工厂供电课件第八章防雷、接地与电气安全.ppt

第八章 防雷、接地与电气安全 内容提要：本章首先讲述过电压与防雷，包括过电压和雷电的有关概念、防雷设备及电气装置的防雷、建筑物防雷及电子信息系统的防雷等；然后讲述电气装置的接地，包括接地的有关概念、电气装置的接地电阻与计算以及接地装置的装设与布置，接着讲述低压配电系统的接地故障保护、漏电保护和等电位联结；最后讲述电气安全与触电急救知识。本章贯穿一条“电气安全”的主线。,第一节 过电压与防雷 一.过电压及雷电的有关概念(一).过电压的形式 过电压(over-voltage)是指在电气线路上或电气设备上出现的超过正常工作电压的对绝缘很有危险的异常电压。在电力系统中，过电压按其产生的原因，可分为内部过电压（internal over-voltage）和雷电过电压(lightning over-voltage)两大类。1.内部过电压 内部过电压是由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或发生故障等原因，使系统的工作状态突然改变，从而在系统内部出现电磁能量转换、振荡而引起的过电压。,内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作或负荷剧变而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数（R、L、C）在不利的组合下发生谐振或由于故障而出现断续性接地电弧而引起的过电压，也包括电力变压器铁心饱和而引起的铁磁谐振过电压。运行经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额定电压的34倍，因此对电力系统和电气设备绝缘的威胁不是很大。,2.雷电过电压 雷电过电压又称大气过电压，也称外部过电压。它是由于电力系统中的线路、设备或建（构）筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对供电系统危害极大，必须加以防护。雷电过电压有两种基本形式：(1).直接雷击 它是雷电直接击中电气线路、设备或建（构）筑物，其过电压引起的强大的雷电流通过这些物体放电入地，从而产生破坏性极大的热效应和机械效应，相伴的还有电磁脉冲和闪络放电。这种雷电过电压称为直击雷。,(2).间接雷击 它是雷电没有直接击中电力系统中的任何部分，而是由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应所产生的过电压。这种雷电过电压，称为感应雷或雷电感应。雷电过电压除上述两种雷击形式外，还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接雷击或间接雷击而引起的过电压波，沿着架空线路或金属管道侵入变配电所或其他建筑物。这种雷电过电压形式，称为高电位侵入或雷电波侵入。据我国几个大城市统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故，占整个雷害事故的50%70%，比例很大，因此对雷电波侵入的防护应予以足够的重视。,(二).雷电的形成原理 1.雷云的形成 雷电是带有电荷的“雷云”之间或“雷云”对大地或物体之间产生急剧放电的一种自然现象。关于雷云形成的理论或学说较多，但比较普遍的看法是：在闷热的天气里，地面上的水汽蒸发上升，在高空低温影响下水汽凝结成冰晶。冰晶受到上升气流的冲击而破碎分裂。气流挟带一部分带正电的小冰晶上升，形成“正雷云”，而另一部分较大的带负电的冰晶则下降，形成“负雷云”。由于高空气流的流动，所以正、负雷云均在天空中飘浮不定。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。,2.直击雷的形成 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。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，如图8-1a所示。当雷云与大地之间在某一方位的电场强度达到2530kV/cm时，雷云就会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。大地的异性电荷集中的上述方位尖端上方，在雷电先导下行到离地面100300m时，也形成一个上行的迎雷先导，如图8-1b所示。当上、下先导相互接近时，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。这就是直击雷的主放电阶段。这时间极短，一般只有50100s。主放电阶段之后，雷云中的剩余电荷继续沿着主放电通道向大地放电，形成断续的隆隆雷声。这就是直击雷的余辉放电阶段，时间约为0.030.15s，电流较小，约几百安。,3.雷电感应过电压的形成 架空线路在其附近出现对地雷击时，极易产生感应过电压。当雷云出现在架空线路上方时，线路上由于静电感应而积聚大量异性的束缚电荷，如图8-2a所示。当雷云对地放电或对其他异性雷云中和放电后，线路上的束缚电荷被释放而形成自由电荷，向线路两端泄放，形成很高的感应过电压，如图8-2b所示。高压线路上的感应过电压，可高达几十万伏，低压线路上的感应过电压也可达几万伏，对供电系统的危害都很大。,图8-2 架空线路上的感应过电压a)雷云在线路上方时 b)雷云对地或对其他雷云放电后,二.防雷设备(一).接闪器 接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆，称为避雷针。接闪的金属线，称为避雷线，亦称架空地线。接闪的金属带，称为避雷带。接闪的金属网，称为避雷网。1.避雷针 避雷针的功能实质上是引雷作用，它能对雷电场产生一个附加的电场（这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的），使雷电场畸变，从而将雷云放电的通道，由原来可能向被保护物体发展的方向，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置，将雷电流泄放到大地中去，使被保护物体免受雷击。所以，避雷针实质是引雷针，它把雷电流引入地下，从而保护了线路、设备和建筑物等。,避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时直径不小于12mm、针长12m时直径不小于16mm）或镀锌钢管（针长1m以下时内径不小于20mm、针长12m时内径不小于25mm）制成。它通常安装在电杆（支柱）或构架、建筑物上，它的下端要经引下线与接地装置相连。避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。我国过去的防雷设计规范（如GBJ57-1983）或过电压保护设计规范（如GBJ64-1983），对避雷针和避雷线的保护范围都是按“折线法”来确定的，而现行国家标准GB50057-1994建筑物防雷设计规范则规定采用IEC推荐的“滚球法”来确定【1】。,【1】现行电力行业标准DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合中规定的避雷针、线保护范围，仍与GBJ64-1983相同，也按“折线法”来确定，适用于变配电所和电力线路的过电压保护。,5).避雷针在地面上的保护半径，按下式计算：,（8-3）,(2).当避雷针高度hhr时 在避雷针上取高度hr的一点代替单支避雷针的针尖作圆心，其余的作法与上述hhr时的作法相同。关于两支及多支避雷针的保护范围，可参看GB50057-1994或有关设计手册，此略。,图8-5 单支避雷针的保护范围,例8-1 某厂一座高30m的水塔旁边，建有一水泵房（属第三类防雷建筑物），尺寸如图8-6所示。水塔上安装有一支高2m的避雷针。试问此避雷针能否保护这一水泵房。,图8-6 例8-1所示避雷针的保护范围,2.避雷线 避雷线的功能和原理，与避雷针基本相同。避雷线一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线，架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体（包括建筑物）免遭直接雷击。由于避雷线既是架空，又要接地，因此又称为架空地线。单根避雷线的保护范围，按GB50057-1994规定：当避雷线高度 时，无保护范围。当避雷线的高度 时，应按下列方法确定（参看图8-7）。但要注意，确定架空避雷线的高度时，应计及弧垂的影响。在无法确定弧垂的情况下，等高支柱间的档距小于120m时，其避雷线中点的弧垂宜取2m；档距为120150m时。弧垂宜取3m。,图8-7 单根避雷线的保护范围 a)当 时 b)当 时,3.避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物，使之免遭直接雷击和雷电感应。避雷带和避雷网宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径应不小于8mm；扁钢截面应不小于48mm2，其厚度应不小于4mm。当烟囱上采用避雷环时，其圆钢直径应不小于 12mm；扁钢截面应不小于100mm2，其厚度应不小于4mm。避雷网的网格尺寸要求如表8-1所示。以上接闪器均应经引下线与接地装置连接。引下线宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢，其尺寸要求与避雷带、网采用的相同。引下线应沿建筑物外墙明敷，并经最短路径接地；建筑艺术要求较高者可暗敷，但其圆钢直径应不小于10mm，扁钢截面应不小于80mm2。,(二).避雷器 避雷器是用来防止雷电过电压波沿线路侵入变配电所或其他建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘，或防止雷电电磁脉冲对电子信息系统的电磁干扰。避雷器应与被保护设备并联，且安装在被保护设备的电源侧，如图8-8所示。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻抗变为低阻抗，使雷电过电压通过接地引下线对大地放电，从而保护了设备的绝缘，或消除了雷电电磁干扰。避雷器的类型，有阀式避雷器、排气式避雷器、保护间隙、金属氧化物避雷器和电涌保护器等。,图8-8 避雷器的连接,1.阀式避雷器 阀式避雷器(valve-type lightning arrester，文字符号FV)，又称为阀型避雷器，主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的瓷套管内。火花间隙用铜片冲制而成。每对间隙用厚0.51mm的云母垫圈隔开，如图8-9a所示。正常情况下，火花间隙能阻断工频电流通过，但在雷电过电压作用下，火花间隙被击穿放电。阀片是用陶料粘固的电工用金刚砂（碳化硅）颗粒制成的，如图8-9b所示。这种阀片具有非线性电阻特性。正常电压时，阀片电阻很大，而过电压时，阀片电阻则变得很小，如图8-9c的特性曲线所示。因此阀式避雷器在线路上出现雷电过电压时，其火花间隙被击穿，阀片电阻变得很小，能使雷电流顺畅地向大地泄放。当雷电过电压消失、线路上恢复工频电压时，阀片电阻又变得很大，使火花间隙的电弧熄灭、绝缘恢复而切断工频续流，从而恢复线路的正常运行。,图8-10 高低压普通阀式避雷器 a)FS4-10型 b)FS-0.38型 1-上接线端子 2-火花间隙 3-云母垫圈 4-瓷套管 5-阀电阻片 6-下接线端子,普通阀式避雷器除上述FS型外，还有一种FZ型。FZ型避雷器内的火花间隙旁边并联有一串分流电阻。这些并联电阻主要起均压作用，使与之并联的火花间隙上的电压分布比较均匀。火花间隙未并联电阻时，由于各火花间隙对地和对高压端都存在着不同的杂散电容，从而造成各火花间隙的电压分布也不均匀，这就使得某些电压较高的火花间隙容易击穿重燃，导致其他火花间隙也相继重燃而难以熄灭，使工频放电电压降低。火花间隙并联电阻后，相当于增加了一条分流支路。在工频电压作用下，通过并联电阻的电导电流远大于通过火花间隙的电容电流。这时火花间隙上的电压分布主要取决于并联电阻的电压分布。由于各火花间隙的并联电阻是相等的，因此各火花间隙上的电压分布也相应地比较均匀，从而大大改善了阀式避雷器的保护特性。,FS型阀式避雷器主要用于中小型变配电所，FZ型则用于发电厂和大型变配电站。阀式避雷器除上述两种普通型外，还有一种磁吹型，即FC型磁吹阀式避雷器，其其内部附加有磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，从而进一步改善其保护性能，降低残压。它专用来保护重要的而绝缘又比较薄弱的旋转电机等。阀式避雷器型号的表示和含义如下：,图8-12 保护间隙a)双支持绝缘子单间隙 b)单支持绝缘子单间隙 c)双支持绝缘子双间隙s 保护间隙 s1 主间隙 s2 辅助间隙,图8-13 三相线路上保护间隙的连接s1 主间隙 s2 辅助间隙,4.金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器（metal-oxide arrester，文字符号FMO）按有无火花间隙分两种类型，最常见的一种是没有火花间隙只有压敏电阻片的避雷器。压敏电阻片是由氧化锌或氧化铋等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的阀电阻特性。在正常工频电压下，它呈现极大的电阻，能迅速有效地阻断工频续流，无须火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧。而在雷电过电压作用下，其电阻即变得很小，能很好地泄放雷电流。另一种是有火花间隙并有金属氧化物电阻片的避雷器，其结构与前面讲的普通阀式避雷器类似，只是普通阀式避雷器采用的是碳化硅电阻片，而有火花间隙金属氧化物避雷器采用的是性能更优异的金属氧化物电阻片，是普通阀式避雷器的更新换代产品。,电涌保护器按应用性质分，有电源线路电涌保护器和信号线路电涌保护器两种。这两种SPD的原理结构基本相同，只是信号线路SPD的结构较简单，工作电压较低，放电电流也小得多，但它对传输速度的要求高，要求响应时间（即动作时间）极短。电涌保护器按工作原理分，有电压开关型、限压型和复合型。电压开关型SPD是在没有浪涌电压时具有高阻抗，而一旦出现浪涌电压即变为低阻抗，其常用元件有放电间隙或晶闸管、气体放电管等。限压型SPD是在没有浪涌电压时为高阻抗，而出现浪涌电压时，则随着浪涌电压的持续升高，其阻抗也持续降低，以抑制加在被保护设备上的电压，其常用元件为压敏电阻。复合型SPD是开关型和限压型两类元件的组合，因此兼有两种SPD的性能。,三.电气装置的防雷(一).架空线路的防雷措施(1).架设避雷线 这是防雷的有效措施，但造价高，因此只在66kV及以上的架空线路上才全线架设。35kV的架空线路上，一般只进出变配电所的一段线路上装设。而10kV及以下的架空线路上一般不装设避雷线。(2).提高线路本身的绝缘水平 在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平。这是10kV及以下架空线路防雷的基本措施之一。(3).利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线 对于中性点不接地系统的310kV架空线路，可在其三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙，如图8-14所示。在出现雷电过电压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下边两根导线。由于线路为中性点不接地系统，一般也不会引起线路断路器的跳闸。,(5).个别绝缘薄弱地点加装避雷器 对架空线路中个别绝缘薄弱地点，如跨越杆、转角杆、分支杆、带拉线杆以及木杆线路中个别金属杆等处，可装设排气式避雷器或保护间隙。(二).变配电所的防雷措施(1).装设避雷针 室外配电装置应装设避雷针来防护直击雷。如果变配电所处在附近更高的建筑物上防雷设施的保护范围之内或变配电所本身为车间内型，则可不必再考虑直击雷的防护。独立避雷针宜设独立的接地装置。在非高土壤电阻率地区，其工频接地电阻。当设独立接地装置有困难时，可将避雷针与变配电所的主接地网相连接，但避雷针与主接地网的地下连接点至35kV 及以下设备与主接地网的地下连接点之间，沿接地线的长度不得小于15m。,独立避雷针及其引下线与变配电装置在空气中的水平间距不得小于5m。当独立避雷针 的接地装置与变配电所的主接地网分开时，则它们在地中的水平间距不得小于3m。这些规定都是为了防止雷电过电压对变配电装置进行反击闪络。(2).装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所，可利用避雷线来防护直击雷。在35kV及以上的变配电所架空进线上，架设12km的避雷线，以消除一段进线上的雷击闪络，避免其引起的雷电侵入波对变配电所电气装置的危害。(3).装设避雷器 用来防止雷电侵入波对变配电所电气装置特别是对主变压器的危害。图8-15是变配电所对雷电波侵入防护的接线图。,图8-15 变配电所对雷电波侵入的防护a)310kV架空和电缆进线 b)35kV架空和电缆进线FV-阀式避雷器 FE-排气式避雷器 FMO-金属氧化物避雷器,1).高压架空线路的终端杆装设阀式避雷器（FV）或排气式避雷器（FE）。如果进线是带有一段引入电缆的架空线路，则架空线路终端装设的避雷器接地线应与电缆头的金属外皮相连并一同接地。2).每组高压母线上均应装设阀式避雷器（FV）或金属氧化物避雷器（FMO）。所有避雷器应以最短的接地线与主接地网连接。阀式避雷器与主变压器及其他被保护设备的电气距离应尽量缩短，其最大电气距离如附录表25所示。3).310kV 配电变压器低压侧中性点不接地时（如IT系统），应在中性点装设击穿保险器。35/0.4kV配电变压器的高低压侧均应装设阀式避雷器。变压器两侧的避雷器应与变压器中性点及其金属外壳一同接地。,(三).高压电动机的防雷措施 高压电动机的定子绕组是采用固体介质绝缘的，其冲击耐压试验值大约只有相同电压等级的油浸式电力变压器的1/3左右，加之长期运行，固体介质还要受潮、腐蚀和老化，会进一步降低其耐压水平。因此高压电动机对雷电波侵入的防护，不能采用普通的FS型或FZ型阀式避雷器而应采用专用于保护旋转电机用的FCD型磁吹阀式避雷器，或采用有串联间隙的金属氧化物避雷器。对定子绕组中性点能引出的高压电动机，就在中性点装设磁吹阀式避雷器或金属氧化物避雷器。对定子绕组中性点不能引出的高压电动机，可采用图8-16所示接线。为降低沿线路侵入的雷电波波头陡度，减轻其对电动机绕组绝缘的危害，可在电动机进线上加一段100150m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组普通阀式或排气式避雷器，而在电动机电源端（母线上）安装一组并联有电容器（0.250.5F）的FCD型磁吹阀式避雷器。,图8-16 高压电动机对雷电波侵入的防护FV1-普通阀式避雷器 FV2-磁吹阀式避雷器 FE-排气式避雷器,四.建筑物的防雷(一).建筑物的防雷类别建筑物（含构筑物，下同）根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类（据GB50057-1994规定）：1.第一类防雷建筑物(1).凡制造、使用或储存炸药、火药、起爆药、火工品等大量爆炸物质的建筑物，因电火花而引起爆炸会造成巨大破坏和人身伤亡者。(2).具有0区或10区爆炸危险环境的建筑物【1】。(3).具有1区爆炸危险环境的建筑物，因电火花而引起爆炸会造成巨大破坏和人身伤亡者。2.第二类防雷建筑物(1).制造、使用或储存爆炸物质的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。,(2).具有1区爆炸危险环境的建筑物，但电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。(3).具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物。(4).工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐。(5).预计雷击次数大于0.06次/年的部、省级办公建筑物及其他重要的或人员密集的公共建筑物;预计雷击次数大于0.3次/年的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。(6).国家级重要建筑物。3.第三类防雷建筑物(1).根据雷击后对工业生产的影响及产生的后果，并结合当地气象、地形、地质及周围环境等因素，确定需要防雷的21区、22区、23区危险环境。,(2).预计雷击次数大于或等于0.06次/年的一般工业建筑物。(3).预计雷击次数大于或等于0.012次/年、且小于或等于0.06次/年的部、省级办公建筑物及其他重要的或人员密集的公共建筑物;预计雷击次数大于或等于0.06次/年、且小于或等于0.3次/年的住宅、办公楼等一般性民用建筑物。,【1】关于爆炸和火灾危险环境的分区（据GB500581992爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范规定），见附录表29。,(4).在平均雷暴日大于15日/年的地区,高度在15m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物；在平均雷暴日小于或等于15日/年的地区，高度在20m及以上的烟囱、水塔等孤立的高耸建筑物。(5).省级重点文物保护的建筑物及省级档案馆。,(二).建筑物的防雷措施按GB50057-1994规定，各类防雷建筑物应在建筑物上装设防直击雷的接闪器，避雷带、网应沿表8-2所示的屋角、屋脊、屋檐和屋角等易受雷击的部位敷设。,表8-2 建筑物易受雷击的部位（据GB50057-1994）,1.第一类防雷建筑物的防雷措施(1).防直击雷 装设独立避雷针或架空避雷线（网），使被保护建筑物及其风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。避雷网格尺寸不应大于5m5m或6m4m。独立避雷针和架空避雷线（网）的支柱及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离，架空避雷线（网）至被保护建筑物屋面和各种突出屋面物体之间的距离，均不得小于3m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻。当建筑物高于30m时，尚应采取防侧击雷的措施。(2).防雷电感应 建筑物内外的所有可产生雷电感应的金属物件均应接到防雷电感应的接地装置上，其工频接地电阻。,(3).防雷电波侵入 低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设。在入户端，应将电缆的金属外皮、钢管接到防雷电感应的接地装置上。当全线采用电缆有困难时，可采用水泥电杆和铁横担的架空线，并使用一段电缆穿钢管直接埋地引入，其埋地长度不应小于15m。在电缆与架空线连接处，还应装设避雷器。避雷器、电缆金属外皮、钢管及绝缘子铁脚、金具等均应连接在一起接地，其冲击接地电阻。2.第二类防雷建筑物的防雷措施(1).防直击雷 宜采取在建筑物上装设避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器，使被保护的建筑物及其风帽、放散管等突出屋面的物体均处于接闪器的保护范围内。避雷网格尺寸不应大于10m10m或12m8m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻。当建筑物高于45m时，尚应采取防侧击雷的措施。,(2).防雷电感应 建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接至防直击雷的接地装置或电气设备的保护接地装置上，可不另设接地装置。(3).防雷电波侵入 当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮和金属线槽接地。低压架空线改换一段埋地电缆引入时，埋地长度也不应小于15m。平均雷暴日小于30日/年地区的建筑物，可采用低压架空线直接引入建筑物内，但在入户处应装设避雷器，或设23mm的保护间隙，并与绝缘子铁脚、金具连接在一起接到防雷装置上，其冲击接地电阻。,3.第三类防雷建筑物的防雷措施(1).防直击雷 也宜采取在建筑物上装设避雷网（带）或避雷针或由其混合组成的接闪器。避雷网格尺寸不应大于20m20m或24m16m。接闪器接地引下线的冲击接地电阻。当建筑物高于60m时，尚应采取防侧击雷的措施。(2).防雷电感应 为防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，引下线与附近金属物和电气线路的间距应符合规范的要求。(3).防雷电波侵入 对电缆进出线，应在进出端将电缆的金属外皮、钢管等与电气设备的接地相连接。当电缆转换为架空线时，应在转换处装设避雷器。电缆金属外皮和绝缘子铁脚、金具等应连接在一起接地，其冲击接地电阻。进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近连接到防雷或电气设备的接地装置上或单独接地，其冲击接地电阻。,五.建筑物电子信息系统的防雷(一).建筑物雷电电磁脉冲防护区的划分 按GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范规定，建筑物雷电防护区(lightning protection zone,缩写LPZ)的划分，如图8-17所示。,图8-17 建筑物雷电防护区（LPZ）的划分,(1).直击雷非防护区（LPZ0A）该区内雷电电磁场没有衰减，各类物体均可能遭到直接雷击，属于完全暴露的不设防区。(2).直击雷防护区（LPZ0B）该区内雷电电磁场没有衰减，但各类物体很少会遭到直接雷击，属于充分暴露的直击雷防护区。(3).第一防护区（LPZ1）由于建筑物的屏蔽措施，该区流经各类导体的雷电流比直击雷防护区（LPZ0B）减小，雷电电磁场得到了初步的衰减，各类物体不可能遭到直接雷击。(4).第二防护区（LPZ2）该区为进一步减小所导引的雷电流或电磁场而引入的后续防护区。(5).后续防护区（LPZn）该区为需再进一步减小雷电电磁脉冲以保护敏感度水平更高的设备的后续防护区。,1.等电位联结与共用接地系统要求(1).电子信息系统的机房应设置等电位联结网络。电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、电涌保护器（SPD）接地端等，均应以最短距离与等电位联结网络的接地端子相连接。(2).在直击雷非防护区（LPZ0A）或直击雷防护区（LPZ0B）与第一防护区（LPZ1）的交界处，应设置总等电位接地端子板，每层楼宜设置楼层等电位接地端子板，电子信息系统设备机房应设置局部等电位接地端子板。各接地端子板应装设在便于安装和检查的位置，不得安装在潮湿或有腐蚀性气体及易受机械损伤的地方。,(3).共用接地装置应与总等电位接地端子板连接，通过接地干线引至楼层等电位接地端子板，由此引至设备机房的局部等电位接地端子板。局部等电位接地端子板应与预留的楼层主钢筋接地端子连接。接地干线宜采用多股铜芯导线或铜带，其截面不应小于16mm2。接地干线应在电气竖井内明敷，并应与楼层主钢筋作等电位联结。(4).不同楼层的综合布线系统设备间或不同雷电防护区的配线交接间应设置局部等电位接地端子板。楼层配电箱的接地线应采用绝缘铜导线，截面不小于16mm2。(5).防雷接地如与交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地共用一组接地装置时，接地装置的接地电阻值必须按接入设备中要求的最小值确定。,(6).接地装置应优先利用建筑物的自然接地体。当自然接地体的接地电阻达不到要求时，应增加人工接地体。当设置人工接地体时，人工接地体宜在建筑物四周散水坡外大于1m处埋设成环形接地网，并可作为总等电位联结带使用。2.屏蔽及合理布线要求(1).电子信息系统设备机房的屏蔽应符合下列规定：1).电子信息系统设备主机房宜选择在建筑物低层中心部位，其设备应远离外墙结构柱，设置在雷电防护区的高级别区域内。2).金属导体、电缆屏蔽层及金属线槽（架）等进入机房时，应做等电位联结。3).当电子信息系统设备为非金属外壳、且机房屏蔽未达到设备电磁环境要求时，应设金属屏蔽网或金属屏蔽室。金属屏蔽网和金属屏蔽室应与等电位接地端子板连接。,图8-19 TN-C-S系统中SPD的装设1-进线电源箱 2-配电盘 3-接地母线 4-电涌保护器（SPD）5-SPD的接地连接（5a或5b）6-被保护设备 7-PE线与N线的连接端子板F-保护SPD的熔断器或断路器、漏电保护器（RCD）,图8-21 IT系统中SPD的装设1-进线电源箱 2-配电盘 3-接地母线 4-电涌保护器（SPD）5-SPD的接地连接（5a或5b）6-被保护设备 7-漏电保护器（RCD）F-保护SPD的熔断器或断路器、漏电保护器（RCD）,由于SPD在雷电电磁脉冲作用下导通放电时，施加在被保护设备上的雷电脉冲残压是SPD上的残压与SPD两端接线上电感L的感应电压降（）之和。其中SPD上的残压由产品性能决定，无法减小；而SPD两端接线上的感应电压降则可借缩短接线长度减小电感L来减小，因此SPD两端的接线应尽量缩短。按GB50343-2004规定，其接线长度不宜大于0.5m。关于电子信息系统中的信号线路、天馈线路、计算机网络系统及其他系统的防雷要求，均应符合GB50343-2004的规定，限于篇幅，此略。,第二节 电气装置的接地 一.接地的有关概念(一).接地和接地装置 电气装置的某部分与大地（earth,ground）之间作良好的电气连接，称为接地（earthing,grounding）。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体（earthing body）或接地极(earthing pole)。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体(manual earthing body)。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体(natural earthing body)。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线(earthing wire)。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。接地线与接地体合称接地装置(earthing device)。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(earthing network)。其中接地线又分接地干线和接地支线，如图8-22所示。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网相连接。,图8-23 接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线接地电流 接地电压,图8-24 接触电压和跨步电压说明图 接触电压 跨步电压,(四).工作接地、保护接地和重复接地 1.工作接地 工作接地(working earthing)是为保证电力系统和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、防雷装置的接地等。各种工作接地有各自的功能。例如电源中性点直接接地，能在运行中维持三相系统中相线对地电压不变。而防雷装置的接地，是为了对地泄放雷电流，实现防雷保护的要求。2.保护接地与接零 保护接地(protection earthing)是为保障人身安全、防止间接触电而将设备的外露可导电部分接地。保护接地作用的说明如图8-25所示。,保护接地的型式有两种：(1).设备的外露可导电部分经各自的接地线（PE线）直接接地，如TT系统和IT系统中设备外壳的接地（参看图1-19和图1-20）。(2).设备的外露可导电部分经公共的PE线（如在TN-S系统中，参看图1-18b）或经PEN线（如在TN-C系统中，参看图1-18a）接地。这种接地型式，我国电工界过去习惯称为“保护接零”。上述的PEN线和PE线就称为“零线”。必须注意：同一低压配电系统中，不能有的设备采取保护接地而有的设备又采取保护接零；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（外壳）将带上危险的电压，如图8-26所示。,3.重复接地 在TN系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地点进行重复接地：(1).在架空线路终端及沿线每隔1km处；(2).电缆和架空线引入车间和其他建筑物处。如果不进行重复接地，则在PE线或PEN线断线且有设备发生单相接壳短路时，接在断线后面的所有设备的外壳都将呈现接近于相电压的对地电压，即，如图8-27a 所示，这是很危险的。如果进行了重复接地，则在发生同样故障时，断线后面的设备外壳呈现的对地电压，如图8-27b所示，危险程度大大降低。,图8-27 重复接地的作用说明a)没有重复接地的系统中，PE线或PEN线断线时 b)采取重复接地的系统中，PE线或PEN线断线时,二.电气装置的接地及其接地电阻(一).电气装置应该接地或接零的金属部分 GB50169-1992电气装置安装工程接地装置施工及验收规范规定，电气装置的下列金属部分应予接地或接零：(1).电机、变压器、电器、携带式或移动式用电器具等的金属底座和外壳。(2).电气设备的传动装置。(3).室内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。(4).配电、控制、保护用的屏（柜、箱）及操作台等的金属框架和底座。,(5).交、直流电力电缆的接头盒、终端头和膨胀器的金属外壳和电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管。(6).电缆桥架、支架和井架。(7).装有避雷线的电力线路杆塔。(8).装在配电线路杆上的电力设备。(9).在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地电流架空电力线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔。(10).电除尘器的构架。(11).封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分。(12).六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体。(13).电热设备的金属外壳。(14).控制电缆的金属护层。,(二).电气装置可不接地或接零的金属部分 GB50169-1992规定，电气装置的下列金属部分可不接地或不接零：(1).在木质、沥青等不良导电地面的干燥房间内，交流额定电压为380V及以下或直流额定电压为440V及以下的电气设备的外壳；但当有可能同时触及上述电气设备外壳和已接地的其他物体时，则仍应接地。(2).在干燥场所，交流额定电压为127V及以下或直流额定电压为110V及以下的电气设备的外壳。(3).安装在配电屏、控制屏和配电装置上的电气测量仪表、继电器和其他低压电器等的外壳，以及当发生绝缘损坏时，在支持物上不会引起危险电压的绝缘子的金属底座等。(4).安装在已接地金属构架上的设备，如穿墙套管等。,(5).额定电压为220V及以下的蓄电池室内的金属支架。(6).由发电厂、变电所和工业企业区域内引出的铁路轨道。(7).与已接地的机床、机座之间有可靠电气接触的电动机和电器的外壳。(三).接地电阻及其要求 接地电阻(earthing resistance)是接地线和接地体的电阻与接地体散流电阻的总和。由于接地线和接地体的电阻相对很小，因此接地电阻可认为就是接地体的散流电阻。接地电阻按其通过电流的性质分以下两种：(1).工频接地电阻：是工频接地电流流经接地装置入地所呈现的接地电阻，用（或R）表示。,(四).接地装置的计算及示例 接地装置的计算程序如下：(1).按设计规范的要求确定允许的接地电阻 值。(2).实测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻 值。(3).计算需要补充的人工接地体的接地电阻（8-24）如果不考虑利用自然接地体，则。(4).在装设接地体的区域内初步安排接地体的布置，并按一般经验试选，初步确定接地体和接地线的尺寸。(5).计算单根接地体的接地电阻。,故式（1）（3）比较式（2）与式（3）可知，此变电所公共接地装置的接地电阻值应为。(2).接地装置的初步方案 现初步考虑围绕变电所建筑物四周，距变电所外墙23m,打入一圈直径50mm、长2.5m的钢管接地体，每隔5m打入一根（为减少接地电流的屏蔽效应，管距一般不宜小于管长的2倍）。管间用404mm2的扁钢焊接相连。(3).计算单根钢管的接地电阻 查附录表27，得砂质粘土的 m。,按式（8-9）得单根钢管接地电阻为(4).确定接地的钢管数和最后的接地方案 根据，并考虑到管间电流屏蔽效应的影响，因此初步选择15根管径50mm、长2.5m的钢管作接地体。以 和 去查附录表28-2（取n=1020在 时的 中间值）得。因此由式（8-25）可得 考虑到接地体的均匀对称布置，选16根直径50mm、长2.5m的钢管作接地体，用 404mm2的扁钢连接，环形布置。因题目未给短路电流数据，短路热稳定度校验从略。,四.接地装置的装设与布置(一).自然接地体的利用 在设计和装设接地装置时，首先应充分利用自然接地体，以节约投资，节约钢材。如果实地测量所利用的自然接地体接地电阻已满足要求，且这些自然接地体又满足短路热稳定度条件时，除变配电所外，一般不必再装设人工接地装置了。可作为自然接地体的有：(1).埋设在地下的金属管道，但不包括可燃和有爆炸物质的管道；(2).金属井管；(3).与大地有可靠连接的金属结构如建筑物的钢筋混凝土基础、行车的钢轨等；,当土壤电阻率（参看附录表27）偏高时，例如土壤电阻率 时，为降低接地装置的接地电阻，可采取以下措施：(1).采用多支线外引接地装置，其外引长度不宜大于，这里的 为埋设地点的土壤电阻率。(2).如果地下较深处土壤电阻率较低时，可采用深埋式接地体。(3).局部进行土壤置换处理，换以电阻率较低的粘土或黑土（见图8-32），或进行土壤化学处理，填充以炉渣、木炭、石灰、食盐、废电池等降阻剂（见图8-33）。,注:电力线路杆塔的接地体引出线截面不应小于50mm2。引出线应热镀锌。按GB50057-1994建筑物防雷设计规范规定：防雷的接地装置，圆钢直径不应小于10mm；扁钢截面不应小于100mm2，厚度不应小于4mm；角钢厚度不应小于4mm；钢管壁厚不应小于3.5mm。作为引下线，圆钢直径不应小于8mm；扁钢截面不应小于48mm2，厚度不应小于4mm。本表规格也符合GB50303-2002建筑电气工程施工质量验收规范的规定。,接地网的布置，应尽量使地面的电位分布均匀，以降低接触电压和跨步电压。人工接地网的外缘应闭合。外缘各角应作成圆弧形。35110/610kV变电所的接地网内应敷设水平均压带，如图8-34所示。为保障人身安全，应在经常有人出入的走道处，采用高绝缘路面（如沥青路面），或加装帽檐式均压带。为了减小建筑物的接触电压，接地体与建筑物的基础间应保持不小于1.5m的水平距离，通常取23m。,图8-34 加装均