壳上都将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危急的。实外壳上都将呈现接近于相电压的对地电压，这是很危急的。实行重复接地后，发生同样故障时，设备外壳的对地电压降低了，行重复接地后，发生同样故障时，设备外壳的对地电压
36、降低了，危急程度也大大降低了。危急程度也大大降低了。11/4/202231河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院 因此应尽量避开因此应尽量避开PE线和线和PEN线的断线事故，在线的断线事故，在PE线和线和PEN线是一般不允许装设开关或熔断器。线是一般不允许装设开关或熔断器。若若 ，则，则 。实际上，由于。实际上，由于 ，所以，所以 ，对人还是有危险的。，对人还是有危险的。图图9-14 重复接地的作用说明重复接地的作用说明a）无重复接地）无重复接地 b）有重复接地）有重复接地11/4/202232河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院三、接地装置的装设三、接地装置的装设p自然
37、接地体：凡是与大地有牢靠接触的金属导体，如埋入自然接地体：凡是与大地有牢靠接触的金属导体，如埋入地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、电地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋、行车的钢轨、电缆金属外皮等都可作为自然接地体。缆金属外皮等都可作为自然接地体。p人工接地体：接受钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。人工接地体：接受钢管、圆钢、角钢、扁钢等钢材制成。垂直埋设的接地体：用垂直埋设的接地体：用3850mm的钢管或的钢管或40 40 4mm50505mm的角钢。的角钢。水平埋设的接地体：用水平埋设的接地体：用16mm的圆管或的圆管或404mm的扁钢。的扁钢。接地线：用接地线：用204m
38、m404mm的扁钢。的扁钢。说明：说明：接地装置由多根接地体组成，这些接地体可成排布置，也可接地装置由多根接地体组成，这些接地体可成排布置，也可以环形布置。每根接地体长以环形布置。每根接地体长2.5m左右，接地体之间的距离约左右，接地体之间的距离约5m，将，将各接地体打入地中后，用圆钢或扁钢连成一体。各接地体打入地中后，用圆钢或扁钢连成一体。p接地网的布置：应使接地装置旁边的电位分布尽可能匀整，接地网的布置：应使接地装置旁边的电位分布尽可能匀整，以降低接触电压和跨步电压，保证人身平安。以降低接触电压和跨步电压，保证人身平安。11/4/202233河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院
39、单根垂干脆地体的接地电阻：单根垂干脆地体的接地电阻：四、接地电阻的计算四、接地电阻的计算u地电阻的最大允许值地电阻的最大允许值：见书中表见书中表9-3。u自然接地体接地电阻的计算：可查阅有关设计手册。自然接地体接地电阻的计算：可查阅有关设计手册。u人工接地体接地电阻的计算人工接地体接地电阻的计算n根并联垂干脆地体的接地电阻：根并联垂干脆地体的接地电阻：若若RE为允许最大值，则垂干脆地体的根数为允许最大值，则垂干脆地体的根数n为为：K为各种接地体的简化为各种接地体的简化计算系数；计算系数；为土壤电为土壤电阻率，分别查书中表阻率，分别查书中表9-4和表和表9-5。当有当有n根垂干脆地体并联时，根垂
40、干脆地体并联时，考虑屏蔽效应影响，引入考虑屏蔽效应影响，引入利用系数利用系数；考虑水平接地；考虑水平接地体的作用，垂干脆地体可体的作用，垂干脆地体可削减削减10%。式中，式中，为接地体的利用系数，查书中表为接地体的利用系数，查书中表9-6和表和表9-7。11/4/202234河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院五、降低土壤电阻率的措施五、降低土壤电阻率的措施接受外引式接地装置：将接地体引至旁边的水井、泉眼、接受外引式接地装置：将接地体引至旁边的水井、泉眼、水沟、河边、水库边、大树下等土壤电阻率较低的地方，或水沟、河边、水库边、大树下等土壤电阻率较低的地方，或者敷设水下接地网，以降低
41、接地电阻。者敷设水下接地网，以降低接地电阻。深埋地极法：假如地下较深处的土壤电阻率较低，可用深深埋地极法：假如地下较深处的土壤电阻率较低，可用深埋式接地体。埋式接地体。换土法：用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土等）替换原换土法：用电阻率较低的土壤（如粘土、黑土等）替换原有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体四周有电阻率较高的土壤，置换范围在接地体四周0.5m以内和接以内和接地体的地体的1/3处。处。化学处理法：在接地体四周加入低电阻率的减阻剂来增加化学处理法：在接地体四周加入低电阻率的减阻剂来增加土壤的导电性，从而降低其接地电阻。土壤的导电性，从而降低其接地电阻。11/4/202235河北科技高校
42、电气信息学院河北科技高校电气信息学院9.3 电气平安电气平安 一、电气平安的有关概念一、电气平安的有关概念n电流对人体的作用电流对人体的作用损害程度与电流大小的关系：通过人体的电流愈大，人体损害程度与电流大小的关系：通过人体的电流愈大，人体的生理反应愈明显，损害愈严峻。的生理反应愈明显，损害愈严峻。感知电流：指电流通过人体时可引起感觉的最小电流。感感知电流：指电流通过人体时可引起感觉的最小电流。感知电流值与时间因素无关。知电流值与时间因素无关。摆脱电流：指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流。摆脱电流：指人在触电后能够自行摆脱带电体的最大电流。摆脱电流值也与时间无关。摆脱电流值也与时间无关。
43、室颤电流：指引起心室抖动的最小电流。室颤电流与电流室颤电流：指引起心室抖动的最小电流。室颤电流与电流持续时间关系亲密。持续时间关系亲密。11/4/202236河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院 图图9-15是国际电工委员会（是国际电工委员会（IEC）提出的人体触电时间和）提出的人体触电时间和通过人体电流（通过人体电流（50Hz）对人身肌体反应的曲线。）对人身肌体反应的曲线。我国一般接受我国一般接受30mA（50Hz）作）作为平安电流值，但为平安电流值，但其触电时间不得超其触电时间不得超过过1s，因此这平安，因此这平安电流值也称为电流值也称为30mAs。图图9-15 人体触电时间和
44、通过人体电流对人身肌体反应的曲线人体触电时间和通过人体电流对人身肌体反应的曲线损害程度与电流持续时间的关系：通过人体电流的持续时损害程度与电流持续时间的关系：通过人体电流的持续时间愈长，愈简洁引起心室抖动，危急性就愈大。间愈长，愈简洁引起心室抖动，危急性就愈大。11/4/202237河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院损害程度与电流通经的关系：损害程度与电流通经的关系：电电流流通通过过心心脏脏会会引引起起心心室室抖抖动动，电电流流较较大大时时会会使使心心脏脏停停止跳动；止跳动；电电流流通通过过中中枢枢神神经经，会会引引起起中中枢枢神神经经严严峻峻失失调调而而导导致致死死亡；亡；电电
45、流流通通过过头头部部会会使使人人昏昏迷迷，电电流流较较大大时时会会对对脑脑组组织织产产生生严峻损坏而导致死亡；严峻损坏而导致死亡；电流通过脊髓会使人瘫痪等。电流通过脊髓会使人瘫痪等。损害程度与电流种类的关系：直流电流、沟通电流、高频损害程度与电流种类的关系：直流电流、沟通电流、高频电流、静电电荷以及特殊波形电流对人体都有损害作用，通电流、静电电荷以及特殊波形电流对人体都有损害作用，通常以常以5060Hz的工频电流对人体的危害最为严峻。的工频电流对人体的危害最为严峻。11/4/202238河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院n人人体体电电阻阻：人人体体电电阻阻包包括括体体内内电电阻阻
46、和和皮皮肤肤电电阻阻。体体内内电电阻阻约约500，与与接接触触电电压压有有关关。皮皮肤肤电电阻阻较较大大，集集中中在在角角质质层层，正常时可达正常时可达 。皮肤的潮湿、多汗、有损伤等会降低人体电阻；皮肤的潮湿、多汗、有损伤等会降低人体电阻；通过电流加大，通电时间加长，会增加发热出汗，也会降通过电流加大，通电时间加长，会增加发热出汗，也会降低人体电阻；低人体电阻；接触电压增高，会击穿角质层，也会降低人体电阻。接触电压增高，会击穿角质层，也会降低人体电阻。一般状况下，人体电阻可按一般状况下，人体电阻可按10002000考虑。考虑。n平安电压：是指不致使人干脆致死或致残的电压。它取决平安电压：是指不
47、致使人干脆致死或致残的电压。它取决于人体允许的电流和人体电阻。于人体允许的电流和人体电阻。我国规定的平安电压等级为：我国规定的平安电压等级为：42V、36V、24V、12V和和6V。11/4/202239河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院凡手提照明灯、在危急环境和特殊危急环境中运用携带式凡手提照明灯、在危急环境和特殊危急环境中运用携带式电动工具，如无特殊平安结构或平安措施，应接受电动工具，如无特殊平安结构或平安措施，应接受42V或或36V的平安电压；的平安电压；金属容器内、隧道内、矿井内等工作地点狭窄、行动不便，金属容器内、隧道内、矿井内等工作地点狭窄、行动不便，以及四周有大面积
48、接地导体的环境，应接受以及四周有大面积接地导体的环境，应接受24V或或12V的平的平安电压；安电压；水下作业等场所接受水下作业等场所接受6V的平安电压。的平安电压。在一般的正常环境条件下，通常称沟通在一般的正常环境条件下，通常称沟通50V电压为可允电压为可允许持续接触的许持续接触的“平安特低电压平安特低电压”。11/4/202240河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二、漏电爱护器的基本结构和原理二、漏电爱护器的基本结构和原理 图图9-16是电流淌作型漏电断路器的工作原理示意图。是电流淌作型漏电断路器的工作原理示意图。正常状况下，通过正常状况下，通过TAN一次一次侧的三相电流相量和
49、等于零，侧的三相电流相量和等于零，TAN的铁心中没有磁通，其的铁心中没有磁通，其二次侧没有电流输出。当被二次侧没有电流输出。当被爱护电路发生漏电或有人触爱护电路发生漏电或有人触电时，由于漏电电流的存在，电时，由于漏电电流的存在，通过通过TAN一次侧的三相电流一次侧的三相电流相量不等于零，相量不等于零，TAN中产生中产生零序磁通，其二次侧有电流零序磁通，其二次侧有电流输出，经放大器放大后，驱输出，经放大器放大后，驱动低压断路器动低压断路器QF的脱扣线圈的脱扣线圈YR，使断路器，使断路器QF自动跳闸。自动跳闸。图图9-16 漏电爱护器工作原理示意图漏电爱护器工作原理示意图11/4/202241河北
50、科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院三、平安用电的一般措施三、平安用电的一般措施建立电气平安管理机构，确定管理人员和管理方式。建立电气平安管理机构，确定管理人员和管理方式。严格执行各项平安规章制度。严格执行各项平安规章制度。对电气设备定期进行电气平安检查，以便刚好解除设备事对电气设备定期进行电气平安检查，以便刚好解除设备事故隐患。故隐患。加强电气平安教化，以便提高工作人员的平安意识，充分加强电气平安教化，以便提高工作人员的平安意识，充分相识平安用电的重要性。相识平安用电的重要性。妥当收集和保存平安资料。妥当收集和保存平安资料。按规定运用电工平安用具。按规定运用电工平安用具。加强检修平安