1、第七章第七章 防雷，接地和电气安全防雷，接地和电气安全第一节第一节 防雷防雷一，雷电的形成和危害一，雷电的形成和危害1.雷电的形成雷电的形成雷雷云与大地凸出物相互接近到一定距离时,将会发生激烈放电出现强烈闪光（闪电）空气受热急剧膨胀,随之发生爆炸的轰鸣声（雷鸣）2.雷电的危害 热性质的破坏作用：巨大的雷电流通过导体,在极短时间内会产生大量热能,易金属熔化飞溅造成火灾和爆炸事故。机械性质的破坏作用：当雷电通过被击物时,在被击物缝隙中的气体剧烈膨胀,缝隙中的水分剧烈蒸发,致使被击物破坏或爆炸。电性质的破坏作用：雷电引起：a.直击雷 遭受直击雷击时产生的过电压 b.感应雷 雷电对设备、线路或其它物体
2、的静电感应或电磁感应所引起的过电压。c.雷电侵入波在导线上感应产生的冲击电压波，它沿着导线以光速向两侧流动，故又称为过电压行波。过电压和电流成为造成损坏电气设备的绝缘,烧断电线或劈裂等事故。二二.防雷保护装置防雷保护装置1.避雷针避雷针一般采用镀锌圆钢（针长1m以下时，直径不小于12mm；针长12m时，直径不小于16mm），或镀锌钢管（针长1m以下时，直径不小于20mm，针长12m时，直径不小于25mm）制成。它通常安装在电杆、构架或建筑物上。它的下端通过引下线与接地装置可靠连接，如图所示。避雷针的功能实质是引雷作用。它能对雷电场产生一个附加电场（该附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的
3、），使雷电场畸变，从而改变雷云放电的通道。雷云经避雷针、引下线和接地装置，泄放到大地中去，使被保护物免受直击雷击。hx为被保护物高度，单位m；ha（ha=h-hx）为避雷针的有效高度，单位m；p为高度影响系数，当h30m时，p=1；当30mh120m时，避雷针的保护范围，以它能够防护直击雷的空间来表示。单支避雷针的保护范围，应按下列方法确定：避雷线是用来保护架空电力线路和露天配电装置免受直击雷的装置架设在架空线或建筑物上面。由悬挂在空中的接地导线、接地引下线和接地体等组成，既架空又接地，故称“架空地线”。作用和避雷针一样，将雷电引向自身，并安全导入大地。避雷线一般用截面不小于35mm2的镀锌钢
4、铰线。二二 避雷线避雷线单根避雷线的保护范围：由避雷线向下作与其垂直面成25角的两个斜面，在高度h/2处转折与地面上离避雷线水平距离为h的直线相连的平面，合起来构成屋脊式的保护范围。保护宽度rx可按下式计算：三三.避雷器避雷器 避雷器是用来防止雷电产生的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。它一般接于各段母线与架空线的进出口处，装在被保护设备的电源侧，与被保护设备并联。避雷器的类型有保护间隙，管式避雷器、阀式避雷器、金属氧化物避雷器等。图图 避雷器的连接避雷器的连接（1）保护间隙角形保护间隙（羊角避雷器）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
5、缘子双间隙 s-保护间隙 s1-主间隙 s2-辅助间隙保护间隙的结构 保护间隙又称角型避雷器或羊角避雷器，结构简单，维修方便，但保护性能较差，保护间隙只用于室外且负荷不重要的线路上。保护间隙工作原理 这种角形保护间隙又称羊角避雷器。其中一个电极接于线路，另一个电极接地。当线路侵入雷电波引起过电压时，间隙击穿放电，将雷电流泄入大地。为了防止间隙被外物（如鸟、兽、树枝等）短接而造成短路故障，通常在其接地引下线中还串接一个辅助间隙S2，如图所示。这样即使主间隙被物短接，也不致造成接地短路。ABCs2s1s1s1主间隙辅助间隙架空线路（2）管型避雷器 管型避雷器由产气管、内部间隙和外部间隙三部分组成。
6、而产气管由纤维、有机玻璃或塑料组成。它是一种灭弧能力很强的保护间隙。管型避雷器结构示意图1-产气管 2-棒形电极 3-环形电极 4-接地支座 5-管口 6-线路 s1-外部间隙 s2-内部间隙管型避雷器结构管型避雷器工作原理 当沿线侵入的雷电波幅值超过管型避雷器的击穿电压时，内、外间隙同时放电，内部间隙的放电电弧使管内温度迅速升高，管子内壁的纤维质分解出大量高压气体，由环形电极端面的管口5喷出，形成强烈纵吹，使电弧在电流第一次过零时就熄灭。这时外部间隙的空气迅速恢复了正常绝缘，使管型避雷器与供电系统隔离。熄弧过程仅为0.01s。（3）阀式避雷器 阀式避雷器，主要由火花间隙和阀片组成，装在密封的
7、瓷套管内。火花间隙用铜片冲制而成。每对间隙用厚0.51mm的云母垫圈隔开。正常情况下，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。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。能使雷电流顺畅地向大地泄放。当雷电过电压消失、线路上恢复工频电压时，阀片电阻又变得很大，使火花间隙的电弧熄灭、绝缘恢复而切断工频续流，从而恢复线路的正常运行。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
8、的限流作用是加速电弧熄灭的主要因素。图 a和b分别是FS4-10型高压阀式避雷器和FS-0.38型低压阀式避雷器的结构图。图 高低压普通阀式避雷器 a)FS4-10型 b)FS-0.38型 1-上接线端子 2-火花间隙 3-云母垫圈 4-瓷套管 5-阀电阻片 6-下接线端子一、一、接地和接地装置接地和接地装置 1、接地的有关概念 电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体接地体或接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体工接地体。兼作接地体用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
9、自然接地体。接地线与接地体的组合，称为接接地装置地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地接地网网。如右图所示。1接地体，2接地干线，3接地支线，4电气设备 第二节第二节 电气设备的接地电气设备的接地2接地装置的散流效应接地装置的散流效应 电气设备发生接地故障时，电流经接地装置流入大地并作半球形散开，这一 电流称接地电流。在距单根接地体或接地故障点约20m的地方，散流电阻已趋近于零，即其电位趋近于零，称为电气上的“地地”或“大地大地”。电气设备接地部分，如接地的外壳和接地体等，与零电位的“大地”之间的电位差，称对地电压，如图9-19中的UE。（1）接地电流和对地电压电
10、气设备的绝缘损坏时，在身体可同时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电气设备旁边，手触及设备的金属外壳，则人手与脚之间所呈现的电位差，即为接触电压接触电压（2）、接触电压和跨步电压 跨步电压跨步电压：在接地故障点附近行走时，两脚之间出现的电位差，越靠近接地故障点或跨步越大，跨步电压越大。离接地故障点达20m时，跨步电压为零。接地的种类接地的种类 接地接地工作接地工作接地保护接地保护接地重复接地重复接地二、电气设备的接地种类二、电气设备的接地种类1.工作接地工作接地 为保证电力系统和电气设备达到正常工作要求而必须进行的一种接地，例如电源中性点（或经消弧线圈）的接地、防雷装置的接
11、地等。各种工作接地有各自的功能！2.保护接地：保护接地：为了保障人身安全，将电力设备正常情况不带电的外壳与接地体之间作良好的金属连接，称为保护接地。保护接地作用的说明（在小电流接地系统中）如图，设备外壳未接地时，当绝缘损坏后，人触及外壳即与故障相对地电压接触，是相当危险的。有了保护接地后，则在发生故障时设备外壳上的对地电压将为：EEERIU式中，为单相接地电流；为接地装置的接地电阻。EIER 当人触及设备外壳时，接地电流将同时沿着接地体和人体两条通路流过，流过人体的电流为：EPEEPRRRII式中，为人体的电阻；为接地装置的接地电阻。ERPR结论：接地装置的接地电阻结论：接地装置的接地电阻 越
12、小，流过人体的电流就越小。越小，流过人体的电流就越小。只要适当的选择只要适当的选择 ，即可降低或免除人的触电危险。，即可降低或免除人的触电危险。ERER接地电阻 410TNTN系统系统TNTNC C系统系统TNTNS S系统系统TNTNC CS S系统系统整个系统的中性线整个系统的中性线N N与保护线与保护线PEPE是合在一起是合在一起的，电气设备不带电金属部分与之相连的，电气设备不带电金属部分与之相连。配电线路中性线配电线路中性线N N与保护线与保护线PEPE分开，电气设分开，电气设备的金属外壳接在保护线备的金属外壳接在保护线PEPE上。上。TN-CTN-C和和TN-STN-S系统的综合，电
13、气设备大部分系统的综合，电气设备大部分采用采用TN-CTN-C系统接线，系统接线，在设备有特殊要求场合局部采用专设保在设备有特殊要求场合局部采用专设保护线接成护线接成TN-STN-S形式形式 1.TN1.TN系统系统 对低压TN系统，由于其中所有设备的外露可导电部分均接公共PE线或PEN线，是采取保护接零，因此不存在保护接地电阻问题。2.TT2.TT系统系统 配电系统的中性线配电系统的中性线N引出，但电气设备的不带电引出，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金属部分经各自的接地装置直接接地。图图8.19 TT8.19 TT系统系统3.IT3.IT系统系统 电源小电流接地系统的保护
14、接地方式，电气设备的不电源小电流接地系统的保护接地方式，电气设备的不带电金属部分直接经接地体接地带电金属部分直接经接地体接地。图图8.20 8.20 电气设备的保护接地（电气设备的保护接地（ITIT系统）系统）4.4.重复接地重复接地 在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将在中性点直接接地的低压电力网中采用接零时，将零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为零线上的一点或多点再次与大地作金属性连接，称为重复接地重复接地。重复接地可在系统中发生碰壳短路时降低零重复接地可在系统中发生碰壳短路时降低零线的对地电压，减轻触电的危险。线的对地电压，减轻触电的危险。必须注意必须注意：同一低压配电
15、系统中，不能有的采取保护接地，有的又采取保护接零，否则当采取保护接地的设备发生单相接地故障时，采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电采取保护接零的设备外露可导电部分将带上危险的电压压，如上图所示。URRRRIUEEEEEEURRRRIUEEEEEE故障设备对地电压：系统中性点对地电压：第四节第四节 静电防护静电防护一一.工业静电的产生与危害工业静电的产生与危害1.产生静电的内因产生静电的内因 （1）物质溢出功不同物质都是由分子组成，分子是由原子组成，原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。在正常状况下，一个原子的质子数与电子数量相同，正负平衡，所以对外表现出不带电的现象。任何两种固体
16、物质，当两者作相距小于 2.5纳米的紧密接触时，在接触界面上会产生电子转移现象，这是由于各种物质溢出功的不同的缘故。两物质相接触时，溢出功较小的一方失去电子带正电，而另一方就获得电子带负电。（2）物质的电阻率不同。电阻率高的物体，其导电性能差，带电层中的电子移动较困难，构成了静电荷的集聚条件。（3）物质的介电常数（电容率）不同。在具体配置条件下，物体的电容与电阻结合起来决定了静电的消散规律。如果液体的介电常数大于20，并以连续性存在及接地，一般说来，无论是运输还是储存都不可能积累静电。2.产生静电的外因产生静电的外因1紧密的接触和迅速的分离任何物体的表面都是不光滑的，所谓的接触是多点接触，当接
17、触距离小于2.5纳米时，就有电子转移，即形成双电层。若分离得足够快，物体就带电。2附着带电。某种极性的离子或带电粉尘附着到与地绝缘的固体上，能使该固体带上静电或改变其带电状况。3感应起电。在工业生产中，存在带静电物体能使附近不相连的导体带电的现象。4极化起电。绝缘体在静电场内，其内部和表面能出现电荷，是极化作用的结果。5.流动带电流体与管道的摩擦6喷出带电。粉体、液体和气体从截面很小的开口喷出时，这些流动的物体与喷口激烈的摩擦，同时流体分子之间又相互碰撞，会产生大量的静电。7飞沫带电。喷在空间的液体，由于扩散和分离，出现了许多小滴组成的新的液面，产生静电。2008年2月18日16日晚10点半，
18、四川温江和宁街景阳巷37号院里传出一声巨响。44岁的杨云出门查看自制氢气瓶的情况，刚走出家门，爆炸突然发生了，杨云当场身亡。温江安监局工作人员分析：是杨云身上所穿腈纶衣服产生静电，引燃了泄漏的氢气导致惨剧发生。案例衣服静电引爆自制氢气阳台上被炸坏的天花板3.静电的危害静电的危害 2007年12月6日上午，兰州四名男子在用高压水枪对油罐车罐体内的残液进行清洗时，使罐体内残余的烈化油（一种工业添加剂）产生静电，导致整个车体突然发生爆炸起火，三名男子被炸伤，一名正在罐内清洗的男子被烧伤。案例静电引发油罐车爆炸（1）控制静电的产生）控制静电的产生:静电是由于摩擦和感应产生的，控制静电的产生应从这两方面
19、入手，a)操作静电敏感器件时，不要作无意义的运动、摩擦、接触；b)工位上不要存放不必要的绝缘体，如纸片、塑料杯、塑料袋等；c)设备接地良好；d)远离强电场（2,000V)300mm以上；e)用抗静电（Antistatic or Low charging）材料或 同种材料包装f)静电屏蔽（）控制静电的消散（）控制静电的消散 静电产生难以控制，一旦产生静电就要以适当速度泄放掉。可用两种方法消散电荷：泄漏法与复合中和法。二二.静电的防护静电的防护）泄漏法）泄漏法通过以下设施可将静电向大地泄放。a)地线：ohm(AC),将静电荷导入大地；b)防静电地板漆：109ohm(105109),将人体或物体上静
20、电导入地线，必须接地良好；c)防静电桌垫：109ohm(105109)，将人体或物体上静电导入地线，必须接地良好；d)腕带：x1061x107ohm，将人体静电引至地线；e)脚带：x1061x107ohm，将人体静电引至地线；f)防静电鞋：105108欧姆,将人体静电引至防静电地板漆；电地板必须接地良好。g)防静电服：1x105 1x1011 ohm,含钢丝,将人体 静电通过腕脚带导入地线，屏人体静电;注意：应接触皮肤，洗涤时不能柔搓 泄漏法消散静电一般只适用于导体，对于绝缘体上静电可采用泄漏法消散静电一般只适用于导体，对于绝缘体上静电可采用复合中和法加以消散。复合中和法加以消散。）复合中和法消散静电）复合中和法消散静电 用离子风吹绝缘体公司内常用防静电用品（装备）公司内常用防静电用品（装备）1、防静电腕带2、防静电台垫、防静电地垫3、防静电包装袋（软塑料）4、防静电硬塑料容器5、防静电条、管6、防静电毛刷7、防静电海绵8、离子吹风机、防静电气枪9、静电手环、静电鞋测试仪10、防静电服、防静电鞋、防静电帽、防静电手套11、防静电地板
