工厂供电第9章

第9章电气安全、防雷与接地

本章首先介绍过电压和雷电的有关概念以及防雷设备和防雷措施，然后介绍接地的有关概念及电气装置的接地和接地电阻，然后讲述接地装置的装设、计算以及低压配电系统的接地故障保护和等电位联接，最后讲述电气安全和触电急救的有关知识。

第9章电气安全、防雷与接地

⏹9.1 过电压与防雷

⏹9.2 电气设备的接地

⏹9.3 电气安全与触电急救

9.1 过电压与防雷

过电压是指在电气线路或电气设备上出现的超过正常工作要求的电压。可分为外部过电压（大气过电压）和内部过电压两大类。

9.1.1 过电压及雷电的有关概念

1、大气过电压

大气过电压是由于电力系统内的设备或建筑物遭受来自大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可高达1亿伏，其电流幅值可高达几十万安，供电系统的危害极大。

（1）雷电的形成

雷电是带有电荷的“雷云”之间或雷云对大地之间产生急剧放电的一种自

然现象。据观测，在地面上产生雷击的雷云多为负雷云。

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，使地面出现雷云的电荷极性相反的电荷。当两者在某一方位的电

场强度达到25～30kV／cm时，雷云就会开始向这一方位放电，形成一个导电的空气通道，称为雷电先导。先导相通道中的正、负电荷强烈吸引中和而产生强

大的雷电流，并伴有强烈的雷鸣电闪。这就是直击雷的主放电阶段，时间一般

约50～100μs。

（2）直接雷击

雷电直接击中电气设备或线路，其过电压引起强大的雷电流通过这些物体

放电入地，产生破坏性极大的热效应和机械效应，还有电磁脉冲和闪络放电。

（3）间接雷击

雷电未直接击中电力系统中的任何部分而是由雷对设备、线或其他物体的

静电感应所产生的过电压。

（4）雷电波侵入

雷电过电压还有一种是由于架空线路或金属管道遭受直接或间接雷击而引

起的过电压波，沿线路或管道侵入变配电所，这称为雷电波侵入或高电位侵入。据统计，其事故占整个雷害事故的50％～70％，因此对雷电波侵入的防护应予

以足够的重视。

架空线路在附近出现对地雷击时极易产生感应过电压。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，当雷云对地或其他雷云放电后，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，形成电位很高的过电压波，对供电系统危害也很大。

雷云对大地放电(直击雷)示意图架空线路上的感应过电压

2、雷电的有关概念

雷电流的幅值和陡度雷电流：是指流入雷击点的电流，它是一个幅值很大、陡度很高的冲击波电流，雷电流的陡度越大，产生的过电压越高。

年平均雷暴日数：凡有雷电活动的日子，包括看到雷闪和听到雷声，都称为雷暴日。年平均雷暴日数不超过15天的地区，称为少雷区；超过40天的地区，称为多雷区。

3、内部过电压

内部过电压是由于电力系统内的开关操作、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振荡而引起的过电压。

内部过电压又分操作过电压和谐振过电压等形式。一般不超过系统正常运行时相电压的3～4倍，因此对电力线路和电气设备绝缘的威胁不是很大。

9.1.2 防雷设备

1、避雷针、避雷线、避雷带和避雷网

避雷针一般采用镀锌圆钢或镀锌钢

管制成。它通常安装在电杆(支柱)或构

架、建筑物上，它的下端要经引下线与

接地装置连接。避雷针实质上是引雷针，

它把雷电流引入地下，从而保护了线路、

设备及建筑物等。

单支避雷针的保护范围，以它能防

护直击雷的空间来表示。如右图所示。

单支避雷针的保护范围(滚球法)→

避雷线（又称为架空地线）：一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线，架设在架空电力线路的上方，避雷线的功能和原理与避雷针基本相同。保护范围：具体计算299页或参阅设计规范。

避雷带和避雷网主要用来保护建筑物特别是高层建筑物免遭直击雷和感应雷。

2、避雷器

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。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧，如图所示。

当线路上出现危及设备绝缘的雷电

过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，

或由高阻变为低阻，使过电压对大地放

电，从而保护了设备的绝缘。

（1）阀式避雷器

阀式避雷器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，每对间隙用云母垫

圈隔开，在雷电过电压作用下，火花

间隙被击穿放电。阀片具有非线性特

性，正常电压下其电阻很大，而过电压下其电阻就变得很小，如右图所示。

阀式避雷器的组成部件及特性

a)单元火花间隙b)阀片c)阀电阻特性曲线

（2）管型避雷器

它由产气管、内部间隙和外部间隙等

三部分组成，如图所示。

1产气管，2内部电极，3外部电极，s1内部间隙，s2外部间隙

排气式避雷器具有简单经济、残压很

小的优点，但它动作时有电弧和气体从管

中喷出，因此它只适于室外架空场所，主要是架空线路上。

阀式避雷器还有一种磁吹磁式避雷器，内部附有磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，从而可进一步降低残压。专用来保护重要的或绝缘较为薄弱的设备。

（3）保护间隙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。

a)双支柱瓷瓶单间隙b)单支柱瓷瓶单间隙C)双支柱瓷瓶双间隙