【正文】 防雷；接地保護(hù)；電氣安全第 1頁(yè)第1章 緒 論隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，人們的生產(chǎn)、生活都離不開對(duì)電能的需求，供電系統(tǒng)成為重要的基礎(chǔ)設(shè)施。供電系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著不可或缺的地位，要使供電系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地提供優(yōu)質(zhì)的電能，并安全地運(yùn)行，就必須采取一定的措施來(lái)保護(hù)供電系統(tǒng)，使其供電性能不受外界的影響。其中雷電對(duì)供電系統(tǒng)的影響非常大，我們需要了解供電系統(tǒng)的工作原理，從而才能有效地避免供電系統(tǒng)遭受雷擊的危害，避免造成生命財(cái)產(chǎn)或在造成重大影響。同時(shí)，供電系統(tǒng)的接地保護(hù)也至關(guān)重要，保證電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使電氣安全有一定的保障。對(duì)電氣安全的研究，有利于防范電氣設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生安全事故，保證用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全。所以，對(duì)供電系統(tǒng)的防雷、接地保護(hù)及電氣安全這個(gè)課題的研究顯得尤為重要。論供電系統(tǒng)的防雷、接地保護(hù)及電氣安全論文的主要內(nèi)容為：分析雷擊的形式、預(yù)防雷擊事故的方案；接地保護(hù)的的作用及接地保護(hù)的方法；電氣安全保護(hù)的重要性、觸電事故發(fā)生后的正確處理辦法等。論供電系統(tǒng)的防雷、接地保護(hù)及電氣安全是為了使供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，防止由于雷擊、因接地保護(hù)等因素而造成給用戶不必要的損失。同時(shí)對(duì)電氣安全作出分析，并闡述了對(duì)于觸電事故發(fā)生后的處理辦法，以保證用戶生命財(cái)產(chǎn)安全。只有將供電系統(tǒng)的安全保護(hù)措施做好了，供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行才能得到保障。第 2頁(yè)第2章 供電系統(tǒng)概述供電系統(tǒng)由發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)、升壓及降壓變電設(shè)備、電力網(wǎng)及電能用戶（用電設(shè)備）組成，如圖21所示。圖21 電力系統(tǒng)的組成 供電系統(tǒng)的組成1．發(fā)電廠發(fā)電廠是生產(chǎn)電能的場(chǎng)所，在這里可以把自然界中的一次能源轉(zhuǎn)換為用戶可以直接使用的二次能源——電能。根據(jù)所取一次能源的不同，主要有火力發(fā)電廠、水利發(fā)電廠、核能發(fā)電廠等發(fā)電形式。2．電力網(wǎng)電力網(wǎng)的主要作用是變換電壓、傳輸電能，通常由升壓、降壓配變電所（站）和與之對(duì)應(yīng)的電力傳輸線路組成，負(fù)責(zé)將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能經(jīng)過(guò)輸電線路送到用戶（用電設(shè)備）。3．配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)的末端，包含了降壓、分配電能等內(nèi)容。主要承擔(dān)將電力系統(tǒng)的電能最終傳輸給電力用戶的任務(wù)。電力用戶即是指消耗電能的場(chǎng)所，將電能通過(guò)用電設(shè)備轉(zhuǎn)換為滿足用戶需求的其它形式的能量。第 3頁(yè)電能作為一種商品，它的生產(chǎn)、輸送、分配和使用與其他工業(yè)產(chǎn)品相比有明顯不同的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：、傳輸及消費(fèi)幾乎同時(shí)進(jìn)行，因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備任何時(shí)刻生產(chǎn)的電能必須與消耗的電能相平衡。供電系統(tǒng)根據(jù)不同的供電要求，將供電對(duì)象的負(fù)荷分為三級(jí)，并由此負(fù)荷等級(jí)采取相應(yīng)的供電方式，減少因事故中斷供電造成的損失或影響的程度，提高投資的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。用電負(fù)荷的分級(jí)如下：一級(jí)負(fù)荷：凡是因中斷供電，將造成人身事故，設(shè)備損壞，產(chǎn)生廢品，使生產(chǎn)秩序長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)，人民生活發(fā)生混亂的負(fù)荷。二級(jí)負(fù)荷：凡是中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，使人民生活受到影響的負(fù)荷三級(jí)負(fù)荷：所有不屬于一、二級(jí)負(fù)荷的負(fù)荷。如工廠的附屬車間、小城鎮(zhèn)等。第3章 供電系統(tǒng)的防雷第 4頁(yè)常所謂的雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或是帶電的云層對(duì)大地迅猛的放電，這種迅猛的放電過(guò)程產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電并伴隨著巨大的聲音。云層之間的放電主要是對(duì)飛行器產(chǎn)生危害，對(duì)地面上的事物沒(méi)有很大的影響。然而，云層對(duì)大地的放電，對(duì)地面的電氣設(shè)備、建筑物和人、畜的危害甚大，這是電氣防雷設(shè)計(jì)的主要對(duì)象。下面介紹幾種雷擊方式及其危害: 帶電的云層對(duì)大地上的某一點(diǎn)發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象，稱為直擊雷。它的破壞力十分巨大，若不能迅速的將其導(dǎo)入大地，可導(dǎo)致放電通道內(nèi)的物體、火災(zāi)、建筑物損壞、電子電氣系統(tǒng)摧毀，甚至危及人畜的生命安全。雷電不直接放電在建筑和設(shè)備本身，而是對(duì)布放在建筑物外部的線纜放電。線纜上的雷電波或過(guò)電壓幾乎以光速沿著電纜線路擴(kuò)散，侵入并危及室內(nèi)的供電系統(tǒng)。因此，往往在聽到雷聲之前，我們的電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等可能已經(jīng)損壞。雷擊在設(shè)備設(shè)施或線路的附近發(fā)生，或閃電不直接對(duì)地放電，只在云層與云層之間發(fā)生放電現(xiàn)象。閃電釋放電荷，并在電源和數(shù)據(jù)傳輸線路及金屬管道金屬支架上感應(yīng)生成過(guò)電壓。雷擊放電于具有避雷設(shè)施的建筑物時(shí)，雷電波沿著建筑物頂部接閃器（避雷帶、避雷線、避雷網(wǎng)或避雷針）、引下線泄放到大地的過(guò)程中，會(huì)在引下線周圍形成強(qiáng)大的瞬變磁場(chǎng)，輕則造成電子設(shè)備受到干擾，數(shù)據(jù)丟失，產(chǎn)生誤動(dòng)作或暫時(shí)癱瘓；嚴(yán)重時(shí)可引起元器件擊穿及電路板燒毀，使整個(gè)系統(tǒng)陷于癱瘓。如果雷電直接擊中具有避雷裝置的建筑物或供電設(shè)備，接地網(wǎng)的地電位會(huì)在數(shù)微秒之內(nèi)被抬高數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)伏。高度破壞性的雷電流將從各種裝置的接地部分，流向供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，或者擊穿大地絕緣而流向另一設(shè)施的供電系統(tǒng)或各種網(wǎng)絡(luò)信號(hào)系統(tǒng)，從而反擊破壞或損害供電系統(tǒng)。同時(shí)，在未實(shí)行等電位連接的導(dǎo)線回第 5頁(yè)路中，可能誘發(fā)高電位而產(chǎn)生火花放電的危險(xiǎn)。以上四方面中雷電對(duì)供電系統(tǒng)的危害主要以后雷電波侵入、感應(yīng)過(guò)電壓與地電位反擊三者居多，這三者統(tǒng)稱為雷電電磁脈沖。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，直擊雷的損壞僅占15%，而雷電電磁脈沖的損壞占85%。因此，對(duì)供電系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)已不同以往，對(duì)雷電電磁脈沖的防護(hù)必須要加以重視。接閃器是接閃桿（避雷針）、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)以及用作接閃的金屬屋面和金屬構(gòu)件等的總稱。功能是把接引來(lái)的雷電流，通過(guò)引下線和接地裝置向大地中泄放，以保護(hù)建筑物免受雷害?，F(xiàn)在常用的接閃器有避雷針、避雷帶(線)、避雷網(wǎng)等幾種。避雷器是用來(lái)防止雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓波沿線路侵入配變電所或其他建筑物內(nèi)，以免危及被保護(hù)設(shè)備的絕緣。避雷器的接線方式是與被保護(hù)設(shè)備并聯(lián)，接入被保護(hù)設(shè)備的電源側(cè)，如圖31所示。常用的避雷器有閥式避雷器、金屬氧化物避雷器、保護(hù)間隙避雷器、管型避雷器等。圖31 避雷器的連接由于電力供給是由大樓的建筑物配電室引入的，電源高壓端的防雷保護(hù)已由電力供電部門實(shí)施。因此，對(duì)于電源系統(tǒng)的雷電防護(hù)，我們采取以下的防雷保護(hù)方案：1．機(jī)房低壓配電柜系統(tǒng)安裝一級(jí)間隙放電防雷保護(hù)；第 6頁(yè)2．配電回路安裝防雷配電柜，采取三級(jí)防雷保護(hù)（安裝于 UPS輸入端）； 3．UPS電源輸出端做一級(jí)過(guò)電壓防雷保護(hù)；4．終端設(shè)備電源輸入端安裝防雷箱進(jìn)行末級(jí)電源防雷防護(hù)。從機(jī)房目前的情況來(lái)分析，一般機(jī)房均采用大型 UPS不間斷電源設(shè)備為機(jī)房?jī)?nèi)的部分負(fù)載提供安全可靠的供電運(yùn)行方式，由于UPS是用于為機(jī)房?jī)?nèi)計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)各用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠和高質(zhì)量用電環(huán)境的唯一重要設(shè)備，并且是由市電供電輸入機(jī)房的主要途徑，所以我們將電源系統(tǒng)防護(hù)的重點(diǎn)放在了對(duì)UPS不間斷電源的輸入和輸出端的保護(hù)上。防雷保護(hù)設(shè)計(jì)采取第一級(jí)火花間隙放電保護(hù)，在UPS電源輸入端安裝兩級(jí)半導(dǎo)體過(guò)電壓防雷保護(hù)，在三級(jí)雷擊電流放電器間安裝解耦器來(lái)協(xié)調(diào)各級(jí)間對(duì)雷電波或浪涌電壓的有效吸收和釋放。在三級(jí)防雷保護(hù)中，第一級(jí)防護(hù)為粗保護(hù)，對(duì)直擊雷進(jìn)行防護(hù)，吸收約90%的大能量雷電流；第二級(jí)為中級(jí)保護(hù)，選用浪涌電壓雷電放電器，即半導(dǎo)體放電器，對(duì)雷電流進(jìn)一步吸收；第三級(jí)為細(xì)保護(hù)，同樣采用浪涌電壓放電器，將殘余的雷電流基本吸收，通過(guò)地線泄入大地。在第二級(jí)及第三級(jí)采用過(guò)電壓保護(hù)器件，進(jìn)行有效的吸收，在第二級(jí)將第一級(jí)變量解耦后的4000伏殘壓降至900伏，第三級(jí)將第二級(jí)變量解耦后的900伏殘壓限制在550伏以下，同時(shí)第三級(jí)還將起到吸收線路上的感性負(fù)載和容性負(fù)載的“通”“斷”引起的浪涌電壓及對(duì)相電壓可能的誤輸入線電壓的保護(hù)。為了確保機(jī)房設(shè)備萬(wàn)無(wú)一失，考慮從電源配電室至機(jī)房有一定距離，而感應(yīng)雷害又無(wú)孔不入，同時(shí)因考慮到電網(wǎng)的浪涌可能帶來(lái)對(duì)設(shè)備的沖擊，可在設(shè)備電源輸入端安裝電源防雷箱，實(shí)施對(duì)終端用電設(shè)備的精細(xì)防護(hù)。同樣我們還將采用以上的防護(hù)原理對(duì)其它重要設(shè)備實(shí)施同樣電源終端的防雷保護(hù)，以確保整個(gè)電氣部分的安全運(yùn)行。供電系統(tǒng)在建筑物內(nèi)的等電位連接也是供電系統(tǒng)防雷系統(tǒng)中重要的一項(xiàng)基本措施。GB50057—94 2000版里強(qiáng)調(diào)了等電位連接在內(nèi)部防雷中的作用。等電位連接是為減小在需要防雷的空間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)、爆炸、生命危險(xiǎn)的一項(xiàng)很重要的措施，特別是在建筑物內(nèi)部防雷空間防止發(fā)生生命危險(xiǎn)的最重要的措施。建筑物內(nèi)的等電位連接設(shè)計(jì)第 7頁(yè)主要有以下幾種：總等電位連接MEB的作用在于降低建筑物內(nèi)間接接觸電壓和不同金屬部件間的電位差，并消除自建筑物外經(jīng)電氣線路和各種金屬管道引入的危險(xiǎn)故障電壓的危害，它主要通過(guò)進(jìn)線配電箱近旁的總等電位聯(lián)結(jié)端子板(接地母排)將下列導(dǎo)電部分互相連通：進(jìn)線配電箱的PE(PEN)母排；公用設(shè)施的金屬管道，如上、下水、煤氣等管道；建筑物金屬結(jié)構(gòu)；如果做了人工接地，也包括其接地極引線。建筑物每一電源進(jìn)線都應(yīng)做總等電位連接，各個(gè)總等電位連接端子板應(yīng)互相連通。局部等電位連接LEB是指當(dāng)電氣裝置或電氣裝置的某一部分的接地故障保護(hù)不能滿足切斷故障回路的時(shí)間要求時(shí)，應(yīng)在局部范圍內(nèi)做的等電位連接。它包括PE母線或PE干線；公用設(shè)施的金屬管道；如果可能，也包括建筑物金屬結(jié)構(gòu)。等電位連接不僅僅是針對(duì)雷電暫態(tài)過(guò)電壓的，還包括其它如工作過(guò)電壓、操作過(guò)電壓等暫態(tài)過(guò)電壓的防護(hù)，特別是在有過(guò)電壓的瞬間對(duì)人身和設(shè)備的安全防護(hù)。因此，有必要將建筑物內(nèi)的設(shè)備外殼、水管、暖氣片、金屬梯、金屬構(gòu)架和其他金屬外露部分與共用接地系統(tǒng)做等電位連接。而且需要注意的是，絕不能因檢修等原因切斷這些連接。但是，對(duì)于燃?xì)夤艿?，只在進(jìn)入建筑物處與接地系統(tǒng)相連，但在每個(gè)接頭處要有輔助跨接線。因?yàn)槿細(xì)夤艿辣旧聿蝗菰S有多個(gè)接地連接，使其成為接地系統(tǒng)的一部分。將每個(gè)樓層的等電位連接與建筑物內(nèi)的主鋼筋相連，并在每個(gè)房間或區(qū)域設(shè)置接地端子，由于每層的所有接地端子彼此相連，而且又與建筑物主鋼筋相連，這就使每個(gè)樓層成了等電位面。再將建筑物所有接地極、接地端子連接形成等電位空間。最后，將屋頂上的設(shè)備和避雷針等與避雷帶連接形成屋面上的等電位。在某中意義上說(shuō)，建筑物的共用接地系統(tǒng)在大范圍內(nèi)即為等電位連接，比如我們常見(jiàn)的計(jì)算機(jī)房的工作接地、屏蔽接地和防雷接地等采用同一接地系統(tǒng)的原理就是避免各接地間產(chǎn)生的瞬態(tài)過(guò)電壓差對(duì)設(shè)備造成影響。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物利用第 8頁(yè)基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)做接地體，一般要圍繞建筑物四周增設(shè)環(huán)形接地體，并與建筑物被柱內(nèi)用作引下線的柱筋焊接，這樣就大大降低了接地網(wǎng)由于雷電流造成地電位不均衡的概率。綜上所述，樓層下部有接地網(wǎng)，樓層里有等電位均壓網(wǎng)，樓頂物體與避雷裝置連接在一起形成等電位，這樣就在電氣上成為法拉第籠式結(jié)構(gòu)，人和設(shè)備在此環(huán)境中絕無(wú)雷擊危險(xiǎn)。第4章 供電系統(tǒng)的接地保護(hù)接地是為防止觸電或保護(hù)設(shè)備的安全,把電力電訊等設(shè)備的金屬底盤或外殼接上地線，將電工設(shè)備和其他生產(chǎn)設(shè)備上可能產(chǎn)生的漏電流、靜電荷以及雷電電流等引入地下，是為了保證電工設(shè)備正常工作和人身安全而采取的一種用電安全措施利用大地作電流回路接地線。接地的功用除了將一些無(wú)用的電流或是噪聲干擾導(dǎo)入大地外，最第 9頁(yè)大功用為保護(hù)使用者不被電擊，以 UPS 而言，有些 UPS 會(huì)將零線與地線間的電壓標(biāo)示出來(lái)，確保產(chǎn)品不會(huì)造成對(duì)人體的電擊傷害。同時(shí)避免人身觸電和可能發(fā)生的火災(zāi)、爆炸等事故。接地裝置由接地體和接地線組成。直接與土壤接觸的金屬導(dǎo)體稱為接地體。電氣設(shè)備需接地點(diǎn)與接地體連接的金屬導(dǎo)體稱為接地線。接地體可分為自然接地體和人工接地體兩類。自然接地體主要有：與大地地敷設(shè)的不少于兩可靠連接的建筑物的鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋、行車的鋼軌、埋地的非可燃可爆的金屬管道及埋根的電纜金屬外皮等。在設(shè)計(jì)和裝設(shè)接地裝置時(shí)，首先應(yīng)充分利用自然接地體，以減少投資，節(jié)約資源。人工接地體 ：最常用的人工接地體是直徑為50mm、垂直或水平埋入，且為減小外界溫度對(duì)流散電阻的影響。接地電阻一般指接地體上的工頻交流或直流電壓與通過(guò)接地體而流入地下的電流之比。散泄雷電沖擊電流時(shí)的接地電阻指電壓峰值與電流峰值之比，稱為沖擊接地電阻。接地電阻主要是電流在地下流散途徑中土壤的電阻。接地體與土壤接觸的電阻以及接地體本身的電阻小得可以忽略。一般情況下，接地裝置散泄電流時(shí)，離單個(gè)接地體20米處的電位實(shí)際上已接近零電位。接地電阻值與土壤電導(dǎo)率、接地體形狀、尺寸和布置方式、電流頻率等因素有關(guān)。通常根據(jù)對(duì)接地電阻值的要求，確定應(yīng)埋置的接地體形狀、尺寸、數(shù)量及其布置方式，對(duì)于土壤電阻率高的地區(qū)（如山區(qū)），為了節(jié)約金屬材料，可以采取改善土壤電導(dǎo)率的措施，在接地體周圍土壤中填充電導(dǎo)率高的物質(zhì)或在接地體周圍填充一層降阻劑（含有水和強(qiáng)介質(zhì)的固化樹脂）等，以降低接地電阻值。接地體流入雷電流時(shí)，由于雷電流幅值很大，接地體上的電位很高，在接地體周圍的土壤中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的火花放電，土壤電導(dǎo)率相應(yīng)增大，相當(dāng)于降低了散流電阻。第 10頁(yè)：為保障人身安全、防止間接觸電，將設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分進(jìn)行接地，稱為保護(hù)接地。：在中性線直接接地系統(tǒng)中，為確保保護(hù)安全可靠，除在變壓器或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處進(jìn)行工作接地外，還在保護(hù)線其他地方進(jìn)行必要的接地，稱為重復(fù)接地。(接零保護(hù))：在380/220V低壓系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)是直接接地的，通常又將電氣設(shè)備的外殼與中性線相連，稱為低壓保護(hù)接中性線。低壓供電系統(tǒng)按保護(hù)接地的形式不同可分為：IT 系統(tǒng)、TT 系統(tǒng)和TN 系統(tǒng)。IT 系統(tǒng)和TT 系統(tǒng)為保護(hù)接地。TN 系統(tǒng)為接零保護(hù)。第一個(gè)字母表示電力系統(tǒng)的對(duì)地關(guān)系： T一點(diǎn)直接接地； I所有帶電部分與地絕緣，或一點(diǎn)經(jīng)阻抗接地。第二個(gè)字母表示裝置的外露可導(dǎo)電部分的對(duì)地關(guān)系： T外露可導(dǎo)電部分對(duì)地直接電氣連接，與電力系統(tǒng)的任何接地點(diǎn)無(wú)關(guān)； N外露可導(dǎo)電部分與電力系統(tǒng)的接地點(diǎn)直接電氣連接(在交流系統(tǒng)中，接地點(diǎn)通常就是中性點(diǎn))。后面還有字母時(shí)，這些字母表示中性線與保護(hù)線的組合：S中性線和保護(hù)線是分開的；C中性線和保護(hù)線是合一的。 系統(tǒng)。IT 系統(tǒng)的電源中性點(diǎn)是對(duì)地絕緣的或經(jīng)高阻抗接地，而用電設(shè)備的金屬外殼直接接地。即：過(guò)去稱三相三線制供電系統(tǒng)的保護(hù)接地。其工作原理是：若設(shè)備外殼沒(méi)有接地，在發(fā)生單相碰殼故障時(shí)，設(shè)備外殼帶上了相電壓，若此時(shí)人觸摸外殼，就