供电工程 第2版 教学课件 ppt 作者 翁双安 第九章 接地与防雷

第九章 接地与防雷,第一节 接地与等电位联结 第二节 电击防护 第三节 雷电有关知识 第四节 建筑物的雷电防护 第五节 供电系统的雷电过电压保护 本章小结,一、接地的有关概念,第一节 接地与等电位联结,（一）接地与接地装置,埋入土壤或特定的导电介质（例如混凝土或焦炭）中、与大地有电接触的可导电部分称为接地极。 大地与接地极有电接触的部分称为局部地，其电位不一定等于零。 接地就是指在系统、装置或设备的给定点与局部地之间进行电连接。,接地极,人工接地极：为了接地而专门装设的接地极,自然接地极：兼作接地极用的直接与大地有电 接触的可导电部分,系统、装置或设备的接地所包含的所有电气连接件和器件称为接地装置，包括接地极或接地网、接地导体、总接地端子或总接地母线等。,（二）接地的分类,1.功能接地 功能接地出于电气安全之外的目的，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如电力系统的中性点接地（系统接地）。,2.保护接地 保护接地为了电气安全，将系统、装置或设备的一点或多点接地。如：,防电击保护接地为间接接触防护（故障防护）而将电气装置或设备的外露可导电部分进行接地。类型。 防雷保护接地为防止雷电过电压而将雷电流、电涌电流泄入大地而设置的接地。 防静电接地为消除静电危害将静电导入大地而设置的接地。,3. 电磁兼容性接地 电磁兼容性接地为电磁兼容性所做的接地地。如屏蔽接地。,（三）对地电压、接触电压和跨步电压,电气设备在发生接地故障时，入地故障电流，将通过接地极以半球形向大地中散开。,试验表明，在距单根接地极或接地故障点20m左右的地方，散流电阻值己很小，此处电位接近参考零电位，称为参考地。,电气设备接地点和接地极与参考地之间的电压，称为电气设备接地故障时对地电压。,由于散流球面积越大，其散流电阻越小。因此，在接地故障点附近，地面对地电压分布不均匀。,图 接触电压与跨步电压 Ut接触电压 Us跨步电压,预期接触电压指人尚未触及但可能被同时触及的可导电部分之间的电压。,跨步电压指大地表面相距1m（约为人的步距）的两点之间的电压（注：我国有关跨步电压的规范中，人的步距取0.8m）。,二、接地电阻及要求,接地电阻指在给定频率下，系统、装置或设备的指定点与参考地之间的电阻。包括接地导体、接地极（网）的电阻与接地极周围土壤的流散电阻。,接地电阻主要是接地极周围土壤的的流散电阻，它与接地极（网）的形式及结构尺寸、土壤电阻率等有关。,按通过接地极流入地中工频交流电流流求得的接地电阻称为工频接地电阻； 按通过接地极流入地中冲击电流（雷电流）求得的接地电阻称为冲击接地电阻。,通常，电力系统在不同情况下对接地电阻的要求是不同的。参见DL/T6211997交流电气装置的接地和GB500572010建筑物防雷设计规范。,三、接地装置的设计,（一）接地装置的布置,1.一般要求,独立变电所的接地装置，除利用自然接地极外，应敷设以水平接地极为主的人工接地网。 人工主接地网的外缘应闭合，外缘各角应做成圆弧形，圆弧的半径不宜小于均压带间距的一半。主接地网内应敷设水平均压带。主接地网均压带可采用等间距或不等间距布置，可构成长孔形或方孔形接地网。 变电所接地网边缘经常有人出入的走道处，应铺设砾石、沥青路面或在地下深埋两条与接地网相连的帽檐式均压带，以降低接触电位差与跨步电位差。 防雷装置应设置集中接地装置，以便雷电流快速泄入大地。集中接地装置的布置应防止出现高电位反击。,建筑物电气装置的接地装置应优先利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋。有钢筋混凝土地梁时，宜将地梁内的钢筋焊接连成环形接地装置；当无钢筋混凝土地梁时，可在建筑物周边的无钢筋的闭合条形混凝土基础内，直接敷设40×4镀锌扁钢，形成环形接地。 当利用建筑物钢筋混凝土基础内的钢筋、金属管道等作自然接地体时，应估算或实测其接地电阻。如接地电阻大于规定值时，还应补设人工接地极。 人工接地极宜采用以水平接地极为主的闭合环形接地网，敷设在建筑物四周基础槽坑外沿，并应在防雷引下线处与建筑物基础钢筋网相连接。,电气装置应设置总接地端子（总接地母线），并应与接地导体、保护导体、等电位联结导体相连接。 为保证接地导体的连接牢固可靠，总接地端子（总接地母线）应采用不少于两根导体在不同地点与接地网相连接，连接处采用焊接并做防腐。 电气装置的每个接地部分应以单独的接地导体与总接地端子（总接地母线）相连接，严禁在一个接地导体中串接几个需要接地的部分。,可参照国家建筑标准设计图集D501-3利用建筑物金属体做防雷装置及接地装置安装和D501-4接地装置安装。,（二）人工接地装置的规格尺寸,人工接地极，水平敷设的可采用圆钢、扁钢，垂直敷设的可采用角钢、钢管等。所有人工接地极、接地导体应采用镀锌件。,接地导体截面热稳定校验,（三）接地电阻的计算,1.人工接地极的工频接地电阻计算,2.冲击接地电阻计算,单独接地极的冲击接地电阻的计算,水平接地极连接的n根垂直接地极组成的接地装置的冲击接地电阻的计算,单独接地极的冲击系数，一般小于1。,Rvp垂直接地极的冲击接地电阻（）； Rhp水平接地极的冲击接地电阻（）； p多根接地极的冲击利用系数（因屏蔽作用致使接地电阻增大的系数）,例9-1：某10/0.38kV独立变电所，安装有两台变压器，容量均为1000kVA，Dyn11联结。已知变压器10kV侧工作于不接地系统，计算用的单相接地故障电流约20A。当地土质为砂质粘土。已知流过接地线的低压侧单相接地短路电流最大为19kA，高压后备保护动作时间为0.5s。试设计该变电所的共用人工接地装置。,解：1）确定该变电所的接地电阻允许值,查附录表63，对配电变压器位于所供电建筑物之外，高压侧工作于不接地系统，保护接地与低压系统中性点接地共用接地装置，工频接地电阻R要求为,将计算用的单相接地故障电流20A代人上式，得,且4,2）接地装置布置,接地网平面布置图,变电所一层接地平面布置图,3）人工接地装置的规格尺寸,本工程垂直接地极采用L50×50×5、长2.5m热镀锌角钢，水平接地极、均压带、总接地导体（预埋板）采用50×5热镀锌扁钢，室内总接地母线、配电装置保护接地导体采用40×4热镀锌扁钢。材料规格满足规范要求。,表9-4 配电变压器的中性点接地导体选择,最小允许截面SE（mm2）,4）接地电阻计算,由图9-2可知，本工程人工复合接地网的面积S335m2，接地网水平接地极和垂直接地极总长度L169m。查附录表72，计算用的土壤电阻率取100 。,再计及自然接地极的接地电阻，本工程接地网的工频接地电阻不大于3。满足要求。,等电位联结指为达到等电位，多个可导电部分间的电连接。为安全目的进行的等电位联结又称为保护等电位联结，包括总等电位联结、辅助等电位联结和局部等电位联结。,1.总等电位联结,在保护等电位联结中，将以下可导电部分连接到一起： 总保护导体； 总接地导体或总接地端子； 建筑物内的供应服务管道，如煤气管、水管； 可利用的建筑物金属结构部分、集中供热和空调系统。,建筑物作了总等电位联结后，其电气装置的PE导体和外露可导电部分、电气装置外部导电部分和接地系统都互相连通，从而在建筑物内形成一各导电部分电位相等或接近的区域。,四、等电位联结,总等电位联结的平面布置,总等电位联结的作用对不同的接地系统是不尽相同的，对于常用的TN系统，其作用如下：,（1）当建筑物内发生接地故障时，可降低由此引起的接触电压。,未作等电位联结时，预期接触电压为,作等电位联结后，预期接触电压为,（2）当建筑物外部电源线路发生接地故障时，可消除通过PEN导体（或PE导体）导入的对地电压在建筑物内部形成的电位差。,危险电位通过PEN导体蔓延。等电位联结对TN系统特别重要。,（3）有效消除其他危险电压电位差 消除通过金属管道传导的危险电位产生的电位差、雷电流通过接闪器产生的高电位反击。,2.局部等电位联结和辅助等电位联结,一般工业与民用建筑物电气装置为防间接接触电击和改善电磁兼容性的需要，均应设总等电位联结。 公寓式办公楼和酒店式办公楼内的卫生间、住宅中设洗浴设备的卫生间还应设局部等电位联结或辅助等电位联结。,为保证等电位联结的可靠性，等电位联结导体的截面应满足要求。等电位联结端子板的截面应满足机械强度要求，且不得小于所接联结导体截面。 导体间的连接应可靠，可根据实际情况采用焊接或螺栓连接。,等电位联结的安装：,五、共用接地装置（共用接地系统）,由于多个用于不同目的的接地装置，使分开接地方式不同电位所带来的不安全因素日益严重，不同接地导体间的耦合影响又难以避免，会引起相互干扰，因此产生共用接地装置（共用接地系统）的方式。 共用接地装置的接地电阻必须按接入设备中要求的最小值确定。,为防止正常运行时出现杂散电流带来不必要的电气危害，低压系统的中性点不应在各台变压器或发电机处就近接地，而应在进线配电屏PEN母线上一点接地。,当低压系统中性点接地与变电所保护接地分开时，应采用绝缘电缆接至单设的接地极。,每幢建筑物的防雷接地、电源系统接地、安全保护接地、等电位联结接地以及配电线路和信号线路的电涌保护器接地等应采用共用接地系统。,图9-17 接地、等电位联结和共用接地系统的构成,引下线,接闪器,接地装置,内部导电物体,引下线,内部导电物体,机箱,接地基准点,M型,S型,电子系统环形等电位联结带,电气系统总等电位联结带,局部等电位联结带,等电位联结导体,接地导体,金属管道,电子线路,电气线路,局部等电位联结带,第二节 电击防护,电击电流通过人体躯体而引起的生理效应。,电击防护减小电击危险的防护措施，包括：直接接触防护、间接接触防护和直接接触及间接接触两者兼有的防护。,人与带电部分的电接触称为直接接触。,人与故障情况下带电的外露可导电部分的电接触称为间接接触。,一、电流通过人体的效应,（一）人体对电流的生理反应 GB/T13870.12008 电流通过人体和家畜的效应 第一部分：常用部分 感知电流阈值人体能感知的流过其身体的最小电流值，通用值为0.5mA，此值与电流通过的时间长短无关； 摆脱电流阈值人体能自主摆脱的通过人体的最大电流值，此值因人而异，平均值为10mA； 心室纤维性颤动电流阈值引起心室纤维性颤动的最小电流值，而心室纤维性颤动是电击引起死亡的主要原因。此电流阈值与通电时间长短有关，也与人体条件、心脏功能状况、电流在人体内通过的路径有关。,只要通过人体的电流小于30mA，人体就不致因发生心室纤维性颤动而电击致死。,（二）特低电压限值,人体遭受电击时流过人体的接触电流因施加于人体阻抗上的接触电压而产生。在设计电气装置时计算接触电流很困难，而计算预期接触电压比较方便。,人体阻抗由皮肤阻抗和体内阻抗构成，其总阻抗呈容性。,90的人体总阻抗：10002125欧。,人体总阻抗由电流通路、接触电压、通电时间、频率、皮肤湿度、接触面积、施加压力和温度等因素共同确定。因此，人体接触电压阈值不能简单由图8-2曲线L按欧姆定律推算求得，而应通过测试确定。,特低电压（ELV）指在预期环境下，最高电压不足以使人体流过的电流造成不良生理反应，不可能造成危害的临界等级以下的电压。 我国国家标准GB/T38052008特低电压（ELV）限值规定： 当接触面积大于1cm2、接触时间超过1s时，干燥环境中工频交流电压有效值的限值为33V（正常状态）和55V（单故障时）；潮湿环境中工频交流电压有效值的限值为16V（正常状态）和33V（单故障时）； 当接触面积小于1cm2、不可握紧部分，干燥环境中工频交流电压有效值的限值提高为66V（正常状态）和80V（单故障时）。,我国目前使用的特低电压（ELV）系统的工频交流标称电压值（有效值）不超过50V 。,二、直接接触防护和间接接触防护,（一）直接接触防护（基本防护）,直接接触防护是基本防护即无故障条件下的电击防护。,（1）将