雷电防护与接地装置的设计课件.ppt

1、 模块一 雷电防护模块二 接地装置的设计 雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护1.雷电的雷电的 形成形成 雷电雷电是一种常见的大气放电现象。是一种常见的大气放电现象。夏天地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高夏天地面的热空气携带大量的水汽不断地上升到高空，形成大范围积雨云，积雨云的不同部位聚集着空，形成大范围积雨云，积雨云的不同部位聚集着大量的正电荷或负电荷，形成大量的正电荷或负电荷，形成雷云雷云。云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，会把空云层里的电荷越积越多，达到一定强度时，会把空气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。气击穿，打开一条狭窄的通道强行放电。云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的

2、空气云层放电时，由于云中的电流很强，通道上的空气瞬间烧得灼热，温度可达瞬间烧得灼热，温度可达6000-20000，以致发出，以致发出耀眼的强光，形成耀眼的强光，形成闪电闪电。放电通道上的高温使得空气急剧膨胀，由此产生气放电通道上的高温使得空气急剧膨胀，由此产生气流冲击波，这种强烈的冲击波就是流冲击波，这种强烈的冲击波就是雷声雷声。雷电防护雷电防护雷电的雷电的 危害危害雷电防护雷电防护雷电波沿电力及通讯线路侵入，致使电路板的电路元器件烧坏。雷电波沿电力及通讯线路侵入，致使电路板的电路元器件烧坏。雷电防护雷电防护n1、冲击电流大、冲击电流大。其电流高达几万几十万安培。n2、时间短、时间短。一般雷击

3、分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60微秒。n3、雷电流变化梯度大、雷电流变化梯度大。有的可达10千安微秒。n4、冲击电压高。、冲击电压高。3.雷电特征雷电特征n对电力系统的电气设备来说，雷电流的陡度越大，在感性负载上产生的过电压也越大，对绝缘的破坏性也就越严重。雷电防护雷电防护有：有：具具有爆炸危险的建筑物；有爆炸危险的建筑物；国家级会堂、大型客运国家级会堂、大型客运中心；国际性航空港；中心；国际性航空港；国家重点文物保护；大国家重点文物保护；大型计算中心；大型通信型计算中心；大型通信枢纽、金融中心等特别枢纽、金融中心等特别重要用途的建筑物和高重要用途的建筑物和

4、高度超过度超过100m100m的建筑物的建筑物有：有：省省级重点文物保护建筑物；级重点文物保护建筑物；省级及以上的大型计算省级及以上的大型计算中心；证券中心；大型中心；证券中心；大型体育场；装有重要电子体育场；装有重要电子设备的建筑物等。设备的建筑物等。1919层以上住宅建筑和高层以上住宅建筑和高度超过度超过50m50m的民用建筑；的民用建筑；有：有：小型通信枢纽；电信小型通信枢纽；电信局；大中型有线电视局；大中型有线电视系统；年雷击次数大系统；年雷击次数大于或等于于或等于0.050.05，确认，确认需要防雷的建筑物；需要防雷的建筑物；高度超过高度超过20m20m的建筑的建筑物；雷害事故较多地

5、物；雷害事故较多地区的重要建筑。区的重要建筑。1.防直击雷装置的组成：防直击雷装置的组成：接闪器、引下线和接地装置三部接闪器、引下线和接地装置三部分组成。分组成。2.接闪器：接闪器：接闪器是专门用来接受接闪器是专门用来接受直击雷直击雷的金的金属物体。属物体。接闪器所用材料应能满足机械强度、接闪器所用材料应能满足机械强度、耐腐蚀和热稳定性耐腐蚀和热稳定性。避雷针、避雷线、避雷带、避雷网避雷针、避雷线、避雷带、避雷网雷电防护雷电防护接闪器引下线接地装置n避雷针的功能避雷针的功能实质是引实质是引雷作用。雷作用。n避雷针把雷电流经引下避雷针把雷电流经引下线和接地装置，泄放到线和接地装置，泄放到大地中去

6、，从而保护了大地中去，从而保护了附近的线路、设备和建附近的线路、设备和建筑物等。筑物等。雷电防护雷电防护n避雷针类型避雷针类型：n镀锌圆钢：镀锌圆钢：n针长针长1m以下时：直径不小于以下时：直径不小于12mm；n针长针长12m时时：直径不小于直径不小于16mm；n镀锌钢管：镀锌钢管：n针长针长1m以下时：直径不小于以下时：直径不小于20mm；n针长针长12m时时：直径不小于直径不小于25mm。n它通常安装在电杆、构架或建筑物上。它的下端通过引下它通常安装在电杆、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。线与接地装置可靠连接。雷电防护雷电防护n避雷线架空安装在架空线或建避雷线架空安装

7、在架空线或建筑物上面，经引下线与接地装筑物上面，经引下线与接地装置连接。从而保护了附近的线置连接。从而保护了附近的线路、设备和建筑物等。路、设备和建筑物等。n避雷线架空又接地，因此也称避雷线架空又接地，因此也称为架空地线。为架空地线。n避雷线一般用截面不小于避雷线一般用截面不小于35mm35mm2 2的的镀锌钢铰线镀锌钢铰线，架设在架空线，架设在架空线或建筑物的上面。或建筑物的上面。n避雷线的功能和原理与避雷针避雷线的功能和原理与避雷针基本相同。基本相同。雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护n避雷带是指在避雷带是指在平顶房屋平顶房屋屋顶四周的女儿墙或屋顶四周的女儿墙或坡顶屋的屋脊坡顶屋的屋脊、屋檐

8、上金属带作为接闪器。经引下线与接地装置与大地连屋檐上金属带作为接闪器。经引下线与接地装置与大地连接。主要用来保护建筑物免遭直击雷击和感应雷击。接。主要用来保护建筑物免遭直击雷击和感应雷击。n避雷带类型：避雷带类型：n避雷带宜采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。避雷带宜采用圆钢和扁钢，优先采用圆钢。n圆钢直径不小于圆钢直径不小于8mm;8mm;n扁钢截面不小于扁钢截面不小于48mm48mm2 2，其厚度不小于，其厚度不小于4mm4mm。雷电防护雷电防护利用钢筋混泥土结构中的利用钢筋混泥土结构中的钢筋网构成。也称为暗装钢筋网构成。也称为暗装避雷网。避雷网。其保护原理如同一个法拉其保护原理如同一个法拉第笼

9、。并保持与大地可靠第笼。并保持与大地可靠的电气连接，整个建筑成的电气连接，整个建筑成为一个等电位体。为一个等电位体。最上面一层屋顶作为接闪最上面一层屋顶作为接闪器。器。钢筋距表面钢筋距表面67cm，用直，用直径径6mm6mm以上的镀锌圆钢，以上的镀锌圆钢，网格大小可以根据建筑物网格大小可以根据建筑物防雷类别选择。防雷类别选择。雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护引下线与接地装置作用引下线与接地装置作用：传导和散发雷电流。：传导和散发雷电流。引下线引下线最好对称均匀分布，最好对称均匀分布，固定支撑点间隔不得大于固定支撑点间隔不得大于1.52m，间距不应大于间距不应大于18m,引下线的敷设应保持引下线

10、的敷设应保持一定的松紧度，不能拉的太紧，以免热胀冷缩而拉断。一定的松紧度，不能拉的太紧，以免热胀冷缩而拉断。引下线一般采用圆钢和扁钢引下线一般采用圆钢和扁钢。圆钢直径不小于圆钢直径不小于8mm;扁钢截面不小于扁钢截面不小于4848mm2 2 ，其厚度不小于，其厚度不小于4mm。装在烟囱上的引下线，必须做好防腐措施，其尺寸圆装在烟囱上的引下线，必须做好防腐措施，其尺寸圆钢直径不小于钢直径不小于12mm;扁钢截面不小于扁钢截面不小于100mm2，其厚度不小于，其厚度不小于4mm。雷电防护雷电防护n（1）单支避雷针的保护范围单支避雷针的保护范围 n避雷针的保护范围，一般采用避雷针的保护范围，一般采用

11、IEC推荐的推荐的“滚球法滚球法”来确来确定。定。n“滚球法滚球法”就是选择一个半径为就是选择一个半径为 的的“滚球半径滚球半径”球体，球体，沿需要防护的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）沿需要防护的部位滚动，如果球体只接触到避雷针（线）或避雷针与地面而不触及需要保护的部位，则该部位就在或避雷针与地面而不触及需要保护的部位，则该部位就在避雷针的保护范围之内。避雷针的保护范围之内。nGB5005794建筑防雷设计规范建筑防雷设计规范 雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护1、查表选择hr2、以避雷针为中心hr为半径得到A、B两点3、以A、B两点为中心画圆4、以建筑物高度划线5、避雷针在高度为hx的

12、保护范围雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护)2(0)2()2()2(0hhhrhhhhhrhhhhhhhhrhhrxxrxrxrxrxrxr?雷电防护雷电防护例题：工厂中有一个高30m的水塔，旁边建有一个锅炉房（属于第三类建筑物），尺寸如图。在水塔上安装有一个高3m的避雷针，问：此避雷针能否保护这个锅炉房？雷电防护雷电防护n解：n1.查表获取第三类建筑物对应的滚球半径hr=60m;n2.避雷针高度：h=30+3=33m;n3.被保护对象高度：hx=8m;n4.hhr 采用公式：n5.对应锅炉房hx高度距离最远的一点的水平距离n可以保护。可以保护。mhhhhhhrxrxrx65.23)8602(8

13、)33602(33)2()2(xrmr68.185)810(220雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护（2）两根避雷针防护范围雷电防护雷电防护,2(2)rrhhDhhh时应按照单根避雷针的方法确定。雷电防护雷电防护（2）两根等高避雷针防护范围（3）四根等高避雷针防护范围3,2(2)rrhhDhhh时应按照双支等高避雷针的方法确定。四根避雷针防护范围雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护1.感应雷的防护特点：（1）对保护器的保护水平要求苛刻；（2）对保护器的响应时间要求苛刻；（3）分布范围广、侵入途径多。2.内部防护基本措施：（1）建筑物内部线路装设浪涌保护器；（2）电磁屏蔽措施；（3）接地与等电位连接。

14、n3.外部防御感应雷的方法：（1）在建筑物屋面沿周边装设避雷带，每隔1820米左右引出接地线一根。（2）建筑物内所有金属物如设备外壳、管道、构架等均应接地，混凝土内的钢筋应绑扎或焊成闭合回路。（3）将突出屋面的金属物接地；（4）对净距离小于100mm的平行敷设的长金属管道，每隔2030米用金属线跨接，避免因感应过电压而产生火花。雷电防护雷电防护n4.供配电系统的防御n(1)架空线1）对610kV架空线，如有条件就采用3050m的电缆段埋地引入，在架空线终端杆装避雷器，避雷器的接地线应与电缆金属外壳相连后直接接地，并连入公共地网。2）对没有电缆引入的610kV架空线，在终端杆处装避雷器，在避雷器

15、附近除了装设集中接地线外，还应连入公共地网。3）对低压进出线，应尽量用电缆线，至少应有50m的电缆段经埋地引入，在进户端将电缆金属外壳架相连后直接接地，并连入公共地网。雷电防护雷电防护n5.变配电所的防御1）在电源进线处 主变压器高压侧装设避雷器。要求避雷器与主变压器尽量靠近安装。避雷器的接地端与变压器的低压侧中性点及金属外壳均应可靠接地。2）310kV高压配电装置及车间变配电所的变压器要求它在每路进线终端和各段母线上都装有避雷器。避雷器的接地端与电缆头的外壳相连后须可靠接地。n 3）在低压侧装设避雷器 在多雷区、强雷区及向一级防雷建筑供电的Yyn0和Dyn11联结的配电变压器，应装设一组低压

16、避雷器。雷电防护雷电防护架空线FF电缆线F220/380VT架空线10kV 10kV变电所常见防雷保护方案变电所常见防雷保护方案 雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护n综合防雷设计方案应至少包括5个方面：n直击雷的防护；n感应雷的防护；n屏蔽；n等电位联结；n防雷接地。n缺少任何一方面都是不完整的，有缺陷的和有潜在危险的。雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护 图示为遭受电涌破坏的计算机主板。图示为遭受电涌破坏的计算机主板。含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，包括计算机和含有微处理器的电气设备极易受到电涌的损坏，包括计算机和计算机的辅助设备、程序控制器、计算机的辅助设备、程序控制器、PLC、传真机

17、、电话、留言机、传真机、电话、留言机等；程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备；家电行业的等；程控交换机、广播电视发送机、微波中继设备；家电行业的产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰产品包括电视、音响、微波炉、录像机、洗衣机、烘干机和电冰箱等。美国有一项调查数据表明，在保修期内出现问题的电气产箱等。美国有一项调查数据表明，在保修期内出现问题的电气产品中，其中品中，其中63是由于电涌造成的。是由于电涌造成的。在建筑物的不同防雷区界面和所需的特在建筑物的不同防雷区界面和所需的特定位置上设置电涌保护器定位置上设置电涌保护器SPD，是建筑物防，是建筑物防电涌综合保护措施中至为关键

18、的一项措施。电涌综合保护措施中至为关键的一项措施。SPD的主要作用是当电涌来临动作后，钳压的主要作用是当电涌来临动作后，钳压和泄流以及暂态均压。和泄流以及暂态均压。电涌保护器的工作决定于施加其两端的电电涌保护器的工作决定于施加其两端的电压压U和和触发电压触发电压Ud值的大小，对不同产品，值的大小，对不同产品，Ud值为标准给定值。如下图所示。值为标准给定值。如下图所示。n3.电源线路电涌保护器n电源电路电涌保护器与被保护设备并联。n电源线路电涌保护器常用的有电压开关型、限压型。n一般选用限压型限压型，限制电压较低，保护效果好，价格低。n建议在雷电活动频繁的强雷区、通流能力大第一级防护选用开关型开

19、关型。n4.信号线路电涌保护器n信号线路电涌保护器与电源线路电涌保护器基本相同，不同的是工作电压较低，因此绝缘要求不高；但是信号线路的电涌保护器的传输速率比电源型高，在无雷电时要求电涌保护器既不能阻塞，又不能大幅衰减信号，影响信号传输。雷电防护雷电防护雷电防护雷电防护 要经常保养，使避雷针处于良好状态，确保避雷装置发挥要经常保养，使避雷针处于良好状态，确保避雷装置发挥效能。效能。另外还要正确设计、正确安装，同时兼顾建筑物内部的过另外还要正确设计、正确安装，同时兼顾建筑物内部的过压防护。压防护。对于高度大于滚球半径的建筑物要设计雷电的侧击。在外对于高度大于滚球半径的建筑物要设计雷电的侧击。在外部

20、接入旁侧接闪装置。部接入旁侧接闪装置。雷电防护雷电防护 小结：小结：小结：小结：作业：作业：1.完善方案；完善方案；2.P192 1、2 小结：小结：模块一 雷电防护模块二 n接地：将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地体称为接地。n从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电器连接也叫接地。n接地体：与土壤直接接触的金属物体称为接地体或接地极。专门为接地而装设的接地体称为人工接地体。兼做接地体用的直接与大地连接的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋等，称为自然接地体。n接地线：连接接地体及设备接地部分的导线称为接地线。接地装置：接地线和接地体统称为接地装置。n接地网：有若干个接地体在大

21、地中互相连接组成的总和称为接地网。接地的类型和作用接地的类型和作用 接地的类型和作用接地的类型和作用接地类型接地类型 工作接地、屏蔽接地、信号接地等属于电气功能性接工作接地、屏蔽接地、信号接地等属于电气功能性接地。防雷接地、防静电接地等属于电气保护性接地。地。防雷接地、防静电接地等属于电气保护性接地。1.TN制式系统制式系统 T表示电源中性点接地，表示电源中性点接地，N表示电源中性点引出的零线。表示电源中性点引出的零线。这种系统在建筑电气中应用较多。这种系统在建筑电气中应用较多。这种系统的这种系统的N线和线和PE线是分开的，零线线是分开的，零线N断断开时不会影响开时不会影响PE线的保线的保护作

22、用，常用于安全可护作用，常用于安全可靠性要求较高的场所。靠性要求较高的场所。对新建的高层建筑、住对新建的高层建筑、住宅小区，推荐使用宅小区，推荐使用TN-S系统。系统。TNS系统系统保护接地方式保护接地方式 C表示工作零线与保护零线合二为一。即系统中的中性线表示工作零线与保护零线合二为一。即系统中的中性线N与与PE保护线合二为一。为了减少因保护线合二为一。为了减少因PEN断线后带上近乎相电断线后带上近乎相电压的对地电压，常在压的对地电压，常在PEN线上采取重复接地的措施。线上采取重复接地的措施。TNC系统系统保护接地方式保护接地方式 C表示工作零线与保护零线合二为一，表示工作零线与保护零线合二

23、为一，S表示工作零线与保表示工作零线与保护零线严格分开，此系统中，中性线护零线严格分开，此系统中，中性线N与与PE保护线有一部分保护线有一部分合二为一，另一部分分开，以合二为一，另一部分分开，以G处为分界点，前部分适用于处为分界点，前部分适用于三相平衡负载，后部适用于三相不平衡负载。三相平衡负载，后部适用于三相不平衡负载。TN-C-S系统系统 这种系统兼有这种系统兼有TN-C和和TN-S两种制式的特两种制式的特点，常用于配电系统点，常用于配电系统末端环境较差或对电末端环境较差或对电磁干扰要求较严的场磁干扰要求较严的场所。所。保护接地方式保护接地方式2.TT制式系统制式系统 TT制式系统适用于以

24、低压供电、远离变电所的建筑物，对制式系统适用于以低压供电、远离变电所的建筑物，对环境要求防火防爆的场所，以及对接地要求高的精密电子设环境要求防火防爆的场所，以及对接地要求高的精密电子设备和数据处理设备等。但是，备和数据处理设备等。但是，TT接地系统为达到接地要求，接地系统为达到接地要求，耗费的钢材多、难以回收，费工费时费料，难以推广。耗费的钢材多、难以回收，费工费时费料，难以推广。保护接地方式保护接地方式3.IT制式系统制式系统 IT制式系统由于中性点不接地，设备漏电时单相对地漏电流小，不制式系统由于中性点不接地，设备漏电时单相对地漏电流小，不会破坏电源电压的平衡，因此适用于供电距离较短，对供

25、电可靠性要会破坏电源电压的平衡，因此适用于供电距离较短，对供电可靠性要求较高的大医院手术室、地下矿井等不停电场所。求较高的大医院手术室、地下矿井等不停电场所。当供电距离较长时，供电系统对地分布电容则不可忽视，输电线路当供电距离较长时，供电系统对地分布电容则不可忽视，输电线路越长，分布电容越大，若对地电容电流一旦和电源发生联系时，保护越长，分布电容越大，若对地电容电流一旦和电源发生联系时，保护设备不一定动作，这非常危险！因此，这种系统只用在供电距离较短设备不一定动作，这非常危险！因此，这种系统只用在供电距离较短时才比较安全。时才比较安全。系统接地后提供了采用自动切断供电电源这一间接接触防系统接地

26、后提供了采用自动切断供电电源这一间接接触防护措施的必要条件。护措施的必要条件。系统中应实施总电位联结。在局部区域当自动切断供电电系统中应实施总电位联结。在局部区域当自动切断供电电源的条件得不到满足时，应实施辅助等电位连接。源的条件得不到满足时，应实施辅助等电位连接。不得在保护回路中装设保护电器或开关，但允许装设只有不得在保护回路中装设保护电器或开关，但允许装设只有用工具才能断开的连接点。用工具才能断开的连接点。严禁将可燃液体、可燃气体管道用作保护导体。严禁将可燃液体、可燃气体管道用作保护导体。电气装置的外露可导电部分不得用作保护导体的串联过渡电气装置的外露可导电部分不得用作保护导体的串联过渡接

27、点。接点。保护导体必须有足够的截面。保护导体必须有足够的截面。对接地安全制式的要求对接地安全制式的要求四、防雷接地四、防雷接地雷电时的接地电阻称为冲击接地电阻，雷电时的接地电阻称为冲击接地电阻，1.防直击雷的冲击接地电阻如下：防直击雷的冲击接地电阻如下：a.一级民用建筑一级民用建筑Rch10，雷电活动强烈地区，雷电活动强烈地区，Rch5；b.二级民用建筑二级民用建筑Rch10；c.三级民用建筑三级民用建筑Rch30。2.防雷电感应接地防雷电感应接地（1）防静电感应）防静电感应Rch10（2）防电磁感应）防电磁感应Rch10（3）防雷电波侵入接地）防雷电波侵入接地 Rch103.基础接地体的应用

28、基础接地体的应用混凝土所处的条件混凝土所处的条件电阻率电阻率放在水中放在水中4050埋在混凝土壤中埋在混凝土壤中100200埋在干燥的土壤中埋在干燥的土壤中50013004.人工接地体接地电阻的计算人工接地体接地电阻的计算:eeseeseesR RRRRRR自然接地体电阻；：接地电阻允许值四、防雷接地四、防雷接地4.3 漏电保护技术 一、漏电产生的原因：一、漏电产生的原因：当设备发生碰壳故障、电线绝缘破损、人体直接当设备发生碰壳故障、电线绝缘破损、人体直接触接相线电压时；在游泳池、淋浴房、厨房、卫生间触接相线电压时；在游泳池、淋浴房、厨房、卫生间等特别潮湿的地方，因人体等特别潮湿的地方，因人体

29、表皮电阻降低表皮电阻降低，触电死亡，触电死亡的危险大大增加时；的危险大大增加时；二、漏电保护器的作用：二、漏电保护器的作用：漏电保护器，漏电保护器，动作电流是动作电流是30mA.30mA.能保证在人身触电能保证在人身触电的瞬间迅速切断电路，保证人身安全。的瞬间迅速切断电路，保证人身安全。可以大幅度可以大幅度地提高供电系统运行的安全性，对进一步保证人身和地提高供电系统运行的安全性，对进一步保证人身和用电设备的安全具有极为重要的作用。用电设备的安全具有极为重要的作用。三、主要参数有触头电压、触头电流及漏电动作电流三、主要参数有触头电压、触头电流及漏电动作电流和动作时间。（和动作时间。（选用时可查阅国家相关标准。）选用时可查阅国家相关标准。）漏电保护器的安装：漏电保护器的安装：