第二节 电气装置的接地 （二）接地电流和对地电压 第二节 电气装置的接地 （三）接触电压和跨步电压 1. 接触电压 接触电压（ touch voltage ）是指设备的绝缘损坏时，在 身体可触及的两部分之间出现的电位差，例如人站在发生接地 故障的设备旁边，手触及设备的金属外壳，则人手与脚之间所 呈现的电位差，即为接触电压，如图 8-24 中的 Utou 。 2. 跨步电压 跨步电压（ step voltage ）是指在接地故障点附近行走 时，两脚之间所出现的电位差，如图 8-24 中的 Ustep 。 （四）工作接地、保护接地和重复接地 1. 工作接地 2. 保护接地与接零 第二节 电气装置的接地 图 8-24 接触电压和跨步电压说明图 U tou - 接触电压 U step - 跨步电压 第二节 电气装置的接地 3. 重复接地 （ 1 ）在架空线 ）电缆和架空线引入车间和其他建筑物处。 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 （二）电气装置可不接地或不接零的金属部分 （三）接地电阻及其要求 第二节 电气装置的接地 三、接地装置的装设 （一）自然接地体的利用 （二）人工接地体的装设 人工接地体有垂直埋设和水平埋设两种，如图 8-27 所示。 图 8-27 人工接地体 a) 垂直埋设的管形或棒形接地体 b) 水平埋设的带形接地体 第八章 防雷、接地及电气安全 第四节 电气安全与触电急救 第三节 低压配电系统的接地故障 保护、漏电保护和等电位联结 第二节 电气装置的接地 第一节 过电压与防雷 返回 目录 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害的异 常电压。在电力系统中，过电压按其产生的原因，可分为内部过电压和雷电过电压。 1. 内部过电压 内部过电压时由于电力系统本身的开关操作、负荷剧变或出现故障灯原因。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、振荡二引起的过电 压。 运行经验证明，内部过电压正常情况下不会超过系统正常运行时相对地（即单相）额 定电压的 3 ～ 4 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 （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。 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。 3. 雷电感应过电压的形成 （ 1 ）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，如教材 P238 图 8-2a) 所示。当雷云对地放电或有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，如教材 P238 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高达几万伏，对供电系统的危害都很大。 第一节 过电压与防雷 图 8-1 雷云对大地放电（直击雷）示意图 a) 负雷云出现在大地建筑物上方时 b) 负雷云对建筑物顶部尖端放电时 第一节 过电压与防雷 当强大的雷电流沿着导体如接地引下线泄放入地时，由于雷电流具有很大的 幅值和陡度，因此在它周围产生强大的电磁场。如果附近有一开口的金属环，如图 8-3 所示，则将在该金属环的开口（间隙）处感生相当大的电动势而产生火花放电。 这对存放有易燃易爆物品的建筑物是十分危险的。为避免雷电流的电磁感应引起 的危险过电压，应该用跨接导线或用焊接将开口金属环连成闭合回路后接地 图 8-3 开口金属环上的电磁感应过电压 第一节 过电压与防雷 （三）雷电的有关名词概念 1. 雷电流的幅值和陡度 雷电流是指流入雷击点的电流，是一个幅值很大、陡度很 高的冲击波电流，如图 8-4 所示。 图 8-4 雷电流的波形 第一节 过电压与防雷 2. 年平均雷暴日数 3. 年预计雷击次数 4. 雷电电磁脉冲 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。 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 (1) 避雷针的功能： 避雷针的实质是引雷针，它将雷电流引入地下，从而保护了线路、 设备和建筑物等。 (2) 避雷针的构成：一般由镀锌圆钢或镀锌钢管制成。经引下线与接地装置相连。接地 装置包含接地线) 避雷针的保护范围：指避雷针能够防护直击雷的空间。采用国际电工组织推荐的 “滚球发”来确定。 所谓“滚球法”（ roll-boll method ），就是选择一个半径为 h r （滚球半径）的球体，按需要防护直击雷的部位滚动，如果球体只接触到 避雷针（线）或避雷针（线）与地面，而不触及需要保护的部位，则该部 位就在避雷针（线）的保护范围以内。滚球半径按建筑物的防雷类别不同 而取不同值，如表 8-1 所示。 第一节 过电压与防雷 建筑物防雷类别 滚球半径 h r /m 避雷网格尺寸 /m 第一类防雷建筑物 30 第二类防雷建筑物 45 第三类防雷建筑物 60 5 5 6 4 ? ? ? ? 或 10 10 12 8 ? ? ? ? 或 20 20 24 16 ? ? ? ? 或 表 8-1 按建筑物防雷类别确定滚球半径和避雷网格尺寸 （据 GB50057-1994 ） 第一节 过电压与防雷 2. 避雷线 ）避雷线的功能和原理与避雷针基本相同。避雷线一般都会采用截面 不小于 35mm 2 架设在架空线路的上方，以保护架空线路或其他物体免遭直接 雷击。避雷线又称为架空地线 ）单根避雷线的保护范围的确定（教材 P241 ） 3. 避雷带和避雷网 避雷带和避雷网作用：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。 避雷带和避雷网的构成：采用圆钢和扁钢焊接而成，并经引下线与接 地装置相连。避雷网的网格尺寸如表 8-1 所示。 （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设备的电磁干扰。 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。 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 第一节 过电压与防雷 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 0.5 ～ 1mm 的云母垫圈隔开，如图 8-9a 所示。一般的情况下，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。 阀式避雷器中火花间隙和阀片的多少，与其工作电压高低 成比例。高压阀式避雷器串联很多单元火花间隙，目的是将长 弧分割成多段短弧，以加速电弧的熄灭。但阀电阻的限流作用 是加速电弧熄灭的重要的因素。 第一节 过电压与防雷 图 8-9 阀式避雷器的组成部件及其特性曲线 a) 单元火花间隙 b) 阀电阻片 c) 阀电阻特性曲线 第一节 过电压与防雷 2. 排气式避雷器 排气式避雷器（ expulsion-type lightning arrester ， 文字符号 FE ），通称管型避雷器，由产气管、内部间隙和外部 间隙等三部分所组成，如图 8-11 所示。 图 8-11 排气式避雷器 1- 产气管 2- 内部棒形电极 3- 环形电极 s 1 - 内部间隙 s 2 - 外部间隙 第一节 过电压与防雷 排气式（管型）避雷器全型号的表示和含义如下： 3. 保护间隙 保护间隙（ protective gap ，文字符号 FG ）又称角型避 雷器，其结构如图 8-12 所示。它简单经济，维护方便，但保护 性能差，灭弧能力小，易引起接地或短路故障，使线路停电。 因此对于装有保护间隙的线路，一般也宜装设自动重合闸装置， 以提高供电可靠性。 第一节 过电压与防雷 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 s 1 - 主间隙 s 2 - 辅助间隙 第一节 过电压与防雷 4. 金属氧化物避雷器 金属氧化物避雷器（ metal-oxide arrester ，文字符号 F MO ）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。 金属氧化物避雷器全型号的表示和含义如下： 5. 电涌保护器 第一节 过电压与防雷 三、电气装置的防雷 （一）架空线 ）架设避雷线 ）提高线路本身的绝缘水平 （ 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 3 ～ 10kV 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。 图 8-14 顶线- 架空导线- 接地引下线- 电杆 第一节 过电压与防雷 （ 4 ）装设自动重合闸装置 （ 5 ）个别绝缘薄弱地点加装避雷器 （二）变配电所的防雷措施 （ 1 ）装设避雷针 （ 2 ）装设避雷线 处于峡谷地区的变配电所，可利用避 雷线kV 及以上的变配电所架空进线km 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。 （三）高压电动机的防雷措施 第一节 过电压与防雷 图 8-15 变配电所对雷电波侵入的防护 a)3 ～ 10kV 架空和电缆进线kV 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 第一节 过电压与防雷 四、建筑物的防雷 （一）建筑物的防雷类别 1. 第一类防雷建筑物 2. 第二类防雷建筑物 3. 第三类防雷建筑物 （二）建筑物的防雷措施 1. 第一类防雷建筑物的防雷措施 2. 第二类防雷建筑物的防雷措施 3. 第三类防雷建筑物的防雷措施
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