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1、电力系统接地防雷保护电力系统接地防雷保护本讲稿第一页，共五十五页电力系统保护电力系统保护接地保护接地保护防雷保护防雷保护接地保护系统接地保护系统接地类型接地类型接地和接地装置接地和接地装置TT系统系统TN系统系统IT系统系统过电压过电压雷电有关计算雷电有关计算保护装置保护装置工作接地工作接地保护接地保护接地雷电保护接地雷电保护接地防静电接地防静电接地重复接地重复接地操作过电压操作过电压谐振过电压谐振过电压暂态过电压暂态过电压雷电过电压雷电过电压雷击次数计算雷击次数计算避雷针避雷针避雷线避雷线避雷器避雷器电气安全电气安全本讲稿第二页，共五十五页接地保护接地保护-IT系统系统电电源源小小电电流流接
2、接地地系系统统的的保保护护接接地地方方式式，电电气气设设备备的的不不带带电电金金属属部部分分直直接接经接地体接地经接地体接地 本讲稿第三页，共五十五页接地保护接地保护-TT系统系统配配电电系系统统的的中中性性线线N引引出出，但但电电气气设设备备的的不不带带电电金金属属部部分分经经各各自自的的接接地地装装置置直接接地直接接地 本讲稿第四页，共五十五页接地保护接地保护-TN系统系统本讲稿第五页，共五十五页接地类型简介接地类型简介n工作接地：工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地等。要求而进行的一种接地，
3、例如电源中性点的接地等。n保护接地：为为保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安全，而保证人体触及意外带电的电气设备时的人身安全，而将电气设备的金属外壳进行接地即为保护接地。将电气设备的金属外壳进行接地即为保护接地。n防静电接地：防止静电对易燃易爆气体，液体造成爆炸火灾，对防止静电对易燃易爆气体，液体造成爆炸火灾，对其储气液体管道，容器等设置的接地其储气液体管道，容器等设置的接地n雷电保护接地：给防雷保护装置（避雷针，避雷线，避雷网）给防雷保护装置（避雷针，避雷线，避雷网）向大地泄放雷电流提供通道向大地泄放雷电流提供通道。本讲稿第六页，共五十五页重复接地保护同一低压系统中，不能有的采取保护接地
4、，有的又采取保护接零，否则当采取保护同一低压系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压。中性点不接地系统中的设备不允许采用保护接零。因为任一设备发生碰壳的电压。中性点不接地系统中的设备不允许采用保护接零。因为任一设备发生碰壳时都将使所有设备外壳上出现近于相电压的对地电压，这是十分危险的。在中性线时都将使所有设备外壳上出现近于相电压的对地电压，这是十分危险的。在中性线上不允许安装熔断器和开关，以防中性线断线，失去保护接零的作用
5、，为安全起见，上不允许安装熔断器和开关，以防中性线断线，失去保护接零的作用，为安全起见，中性线还必须实行重复接地，以保证接零保护的可靠性。中性线还必须实行重复接地，以保证接零保护的可靠性。在在中中性性点点直直接接接接地地的的低低压压电电力力网网中中采采用用接接零零时时，将将零零线线上上的的一一点点或或多多点点再再次次与与大大地地作作金金属属性性连连接接，称称为为重重复复接接地地。本讲稿第七页，共五十五页接地和接地装置接地和接地装置 1 1接地的基本概念接地的基本概念 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。接地装置是由接地体和
6、接地线两部分组成的。接地装置是由接地体和接地线两部分组成的。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体或接地极。接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。接地体与电气设备的金属外壳之间的连接线，称为接地线。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。本讲稿第八页，共五十五页2 2接地装置的散流效应接地装置的散流效应 接地电流、对地电压及接地电接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线流电位分布曲线当电气设备发生接地故障时，电当电气设备发生接地故
7、障时，电流就通过接地体向大地作半球形流就通过接地体向大地作半球形散开，这一电流称为接地电流散开，这一电流称为接地电流IE。试验表明，在距单根接地体或试验表明，在距单根接地体或接地故障点接地故障点20m左右的地方，实左右的地方，实际上散流电阻已趋近于零，电位际上散流电阻已趋近于零，电位为零的地方，称为电气上的为零的地方，称为电气上的“地地”或或“大地大地”。电气设备的接。电气设备的接地部分与零电位的地部分与零电位的“地地”（大（大地）之间的电位差，就称为接地）之间的电位差，就称为接地部分的对地电压，如图中的地部分的对地电压，如图中的UE。本讲稿第九页，共五十五页图图 9-13 9-13 接触电压
8、和跨步电压接触电压和跨步电压本讲稿第十页，共五十五页2接地的类型接地的类型接地可分为下列几类：接地可分为下列几类：（1 1）按装置属性分，有自然接地和人工接地；）按装置属性分，有自然接地和人工接地；（2 2）按电流性质分，有交流电路系统接地和直流电路系统接地；）按电流性质分，有交流电路系统接地和直流电路系统接地；（3 3）按电压分：）按电压分：（4 4）按作用分：）按作用分：（5 5）按装置方式分：）按装置方式分：本讲稿第十一页，共五十五页1 1自然接地体的利用自然接地体的利用 在设计和装设接地装置时，首先应考虑自然接地体的利用，以节约在设计和装设接地装置时，首先应考虑自然接地体的利用，以节约
9、投资，节约钢材。投资，节约钢材。图图9-16人工接地体的结构人工接地体的结构本讲稿第十二页，共五十五页电气装置接地电气装置接地 图图 9-17 9-17 加装均压带的接地网加装均压带的接地网3 3 防雷装置接地的要求防雷装置接地的要求 避雷针宜装设独立的接地装置，防雷的接地装置及避雷针引下线的结构尺避雷针宜装设独立的接地装置，防雷的接地装置及避雷针引下线的结构尺寸，应符合寸，应符合GB50057-1994GB50057-1994建筑物防雷设计规范的规定。建筑物防雷设计规范的规定。本讲稿第十三页，共五十五页接地装置的计算接地装置的计算1.1.人工接地体工频电阻的计算人工接地体工频电阻的计算(9-
10、4)(9-5)(9-6)(9-7)(9-8)本讲稿第十四页，共五十五页8.2 8.2 电气装置接地电气装置接地 2.2.自然接地体工频电阻的计算自然接地体工频电阻的计算3.3.冲击接地电阻的计算冲击接地电阻的计算4.4.接地线的最小截面计算接地线的最小截面计算5.5.接地装置的计算接地装置的计算6 6 人工接地体的常用材料及实施如下人工接地体的常用材料及实施如下（1 1）垂直接地体采用垂直接地体采用50mm50mm的钢管或的钢管或5050550505的角钢，长度的角钢，长度=2.5=2.53m3m较较合适，排列间距一般不宜小于合适，排列间距一般不宜小于5m5m，棒顶距地面以，棒顶距地面以0.7
11、0.70.9m0.9m为合适。为合适。（2 2）水平接地体采用水平接地体采用404mm404mm的扁钢，或的扁钢，或12121616的圆钢；埋设深度的圆钢；埋设深度以以0.90.91.0m1.0m为合适；连接时要用搭接，搭接长度要为扁钢宽度二倍或圆为合适；连接时要用搭接，搭接长度要为扁钢宽度二倍或圆钢直径的钢直径的4 4倍，所有扁钢与扁钢的连接或扁钢与圆钢的连接，均要采用电倍，所有扁钢与扁钢的连接或扁钢与圆钢的连接，均要采用电焊或气焊可靠连接。焊或气焊可靠连接。本讲稿第十五页，共五十五页电气安全电气安全电气安全电气安全1.安全电压，流安全电压，流2.电气安全措施电气安全措施 3.触电急救触电急
12、救.本讲稿第十六页，共五十五页电流对人体的作用和安全电流电流对人体的作用和安全电流 1.1.电流对人体作用电流对人体作用 电电流流通通过过人人体体时时，人人体体内内部部组组织织将将产产生生复复杂杂的的作作用用。人人体体触触电电可可分分为为两两大大类类：一一是是雷雷击击或或高高压压触触电电，较较大大的的电电流流数数量量级级通通过过人人体体所所产产生生的的热热效效应应、化化学学效效应应和和机机械械效效应应，将将使使人人的的机机体体受受到到严严重重的的电电灼灼伤伤、组组织织炭炭化化坏坏死死以以及及其其它它难难以以恢恢复复的的永永久久性性伤伤害害。另另一一种种是是低低压压触触电电，在在几几十十至至几几
13、百百毫毫安安的的电电流流作作用用下下，使使人人的的机机体体产产生生病病理理、生生理理性性反反应应，轻轻者者出出现现针针刺刺痛痛感感，或或痉痉挛挛、血血压压升升高高、心心律律不不齐齐以以致致昏昏迷迷等等暂暂时时性性功功能能失失常常，重重的的可可引引起起呼呼吸吸停停止止、心心跳跳骤骤停停、心心室室纤纤维维颤颤动动等等危危及及生命的伤害。生命的伤害。2.2.安全电流及有关因素安全电流及有关因素安全电流就是人体触电后最大的摆脱电流。各国规定不完全一致。我国依安全电流就是人体触电后最大的摆脱电流。各国规定不完全一致。我国依19741974年年IECIEC提出的提出的479479号报告，规定安全电流为号报
14、告，规定安全电流为30mA30mAs s（50Hz50Hz）。）。本讲稿第十七页，共五十五页图图 9-21 IEC 9-21 IEC提出的人体触电时间和通过人体电流（提出的人体触电时间和通过人体电流（50Hz50Hz）对）对人身机体反应的曲线人身机体反应的曲线本讲稿第十八页，共五十五页 3 3.安全电压和人体电阻安全电压和人体电阻安全电压就是不致使人直接死亡或致残的电压安全电压就是不致使人直接死亡或致残的电压安全电压（交流有效值）安全电压（交流有效值）/V/V选用举例选用举例额定值额定值空载上限值空载上限值42425050在有触电危险的场所使用的手持式在有触电危险的场所使用的手持式电动工具等电
15、动工具等36364343在矿井、多导电粉尘等场所使用的在矿井、多导电粉尘等场所使用的行灯等行灯等24242929可供某些具有人体可能偶然触及的可供某些具有人体可能偶然触及的带电体设备选用带电体设备选用121215156 69 9本讲稿第十九页，共五十五页电气安全的一般措施电气安全的一般措施 在在供供配配电电系系统统中中，必必须须特特别别注注意意安安全全用用电电。这这是是因因为为，如如果果使使用用不不当当，可可能能会会造造成成严重后果，如人身触电事故、火灾、爆炸等，给国家、社会和个人带来极大的损失。严重后果，如人身触电事故、火灾、爆炸等，给国家、社会和个人带来极大的损失。保证电气安全的一般措施有
16、：保证电气安全的一般措施有：（1 1）加强电气安全教育加强电气安全教育（2 2）严格执行安全工作规程严格执行安全工作规程电气安全用具分为基本电气安全用具和辅助电气安全用具两类。电气安全用具分为基本电气安全用具和辅助电气安全用具两类。1 1）基本电气安全用具）基本电气安全用具2)2)辅助电气安全用具辅助电气安全用具本讲稿第二十页，共五十五页触电急救触电急救1.触电的急救处理触电的急救处理触触电电者者的的现现场场急急救救是是抢抢救救过过程程中中关关键键的的一一步步。如如能能及及时时、正正确确的的抢抢救救，则则因因触触电电而而呈呈假假死死的的人人有有可可能能获获救救。反反之之，则则可可能能带带来来不
17、不可可弥弥补补的的损损失失。因因此此，电电业业安安全全工工作作规规程程将将“特特别别要要学学会会触触电电急急救救”规规定定为为电电气气工工作作人人员员必必须须具具备备的的条条件件之一。之一。1 1）脱离电源脱离电源 2 2）如果触电者接触低压带电设备，救护人员应设法迅速切断电源，如拉开电源开关，如果触电者接触低压带电设备，救护人员应设法迅速切断电源，如拉开电源开关，或使用绝缘工具、干燥的木棒等不导电的物体解脱触电者；也可抓紧触电者的衣服将其或使用绝缘工具、干燥的木棒等不导电的物体解脱触电者；也可抓紧触电者的衣服将其拖开。为使触电者与导体解脱，最好用一只手进行抢救。拖开。为使触电者与导体解脱，最
18、好用一只手进行抢救。3 3）如果触电者接触高压带电设备，救护人员应设法迅速切断电源，或用适）如果触电者接触高压带电设备，救护人员应设法迅速切断电源，或用适合该绝缘等级的绝缘工具解脱触电者。救护人员在抢救过程中，要注意保持合该绝缘等级的绝缘工具解脱触电者。救护人员在抢救过程中，要注意保持自身与带电部分的安全距离。自身与带电部分的安全距离。本讲稿第二十一页，共五十五页 4 4）如果触电者处于高处，解脱电源后，可能会从高处坠落，要采处相应的措）如果触电者处于高处，解脱电源后，可能会从高处坠落，要采处相应的措施。以防触电者摔伤。施。以防触电者摔伤。5 5）在切断电源后，应考虑事故照明、应急灯照明等，以
19、便继续进行急救。）在切断电源后，应考虑事故照明、应急灯照明等，以便继续进行急救。(2(2）急救处理急救处理当触电者脱离电源后，应根据具体情况，迅速救治，同时赶快通知医生。当触电者脱离电源后，应根据具体情况，迅速救治，同时赶快通知医生。1 1）如触电者神志尚清，则应使之平躺，严密观察，暂时不要站立或走动。）如触电者神志尚清，则应使之平躺，严密观察，暂时不要站立或走动。2 2）如如触触电电者者神神志志不不清清，则则应应使使之之仰仰面面平平躺躺，确确保保气气道道通通畅畅。并并用用5s5s时时间间，呼呼叫叫伤伤员员或或轻拍其肩部，严禁摇动头部。轻拍其肩部，严禁摇动头部。3 3）如如触触电电者者神神志志
20、失失去去知知觉觉，停停止止呼呼吸吸，但但心心脏脏微微有有跳跳动动时时，应应在在通通畅畅气气道道后，立即施行口对口的人工呼吸。后，立即施行口对口的人工呼吸。本讲稿第二十二页，共五十五页4 4）如如触触电电者者伤伤害害相相当当严严重重，心心跳跳和和呼呼吸吸已已停停止止，完完全全失失去去知知觉觉，则则在在通通畅畅气气道道后后，立立即即施施行行口口对对口口的的人人工工呼呼吸吸和和胸胸外外按按压压心心脏脏的的人人工工循循环环。先先按按胸胸外外4 49 9次次，再再口口对对口口的吹气的吹气2 23 3次；再按压心脏次；再按压心脏4 49 9次，再口对口的吹气次，再口对口的吹气2 23 3次。次。对对人人工
21、工呼呼吸吸要要有有耐耐心心，不不能能急急。不不应应放放弃弃现现场场抢抢救救。只只有有医医生生有有权权做做出出死死亡亡诊断。诊断。(3)(3)人工呼吸法人工呼吸法 人工呼吸法有仰卧压胸法、俯卧压背法和口对口吹气法等。最简便的是口对口吹气法。人工呼吸法有仰卧压胸法、俯卧压背法和口对口吹气法等。最简便的是口对口吹气法。其步骤如下：其步骤如下：1 1）迅速解开触电者的衣服、裤子，松开上身的紧身衣等，使其胸部能自由）迅速解开触电者的衣服、裤子，松开上身的紧身衣等，使其胸部能自由扩张，不致妨碍呼吸；扩张，不致妨碍呼吸；2 2）使使触触电电者者仰仰卧卧，不不垫垫枕枕头头，头头先先侧侧向向一一边边，清清除除其
22、其口口腔腔内内的的血血块块、假假牙牙及及其其它它异异物物，将将舌舌头头拉拉出出，使使气气道道通通畅畅，如如触触电电者者牙牙关关紧紧闭闭可可用用小小木木片片、金金属属片片等等小小心心地地从从口口角角伸伸入入牙牙缝缝撬撬开开牙牙齿齿，清清除除口口腔腔内内异异物物。然然后后将将其其头头扳扳正正，使使之之尽尽量量后后仰仰，鼻鼻孔孔朝朝天天，使使气气道道通畅；通畅；本讲稿第二十三页，共五十五页3 3）救护人位于触电者头部的左侧或右侧，用一只手捏紧鼻孔，不使漏气，用另一只手将）救护人位于触电者头部的左侧或右侧，用一只手捏紧鼻孔，不使漏气，用另一只手将下颌拉向前下方，使嘴巴张开，嘴上可盖一层纱布，准备接受吹
23、气；下颌拉向前下方，使嘴巴张开，嘴上可盖一层纱布，准备接受吹气；4 4）救救护护人人作作深深呼呼吸吸后后，紧紧贴贴触触电电者者嘴嘴巴巴，向向他他大大口口吹吹气气，如如图图9-229-22所所示示，如如果掰不开嘴巴，也可捏紧嘴巴，紧贴鼻孔吹气，吹气时要使胸部膨胀；果掰不开嘴巴，也可捏紧嘴巴，紧贴鼻孔吹气，吹气时要使胸部膨胀；图图 9-22 9-22 口对口吹气法口对口吹气法a)a)贴紧吹气贴紧吹气 b)b)放松换气放松换气本讲稿第二十四页，共五十五页 事事实实说说明明，只只要要正正确确地地坚坚持持施施行行人人工工救救治治，触触电电假假死死的的人人被被抢抢救救成成活活的的可可能能性性是是非非常常大
24、的。大的。按按上上述述要要求求对对触触电电者者的的心心脏脏进进行行反反复复地地按按压压和和放放松松，每每分分钟钟约约6060次次；按按压压时时定定位位要要准准，用力要适当。用力要适当。在在进进行行人人工工呼呼吸吸时时，救救护护人人应应密密切切关关注注触触电电者者的的反反应应。只只要要发发现现触触电电者者有苏醒迹象，应中止操作规程几秒钟，让触电者自行呼吸和心跳。有苏醒迹象，应中止操作规程几秒钟，让触电者自行呼吸和心跳。本讲稿第二十五页，共五十五页供电系统的防雷保护供电系统的防雷保护 外部过电压外部过电压过电压与雷电的有关概念过电压与雷电的有关概念（1 1）过电压的形式）过电压的形式内部过电压内部
25、过电压（雷电过电压（雷电过电压）直击雷击直击雷击感应雷击感应雷击雷电波侵入雷电波侵入操作过电压操作过电压谐振过电压等谐振过电压等（2 2）雷电流的产生、幅值与陡度）雷电流的产生、幅值与陡度 异性带电雷云间的放电就是通常所说的闪电。异性带电雷云间的放电就是通常所说的闪电。（3）防雷保护）防雷保护本讲稿第二十六页，共五十五页（1）.过电压、防雷及其设计过电压、防雷及其设计过电压及雷电的有关概念过电压及雷电的有关概念1 1雷电与过电压雷电与过电压 防雷就是防御过电压，防雷就是防御过电压，定义定义过电压是指电气设备或线路上出现超过正常工作要求的电压升高。过电压是指电气设备或线路上出现超过正常工作要求的
26、电压升高。在电力系统中，按照过电压产生的原因不同，可分为在电力系统中，按照过电压产生的原因不同，可分为内部过电压内部过电压和和雷电过电压雷电过电压两大类。两大类。1 1）内部过电压内部过电压 内内部部过过电电压压（又又称称操操作作过过电电压压），指指供供配配电电系系统统内内部部由由于于开开关关操操作作、参参数数不不利利组组合合、单单相相接接地地等等原原因因，使使电电力力系系统统的的工工作作状状态态突突然然改改变变，从从而而在在其其过过渡渡过过程程中中引引起起的的过过电电压。压。本讲稿第二十七页，共五十五页内部过电压又可分为内部过电压又可分为操作过电压操作过电压和和谐振过电压谐振过电压。操操作作
27、过过电电压压是是由由于于系系统统内内部部开开关关操操作作导导致致的的负负荷荷骤骤变变，或或由由于于短短路路等等原原因因出出现现断断续续性性电电弧弧而引起的过电压而引起的过电压常常见见的的有有空空载载线线路路合合闸闸和和重重合合闸闸过过电电压压、切切除除空空载载线线路路过过电电压压、切切断断空空载载变变压压器器过过电电压压和和弧弧光光接接地地过过电电压压。谐振过电压谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的瞬间高电压。一般按起因分为生谐振所造成的瞬间高电压。一般按起因分为线性谐振过电压线性谐振过
28、电压、铁磁谐振过电压铁磁谐振过电压和和参量谐振过电压参量谐振过电压。本讲稿第二十八页，共五十五页暂态过电压暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障而使电力系统经历过渡过程是由于断路器操作或发生短路故障而使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。常见的有：常见的有：空载长线电容效应（费兰梯效应）。空载长线电容效应（费兰梯效应）。原因原因在工频电源作用下，由于远距离在工频电源作用下，由于远距离空载空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高。线路电容效应的积累，使沿线电压分布
29、不等，末端电压最高。不对称短路接地不对称短路接地。三相输电线路三相输电线路a相发生短路接地故障时，相发生短路接地故障时，b、c相上的电压会相上的电压会升高。升高。甩负荷过电压甩负荷过电压。输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。未及时自动调节而引起的过电压。本讲稿第二十九页，共五十五页2 2）雷电过电压雷电过电压雷电过电压又称大气过电压或外部过电压。雷电过电压又称大气过电压或外部过电压。原因原因雷云放电现象在电力网中引起的过电压。雷电过电压一般分为直击雷、间接雷击和雷电雷云放电现象在电力网中引
30、起的过电压。雷电过电压一般分为直击雷、间接雷击和雷电侵入波三种类型。侵入波三种类型。1 1）直击雷直击雷 是遭受直击雷击时产生的过电压。经验表明，直击雷击时雷是遭受直击雷击时产生的过电压。经验表明，直击雷击时雷电流电流可高达可高达几几百千安百千安，雷电电压雷电电压可达可达几百万伏几百万伏。遭受直击雷击时均难免灾难性结果。因此必须采取防御措施。遭受直击雷击时均难免灾难性结果。因此必须采取防御措施。2 2）间间接接雷雷击击，又又简简称称感感应应雷雷，是是雷雷电电对对设设备备、线线路路或或其其它它物物体体的的静静电电感感应应或或电电磁磁感感应应所引起的过电压。所引起的过电压。短路电流10KA左右最高
31、输电电压75万V当建筑上空有雷云时，在建筑物上便会感应出相反电荷。在雷云放电后，云与大地电场消失了，但聚集在屋顶上的电荷不能立即释放，此时屋顶对当建筑上空有雷云时，在建筑物上便会感应出相反电荷。在雷云放电后，云与大地电场消失了，但聚集在屋顶上的电荷不能立即释放，此时屋顶对地面便有相当高的感应电压地面便有相当高的感应电压本讲稿第三十页，共五十五页a)a)雷云在线路上方时雷云在线路上方时b)b)雷云对地或其他放电时雷云对地或其他放电时c)c)雷云对架空线路放电时雷云对架空线路放电时为架空线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，在雷云的电荷向其它地方放电后，线为架空线路上由于静电感应而积聚大量异
32、性的束缚电荷，在雷云的电荷向其它地方放电后，线路上的束缚电荷被释放形成自由电荷，向线路两端运行，形成很高的过电压。经验表明，高压路上的束缚电荷被释放形成自由电荷，向线路两端运行，形成很高的过电压。经验表明，高压线路上感应雷可高达几十万伏，低压线路上感应雷也可达几万伏，对供电系统的危害很大。线路上感应雷可高达几十万伏，低压线路上感应雷也可达几万伏，对供电系统的危害很大。本讲稿第三十一页，共五十五页3 3）雷电侵入波）雷电侵入波 是感应雷的另一种表现。是感应雷的另一种表现。原原因因由由于于直直击击雷雷或或感感应应雷雷在在电电力力线线路路的的附附近近、地地面面或或杆杆塔塔顶顶点点，从从而而在在导导线
33、线上上感感应应产产生的生的冲击电压波冲击电压波，它沿着导线以光速向两侧流动，故又称为，它沿着导线以光速向两侧流动，故又称为过电压行波。过电压行波。后后果果行行波波沿沿着着电电力力线线路路侵侵入入变变配配电电所所或或其其他他建建筑筑物物，并并在在变变压压器器内内部部引引起起行行波波反反射射，产生很高的过电压。产生很高的过电压。据统计，雷电侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的据统计，雷电侵入波造成的雷害事故，要占所有雷害事故的50%50%70%70%。内部过电压的幅值一般不超过电网额定电压的内部过电压的幅值一般不超过电网额定电压的33.5倍，对供电系统的危害较小。倍，对供电系统的危害较小。内部
34、过电压比大气过电压小得多内部过电压比大气过电压小得多且电气设备和线路在设计时的绝缘强度留有一定的裕量。且电气设备和线路在设计时的绝缘强度留有一定的裕量。本讲稿第三十二页，共五十五页（2）雷电形成及有关概念雷电形成及有关概念1）雷电形成雷电形成雷雷电电是是带带有有电电荷荷的的“雷雷云云”之之间间、“雷雷云云”对对大大地地或或物物体体之之间间产产生生急急剧剧放放电电的的一一种种自自然现象。然现象。在在闷闷热热的的天天气气里里，地地面面的的水水汽汽蒸蒸发发上上升升，在在高高空空低低温温影影响响下下，水水蒸蒸汽汽凝凝成成冰冰晶晶。冰冰晶晶受受到到上上升升气气流流的的冲冲击击而而破破碎碎分分裂裂，气气流
35、流挟挟带带一一部部分分带带正正电电的的小小冰冰晶晶上上升升，形形成成“正正雷雷云云”，而而另另一一部部分分较较大大的的带带负负电电的的冰冰晶晶则则下下降降，形形成成“负负雷雷云云”。由由于于高高空空气气流流的的流流动动，正雷云和负雷云均在空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。正雷云和负雷云均在空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。本讲稿第三十三页，共五十五页 当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的当空中的雷云靠近大地时，雷云与大地之间形成一个很大的雷电场雷电场。由于静电感应作。由于静电感应作用，使地面出现与雷云的电荷极性相反的电荷。当雷云与大地
36、之间在某一方位的电场强度用，使地面出现与雷云的电荷极性相反的电荷。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到达到252530kV/cm30kV/cm时，雷云就开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先时，雷云就开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。导。当其下行到离地面当其下行到离地面100100300m300m时，就引起一个上行的迎雷先导。当上下行先导相互接近时，就引起一个上行的迎雷先导。当上下行先导相互接近时，正、负电荷强烈吸引、中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷时，正、负电荷强烈吸引、中和而产生强大的雷电流，并伴有雷鸣电闪。这就是直击雷的主放
37、电阶段，这阶段的时间极短。主放电阶段结束后，雷云中的剩余电荷会继续沿主的主放电阶段，这阶段的时间极短。主放电阶段结束后，雷云中的剩余电荷会继续沿主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这这就就是是直直击击雷雷的的余余辉辉放放电电阶阶段段，时时间间一一般般为为0.030.030.15s0.15s，电电流流较较小小，约约为为几几百百安安。雷雷电电先先导导在在主主放放电电阶阶段段与与地地面面上上雷雷击击对对象象之之间间的的最最小小空空间间距距离离，称称为为闪闪击击距距离离。雷雷电电的的闪闪击击距距离离与与雷雷电电流流的的幅幅值值和和陡陡度度有有关关。确确定定
38、直直击击雷雷防防护护范范围围的的“滚滚球球半半径径”大小，就与闪击距离有关。大小，就与闪击距离有关。本讲稿第三十四页，共五十五页 雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波雷电流是一个陡度很高、幅值很大的冲击波电流。电流。对对电电力力系系统统的的电电气气设设备备来来说说，雷雷电电流流的的陡陡度度越越大大，在在负负载载电电感感L上上产产生生的的过过电电压压也也越越大大，对绝缘的破坏性也就越严重。对绝缘的破坏性也就越严重。雷云对地或架空线路的放电就会造成雷电雷云对地或架空线路的放电就会造成雷电流。流。本讲稿第三十五页，共五十五页(2)(2)雷电的有关概念雷电的有关概念1 1）雷电流幅值和陡度雷电流幅值
39、和陡度 雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图雷电流是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，如图9-29-2所示。成半余弦波形所示。成半余弦波形的雷电波可分为波头和波尾两部分，一般在主放电阶段的雷电波可分为波头和波尾两部分，一般在主放电阶段1 14s4s内即可达到雷电流幅内即可达到雷电流幅值。雷电流从值。雷电流从0 0上升到幅值的波形部分，称为波头；雷电流从下降到上升到幅值的波形部分，称为波头；雷电流从下降到1/21/2的波形部分，的波形部分，称为波尾。称为波尾。图 9-2 雷电流波形示意图 本讲稿第三十六页，共五十五页雷雷电电流流的的陡陡度度即即雷雷电电流流波波升升高高的的速速度度，
40、用用表表示示。因因雷雷电电流流开开始始时时数数值值很很快快地地增增加，陡度也很快达到极大值，当雷电流陡度达到最大值时，陡度降为零。加，陡度也很快达到极大值，当雷电流陡度达到最大值时，陡度降为零。雷雷电电流流幅幅值值大大小小的的变变化化范范围围很很大大，需需要要积积累累大大量量的的资资料料。图图8-38-3给给出出了了我我国国的的雷雷电电流流幅幅值值概概率率曲曲线线。从从图图 8-38-3可可知知：20kA20kA出出现现的的概概率率是是65%65%，120kA120kA出出现现的的概概率只有率只有7%7%。一般变配电所防雷设计中的耐雷水平是取雷电流最大幅值为。一般变配电所防雷设计中的耐雷水平是
41、取雷电流最大幅值为=100kA=100kA。图图 9-3 9-3 雷电流幅雷电流幅 值概率曲线值概率曲线本讲稿第三十七页，共五十五页2 2）年年平平均均雷雷暴暴日日数数 凡凡有有雷雷电电活活动动的的日日子子，包包括括见见到到闪闪电电和和听听到到雷雷声声，由由当当地地气气象象台台统统计计的的，多多年年雷雷暴暴日日的的年年平平均均值值称称为为年年平平均均雷雷暴暴日日数数。年年平平均均雷雷暴暴日日数数不不超超过过1515天天的的地地区区称为少雷区，多于称为少雷区，多于4040天的地区称为多雷区。天的地区称为多雷区。3 3）年预计雷击次数年预计雷击次数 这是表征建筑物可能遭受雷击的一个频率参数。根据国
42、标这是表征建筑物可能遭受雷击的一个频率参数。根据国标GB50057-1994GB50057-1994建筑物防雷设计规范规定，应按下式计算：建筑物防雷设计规范规定，应按下式计算：(9-1)式式中中，为为建建筑筑物物年年预预计计雷雷击击次次数数；为为与与建建筑筑物物接接受受雷雷击击次次数数相相同同的的等等效效面面积积（kmkm2 2），按按GB50057-1994GB50057-1994之之附附录录一一规规定定的的方方法法确确定定；为为年年平平均均雷雷暴暴日日数数；为为校校正正系系数数，一般取一般取1 1，位于旷野孤立的建筑物取，位于旷野孤立的建筑物取2 2。本讲稿第三十八页，共五十五页4）.雷电
43、的危害雷电的危害雷电的形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它的放电过程中会产雷电的形成伴随着巨大的电流和极高的电压，在它的放电过程中会产生极大的破坏力。雷电的危害主要是以下几方面：生极大的破坏力。雷电的危害主要是以下几方面：(1)雷电的热效应雷电的热效应雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，雷电产生强大的热能使金属熔化，烧断输电导线，摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。摧毁用电设备，甚至引起火灾和爆炸。(2)雷电的机械效应雷电的机械效应雷电产生强大的电动力可以击毁电杆，破坏建筑物，人畜雷电产生强大的电动力可以击毁电杆，破坏建筑物，人畜亦不能幸免。亦不能幸免。(3)雷电的闪络放电雷电的闪络放
44、电雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，雷电产生的高电压会引起绝缘子烧坏，断路器跳闸，导致供电线路停电。导致供电线路停电。本讲稿第三十九页，共五十五页（3）防雷保护防雷保护1 1 防雷装置防雷装置 防防雷雷装装置置是是接接闪闪器器、避避雷雷器器、引引下下线线和和接接地地装装置置等等的的总总和和，为为不不同同的的防防 雷雷装装置的设置组合。置的设置组合。要保护建筑物等不受雷击损害，应有防御要保护建筑物等不受雷击损害，应有防御直击雷直击雷、感应雷感应雷和和雷电侵入波雷电侵入波的不同措施的不同措施和防雷设备。和防雷设备。（1 1）直击雷的防御）直击雷的防御 主主要要须须设设法法把把直直击击雷
45、雷迅迅速速流流散散到到大大地地中中去去。一一般般采采用用避避雷雷针针、避避雷雷线线、避避雷雷网网等避雷装置。等避雷装置。（2 2）感应雷的防御）感应雷的防御 对对建建筑筑物物最最有有效效的的防防护护措措施施，其其防防御御方方法法是是把把建建筑筑物物内内的的所所有有金金属属物物，如如设设备外壳、管道、构架等均进行可靠备外壳、管道、构架等均进行可靠接地接地，混凝土内的钢筋应绑扎或焊成，混凝土内的钢筋应绑扎或焊成闭合回路闭合回路。本讲稿第四十页，共五十五页（3 3）雷电侵入波的防御）雷电侵入波的防御 采用采用避雷器避雷器。避雷器装设在输电线路进线处或。避雷器装设在输电线路进线处或10kV10kV母线
46、上。母线上。如有条件可采用如有条件可采用303050m50m的电缆段埋地引入，在架空线终端杆上也可装设避雷器。的电缆段埋地引入，在架空线终端杆上也可装设避雷器。避雷器的接地线应与电缆金属外壳相连后直接接地，并连入公共地网。避雷器的接地线应与电缆金属外壳相连后直接接地，并连入公共地网。本讲稿第四十一页，共五十五页 避雷针的作用是引雷。避雷针的作用是引雷。1.1.避雷针避雷针本讲稿第四十二页，共五十五页8-48-4避雷针结构示意图避雷针结构示意图1-避雷针避雷针2-引下线引下线3-接地装置接地装置图图8-5避雷器装置示意图避雷器装置示意图1-架空线路架空线路2-避雷器避雷器3-接地体接地体4-电力
47、变压器电力变压器本讲稿第四十三页，共五十五页 避雷针是防止直击雷避雷针是防止直击雷的有效措施。一定高度的有效措施。一定高度的避雷针（线）下面，的避雷针（线）下面，有一个安全区域，此区有一个安全区域，此区域内的物体基本上不受域内的物体基本上不受雷击。我们把这个安全雷击。我们把这个安全区域叫做避雷针的保护区域叫做避雷针的保护范围。范围。本讲稿第四十四页，共五十五页单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 避雷针的保护范围用避雷针的保护范围用“滚球法滚球法”来确定。来确定。当避雷针高度为当避雷针高度为h h时，时，如如h hh hr r，地面上的保护，地面上的保护半径半径r r0 0为为 高度为高度
48、为h hx x的平面的平面xxxx上的上的保护半径保护半径r rx x为为 h hr r为滚球半径；为滚球半径；hxhx为离地高度；为离地高度；h h为避雷针高度；为避雷针高度；r rx x为离地高度为为离地高度为hxhx时所能保护的半径。时所能保护的半径。hr按防雷级别确定一类hr=30m二类hr=45m三类hr=60m本讲稿第四十五页，共五十五页 单支避雷针的保护范围还可按以下方法计算：单支避雷针的保护范围还可按以下方法计算：当避雷针高度当避雷针高度hhrhhr时时1）在在距距地地面面高高度度处处做做一一条条平平行行于于地地面面的的平平行行线线AB。2 2）以以避避雷雷针针的的顶顶尖尖为为
49、圆圆心心，hrhr为为半半径径，做做弧弧线线交于平行线于交于平行线于A A，B B两点。两点。3）以以A，B为为圆圆心心，hr为为半半径径，该该弧弧线线与与地地面面相相切切，与与针针尖尖相相交交。此此弧弧线线与与地地面面构构成成的的整整个个锥锥形形空空间间就就是避雷针的保护区域。是避雷针的保护区域。本讲稿第四十六页，共五十五页l【例【例8.1】某厂有一座第二类防雷建筑物，高】某厂有一座第二类防雷建筑物，高10 m，其屋顶最远一角距，其屋顶最远一角距离高离高50 m的烟囱为的烟囱为15 m远，烟囱上装有一根远，烟囱上装有一根2.5 m高的避雷针。试用高的避雷针。试用“滚球法滚球法”验算此避雷针能
50、否保护这座建筑物。验算此避雷针能否保护这座建筑物。【解】已知【解】已知h=50+2.5=52.5m，hx=10m，滚球半径，滚球半径hr=45m（第二类防雷建筑物），（第二类防雷建筑物），所以在所以在rx水平面上避雷针的保护半径为水平面上避雷针的保护半径为 能保护该建筑物。能保护该建筑物。本讲稿第四十七页，共五十五页 避雷针接地必须良好，接地电阻不宜超过避雷针接地必须良好，接地电阻不宜超过10 10 ；v 35kV 35kV及以下变配电所的避雷针应单独装设支架，避雷针与被及以下变配电所的避雷针应单独装设支架，避雷针与被保护设备之间的空气距离不小于保护设备之间的空气距离不小于5m5m；v 独立避