电力工程基础课件-孙丽华-第二版-第9章优秀PPT.ppt
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1、制作制作 孙丽华孙丽华电力工程基础电力工程基础第第9章章 防雷、接地与电气安全防雷、接地与电气安全11/4/20221河北科技高校电气信息学院第第9章章 防雷、接地与电气平安防雷、接地与电气平安n9.1 过电压与防雷n9.2 电气装置的接地n9.3 电气平安11/4/20222河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院9.1 过电压与防雷过电压与防雷 1内部过电压内部过电压一、过电压的形式一、过电压的形式操作过电压:因开关操作、负荷剧变、系统故障等缘由而操作过电压:因开关操作、负荷剧变、系统故障等缘由而引起的过电压。引起的过电压。谐振过电压:因电感、电容等参数在特殊状况下发生谐振谐振过电
2、压:因电感、电容等参数在特殊状况下发生谐振而引起的过电压。而引起的过电压。2外部过电压外部过电压 外部过电压又称雷电过电压或大气过电压,它是由于外部过电压又称雷电过电压或大气过电压,它是由于电力系统的导线或电气设备受到干脆雷击或雷电感应而引电力系统的导线或电气设备受到干脆雷击或雷电感应而引起的过电压。起的过电压。11/4/20223河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二、雷电的基本学问二、雷电的基本学问v主放电阶段:主放电阶段:电流很大,高达几电流很大,高达几百千安,但持续时间极短,一般只百千安,但持续时间极短,一般只有有 50100s。v余辉放电阶段:余辉放电阶段:电流较小,约几
3、电流较小,约几百安,持续时间约为百安,持续时间约为0.030.15s。1.雷电现象:雷云放电的过程称为雷电现象。雷电现象:雷云放电的过程称为雷电现象。雷云雷云雷电先导雷电先导迎雷先导迎雷先导主放电阶段主放电阶段 余辉阶段余辉阶段11/4/20224河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院2.雷电流的特性雷电流的特性n雷电流波形(图雷电流波形(图9-1)波头:波头:指雷电流从零上升到最大幅值这一部分,一般只有指雷电流从零上升到最大幅值这一部分,一般只有14s;波尾:指雷电流从最大幅值波尾:指雷电流从最大幅值起先,下降到二分之一幅值所起先,下降到二分之一幅值所经验的时间,约数十微妙。经验的
4、时间,约数十微妙。n雷电流的陡度:指雷电流在雷电流的陡度:指雷电流在波头部分上升的速度,即波头部分上升的速度,即 图图9-1 雷电流波形图雷电流波形图11/4/20225河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院3.雷电过电压的基本形式雷电过电压的基本形式 直击雷:雷电干脆击中电气设备、线路、建筑物等物体。直击雷:雷电干脆击中电气设备、线路、建筑物等物体。感应雷:由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电感应雷:由雷电对线路、设备或其他物体的静电感应或电磁感应而引起的过电压。磁感应而引起的过电压。感应雷的形成过程如图感应雷的形成过程如图9-2所示。所示。雷电波侵入:架空雷电波侵入:架空线
5、路遭到干脆雷击或线路遭到干脆雷击或感应雷而产生的高电感应雷而产生的高电位雷电波,沿架空线位雷电波,沿架空线侵入变电所或其他建侵入变电所或其他建筑物而造成危急。筑物而造成危急。图图9-2 架空线路上的感应过电压架空线路上的感应过电压11/4/20226河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院4雷电活动强度及直击雷的规律雷电活动强度及直击雷的规律n雷暴日:一天中只要出现过雷电活动(包括看到雷闪和听雷暴日:一天中只要出现过雷电活动(包括看到雷闪和听到雷声),就算一个雷暴日。到雷声),就算一个雷暴日。年平均雷暴日不足年平均雷暴日不足15日的地区为少雷区;日的地区为少雷区;年平均雷暴日超过年平均
6、雷暴日超过40日的地区为多雷区;日的地区为多雷区;年平均雷暴日超过年平均雷暴日超过90日的地区为雷电活动特殊猛烈地区。日的地区为雷电活动特殊猛烈地区。我国各地区的雷暴日数如表我国各地区的雷暴日数如表9-1所示。所示。表表9-1 我国各地区的年平均雷暴日我国各地区的年平均雷暴日地区地区年平均雷暴日年平均雷暴日地区地区年平均雷暴日年平均雷暴日西北地区西北地区20以下以下长江以南北纬长江以南北纬23线以北线以北4080左右左右东北地区东北地区30左右左右长江以南北纬长江以南北纬23线以南线以南80以上以上华北和中部地区华北和中部地区4045左右左右海南岛、雷洲半岛海南岛、雷洲半岛120130左右左右
7、11/4/20227河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院n雷电活动的规律雷电活动的规律 热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多,且山区大于热而潮湿的地区比冷而干燥的地区雷暴多,且山区大于平原,平原大于沙漠,陆地大于湖海。平原,平原大于沙漠,陆地大于湖海。雷击区的形成与地质结构(即土壤电阻率)、地面上的雷击区的形成与地质结构(即土壤电阻率)、地面上的设施状况及地理条件等因素有关。设施状况及地理条件等因素有关。土壤电阻率小的地方易遭遇雷击;土壤电阻率小的地方易遭遇雷击;在不同电阻率的土壤交界处易遭遇雷击;在不同电阻率的土壤交界处易遭遇雷击;山的东坡、南坡较山的北坡、西坡易遭遇雷击;山的东
8、坡、南坡较山的北坡、西坡易遭遇雷击;山岳地区易遭遇雷击。山岳地区易遭遇雷击。建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等建筑物的雷击部位与建筑物的高度、长度及屋顶坡度等因素有关。因素有关。11/4/20228河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院5雷电的危害雷电的危害雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备;雷电流的热效应可烧断导线和烧毁电力设备;雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建雷电流的机械效应产生的电动力可摧毁设备、杆塔和建筑,损害人畜;筑,损害人畜;雷电流的电磁效应可产生过电压,击穿电气设备绝缘,雷电流的电磁效应可产生过电压,击穿电气设备绝缘,甚至引起火灾爆炸,
9、造成人身伤亡;甚至引起火灾爆炸,造成人身伤亡;雷电的闪络放电可烧坏绝缘子,使断路器跳闸或引起火雷电的闪络放电可烧坏绝缘子,使断路器跳闸或引起火灾,造成大面积停电。灾,造成大面积停电。11/4/20229河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院三、防雷装置三、防雷装置防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。u接闪器(受雷装置):接闪器(受雷装置):是接受雷电流的金属导体,常用的是接受雷电流的金属导体,常用的有避雷针、避雷线和避雷网(带)三种类型。有避雷针、避雷线和避雷网(带)三种类型。u引下线:引下线:应保证雷电流通过时不致熔化,一般用
10、直径不小应保证雷电流通过时不致熔化,一般用直径不小于于10mm的圆钢或截面不小于的圆钢或截面不小于80mm2的扁钢制成。的扁钢制成。u接地装置:接地装置:埋在地下的接地导线和接地体的总称。埋在地下的接地导线和接地体的总称。1.避雷针避雷针 避雷针通常接受镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。避雷针通常接受镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。针长针长1m以下时,圆钢直径不小于以下时,圆钢直径不小于12 mm,钢管直径不小于,钢管直径不小于20 mm;针长针长12m时,圆钢直径不小于时,圆钢直径不小于16mm,钢管直径不小于,钢管直径不小于25mm。11/4/202210河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息
11、学院p当避雷针高度当避雷针高度hhr时:时:n单支避雷针的爱护范围(图单支避雷针的爱护范围(图9-3)避雷针的爱护范围,以它能够防护直击雷的爱护空间避雷针的爱护范围,以它能够防护直击雷的爱护空间来表示,可按来表示,可按“滚球法滚球法”来确定。来确定。所谓所谓“滚球法滚球法”,就是选择一个半径为,就是选择一个半径为hr(滚球半径)(滚球半径)的球体,沿须要防护直击雷的部位滚动。假如球体只接触的球体,沿须要防护直击雷的部位滚动。假如球体只接触到避雷针(线)与地面,而不触及须要爱护的部位,则该到避雷针(线)与地面,而不触及须要爱护的部位,则该部位就在避雷针(线)的爱护范围之内。部位就在避雷针(线)的
12、爱护范围之内。在距地面在距地面 hr处作一平行于地面的平行线。处作一平行于地面的平行线。以避雷针的针尖为圆心、以避雷针的针尖为圆心、hr为半径作弧线,交于平行线为半径作弧线,交于平行线的的A、B两点。两点。11/4/202211河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院避雷针在地面上的爱护避雷针在地面上的爱护半径为:半径为:图图9-3 单支避雷针的爱护范围单支避雷针的爱护范围与地面相切。从该弧线起与地面相切。从该弧线起到地面为止的整个锥形空到地面为止的整个锥形空间,就是避雷针的保护范间,就是避雷针的保护范围。围。以以A、B为圆心、为圆心、hr 为半径作弧线,该弧线与针尖相交并为半径作弧线
13、,该弧线与针尖相交并避雷针在避雷针在hx 高度的水平高度的水平面上的爱护半径为:面上的爱护半径为:11/4/202212河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院p当避雷针高度当避雷针高度h hr时:时:在避雷针上取高度为在避雷针上取高度为hr的一点代替避雷针的针尖作为圆的一点代替避雷针的针尖作为圆心,其余的作法与心,其余的作法与hhr 时相同。时相同。建筑物的防雷级别是依据其重要性、运用性质以及发建筑物的防雷级别是依据其重要性、运用性质以及发生雷击事故的可能性和造成后果来划分的,共分为三级:生雷击事故的可能性和造成后果来划分的,共分为三级:一级防雷建筑物:指具有特殊重要用途的建筑物,如
14、国家一级防雷建筑物:指具有特殊重要用途的建筑物,如国家级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客级会堂、办公建筑、档案馆、大型博展建筑、大型铁路客运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站;国家级运站、国际型航空港、国宾馆、国际港口客运站;国家级重点文物爱护建筑物以及高度超过重点文物爱护建筑物以及高度超过100m的建筑物等。的建筑物等。11/4/202213河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院二级防雷建筑物,是指重要的或人员密集的大型建筑物,二级防雷建筑物,是指重要的或人员密集的大型建筑物,如省部级办公楼、会堂、博展、体育、交通、通讯、广播等如省部级办公楼、会堂、博展、体育
15、、交通、通讯、广播等建筑物;省级重点文物爱护建筑物;高度超过建筑物;省级重点文物爱护建筑物;高度超过50m的建筑物的建筑物以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。以及大型计算中心和装有重要电子设备的建筑物。三级防雷建筑物,是指预料年雷击次数大于或等于三级防雷建筑物,是指预料年雷击次数大于或等于0.05,或经过调查确认须要防雷的建筑物;建筑群中最高或位于建或经过调查确认须要防雷的建筑物;建筑群中最高或位于建筑群边缘高度超过筑群边缘高度超过20m的建筑物;高度为的建筑物;高度为15m及以上的烟囱、及以上的烟囱、水塔等孤立建筑物等。水塔等孤立建筑物等。例例9-1(P301):某厂一座高某厂一座高
16、30m的水塔旁边,建有一锅炉房的水塔旁边,建有一锅炉房(图(图9-4),水塔上面安装一支),水塔上面安装一支2m高的避雷针,试问该避雷高的避雷针,试问该避雷针能否爱护这一锅炉房?针能否爱护这一锅炉房?11/4/202214河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院n双支等高避雷针的爱护范围(图双支等高避雷针的爱护范围(图9-5)在在hhr的情况下,当的情况下,当D 时,各按单支避雷针时,各按单支避雷针的方法确定;当的方法确定;当D 时,按下述方法确定:时,按下述方法确定:图图9-4 例例9-1避雷针的爱护范围避雷针的爱护范围解:解:查表查表9-2得得 因此,避雷针的爱护半径为:因此,避雷
17、针的爱护半径为:8m高度上最远一角距离避雷针的水平高度上最远一角距离避雷针的水平距离为:距离为:能爱护。能爱护。11/4/202215河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院ABCD外的爱护范围,按单支避雷针所规定的方法确定。外的爱护范围,按单支避雷针所规定的方法确定。C、D点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小点位于两针间的垂直平分线上。在地面每侧的最小爱护宽度应按下式计算:爱护宽度应按下式计算:在在AOB轴轴线线上上,A、B间间的的爱爱护护范范围围上上边边线线按按下式确定:下式确定:图图9-5 双支等高避雷针的爱护范围双支等高避雷针的爱护范围11/4/202216河北科技高校
18、电气信息学院河北科技高校电气信息学院两针间两针间ABCD内的爱护范围,内的爱护范围,ACO、BCO、ADO、BDO各部分是类同的。各部分是类同的。以以ACO部分的爱护范围为例,按以下方法确定:部分的爱护范围为例,按以下方法确定:在在hx和和C点所处的垂直平面上,以点所处的垂直平面上,以hx作为假想避雷针,按作为假想避雷针,按单支避雷针所规定的方法确定(单支避雷针所规定的方法确定(见剖面见剖面)。)。2.避雷线避雷线 避雷线一般接受截面不小于避雷线一般接受截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。的镀锌钢绞线。单根避雷线的爱护范围,当避雷线高度单根避雷线的爱护范围,当避雷线高度h2hr时,无爱护时,无爱
19、护范围。当避雷线高度范围。当避雷线高度h2hr时,按下列方法确定(图时,按下列方法确定(图9-6):):11/4/202217河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院在距地面在距地面 hr处作一平行于地面的平行线。处作一平行于地面的平行线。以避雷线尖为圆心、以避雷线尖为圆心、hr为半径作弧线,交于平行线的为半径作弧线,交于平行线的A、B两点。两点。图图9-6 单根避雷线的爱护范围单根避雷线的爱护范围a)当)当2hrhhr时时 b)当)当h2hr时时11/4/202218河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院以以A、B为圆心、为圆心、hr为半径作弧线,该两弧线相交或相切,为半径
20、作弧线,该两弧线相交或相切,并与地面相切。从该弧线起到地面止为避雷线的爱护范围。并与地面相切。从该弧线起到地面止为避雷线的爱护范围。当当2hr hhr 时,爱护范围最高点的高度时,爱护范围最高点的高度h0按下式计算:按下式计算:避雷线在避雷线在hx高度的水平面上的爱护宽度高度的水平面上的爱护宽度bx按下式计算:按下式计算:3.避雷带和避雷网避雷带和避雷网 避雷带和避雷网主要用于爱护高层建筑免遭雷击,通常避雷带和避雷网主要用于爱护高层建筑免遭雷击,通常接受圆钢或扁钢焊接而成,并沿房屋边缘或屋顶敷设。接受圆钢或扁钢焊接而成,并沿房屋边缘或屋顶敷设。留意:圆钢直径不小于留意:圆钢直径不小于8 mm,
21、扁钢截面不小于,扁钢截面不小于48mm2,厚度不小于,厚度不小于4 mm。当。当烟囱上接受避雷环时,圆钢直径不小于烟囱上接受避雷环时,圆钢直径不小于12 mm,扁钢截面不小于,扁钢截面不小于100mm2,厚度,厚度不小于不小于4 mm。11/4/202219河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院四、变电所的防雷爱护四、变电所的防雷爱护1直击雷的防护措施直击雷的防护措施u 变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。变电所应按一级防雷建筑物的标准进行防雷设计。u变电所内的设备和建筑物通常接受独立避雷针或避雷线进变电所内的设备和建筑物通常接受独立避雷针或避雷线进行直击雷防护行直击雷防护。
22、u“反击反击”现象:当避雷针(线)与旁边设施之间的绝缘现象:当避雷针(线)与旁边设施之间的绝缘距离不够时,两者之间会发生猛烈的放电现象,这种状况距离不够时,两者之间会发生猛烈的放电现象,这种状况称为称为“反击反击”。为了防止反击事故的发生,避雷针(线)与旁边其他为了防止反击事故的发生,避雷针(线)与旁边其他金属导体之间必需保持足够的平安距离。金属导体之间必需保持足够的平安距离。11/4/202220河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院独立避雷针(线)及其引下线与其他金属物体在空气中独立避雷针(线)及其引下线与其他金属物体在空气中的平安距离应满足:的平安距离应满足:独立避雷针(线)的
23、接地体与变电所接独立避雷针(线)的接地体与变电所接地网间的最小地中距离应满足:地网间的最小地中距离应满足:式中,式中,Rsh为独立避雷针(线)的冲击接为独立避雷针(线)的冲击接地电阻;地电阻;hx为被爱护物的高度。为被爱护物的高度。Ssaf一般不应小于一般不应小于5m。SE一般不应小于一般不应小于3m。11/4/202221河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院2雷电侵入波的防护措施雷电侵入波的防护措施 变电所对于雷电侵入波的过电压爱护是利用阀型避雷器变电所对于雷电侵入波的过电压爱护是利用阀型避雷器以及与阀型避雷器相协作的进线段爱护。以及与阀型避雷器相协作的进线段爱护。u35110
24、kV变电所的防雷爱护方案(图变电所的防雷爱护方案(图9-7)u对于容量较小的对于容量较小的35kV变电所,可依据其重要性和雷电活变电所,可依据其重要性和雷电活动状况,酌情简化进线爱护措施;对于有电缆进线段的架空动状况,酌情简化进线爱护措施;对于有电缆进线段的架空线路,避雷器应装设在电缆头旁边,其接地端应和电缆金属线路,避雷器应装设在电缆头旁边,其接地端应和电缆金属外皮相连。外皮相连。11/4/202222河北科技高校电气信息学院河北科技高校电气信息学院在变电所在变电所12km进进线段架设避雷线,既线段架设避雷线,既可防护直击雷,还可可防护直击雷,还可以使感应雷过电压产以使感应雷过电压产生在生在
25、12km以外。以外。为了降低雷电侵入波的幅为了降低雷电侵入波的幅值,在该线路进线段的首值,在该线路进线段的首端应装设一组管型避雷器端应装设一组管型避雷器FA1,且其工频接地电阻,且其工频接地电阻不宜超过不宜超过10。在靠近隔离开关或断路器在靠近隔离开关或断路器QF2处装设一组管型避雷器处装设一组管型避雷器FA2,以防止线路上的雷电,以防止线路上的雷电波侵入到隔离开关或断路器波侵入到隔离开关或断路器开路处时,由于反射而形成开路处时,由于反射而形成两倍侵入波幅值的电压,损两倍侵入波幅值的电压,损坏隔离开关或断路器。坏隔离开关或断路器。母线上装设阀型避雷母线上装设阀型避雷器器FA3,主要用于爱护,主
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