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1、防雷、接地及電氣安全,第四節 電氣安全與觸電急救,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,第二節 電氣裝置的接地,第一節 過電壓與防雷,返回目錄,第一節 過電壓與防雷,一、過電壓及雷電的有關概念（一）過電壓的形式 過電壓是指在電氣線路上或電氣設備上出現的超過正常工作電壓的對絕緣很有危害的異常電壓。在電力系統中，過電壓按其產生的原因，可分為內部過電壓和雷電過電壓。1.內部過電壓 內部過電壓時由于電力系統本身的開關操作、負荷劇變或發生故障燈原因。使系統的工作狀態突然改變，從而在系統內部出現電磁能量轉換、振蕩二引起的過電壓。運行經驗證明，內部過電壓一般不會超過系統正常運行時相對地（2、即單相）額定電壓的34倍，因此對電力系統和電氣設備絕緣的威脅不是很大。2.雷電過電壓（二）雷電的形成原理1.雷云的形成雷電是帶有電荷的“雷云”之間或“雷云”對大地或物體之間產生急劇放電的一種自然現象。2.直擊雷的形成當空中的雷云靠近大地時，雷云與大地之間形成一個很大的雷電場。由于靜電感應作用，使地面出現與雷云的電荷極性相反的電荷，如圖8-1a所示。,3.雷電感應過電壓的形成（1）當雷云出現在架空線路上方時，線路上由于靜電感應而積聚大量異性的束縛電荷，如教材P238圖8-2a)所示。當雷云對地放電或有其他異性雷云中和放電后，線路上的束縛電荷被釋放而形成自由電荷，向線路兩端泄放，形成很高的感應過電3、壓，如教材P238圖8-2b)所示。高壓線路上的感應過電壓，可高達幾十萬伏，低壓線路上的感應過電壓也可高達幾萬伏，對供電系統的危害都很大。,第一節 過電壓與防雷,圖8-1 雷云對大地放電（直擊雷）示意圖 a)負雷云出現在大地建筑物上方時 b)負雷云對建筑物頂部尖端放電時,第一節 過電壓與防雷,當強大的雷電流沿著導體如接地引下線泄放入地時，由于雷電流具有很大的幅值和陡度，因此在它周圍產生強大的電磁場。如果附近有一開口的金屬環，如圖8-3所示，則將在該金屬環的開口（間隙）處感生相當大的電動勢而產生火花放電。這對存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危險的。為了防止雷電流的電磁感應引起的危險過電壓，應該用4、跨接導線或用焊接將開口金屬環連成閉合回路后接地,圖8-3 開口金屬環上的電磁感應過電壓,第一節 過電壓與防雷,（三）雷電的有關名詞概念1.雷電流的幅值和陡度雷電流是指流入雷擊點的電流，是一個幅值很大、陡度很高的沖擊波電流，如圖8-4所示。,圖8-4 雷電流的波形,第一節 過電壓與防雷,2.年平均雷暴日數3.年預計雷擊次數4.雷電電磁脈沖二、防雷設備（一）接閃器接閃器就是專門用來接受直接雷擊（雷閃）的金屬物體。接閃的金屬桿稱為避雷針。接閃的金屬線稱為避雷線。接閃的金屬帶稱為避雷帶。接閃的金屬網稱為避雷網。1.避雷針(1)避雷針的功能：避雷針的實質是引雷針，它將雷電流引入地下，從而保護了線路、設備5、和建筑物等。(2)避雷針的構成：一般由鍍鋅圓鋼或鍍鋅鋼管制成。經引下線與接地裝置相連。接地裝置包括接地線和接地體。(3)避雷針的保護范圍：指避雷針能夠防護直擊雷的空間。采用國際電工組織推薦的“滾球發”來確定。,所謂“滾球法”（roll-boll method），就是選擇一個半徑為hr（滾球半徑）的球體，按需要防護直擊雷的部位滾動，如果球體只接觸到避雷針（線）或避雷針（線）與地面，而不觸及需要保護的部位，則該部位就在避雷針（線）的保護范圍之內。滾球半徑按建筑物的防雷類別不同而取不同值，如表8-1所示。,第一節 過電壓與防雷,表8-1 按建筑物防雷類別確定滾球半徑和避雷網格尺寸（據GB50057-6、1994）,第一節 過電壓與防雷,2.避雷線（1）避雷線的功能和原理與避雷針基本相同。避雷線一般采用截面不小于35mm2架設在架空線路的上方，以保護架空線路或其他物體免遭直接雷擊。避雷線又稱為架空地線。（2）單根避雷線的保護范圍的確定（教材P241）3.避雷帶和避雷網 避雷帶和避雷網作用：主要用來保護建筑物特別是高層建筑物，使之免遭直接雷擊和雷電感應。避雷帶和避雷網的構成：采用圓鋼和扁鋼焊接而成，并經引下線與接地裝置相連。避雷網的網格尺寸如表8-1所示。（二）避雷器 避雷器是用來防止雷電過電壓波沿線路侵入變配電所或其他建筑物內，以免危及被保護設備的絕緣，或防止雷電電磁脈沖對電子信息設備的電磁干7、擾。避雷器應與被保護設備并聯，且安裝在被保護設備的電源側，如圖8-8所示。避雷器的類型有，閥式避雷器、排氣式避雷器、保護間隙、金屬氧化物避雷器和電涌保護器等。,圖8-8 避雷器的連接,第一節 過電壓與防雷,1.閥式避雷器閥式避雷器(valve-type lightning arrester，文字符號FV)，又稱為閥型避雷器，主要由火花間隙和閥片組成，裝在密封的瓷套管內。火花間隙用銅片沖制而成。每對間隙用厚0.51mm的云母墊圈隔開，如圖8-9a所示。正常情況下，火花間隙能阻斷工頻電流通過，但在雷電過電壓作用下，火花間隙被擊穿放電。閥片是用陶料粘固的電工用金剛砂（碳化硅）顆粒制成的，如圖8-9b8、所示。這種閥片具有非線性電阻特性。正常電壓時，閥片電阻很大，而過電壓時，閥片電阻則變得很小，如圖8-9c的特性曲線所示。閥式避雷器中火花間隙和閥片的多少，與其工作電壓高低成比例。高壓閥式避雷器串聯很多單元火花間隙，目的是將長弧分割成多段短弧，以加速電弧的熄滅。但閥電阻的限流作用是加速電弧熄滅的主要因素。,第一節 過電壓與防雷,圖8-9 閥式避雷器的組成部件及其特性曲線a)單元火花間隙 b)閥電阻片 c)閥電阻特性曲線,第一節 過電壓與防雷,2.排氣式避雷器排氣式避雷器（expulsion-type lightning arrester，文字符號FE），通稱管型避雷器，由產氣管、內部間隙和外部間9、隙等三部分組成，如圖8-11所示。,圖8-11 排氣式避雷器1-產氣管 2-內部棒形電極 3-環形電極 s1-內部間隙 s2-外部間隙,第一節 過電壓與防雷,排氣式（管型）避雷器全型號的表示和含義如下：3.保護間隙保護間隙（protective gap，文字符號FG）又稱角型避雷器，其結構如圖8-12所示。它簡單經濟，維護方便，但保護性能差，滅弧能力小，容易造成接地或短路故障，使線路停電。因此對于裝有保護間隙的線路，一般也宜裝設自動重合閘裝置，以提高供電可靠性。,第一節 過電壓與防雷,圖8-12 保護間隙a)雙支持絕緣子單間隙 b)單支持絕緣子單間隙 c)雙支持絕緣子雙間隙s-保護間隙 s1-10、主間隙 s2-輔助間隙,第一節 過電壓與防雷,4.金屬氧化物避雷器金屬氧化物避雷器（metal-oxide arrester，文字符號FMO）按有無火花間隙分兩種類型，最常見的一種是沒有火花間隙只有壓敏電阻片的避雷器。壓敏電阻片是由氧化鋅或氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的多晶半導體陶瓷元件，具有理想的閥電阻特性。金屬氧化物避雷器全型號的表示和含義如下：5.電涌保護器,第一節 過電壓與防雷,三、電氣裝置的防雷（一）架空線路的防雷措施（1）架設避雷線（2）提高線路本身的絕緣水平（3）利用三角形排列的頂線兼作防雷保護線。對于中性點不接地系統的310kV架空線路，可在其三角形排列的頂線絕緣子上裝設保護間隙11、，如圖8-14所示。,圖8-14 頂線絕緣子附加保護間隙1-絕緣子 2-架空導線 3-保護間隙 4-接地引下線 5-電桿,第一節 過電壓與防雷,（4）裝設自動重合閘裝置（5）個別絕緣薄弱地點加裝避雷器（二）變配電所的防雷措施（1）裝設避雷針（2）裝設避雷線 處于峽谷地區的變配電所，可利用避雷線來防護直擊雷。在35kV及以上的變配電所架空進線上，架設12km的避雷線，以消除一段進線上的雷擊閃絡，避免其引起的雷電侵入波對變配電所電氣裝置的危害。（3）裝設避雷器 用來防止雷電侵入波對變配電所電氣裝置特別是對主變壓器的危害。圖8-15是變配電所對雷電波侵入防護的接線圖。（三）高壓電動機的防雷措施,第一12、節 過電壓與防雷,圖8-15 變配電所對雷電波侵入的防護a)310kV架空和電纜進線 b)35kV架空和電纜進線FV-閥式避雷器 FE-排氣式避雷器 FMO-金屬氧化物避雷器,第一節 過電壓與防雷,四、建筑物的防雷（一）建筑物的防雷類別1.第一類防雷建筑物2.第二類防雷建筑物3.第三類防雷建筑物（二）建筑物的防雷措施1.第一類防雷建筑物的防雷措施2.第二類防雷建筑物的防雷措施3.第三類防雷建筑物的防雷措施,第一節 過電壓與防雷,五、建筑物電子信息系統的防雷（一）建筑物雷電電磁脈沖防護區的劃分按GB50343-2004建筑物電子信息系統防雷技術規范規定，建筑物雷電防護區(lightning pr13、otection zone,縮寫LPZ)的劃分，如圖8-17所示。,圖8-17 建筑物雷電防護區（LPZ）的劃分,第一節 過電壓與防雷,（二）電子信息系統防雷電電磁脈沖的措施建筑物電子信息系統的防雷，包括對雷電電磁脈沖的防護，必須將外部防雷措施與內部防雷措施協調統一，按工程整體要求進行全面規劃，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。建筑物電子信息系統的綜合防雷系統，如圖8-18所示。,圖8-18 建筑物電子信息系統綜合防雷系統,第一節 過電壓與防雷,1.等電位聯結與共用接地系統要求2.屏蔽及合理布線要求（1）電子信息系統設備機房的屏蔽應符合下列規定：（2）線纜屏蔽應符合下列規定：（3）線纜敷設應符14、合下列規定：1）電子信息系統線纜主干線的金屬線槽宜敷設在電氣豎井內。2）電子信息系統線纜與其他管線的間距應符合表8-3的規定。3）布置電子信息系統信號線纜的路徑走向時，應盡量減小由線纜本身形成的感應環路面積。4）電子信息系統線纜與電力電纜的間距應符合表8-4的規定。,第一節 過電壓與防雷,表8-3 電子信息系統線纜與其他管線的凈距（據GB50343-2004）,第一節 過電壓與防雷,表8-4 電子信息系統線纜與電力電纜的凈距（據GB50343-2004）,第一節 過電壓與防雷,5）電子信息系統線纜與配電箱、變電室、電梯機房、空調機房之間的最小凈距宜符合表8-5的規定。3.電子信息系統的電源線路15、中電涌保護器（SPD）的裝設要求（1）TN系統中電涌保護器（SPD）的裝設要求 電子信息系統設備由TN系統供電時，配電線路通常采用TN-C-S系統的接地型式，在三根相線與PE之間裝設SPD，如圖8-19所示。,表8-5 電子信息系統線纜與電氣設備之間的凈距（據GB50343-2004）,第一節 過電壓與防雷,圖8-19 TN-C-S系統中SPD的裝設 1-進線電源箱 2-配電盤 3-接地母線 4-電涌保護器（SPD）5-SPD的接地連接（5a或5b）6-被保護設備 7-PE線與N線的連接端子板 F-保護SPD的熔斷器或斷路器、漏電保護器（RCD）,第一節 過電壓與防雷,（2）TT系統中電涌保護16、器（SPD）的裝設要求（3）IT系統中電涌保護器（SPD）的裝設要求。IT系統中SPD的裝設，如圖8-21所示。,圖8-21 IT系統中SPD的裝設1-進線電源箱 2-配電盤 3-接地母線 4-電涌保護器（SPD）5-SPD的接地連接（5a或5b）6-被保護設備 7-漏電保護器（RCD）F-保護SPD的熔斷器或斷路器、漏電保護器（RCD）,返回本章目錄,第二節 電氣裝置的接地,一、接地的有關概念（一）接地和接地裝置接地線與接地體合稱為接地裝置。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。其中接地線又分接地干線和接地支線，如圖8-22所示。,圖8-22 接地網示意圖1-接地體17、 2-接地干線 3-接地支線 4-電氣設備,第二節 電氣裝置的接地,（二）接地電流和對地電壓,第二節 電氣裝置的接地,（三）接觸電壓和跨步電壓1.接觸電壓接觸電壓（touch voltage）是指設備的絕緣損壞時，在身體可觸及的兩部分之間出現的電位差，例如人站在發生接地故障的設備旁邊，手觸及設備的金屬外殼，則人手與腳之間所呈現的電位差，即為接觸電壓，如圖8-24中的Utou。2.跨步電壓跨步電壓（step voltage）是指在接地故障點附近行走時，兩腳之間所出現的電位差，如圖8-24中的Ustep。（四）工作接地、保護接地和重復接地1.工作接地2.保護接地與接零,第二節 電氣裝置的接地,圖818、-24 接觸電壓和跨步電壓說明圖 Utou-接觸電壓 Ustep-跨步電壓,第二節 電氣裝置的接地,3.重復接地（1）在架空線路終端及沿線每隔1km處；（2）電纜和架空線引入車間和其他建筑物處。二、電氣裝置的接地及其接地電阻（一）電氣裝置應該接地或接零的金屬部分（二）電氣裝置可不接地或不接零的金屬部分（三）接地電阻及其要求,第二節 電氣裝置的接地,三、接地裝置的裝設（一）自然接地體的利用（二）人工接地體的裝設人工接地體有垂直埋設和水平埋設兩種，如圖8-27所示。,圖8-27 人工接地體a)垂直埋設的管形或棒形接地體 b)水平埋設的帶形接地體,第二節 電氣裝置的接地,（三）防雷裝置的接地裝置要求19、四、接地裝置的計算（一）人工接地體工頻接地電阻的計算（二）自然接地體工頻接地電阻的計算（三）沖擊接地電阻的計算按GB50057-1994規定，沖擊接地電阻按下式計算：式中RE為工頻接地電阻；為換算系數，為RE與Rsh的比值，由圖8-33確定。圖8-33中的l：對單根接地體，為其實際長度；對有分支線的接地體，為其最長分支線的長度（參看圖8-34）；對環形接地網，為其周長的一半。如果lel時，則取le=l，即=1，亦即。,第二節 電氣裝置的接地,圖8-33 確定換算系數 的計算曲線,圖8-34 接地體的長度l和有效長度le a)單根水平接地體 b)末端接垂直接地體的單根水平接地體 c)多根水平接地20、體（l1l）d)接多根垂直接地體的多根水平接地體（l1l，l2l，l3l）,返回本章目錄,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,一、低壓配電系統的接地故障保護（一）TN系統中的接地故障保護（二）TT系統中的接地故障保護（三）IT系統中的接地故障保護二、低壓配電系統的漏電電流保護（一）漏電保護器的功能與原理漏電保護器又稱“剩余電流保護器”（IEC標準名稱，英文為Residual current protective device，簡稱RCD），它是在規定條件下，當漏電電流（剩余電流）達到或超過規定值時能自動斷開電路的一種保護電器。它用來對低壓配電系統中的漏電和接地故障進行安全21、防護，防止發生人身觸電事故及因接地電弧引發的火災。電流動作的電磁脫扣型漏電保護器的原理接線圖如圖8-35所示。,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,圖8-35 電流動作的電磁脫扣型漏電保護器原理接線圖 TAN-零序電流互感器 YA-極化電磁鐵 QF-斷路器 YR-自由脫扣機構,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,（二）漏電保護器的分類（1）漏電保護開關（2）漏電斷路器（3）漏電繼電器（4）漏電保護插座。漏電保護器按極數分，有單極2線、雙極2線、3極3線、3極4 線和4極4線等多種型式，其在低壓配電線路中的接線如圖8-37所示。（三）漏電保護器的裝設場22、所與要求1.漏電保護器（RCD）的裝設場所2.PE線和PEN線不得穿過RCD的零序電流互感器鐵心3.RCD負荷側的N線與PE線不能接反4.裝設RCD時，不同回路不應共用一根N線5.低壓配電系統中多級RCD的裝設要求,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,圖8-37 各種RCD在低壓配電線路中的接線示意圖RCD1-單極2線 RCD2-雙極2線 RCD3-3極3線 RCD4-3極4線RCD5-4極4線 QF-斷路器 YR-漏電脫扣器,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,三、低壓配電系統的等電位聯結（一）等電位聯結的功能與類別1.總等電位聯結（MEB）總等電23、位聯結是在建筑物進線處，將PE線或PEN線與電氣裝置接地干線、建筑物內的各種金屬管道如水管、煤氣管、采暖空調管道等以及建筑物的金屬構件等，都接向總等電位聯結端子，使它們都具有基本相等的電位，如圖8-43中的MEB。,圖8-43 總等電位聯結（MEB）和局部等電位聯結（LEB）,第三節 低壓配電系統的接地故障保護、漏電保護和等電位聯結,2.局部等電位聯結（LEB）（二）等電位聯結的聯結線要求（三）等電位聯結中的幾個具體問題1）兩金屬管道連接處纏有黃麻或聚乙烯薄膜，是否需要做跨接線？2）現在有些管道系統以塑料管取代金屬管，塑料管道系統要不要做等電位聯結？3）在等電位聯結系統內是否需對一管道系統做多24、次重復聯結？只要金屬管道全長導通良好，原則上只需做一次等電位聯結。例如在水管進入建筑物的主管上做一次總等電位聯結，再在浴室內的水道主管上做一次局部等電位聯結就行了。4）是否需在建筑物的出入口處采取均衡電位的措施，以降低跨步電壓？,返回本章目錄,第四節 電氣安全與觸電急救,一、電氣安全的有關概念（一）電流對人體的作用（二）安全電流及其有關因素安全電流是人體觸電后的最大擺脫電流。由圖8-44所示安全曲線也可以看出，如果通過人體的電流不超過30mAs時，對人身肌體不會有損傷，不致引起心室顫動或器質性損傷。,圖8-44 IEC提出的人體觸電時間和通過人體電流（50Hz）對人身肌體反應的曲線-人體無反應25、區-人體一般無病理生理反應區-人體一般無心室纖維性顫動和器質性損傷區-人體可能發生心室纖維性顫動區,第四節 電氣安全與觸電急救,（三）安全電壓和人體電阻安全電壓是指不致使人直接致死或致殘的電壓。我國國家標準GB3805-1983安全電壓規定的安全電壓等級如表8-7所示。,表8-7 安全電壓,第四節 電氣安全與觸電急救,（四）直接觸電防護和間接觸電防護二、電氣安全的一般措施1.加強電氣安全教育2.嚴格執行安全工作規程3.嚴格遵循設計、安裝規范4.加強運行維護和檢修試驗工作5.采用安全電壓及符合安全要求的相應電器6.按規定使用電氣安全用具電氣安全用具分基本安全用具和輔助安全用具兩類：（1）基本安全用具（2）輔助安全用具 7.普及安全用電常識8.正確處理電氣失火事故,第四節 電氣安全與觸電急救,三、觸電的急救處理（一）脫離電源（二）急救處理當觸電者脫離電源后，應立即根據具體情況對癥救治，同時通知醫生前來搶救。（三）人工呼吸法人工呼吸法有仰臥壓胸法、俯臥壓背法和口對口（鼻）吹氣法等，這里只介紹現在公認簡便易行且效果較好的口對口（鼻）吹氣法。（四）胸外按壓心臟的人工循環法,返回本章目錄,