1、第10章供配电系统的安全技术第第10章供配电系统的安全技术章供配电系统的安全技术10.1 电气安全的基本知识电气安全的基本知识 10.2 过电压与防雷过电压与防雷 10.3 供配电系统的接地供配电系统的接地 10.4 低压配电系统的等电位联结与漏电保护低压配电系统的等电位联结与漏电保护 基本技能训练基本技能训练 触电的急救处理触电的急救处理 思考题与习题思考题与习题 第10章供配电系统的安全技术10.1 电气安全的基本知识电气安全的基本知识1.触电对人体的危害触电对人体的危害人体也是导体，当人体不同部位接触不同电位时，就会有电流流过人体，这就是触电。人体触电可分为两种情况，一种是雷击和高压触电
2、，较大的安培数量级的电流通过人体所产生的热效应、化学效应和机械效应将使人的机体遭受严重的电灼伤、组织炭化坏死以及其他难以恢复的永久性伤害；另一种是低压触电，在数十至数百毫安电流的作用下，人的肌体会产生病理生理性反应，轻的有针刺痛感，或出现痉挛、血压升高、心律不齐，以致昏迷等暂时性的功能失常，重的可引起呼吸停止、心跳骤停、心室纤维性颤动等危及生命的伤害。第10章供配电系统的安全技术2.安全电流和安全电压安全电流和安全电压1)安全电流安全电流就是人体触电后最大的摆脱电流。我国规定安全电流为30 mA(50 Hz交流)，触电时间不超过1 s，因此安全电流值也称为30 mAs。当通过人体的电流不超过3
3、0 mAs时，对人身机体不会有损伤，不致引起心室纤维性颤动、停搏或呼吸中枢麻痹。如果通过人体的电流达到50 mAs，则对人体就有致命危险，而达到100 mAs时，一般会致人死命。第10章供配电系统的安全技术安全电流主要与下列因素有关：(1)触电时间。触电时间在0.2 s以下或0.2 s以上，电流对人体的危害程度有很大的差别。触电时间超过0.2 s，致颤电流值将急剧降低。(2)电流性质。实验表明，直流、交流和高频电流通过人体时对人体的危害程度是不一样的，5060 Hz的工频电流对人体的危害最为严重。(3)电流路径。电流对人体的伤害程度主要取决于心脏的受损程度。实验表明，不同路径的电流对心脏有不同
4、的损害程度，而以电流从手到脚特别是从手到胸对人体的危害最为严重。(4)体重和健康状况。健康人的心脏和衰弱患病人的心脏对电流损害的抵抗能力是不同的。人的心理、情绪好坏以及人的体重等也使电流对人体的危害有所差别。第10章供配电系统的安全技术2)安全电压安全电压就是不会使人直接致死或致残的电压。我国国家标准GB380583安全电压规定的安全电压等级如表10-1所示。从电气安全的角度来说，安全电压与人体电阻有关。人体电阻一般为1700 左右。因此，从触电安全角度考虑，人体允许持续接触的安全电压为Usaf=3010-31700 50V此处的50 V(50 Hz交流有效值)称为一般正常环境条件下允许持续接
5、触的“安全特低电压”。第10章供配电系统的安全技术第10章供配电系统的安全技术3.直接触电防护和间接触电防护直接触电防护和间接触电防护根据人体触电的情况可将触电防护分为直接触电防护和间接触电防护两类。(1)直接触电防护是指对直接接触正常带电部分的防护，例如对带电导体加隔离栅栏或保护罩等。(2)间接触电防护是指对故障时可带危险电压而正常时不带电的外露可导电部分(如金属外壳、框架等)的防护，例如将正常不带电的外露可导电部分接地，并装设接地保护等。第10章供配电系统的安全技术10.2 过电压与防雷过电压与防雷10.2.1 过电压的形式过电压的形式过电压是指在电气设备或线路上出现的超过正常工作要求并对
6、其绝缘构成威胁的电压。过电压按其发生的原因可分为两大类，即内部过电压和雷电过电压。1)内部过电压内部过电压是由于电力系统本身的开关操作、发生故障或其他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的转化或传递所引起的电压升高。第10章供配电系统的安全技术内部过电压又分为操作过电压和谐振过电压等形式。操作过电压是由于系统中的开关操作、负荷骤变或由于故障出现断续性电弧而引起的过电压。谐振过电压是由于系统中的电路参数(R、L、C)在特定组合时发生谐振而引起的过电压。内部过电压的能量来源于电网本身。经验证明，内部过电压一般不会超过系统正常运行时额定电压的33.5倍，对线路和电气设备的威胁不是
7、很大。第10章供配电系统的安全技术2)雷电过电压雷电过电压又称为大气过电压，它是由于电力系统内的设备或建筑物遭受直接雷击或雷电感应而产生的过电压。由于引起这种过电压的能量来源于外界，因此又称为外部过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波其电压幅值可高达上亿伏，其电流幅值可高达几十万安，因此对电力系统危害极大，必须采取有效措施加以防护。第10章供配电系统的安全技术雷电过电压的基本形式有三种。(1)直击雷过电压。雷电直接击中电气设备、线路或建筑物时，强大的雷电流通过该物体泄入大地，在该物体上会产生较高的电位降，这种雷电过电压称为直击雷过电压。雷电流通过被击物体时，将产生有破坏作用的热效应和机械效应，相伴
8、的还有电磁效应和对附近物体的闪络放电(称为雷电反击或二次雷击)。(2)感应过电压。当雷云在架空线路(或其他物体)上方时，会使架空线路上感应出异性电荷。雷云对其他物体放电后，架空线路上的电荷被释放，形成自由电荷流向线路两端，将会产生很高的过电压。高压架空线路上的感应过电压可达几十万伏，低压线路可达几万伏。第10章供配电系统的安全技术(3)雷电波侵入。由于直击雷或感应雷而产生的高电位雷电波沿架空线路或金属管道侵入变配电所或用户，因而会造成危害。据统计，供电系统中由于雷电波侵入而造成的雷害事故在整个雷害事故中占50%以上。因此，对雷电波侵入的防护问题应予以足够的重视。第10章供配电系统的安全技术10
9、.2.2 防雷设备防雷设备一个完整的防雷设备一般由接闪器或避雷器、引下线和接地装置三个部分组成。而防雷的主要功能是由接闪器或避雷器完成的，因此下面介绍这部分内容。1.接闪器接闪器接闪器就是专门用来接受直接雷击的金属物体。接闪器的金属杆称为避雷针；接闪器的金属线称为避雷线或架空地线；接闪器的金属带、金属网分别称为避雷带、避雷网。所有接闪器都必须经过引下线与接地装置相连。它们都是利用其高出被保护物的突出地位，把雷电引向自身，然后通过引下线和接地装置把雷电流泄入大地，使被保护的线路、设备和建筑物免受雷击。第10章供配电系统的安全技术1)避雷针避雷针的功能实质上是引雷。由于避雷针高出被保护物，又与大地
10、相连，当雷云先导接近时，它与雷云之间的电场强度最大，因而可将雷云放电的通路吸引到避雷针本身，并经引下线和接地装置将雷电流安全地泄放到大地中去，使被保护物体免受直接雷击。所以，避雷针实质上是引雷针，它把雷电波引入地下，从而保护了线路、设备及建筑物等。避雷针一般用镀锌圆钢或镀锌焊接钢管制成。它通常安装在构架、支柱或建筑物上，其下端经引下线与接地装置焊接。第10章供配电系统的安全技术避雷针的保护范围以其能防护直击雷的空间来表示，按新颁布的国家标准采用“滚球法”来确定。所谓“滚球法”，就是选择一个半径为hr(滚球半径)的球体，沿需要防护直击雷的部分滚动，如果球体只触及接闪器或者接闪器和地面，而不触及需
11、要保护的部位，则该部位就在这个接闪器的保护范围之内。滚球半径是按建筑物的防雷类别来确定的，见表10-2。第10章供配电系统的安全技术第10章供配电系统的安全技术单支避雷针的保护范围如图10-1所示，可通过下列方法来确定。(1)当避雷针高度hhr时，在距地面hr处作一平行于地面的平行线。以避雷针的针尖为圆心、hr为半径，作弧线交平行线于A、B两点。以A、B为圆心，hr为半径作弧线，该弧线与针尖相交，并与地面相切。由此弧线起到地面止的整个锥形空间就是避雷针的保护范围。避雷针在被保护物高度hx的xx平面上的保护半径rx可按式(10-1)来计算，即 (10-1)式中，hr为滚球半径，其值按表10-2确
12、定。)2()2(xrxxxhhhhhhr第10章供配电系统的安全技术(2)当避雷针高度hZhr时，在避雷针上取高度hr处的一点代替避雷针的针尖作为圆心。其余做法如同hhr时的情况。【例10-1】某厂一座高30 m的水塔边建有一个水泵房(属第三类防雷建筑物)，尺寸如图10-2所示，水塔上安装一支高2 m的避雷针。试问此避雷针能否保护水泵房。第10章供配电系统的安全技术图10-2 避雷针的保护范围第10章供配电系统的安全技术解：查表10-2可得，滚球半径hr=60 m，而避雷针的高度h=30+2=32 m，hx=6 m，根据式(10-1)可得避雷针的保护半径为水泵房在hx=6 m高度上最远屋角距离
13、避雷针的水平距离为由此可见，水塔上的避雷针能保护水泵房。关于两支及多支避雷针的保护范围可查阅GB50057-1994修订本或有关设计手册，此处从略。m9.26)6602(6)32602(32xrxrrm7.185)612(22第10章供配电系统的安全技术2)避雷线避雷线架设在架空线路的上边，用来保护架空线路或其他物体(包括建筑物)免遭直接雷击。由于避雷线既架空又接地，因此又称为架空地线。避雷线的原理和功能与避雷针基本相同。3)避雷带和避雷网避雷带和避雷网普遍用来保护较高的建筑物免受雷击。避雷带一般沿屋顶周围装设，高出屋面100150 mm，支持卡间距离11.5 m。装在烟囱、水塔顶部的环状避雷
14、带又叫避雷环。避雷网除沿屋顶周围装设外，当需要时还可在屋顶上面用圆钢或扁钢纵横连接成网。避雷带和避雷网必须经引下线与接地装置可靠连接。第10章供配电系统的安全技术2.避雷器避雷器避雷器用来防止雷电所产生的大气过电压沿架空线路侵入变电所或其他建筑物，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘耐压值，如图10-3所示。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙被击穿，使过电压对地放电，从而保护设备的绝缘。避雷器的类型主要有管型、阀型和金属氧化物等。第10章供配电系统的安全技术图10-3 避雷器的连接第10章供配电系统的安
15、全技术1)管型避雷器管型避雷器主要由产气管、内部间隙和外部间隙组成，其结构如图10-4所示。当线路上遭到雷击或感应雷时，雷电过电压使管型避雷器的内部间隙s1与外部间隙s2击穿，强大的雷电流通过接地装置泄入大地，将过电压限制在避雷器的放电电压值内。由于避雷器放电时内阻接近于零，因此其残压极小，但工频续流极大。雷电流和工频续流使管子内部间隙发生强烈电弧，在电弧高温作用下，管内壁材料燃烧并产生大量灭弧气体，灭弧腔内压力急剧增大，高压气体从喷口喷出，产生强烈的吹弧作用，将电弧熄灭。这时外部间隙的空气恢复绝缘，使避雷器与系统隔离，恢复正常运行状态，电力网正常供电。管型避雷器主要用于变配电所的进线保护和线
16、路绝缘薄弱点的保护。保护性能较好的管型避雷器可用于保护配电变压器。第10章供配电系统的安全技术图10-4 管型避雷器第10章供配电系统的安全技术2)阀型避雷器阀型避雷器主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的磁套管内。阀型避雷器的火花间隙组是由多个单间隙串联组成的。正常运行时，间隙介质处于绝缘状态，仅有极小的泄漏电流通过阀片。当系统出现雷电过电压时，火花间隙很快被击穿，雷电冲击电流很容易通过阀性电阻而泄入大地，释放过电压负荷，阀片在大的冲击电流下其电阻由高变低，所以冲击电流在阀片上产生的压降(残压)较低。此时，作用在被保护设备上的电压只是避雷器的残压，从而使电气设备得到了保护。高、低压阀型避雷器的
17、外形结构如图10-5所示。阀型避雷器广泛应用于交直流系统中，保护变配电所设备的绝缘。第10章供配电系统的安全技术图10-5 高、低压阀型避雷器(a)FS4-10型；(b)FS-0.38型第10章供配电系统的安全技术3)金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器是以氧化锌电阻片为主要元件的一种新型避雷器。它分为有火花间隙和无火花间隙两种。无火花间隙的金属氧化物避雷器其瓷套管内的阀电阻片是由氧化锌等金属氧化物烧结而成的多晶半导体陶瓷元件，具有理想的伏安特性。在工频电压下，阀电阻片具有极大的电阻，能迅速有效地阻断工频电流，因此不需要火花间隙来熄灭由工频续流引起的电弧；在雷电过电压的作用下，阀电阻片的电阻变得很
18、小，能很好地泄放雷电流。有火花间隙的金属氧化物避雷器与前述的阀型避雷器类似，只是普通阀型避雷器采用的是碳化硅阀电阻片，而这种金属氧化物避雷器采用的是氧化锌电阻片，其非线性更优异，有取代碳化硅阀型避雷器的趋势。目前，氧化物避雷器广泛应用于高、低压设备的防雷保护。Y5W无间隙金属氧化物避雷器的外形结构如图10-6所示。第10章供配电系统的安全技术图10-6 Y5W无间隙金属氧化物避雷器第10章供配电系统的安全技术10.2.3 防雷措施防雷措施1.架空线的防雷保护架空线的防雷保护(1)架设避雷线是架空线防雷的有效措施，但造价高，因此只在66 kV及66 kV以上的架空线路上才全线装设。对于35 kV
19、的架空线路，一般只在进出变配电所的一段线路上装设。而10 kV及10 kV以下的线路则一般不装设避雷线。(2)提高线路本身的绝缘水平。在架空线路上，可采用木横担、瓷横担或高一级电压的绝缘子，以提高线路的防雷水平，这是10 kV及10 kV以下架空线路防雷的基本措施。第10章供配电系统的安全技术(3)利用三角形排列的顶线兼作防雷保护线。由于310 kV的线路是中性点不接地系统，因此可在三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙。在出现雷压时，顶线绝缘子上的保护间隙被击穿，通过其接地引下线对地泄放雷电流，从而保护了下面的两根导线，也不会引起线路断路器跳闸。(4)尽量装设自动重合闸装置。线路在发生雷击闪络
20、时之所以跳闸，是因为闪络造成的电弧形成了短路。当线路断开后，电弧将熄灭，而把线路再接通时，一般电弧不会重燃，因此重合闸能缩短停电时间。(5)装设避雷器和保护间隙来保护线路上个别绝缘薄弱地点，包括个别特别高的杆塔、带拉线的杆塔、跨越杆塔、分支杆塔、转角杆塔以及木杆线路中的金属杆塔等处。第10章供配电系统的安全技术对于低压(220/380 V)架空线路的保护一般可采取如下措施：(1)在多雷地区，当变压器采用Yyno接线时，应在低压侧装设阀型避雷器或保护间隙。当变压器低压侧中性点不接地时，应在其中性点装设击穿保险器。(2)对于重要用户，应在低压线路进入室内前50 m处安装一组低压避雷器，进入室内后再
21、安装一组低压避雷器。(3)对于一般用户，可在低压进线第一支持物处装设低压避雷器或击穿保险器。第10章供配电系统的安全技术2.变配电所的防雷保护变配电所的防雷保护(1)变配电所防直击雷保护。装设避雷针可保护整个变配电所建筑物免遭直击雷。避雷针可以单独立杆，也可利用户外配电装置的构架。(2)变配电所进线防雷保护。35 kV电力线路一般不采用全线装设避雷线来防直击雷，但为防止变电所附近线路在受到雷击时，雷电压沿线路侵入变电所内损坏设备，需在进线12 km段内装设避雷线，使该段线路免遭直接雷击。为使避雷线保护段以外的线路在受到雷击时侵入变电所内的过电压有所限制，一般可在避雷线两端处的线路上装设管型避雷
22、器。进线防雷保护的接线方式如图10-7所示。当保护段以外的线路受到雷击时，雷电波到管型避雷器F1处即对地放电，降低了雷电过电压值。管型避雷器F2的作用是防止雷电侵入波在断开的断路器QF处产生过电压击毁断路器。第10章供配电系统的安全技术310 kV配电线路的进线防雷保护可以在每路进线终端装设FZ型或FS型阀型避雷器，以保护线路断路器及隔离开关，如图10-8中的F1、F2。如果进线是电缆引入的架空线路，则应在架空线路终端靠近电缆头处装设避雷器，其接地端与电缆头外壳相连后接地。第10章供配电系统的安全技术(3)配电装置防雷保护。为防止雷电冲击波沿高压线路侵入变电所，对所内设备造成危害，特别是价值最
23、高但绝缘相对薄弱的电力变压器，在变配电所每段母线上都装设一组阀型避雷器，并应尽量靠近变压器，距离一般不应大于5 m，如图10-7和图10-8中的F3。避雷器的接地线应与变压器低压侧接地中性点及金属外壳连在一起接地，如图10-9所示。第10章供配电系统的安全技术图10-7 35 kV变配电所进线防雷保护第10章供配电系统的安全技术图10-8 310 kV变配电所进线防雷保护第10章供配电系统的安全技术图10-9 电力变压器的防雷保护及其接地系统第10章供配电系统的安全技术3.高压电动机的防雷保护高压电动机的防雷保护工厂企业的高压电动机一般从厂区610 kV高压配电网直接受电。高压电动机对雷电波侵
24、入的保护不能采用普通的阀型避雷器，应采用FCD型磁吹阀型避雷器或具有串联间隙的金属氧化物避雷器。对于定子绕组中性点不能引出的高压电动机，为了降低侵入电动机的雷电波陡度，减轻危害，可采用如图10-10所示的接线，即在电动机前面加一段100150 m的引入电缆，并在电缆前的电缆头处安装一组管型或普通阀型避雷器，而在电动机电源端(母线上)安装一组并联有电容器的磁吹阀型避雷器，这样可以提高防雷效果。第10章供配电系统的安全技术图10-10 高压电动机的防雷保护第10章供配电系统的安全技术4.建筑物的防雷保护建筑物的防雷保护根据发生雷电事故的可能性和后果，建筑物可分为三类。第一类防雷建筑物是制造、使用或
25、储存爆炸物质，电火花会引起爆炸而造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第二类防雷建筑物是制造、使用或储存爆炸物质，电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡的建筑物；第三类防雷建筑物是除第一、二类建筑物以外的存在爆炸、火灾危险的场所，如年预计雷击次数大于0.06的一般工业建筑物，年预计雷击次数为0.060.3的一般性民用建筑物以及1520 m以上的孤立高耸的建筑物(如烟囱、水塔)。第10章供配电系统的安全技术第一类防雷建筑物和第二类防雷建筑物中有爆炸危险的场所，应有防直击雷、防感应雷和防雷电波侵入的措施。第二类防雷建筑物(除有爆炸危险者外)及第三类防雷建筑物应有防直击雷和防雷电波侵入的措施。对建
26、筑物屋顶易受雷击的部位应装设避雷针或避雷带(网)进行直击雷防护。屋顶上装设的避雷带(网)一般应经2根引下线与接地装置相连。为防直击雷或感应雷沿低压架空线侵入建筑物，使人和设备免遭损失，一般应将入户处或进户线电杆的绝缘子铁脚接地，其接地电阻应不大于30，入户处的接地应和电气设备的保护接地装置相连。第10章供配电系统的安全技术10.3 供配电系统的接地供配电系统的接地10.3.1 接地的作用及概念接地的作用及概念接地的主要作用有两种：一种是保证电力系统和用电设备能够正常工作；另一种是保障设备及人身安全，防止间接触电事故的发生。第10章供配电系统的安全技术1.接地和接地装置接地和接地装置电气设备的某
27、部分与土壤之间作良好的电气连接，称为接地。埋入地中与土壤直接接触的金属物体，称为接地体或接地极。专门为接地而人为装设的接地体称为人工接地体。兼作接地体的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备接地部分的导线，称为接地线。接地线和接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中互相连接而组成的总体，称为接地网。接地网中的接地线又可分为接地干线和接地支线，如图10-11所示。按规定，接地干线应采用不少于两根导线在不同地点与接地网连接。第10章供配电系统的安全技术图10-11 接地网示意图第10章供配电系统的安全技术2.接地电流和对地电压接地电流和
28、对地电压当电气设备发生接地故障时，电流就通过接地体向大地作半球形散开，该电流称为接地电流，用IE表示。由于在距接地体越远的地方球面越大，因此距接地体越远的地方散流电阻越小，其电位分布曲线如图10-12所示。实验证明，在距单根接地体或接地故障点20 m左右的地方，实际上散流电阻已趋于零，也就是说，这里的电位已趋近于零。此处电位为零的地方称为电气上的“地”或“大地”。电气设备的接地部分(如接地的外壳和接地体等)与零电位的“大地”之间的电位差就称为接地部分的对地电压，如图10-12中的UE。第10章供配电系统的安全技术图10-12 接地电流、对地电压及接地电流电位分布曲线第10章供配电系统的安全技术
29、3.接触电压和跨步电压接触电压和跨步电压人站在发生接地故障的设备旁边，手触及设备的外露可导电部分，此时人所接触的两点(如手与脚)之间所呈现的电位差称为接触电压Utou；人在接地故障点周围行走，两脚之间所呈现的电位差称为跨步电压Ustep，如图10-13所示。跨步电压的大小与离接地点的远近及跨步的长短有关，越靠近接地点，跨步越长，则跨步电压就越高，一般离接地点达20 m时，跨步电压通常为零。第10章供配电系统的安全技术图10-13 接触电压和跨步电压第10章供配电系统的安全技术10.3.2 接地的类型接地的类型供配电系统和电气设备的接地按其功能可分为工作接地、保护接地和重复接地三大类。1.工作接
30、地工作接地是为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而进行的一种接地，例如电源中性点的接地、防雷装置的接地等。2.保护接地由于绝缘受到损坏，因此在正常情况下不带电的电力设备外壳有可能带电。为了保障人身安全，将电力设备在正常情况下不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，这种连接即称为保护接地。第10章供配电系统的安全技术低压配电系统按保护接地形式的不同可分为TN系统、IT系统和TT系统。1)TN系统TN系统是电源中性点直接接地的三相四线制或五线制系统的保护接地。系统引出有中性线(N)、保护线(PE)或保护中性线(PEN)。在TN系统中，所有设备的外露可导电部分(正常时不带电)均接公共保护线(P
31、E)或保护中性线(PEN)。TN系统又分为以下三种情况。(1)TN-C系统：系统的中性线N与保护线PE合在一起成为保护中性线PEN，电气设备不带电金属部分与PEN相连，如图10-14(a)所示。该接线保护方式适用于三相负荷比较平衡且单相负荷不大的场所，在低压设备接地保护中使用相当普遍。第10章供配电系统的安全技术图10-14 低压配电的TN系统(a)TN-C系统；(b)TN-S系统；(c)TN-C-S系统第10章供配电系统的安全技术(2)TN-S系统：配电线路中性线N与保护线PE分开，电气设备的金属外壳接在保护线PE上，如图10-14(b)所示。在正常情况下，PE线上没有电流流过，不会对接在P
32、E线上的其他设备产生电磁干扰。这种系统适用于环境条件较差、安全可靠性要求较高以及设备对电磁干扰要求较严的场所。第10章供配电系统的安全技术(3)TN-C-S系统：该系统是TN-C和TN-S系统的综合，电气设备大部分采用TN-C系统接线，在设备有特殊要求的场合，局部采用专设保护线接成TN-S形式，如图10-14(c)所示。该系统兼有TN-C和TN-S系统的特点，常用于配电系统末端环境条件较差或有数据处理等设备的场所。在TN系统中，当某相相线因绝缘损坏而与电气设备外壳相碰时，将会形成单相短路电流。由于该回路内不包括任何接地电阻，因此整个回路的阻抗很小，故障电流很大，会在很短的时间内引起熔断器熔断或
33、自动开关跳闸而切断短路故障，从而起到保护作用。在TN系统中，我国习惯上将设备外露可导电部分经配电系统中公共PE线或PEN线接地的形式称为“保护接零”。第10章供配电系统的安全技术2)TT系统TT系统是中性点直接接地的三相四线制系统中的保护接地。配电系统的中性线N引出，但电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置直接接地，与系统接地线不发生关系，如图10-15(a)所示。第10章供配电系统的安全技术图10-15 TT系统及保护接地功能示意图第10章供配电系统的安全技术当设备发生一相接地故障时，就会通过保护接地装置形成单相短路电流(如图10-15(b)所示)。由于电源相电压为220 V，如按电源中性
34、点工作接地电阻为4、保护接地电阻为4 计算，则故障回路将产生27.5 A的电流。这么大的故障电流，对于容量较小的电气设备而言，所选用的熔丝将会熔断或使自动开关跳闸，从而切断电源，保障人身安全。但是，对于容量较大的电气设备，因所选用的熔丝或自动开关的额定电流较大，所以不能保证切断电源，也就无法保障人身安全，这是保护接地方式的局限性。这种局限性可通过加装漏电保护开关来弥补，以完善保护接地的功能。)1(kI第10章供配电系统的安全技术3)IT系统IT系统是在中性点不接地或经1 k阻抗接地的三相三线制系统中的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分经各自的接地装置单独接地，如图10-16(a)所示。当电
35、气设备因故障金属外壳带电时，接地电容电流分别经接地体和人体两条支路通过，如图10-16(b)所示。由于人体电阻与接地电阻并联，且其阻值远大于接地电阻值，因此通过人体的故障电流远远小于流经接地电阻的电流，极大地减少了触电的危害程度。必须指出，在同一低压系统中，保护接地和保护接零不能混用。否则，当采取保护接地的设备发生故障时，危险电压将通过大地串至零线及采用保护接零的设备外壳上。第10章供配电系统的安全技术图10-16 IT系统及保护接地功能示意图(a)IT系统；(b)一相接地时的故障电流第10章供配电系统的安全技术3.重复接地重复接地在电源中性点直接接地系统中，为确保公共PE线或PEN线安全可靠
36、，除在中性点进行工作接地外，还应在PE线或PEN线的下列地方进行重复接地：在架空线路终端及沿线每1 km处；电缆和架空线引入车间或大型建筑物处。如不重复接地，则当PE线或PEN线断线且有设备发生单相接地故障时，接在断线后面的所有设备外露可导电部分都将呈现接近于相电压的对地电压，即UEU，如图10-17(a)所示，这是很危险的。如进行重复接地，如图10-17(b)所示，则当发生同样故障时，断线后面的设备外露可导电部分的对地电压为，危险程度将大大降低。URIUEEE第10章供配电系统的安全技术图10-17 重复接地功能示意图(a)没有重复接地的系统；(b)采用重复接地的系统第10章供配电系统的安全
37、技术10.3.3 电气装置的接地与接地电阻的要求电气装置的接地与接地电阻的要求1.电气装置的接地电气装置的接地根据我国国家标准规定，电气装置应接地的金属部位有如下几种：(1)电机、变压器、电器、携带式或移动式用具等的金属底座和外壳；(2)电气设备的传动装置；(3)室内外装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门；(4)配电、控制、保护用的屏及操作台等的金属框架和底座；(5)交、直流电力电缆的接头盒、终端头、膨胀器的金属外壳、电缆的金属保护层、可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管；(6)电缆桥架、支架和井架；第10章供配电系统的安全技术(7)装有避雷线的电力线路杆塔；(8)装在配
38、电线路杆上的电力设备；(9)在非沥青地面的居民区内，无避雷线的小接地电流架空线路的金属杆塔和钢筋混凝土杆塔；(10)电除尘器的构架；(11)封闭母线的外壳及其他裸露的金属部分；(12)六氟化硫封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体；(13)电热设备的金属外壳；(14)控制电缆的金属保护层。第10章供配电系统的安全技术2.接地电阻的要求接地电阻的要求接地体与土壤之间的接触电阻以及土壤的电阻之和称为散流电阻；散流电阻加上接地体和接地线本身的电阻称为接地电阻。对接地装置的接地电阻进行限定，实际上就是限制接触电压和跨步电压，保证人身安全。电力装置的工作接地电阻应满足以下几个要求。(1)在电压为1000
39、V以上的中性点接地系统中，电气设备应实行保护接地。由于系统中性点接地，因此当电气设备绝缘击穿而发生接地故障时，将形成单相短路，由继电保护装置将故障部分切除，为确保可靠动作，此时接地电阻RE0.5。第10章供配电系统的安全技术(2)在电压为1000 V以上的中性点不接地系统中，由于系统中性点不接地，因此当电气设备绝缘击穿而发生接地故障时，一般不跳闸而是发出接地信号。此时，电气设备外壳对 地电压为REIE，IE为接地电容电流。当这个接地装置单独用于1000 V以上的电气设备时，为确保人身安全，取REIE为250 V，同时还应满足设备本身对接地电阻的要求，即 同时EE250IR 10ER第10章供配
40、电系统的安全技术当这个接地装置与1000 V以下的电气设备公用时，考虑到1000V以下设备具有分布广、安全要求高的特点，所以取 (10-3)同时还应满足1000 V以下设备本身对接地电阻的要求。EE125IR 第10章供配电系统的安全技术(3)在电压为1000 V以下的中性点不接地系统中，考虑到其对地电容通常都很小，因此，规定RE4，即可保证安全。对于总容量不超过100 kVA的变压器或由发电机供电的小型供电系统，其接地电容电流更小，所以规定RE10。(4)在电压为1000 V以下的中性点接地系统中，电气设备实行保护接零。当电气设备发生接地故障时，由保护装置切除故障部分，但为了防止零线中断时产
41、生危害，故仍要求有较小的接地电阻，规定RE4。同样对总容量不超过100 kVA的小系统可采用RE10。第10章供配电系统的安全技术10.3.4 接地电阻的装设接地电阻的装设接地体是接地装置的主要部分，它的选择与装设是保证接地电阻符合要求的关键。1.自然接地体自然接地体利用自然接地体不但可以节约钢材，节省施工费用，还可以降低接地电阻，因此有条件的应当优先利用自然接地体。经实地测量，可利用的自然接地体其接地电阻如果能满足要求，而且又满足热稳定条件，就不必再装设人工接地装置，否则应增加人工接地装置。第10章供配电系统的安全技术凡是与大地有可靠而良好接触的设备或构件，大都可用作自然接地体，如：(1)与
42、大地有可靠连接的建筑物的钢结构、混凝土基础中的钢筋；(2)敷设于地下而数量不少于两根的电缆金属外皮；(3)敷设在地下的金属管道及热力管道，输送可燃性气体或液体(如煤气、石油)的金属管道除外。利用自然接地体必须保证良好的电气连接。在建筑物钢结构结合处凡是用螺栓连接的，只有在采取焊接与加跨接线等措施后方可利用。第10章供配电系统的安全技术2.人工接地体人工接地体当自然接地体不能满足接地要求或无自然接地体时，应装设人工接地体。人工接地体大多采用钢管、角钢、圆钢和扁钢制作。一般情况下，人工接地体都采取垂直敷设，特殊情况如多岩石地区，可采取水平敷设。垂直敷设的接地体的材料常用直径为50 mm、长为2.5
43、 m的钢管，或者40 mm40 mm4 mm50 mm50 mm6 mm的角钢。水平敷设的接地体常采用厚度不小于4 mm、截面不小于100 mm2的扁钢或直径不小于10 mm的圆钢，长度宜为520 m。如果接地体敷设处土壤有较强的腐蚀性，则接地体应镀锌或镀锡并适当加大截面，不能采用涂漆或涂沥青的方法防腐。第10章供配电系统的安全技术3.变配电所和车间的接地装置的装设变配电所和车间的接地装置的装设由于单根接地体周围地面电位分布不均匀，在接地电流或接地电阻较大时，容易使人受到危险的接触电压或跨步电压的威胁。因此，在变配电所及车间内应尽可能采用环路式接地装置，如图10-18所示，即在变配电所和车间建
44、筑物四周，距墙脚23 m处打入一圈接地体，再用扁钢连成环路。这样，接地体间的散流电场将相互重叠而使地面上的电位分布较为均匀，因此，跨步电压及接触电压就很低。当接地体之间的距离为接地体长度的13倍时，这种效应更明显。若接地区域范围较大，则可在环路式接地装置范围内，每隔510 m宽度增设一条水平接地带作为均压连接线，该均压连接线还可用作接地干线，以使各被保护设备的接地线连接更为方便可靠。在经常有人出入的地方，应加装帽檐式均压带或采用高绝缘路面。第10章供配电系统的安全技术图10-18 加装均压带的环路式接地装置第10章供配电系统的安全技术10.3.5 接地电阻的计算接地电阻的计算1.工频接地电阻的
45、计算工频接地电阻的计算 工频接地电流流经接地装置时所呈现的接地电阻，称为工频接地电阻，可按表10-3中的公式进行计算。第10章供配电系统的安全技术第10章供配电系统的安全技术2.冲击接地电阻的计算冲击接地电阻的计算 雷电流经接地装置泄入大地时所呈现的接地电阻，称为冲击接地电阻。当强大的雷电流泄入大地时，土壤会被雷电波击穿并产生火花，使散流电阻显著降低，因此，冲击接地电阻一般小于工频接地电阻。冲击接地电阻REsh可按式(10-4)来进行计算：(10-4)式中，RE为工频接地电阻；为换算系数，其值可由图10-19确定。EEshRR第10章供配电系统的安全技术图10-19 确定换算系数的曲线第10章
46、供配电系统的安全技术图10-19中的le为接地体的有效长度，应按式(10-5)来进行计算(单位为m)：(10-5)式中，为土壤电阻率，单位为m。图10-20中，对于单根接地体，l为其实际长度；对于分支线的接地体，l为其最长分支线的长度；对于环形接地体，l则为其周长的一半。如果lel，则取le1，即。2el第10章供配电系统的安全技术图10-20 接地体的长度和有效长度(a)单根水平接地体；(b)末端接垂直接地体的单根水平接地体；(c)多根水平接地体；(d)接多根垂直接地体的多根水平接地体(l1l,l2l,l3l)第10章供配电系统的安全技术3.接地装置的设计计算接地装置的设计计算在已知接地电阻
47、要求值的前提下，所需接地体根数的计算可按下列步骤进行：(1)按设计规范要求，确定允许的接地电阻值RE。(2)实测或估算可以利用的自然接地体的接地电阻RE(nat)。(3)计算需要补充的人工接地体的接地电阻RE(man)，即(10-6)若不考虑自然接地体，则RE(man)=RE(4)根据设计经验，初步安排接地体的布置，确定接地体和连接导线的尺寸。(5)计算单根接地体的接地电阻RE(1)。EE(nat)EE(nat)E(man)RRRRR第10章供配电系统的安全技术(6)用逐步渐近法计算接地体的数量，即(10-7)式中，E为接地体的利用系数。(7)校验短路热稳定度。对于大电流接地系统中的接地装置，
48、应进行单相短路热稳定校验。由于钢线的热稳定系数C70，因此接地钢线的最小允许截面(mm2)为 (10-8)式中，为单相接地短路电流，单位为A，为计算方便，可取为三相短路电流；tk为短路电流持续时间，单位为s。E(man)EE(1)RRn70k)1(kmintIA)1(kI第10章供配电系统的安全技术【例10-2】某车间变电所变压器容量为630 kVA，电压为100.4 kV，接线组为Yyno，与变压器高压侧有联系的架空线路长100 km，电缆线路长10 km，装设地土质为黄土，可利用的自然接地体其实测电阻为20。试确定此变电所公共接地装置的垂直接地钢管和连接扁钢。解解：(1)确定接地电阻要求值
49、。由式(1-5)可求得接地电流为由附表19-1可确定，此变电所公共接地装置的接地电阻应满足以下两个条件：比较上面两式，总接地电阻应满足RE4。A9.12350)1035100(100CEII3.99.12120120EEIR4ER第10章供配电系统的安全技术(2)计算需要补充的人工接地体的接地电阻，即(3)接地装置方案初选。采用环路式接地网，初步考虑围绕变电所建筑四周打入一圈钢管接地体，钢管直径为50 mm，长为2.5 m，间距为7.5 m，管间用40 mm4 mm的扁钢连接。(4)计算单根钢管接地电阻。查附表19-2可得，黄土的电阻率=200/m，则单根钢管的接地电阻为5420420EE(n
50、at)EE(nat)E(man)RRRRR805.2200E(1)R第10章供配电系统的安全技术(5)确定接地钢管数和最后接地方案。根据RE(1)/RE(man)=80/5=16，同时考虑到管间屏蔽效应，初选24根钢管作接地体。以n=24和/l=3去查附表19-4，得E0.70，因此 考虑到接地体应均匀对称布置，最后确定用24根直径为50mm，长为2.5 m的钢管作接地体，管间距为7.5 m，用40mm4 mm的扁钢连接，环形布置，附加均压带。2357.080E(man)EE(1)RRn第10章供配电系统的安全技术10.3.6 接地装置平面布置图示例接地装置平面布置图示例接地装置平面布置图是表
