【正文】 需要火花間隙來熄滅由工頻續(xù)流引起的電??； 在雷電過電壓的作用下，閥電阻片的電阻變得很小，能很好地泄放雷電流。 閥型避雷器廣泛應用于交直流系統(tǒng)中，保護變配電所設備的絕緣。正常運行時，間隙介質(zhì)處于絕緣狀態(tài)，僅有極小的泄漏電流通過閥片。 管型避雷器主要用于變配電所的進線保護和線路絕緣薄弱點的保護。當線路上遭到雷擊或感應雷時，雷電過電壓使管型避雷器的內(nèi)部間隙 s1與外部間隙 s2擊穿，強大的雷電流通過接地裝置泄入大地，將過電壓限制在避雷器的放電電壓值內(nèi)。避雷器應與被保護設備并聯(lián)，裝在被保護設備的電源側(cè)，其放電電壓低于被保護設備的絕緣耐壓值，如圖 103所示。裝在煙囪、水塔頂部的環(huán)狀避雷帶又叫避雷環(huán)。由于避雷線既架空又接地，因此又稱為架空地線。試問此避雷針能否保護水泵房。由此弧線起到地面止的整個錐形空間就是避雷針的保護范圍。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 單支避雷針的保護范圍如圖 101所示，可通過下列方法來確定。它通常安裝在構架、支柱或建筑物上，其下端經(jīng)引下線與接地裝置焊接。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 1) 避雷針 避雷針的功能實質(zhì)上是引雷。 1. 接閃器 接閃器就是專門用來接受直接雷擊的金屬物體。由于直擊雷或感應雷而產(chǎn)生的高電位雷電波沿架空線路或金屬管道侵入變配電所或用戶，因而會造成危害。 (2) 感應過電壓。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 雷電過電壓的基本形式有三種。內(nèi)部過電壓的能量來源于電網(wǎng)本身。 1) 內(nèi)部過電壓 內(nèi)部過電壓是由于電力系統(tǒng)本身的開關操作、發(fā)生故障或其他原因使系統(tǒng)的工作狀態(tài)突然改變，從而在系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)電磁能量的轉(zhuǎn)化或傳遞所引起的電壓升高。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 3. 直接觸電防護和間接觸電防護 根據(jù)人體觸電的情況可將觸電防護分為直接觸電防護和間接觸電防護兩類。 我國國家標準 GB3805— 83《安全電壓》規(guī)定的安全電壓等級如表 101所示。 (4) 體重和健康狀況。實驗表明，直流、交流和高頻電流通過人體時對人體的危害程度是不一樣的， 50～ 60 Hz的工頻電流對人體的危害最為嚴重。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 安全電流主要與下列因素有關： (1) 觸電時間。s時，對人身機體不會有損傷，不致引起心室纖維性顫動、停搏或呼吸中樞麻痹。人體觸電可分為兩種情況，一種是雷擊和高壓觸電，較大的安培數(shù)量級的電流通過人體所產(chǎn)生的熱效應、化學效應和機械效應將使人的機體遭受嚴重的電灼傷、組織炭化壞死以及其他難以恢復的永久性傷害； 另一種是低壓觸電，在數(shù)十至數(shù)百毫安電流的作用下，人的肌體會產(chǎn)生病理生理性反應，輕的有針刺痛感，或出現(xiàn)痙攣、血壓升高、心律不齊，以致昏迷等暫時性的功能失常，重的可引起呼吸停 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 2. 安全電流和安全電壓 1) 安全電流 安全電流就是人體觸電后最大的擺脫電流。我國規(guī)定安全電流為 30 mA(50 Hz交流 )，觸電時間不超過 1 s，因此安全電流值也稱為 30 mA如果通過人體的電流達到 50 mA觸電時間在 s以下或 s以上，電流對人體的危害程度有很大的差別。 (3) 電流路徑。健康人的心臟和衰弱患病人的心臟對電流損害的抵抗能力是不同的。 從電氣安全的角度來說，安全電壓與人體電阻有關。 (1) 直接觸電防護是指對直接接觸正常帶電部分的防護，例如對帶電導體加隔離柵欄或保護罩等。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 內(nèi)部過電壓又分為操作過電壓和諧振過電壓等形式。 經(jīng)驗證明，內(nèi)部過電壓一般不會超過系統(tǒng)正常運行時額定電壓的 3~，對線路和電氣設備的威脅不是很大。 (1) 直擊雷過電壓。當雷云在架空線路 (或其他物體 )上方時，會使架空線路上感應出異性電荷。據(jù)統(tǒng)計，供電系統(tǒng)中由于雷電波侵入而造成的雷害事故在整個雷害事故中占 50%以上。接閃器的金屬桿稱為避雷針； 接閃器的金屬線稱為避雷線或架空地線； 接閃器的金屬帶、金屬網(wǎng)分別稱為避雷帶、避雷網(wǎng)。由于避雷針高出被保護物，又與大地相連，當雷云先導接近時，它與雷云之間的電場強度最大，因而可將雷云放電的通路吸引到避雷針本身，并經(jīng)引下線和接地裝置將雷電流安全地泄放到大地中去，使被保護物體免受直接雷擊。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 避雷針的保護范圍以其能防護直擊雷的空間來表示，按新頒布的國家標準采用“滾球法”來確定。 (1) 當避雷針高度 h≤hr時， ① 在距地面 hr處作一平行于地面的平行線。 避雷針在被保護物高度 hx的 xx′平面上的保護半徑 rx可按式(101)來計算，即 (101) 式中， hr為滾球半徑，其值按表 102確定。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 102 避雷針的保護范圍 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 解： 查表 102可得，滾球半徑 hr=60 mh=30+2=32 m， hx=6 m，根據(jù)式 (101)可得避雷針的保護半徑為 水泵房在 hx=6 m高度上最遠屋角距離避雷針的水平距離為 由此可見，水塔上的避雷針能保護水泵房。避雷線的原理和功能與避雷針基本相同。 避雷網(wǎng)除沿屋頂周圍裝設外，當需要時還可在屋頂上面用圓鋼或扁鋼縱橫連接成網(wǎng)。當線路上出現(xiàn)危及設備絕緣的雷電過電壓時，避雷器的火花間隙被擊穿，使過電壓對地放電，從而保護設備的絕緣。由于避雷器放電時內(nèi)阻接近于零，因此其殘壓極小，但工頻續(xù)流極大。保護性能較好的管型避雷器可用于保護配電變壓器。當系統(tǒng)出現(xiàn)雷電過電壓時，火花間隙很快被擊穿，雷電沖擊電流很容易通過閥性電阻而泄入大地，釋放過電壓負荷，閥片在大的沖擊電流下其電阻由高變低，所以沖擊電流在閥片上產(chǎn)生的壓降 (殘壓 )較低。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 105 高、低壓閥型避雷器 (a) FS410型； (b) 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 3) 金屬氧化物避雷器 金屬氧化物避雷器是以氧化鋅電阻片為主要元件的一種新型避雷器。有火花間隙的金屬氧化物避雷器與前述的閥型避雷器類似，只是普通閥型避雷器采用的是碳化硅閥電阻片，而這種金屬氧化物避雷器采用的是氧化鋅電阻片，其非線性更優(yōu)異，有取代碳化硅閥型避雷器的趨勢。對于 35 kV的架空線路，一般只在進出變配電所的一段線路上裝設。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 (3) 利用三角形排列的頂線兼作防雷保護線。線路在發(fā)生雷擊閃絡時之所以跳閘，是因為閃絡造成的電弧形成了短路。當變壓器低壓側(cè)中性點不接地時，應在其中性點裝設擊穿保險器。 裝設避雷針可保護整個變配電所建筑物免遭直擊雷。為使避雷線保護段以外的線路在受到雷擊時侵入變電所內(nèi)的過電壓有所限制，一般可在避雷線兩端處的線路上裝設管型避雷器。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 3～ 10 kV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，如圖108中的 F F2。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 107 35 kV變配電所進線防雷保護 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 108 3~10 kV變配電所進線防雷保護 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 109 電力變壓器的防雷保護及其接地系統(tǒng) 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 3. 高壓電動機的防雷保護 工廠企業(yè)的高壓電動機一般從廠區(qū) 6～ 10 kV高壓配電網(wǎng)直接受電。第一類防雷建筑物是制造、使用或儲存爆炸物質(zhì)，電火花會引起爆炸而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(zhì)，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、二類建筑物以外的存在爆炸、火災危險的場所，如年預計雷擊次數(shù)大于 ，年預計雷擊次數(shù)為~ 15～ 20 m以上的孤立高聳的建筑物 (如煙囪、水塔 )。屋頂上裝設的避雷帶 (網(wǎng) )一般應經(jīng) 2根引下線與接地裝置相連。埋入地中與土壤直接接觸的金屬物體，稱為接地體或接地極。接地線和接地體合稱為接地裝置。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 1011 接地網(wǎng)示意圖 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 2. 接地電流和對地電壓 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，該電流稱為接地電流，用 IE表示。 電氣設備的接地部分 (如接地的外殼和接地體等 )與零電位的“大地”之間的電位差就稱為接地部分的對地電壓，如圖 1012中的 UE。 2. 保護接地 由于絕緣受到損壞，因此在正常情況下不帶電的電力設備外殼有可能帶電。系統(tǒng)引出有中性線 (N)、保護線 (PE)或保護中性線 (PEN)。該接線保護方式適用于三相負荷比較平衡且單相負荷不大的場所，在低壓設備接地保護中使用相當普遍。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 (3) TNCS系統(tǒng)： 該系統(tǒng)是 TNC和 TNS系統(tǒng)的綜合，電氣設備大部分采用 TNC系統(tǒng)接線，在設備有特殊要求的場合，局部采用專設保護線接成 TNS形式，如圖 1014(c)所示。 在 TN系統(tǒng)中，我國習慣上將設備外露可導電部分經(jīng)配電系統(tǒng)中公共 PE線或 PEN線接地的形式稱為“保護接零”。由于電源相電壓為 220 V，如按電源中性點工作接地電阻為 4 Ω、保護接地電阻為 4 Ω計算，則故障回路將產(chǎn)生 A的電流。 )1(kI第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 3) IT系統(tǒng) IT系統(tǒng)是在中性點不接地或經(jīng) 1 kΩ阻抗接地的三相三線制系統(tǒng)中的保護接地方式，電氣設備的不帶電金屬部分經(jīng)各自的接地裝置單獨接地，如圖 1016(a)所示。否則，當采取保護接地的設備發(fā)生故障時，危險電壓將通過大地串至零線及采用保護接零的設備外殼上。 ?URIU ???? EEE第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 1017 重復接地功能示意圖 (a) 沒有重復接地的系統(tǒng)； (b) 采用重復接地的系統(tǒng) 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 電氣裝置的接地與接地電阻的要求 1. 電氣裝置的接地 根據(jù)我國國家標準規(guī)定，電氣裝置應接地的金屬部位有如下幾種： (1) 電機、變壓器、電器、攜帶式或移動式用具等的金屬底座和外殼； (2) 電氣設備的傳動裝置； (3) 室內(nèi)外裝置的金屬或鋼筋混凝土構架以及靠近帶電部分的金屬遮欄和金屬門； (4) 配電、控制、保護用的屏及操作臺等的金屬框架和底座； (5) 交、直流電力電纜的接頭盒、終端頭、膨脹器的金屬外殼、電纜的金屬保護層、可觸及的電纜金屬保護管和穿線的鋼管； (6) 電纜橋架、支架和井架； 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 (7) 裝有避雷線的電力線路桿塔； (8) 裝在配電線路桿上的電力設備； (9) 在非瀝青地面的居民區(qū)內(nèi)，無避雷線的小接地電流架空線路的金屬桿塔和鋼筋混凝土桿塔； (10) 電除塵器的構架； (11) 封閉母線的外殼及其他裸露的金屬部分； (12) 六氟化硫封閉式組合電器和箱式變電站的金屬箱體； (13) 電熱設備的金屬外殼； (14) 控制電纜的金屬保護層。由于系統(tǒng)中性點接地，因此當電氣設備絕緣擊穿而發(fā)生接地故障時，將形成單相短路，由繼電保護裝置將故障部分切除，為確?？煽縿幼?，此時接地電阻 RE≤ Ω。 EE125IR ?第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 (3) 在電壓為 1000 V以下的中性點不接地系統(tǒng)中，考慮到其對地電容通常都很小，因此，規(guī)定 RE≤4 Ω，即可保證安全。當電氣設備發(fā)生接地故障時，由保護裝置切除故障部分，但為了防止零線中斷時產(chǎn)生危害，故仍要求有較小的接地電阻，規(guī)定 RE≤4 Ω。經(jīng)實地測量，可利用的自然接地體其接地電阻如果能滿足要求，而且又滿足熱穩(wěn)定條件，就不必再裝設人工接地裝置，否則應增加人工接地裝置。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 2. 人工接地體 當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。 水平敷設的接地體常采用厚度不小于 4 mm、截面不小于 100 mm2的扁鋼或直徑不小于 10 mm的圓鋼，長度宜為 5～ 20 m。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。 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 圖 1018 加裝均壓帶的環(huán)路式接地裝置 第 10章 供配電系統(tǒng)的安全技術 接地電阻的計算 1. 工頻接地電阻的計算 工頻接地電流流經(jīng)接地裝置時所呈現(xiàn)的接地電阻，稱為工頻接地電阻，可按表 103中的公式進行計算。