避雷与接地装置安装
主要讲课内容:避雷的有关概念,避雷的设施,如何进行防雷。接地的概念,接地的相关知识,接地装置安装。
一、避雷有关概念
1、雷电过电压
（1）内部过电压（操作过电压）
操作过电压是指开关操作、故障等原因使电力系统工作状态突变，在过渡过程中出现电磁能在系统内部发生振荡，而引起过电压，内部过电压分别为操作过电压和谐振过电压等形成，操作过电压是系统中开关操作负荷骤变故障等原因，出现断续性电弧而引起的过电压；谐振过电压是由系统中电路参数（R、L、C）在不利组合时发生谐振而引起的过电压，包括电力变压器铁磁饱合而引起的铁磁谐振过电压，内部过电压一般不会超过系统正常运行时额定电压的3-3.5倍。
（2）雷电过电压（外部大气过电压）
是由于电力系统内的设备或构筑物遭受直接雷击或感应雷引起的过电压，引起这种过电压的能量来源于外界，又称外部过电压。雷电过电压产生的冲击波，其电压幅值可达1亿伏，其电流幅值可达几十万安培，因此对电力系统危害极大，必须采取有效措施加以防护。
A、直击雷过电压：（直击雷）雷直接击中电气设备、线路、建筑物。强大的雷电流通过物体泄入大地，在物体上产上很高的电位降，称为雷击过电压，雷电流通过被击物体时，将产生有破坏作用的热效应，机械效应，相伴还有电磁效应和对物体的闪络放电。
B、感应过电压：（感应雷）当雷云在架空线路（或其他物体）上方时，在地面物体上感应出与雷击等量的相及电荷，当雷击放电时，先导通道中电荷迅速中和，架空线路上的感应电荷失去束缚，变成自由电荷，流向线路两端，产生很高的过电压，（高压线路几十万伏，低压几万伏）。
C、雷电波侵入（高电位引入）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，而造成危害，供电系统由于雷电波的侵入而造成的雷害事故，在整个雷害过程中占50%以上，因此更应注意此种过电压。
2、雷的有关名词概念
（1）幅值与陡度
雷电流幅值是（Im）与雷击中的电荷量及雷击放电通道的阻抗有关的量，雷电流一般在1-4us内增长到幅值。在幅值前一段波形称为波头，而从幅值起到雷电流衰减到
Im
/2的一段波形称波尾。
雷电波陡度是波头增长的速率α＝di/dt，陡度α可达50KA/us以上，雷电流陡度越大，产生的电压越高，对绝缘破坏越严重。
（2）年平均雷暴日数：
凡有雷活动的日子，包括看到雷闪听到雷声都称为雷暴日，由当地气象台统计的多年雷暴是年平均值,称年平均雷暴日数，少雷区：每年平均雷暴日数不超过15天。
多雷区：年平均雷暴日数超过40天。
年平均雷暴日数越多，说明该地区雷电活动越频繁，因此防雷要求越高，防雷措施越要加强。
3、防雷设备
（1）接闪器：专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属杆称为避雷针，接闪的金属线称为避雷线（架空地线），接
闪的金属带，金属网称为避雷带、避雷网。所有的接闪器都必须经过接地引下线与接地装置相连。
A、避雷针
镀锌圆钢（针长1-2M，直径不小于16mm）
镀锌焊接钢管（针长1-2M；直径不小于是25mm）
安装在电杆（支柱）或构架建筑物上，下端经引下线与接地装置焊接。
避雷针的功能：引雷作用，它对雷电场产生附加电场（这附加电场是由于雷云对避雷针产生静电感应引起的），使雷电场畸变，从而提供雷击放电通路，吸引到避雷针本身，然后经与避雷针相连的引下线和接地装置将雷电流汇放到大地中，使被保护物体免受直接雷击，所以避雷针实指是引雷针，它把雷电波引入大地，从而保护了线路、设备及建筑物。
B、避雷线
避雷线一般用截面不小于25
mm2的镀锌钢绞线，架设在架空线路上边，以保护架空线或其它物体（建筑物），免遭直接雷击，由于既要架空，又要接地，因此称架空地线，避雷线的功能与避雷针相同。
C、避雷带和避雷网
避雷带和避雷网用来保护较高的建筑物免受雷击。避雷带一般沿屋面周围装设，高出屋面100-150
mm，支持点间1-1.5米，装在烟囱、水塔顶部的避雷带又称避雷环。避雷网除沿屋面周围装设外，还纵横连成网，带网必须经引下线与接地装置可靠连接，用网格导体以一定的网络宽度和一定的引下线间盖住要防雷的空间，这种方法通常被称为法拉第保护形式。
（2）避雷器
避雷器是一种过电压保护设备，用来防止雷电产生的大气过电压沿架空线路侵入变电所或其他建筑物，以危及被保护的设备的绝缘，避雷器也可用来限制内部过电压，避雷器与被保护设备并联且位于电源侧，其放电电压低于被保护设备的绝缘耐压值，沿线路侵入的过电压，将首先使避雷器击穿并对地放电，从而保护了它后面设备的绝缘。
A、阀型避雷器
阀型避雷器由火花放电间隙和阀片串联组成，装在密封瓷套管内，火花放电间隙由铜片冲制而成，每对间隙用厚1
mm——0.5
mm云母垫圈隔离开，正常火花间隙阻止线路工频电流通过，但在雷电压作下，火花间隙被击穿放电，阀片是用陶料粘固起来的，电工用金钢砂（硅化硅）颗粒组成，阀片是非线性特性材料，正常电压时，阀片电阻很大，过电压时阀片电阻很小，因此当线路过电压时，火花间隙被击穿，阀电使雷电流顺畅的向大地泄放，当线路电压消失后，线路上恢复工频电压阀片则呈现很大电阻，使火花间隙绝缘迅速恢复而切断工频电流，从而保护线路正常运行。
必须注意，雷电流流过阀片电阻时要形成压降，这就是残余过电压，称为残压，残压要加在被保护设备上，因此残压不能超过设备绝缘允许的耐压值，否则设备绝缘只能被击穿。
火花间隙与阀片的多少，是与工作电压高低成正比的。还有一种磁吹阀式避雷器，用磁吹装置来加速火花间隙中电弧的熄灭，从而具有较低的残压，它专门是用来保护重要的或绝缘较为薄弱的设备，如高压电机。
B、排气式避雷器
移管型避雷器，由产气管、内部间隙、外部间隙三部分组成，动作时有气体吹出，因此用于户外线路。
C、保护间隙
又称角式避雷器，简单经济维护方便，保护能力差，灭弧能力小，易造成接地或短路故障。工频时有较大电阻，能迅速有效的抑制工频续电流，而在过压下电阻小，能很好泄放雷电流。
D、金属氧化物避雷器。
又称压敏避雷器，它是由压敏电阻片构成的避雷器，压敏电阻器片氧化锌（ZNO）为主要原料，附加少量其他氧化物经高压焙烧而成的多晶半导体陶瓷元件，有优良阀特性
4、防雷措施
（1）架空线路的防护措施
（I）装设避雷线，以防架空线遭受直接雷击，一般63KV以上的架空线路全线装设避雷线，35KV架空线路一般只在人口稠密区或进出变电所的一段线路装设避雷线，10KV线路不装。
（II）加强线路绝缘或装设避雷器。
被保护设备
雷电冲击波
线路
（III）线路装设自动重合闸装置
（2）变电所的防雷措施
（I）装设避雷针或避雷线（II）装设避雷器
（3）高压电动机的防雷措施
因高压电动机绝缘水平比变压器低，因此高压电机对雷电波侵入的防护，应用FCD型磁吹式阀型避雷器或金属氧化物型的避雷器。
二、接地有关概念
接地的电气设备，因绝缘损坏而造成相线与设备金属外壳接触时，其漏电电流通过接地体向大地呈半球形流散。因为球面积与半径的平方成正比。所以，半球形面积随着远离接地体而迅速增大，因此，与半球形面积对应的土壤电阻值，将随着远离接地体而迅速减小。电流在地流散时，所形成的电压降，距接地体愈近就愈大；距接地体愈远就愈小。通常当距接地体大于20米时，地中电流所产生的电压降已接于零值。因此，零电位点通常指远距接地体20米之外处。但是理论上的零电位点将是距接地体无穷远处。
20m
接地体
流散电场
大
地
1、接地名词概念
（1）安全电流，人触电后最大脱摆电流值，规定为30
mA。
（2）安全电压，不致使人直接致死致残的电压，人体肤电阻1500Ω，体内电阻500Ω，人体电阻200Ω，一般取1700*30
mA=50V（人体持续接触的安全电压）。
（3）直接触电，直接接触正常带电部分。
（4）间接接触，接触正常不带电的外露导电部分（金属外壳，框架）。
（5）接地和接地装置：电气设备的某一部分与土壤之间作可靠的电气连接，称为接地，与土壤直接接触的金属物体称为接地体（极）人工接地体：专门为接地而装设的接地体。
接地装置示意图
1---接地体
2---接地干线
3---电气设备
4---接地支线
大地
兼作接地体用的直接与大地接触的金属构架设（件）金属管道及建筑物的钢筋砼基础。称自然接地体。
接地线：连接接地体及设备接地部分的导线（断接卡子至接地体的导线）
接地装置：接地体与接地线的总合。
接地网：由若干接地体在大地中互相连接而成的总体。
接地线分为接地干线与接地支线，按规定：接地干线应采用不少于二根导体在不同地点与接地网连接。
接地电流：当电气设备发生单相故障时，电流通过接地体向大地
作半球形散开，这一电流称为接地电流。
接触电压：人站在发生接地故障的设备旁边，手触外露可导电部分,则人接触的两点（手与脚）之间所呈现的电位差。
2、接地类型：电力系统和设备的接地按其功能可分为工作接地和保护接地，为进一步保证保护接地的重复接地。
（1）工作接地：在电力系统中凡运行所需的接地称为工作接地，电源的中性点直接接地，经消弧线圈接地,防雷接地。
中性点接地：功能为保护三相系统中相电压不变。经消弧线圈接地，能在单相接地时，消除接地点的断续电弧防止系统过电压。防雷接地功能为实现对地泄放雷电流。
（2）保护接地：为保证人身安全，防止间接触电,将设备外露导电部分接地。
保护接地分成两种：一种是设备外露导电部分经各自的PE线分别直接接地，TT、IT系统。
IT系统:电源中性点不接地或通过过电压保护装置、高欧姆接地装置接地，而用电设备外壳接地的供电系统称为绝缘网络接地保护系统，简称IT系统。其特点是所有带电部分均与地绝缘或仅有高阻抗接地。
R
C
PE保护接地
L1
L2
L3
电气设备
IT保护接地
TT系统：将电网变压器中性点和用电设备金属外壳同时接地，则构成直接工作接地网络即所谓双接地或简称TT系统。
L1
L2
L3
N
工作接地
PE保护接地
电气设备
直接工作接地TT系统
重复接地
另一种设备外露导电部分，经公共的PE线或PEN线接地。
PE线:保护接地线,不是回路的带电导体,除微量的泄漏电流外无故障时不通过电流,只在设备发生接地故障时,传送故障电流并带故障电压,PE线如带有若干安培电流,说明发生接地故障或中性线接错。
PEN线：指兼有PE线和中性线作用的回路导线。
（3）重复接地：在电源中性点直接接地的TN系统中，为确保公共PE或PEN线安全可靠，除在电源中性点处进行工作接地外，还必须在PE线或PEN线在下列地方进行必要的重复接地。
（I）在架空线路的干线和分支线的终端及沿线每1K
m处。
（II）电缆和架空线在引入车间或大型建筑物处。
（4）接地故障保护
接地故障是指相线对地或与地有联系的导体之间的短路，包括相线与大地，相线与PE或PEN以及相线与外露的导电部分的短路。
发生接地故障，接地故障电流很大，必须迅速切断电路，以保证线路的短路热稳速度，否则将产生来重后果，甚至引起火灾或爆炸，有的场合故障电流小，但能呈现危险的对地电压，如不及时予以信号报警或切除故障就可能发生人身触电事故。
（5）保护接零----TNS、TNC和TNCS系统
1）TNS系统，为三相五线制的中性线N与保护接零导线PE分开的系统，整个系统中都有独立的中性线和保护线。
工作接地
L1
L2
L3
N
PE
TNS系统
2）TNC系统，为三相四线制的中性线与保护导线合二为一的系统，亦即整个系统中性线与保护导线均合并为同一根导体。
工作接地
L1
L2
L3
N
PEN
TNC系统
3）TNCS系统，为上两种系统的混合体，系统中中性线与保护导线的某一部分合并为同一导体，在另一部分又分开。
工作接地
PEN
TNCS系统
N
PE3、接地电阻的要求
（1）接地电阻，指接地体流散电阻与接地线和接地体电阻的总和，由于接地线和接地体的电阻相对很小，可以略去不计，因此可以认为接地电阻就是指接地体流散电阻。
（2）工频接地电阻：工频接地电流经接地装置所呈现的接地电阻。
（3）冲击接地电阻：雷电流流经接地装置所呈现的接地电阻，（4）接地电阻的要求：
工作接地4
Ω，保护接地4
Ω，重复接地10
Ω
保护变电所的独立避雷针10Ω
三、接地系统安装方法及要求
接地系统包括接地极、户外接地母线、户内接地母线、接地跨接线、构架接地、防静电等。
接地系统常用的材料有等边角钢、圆钢、扁钢、镀锌等边角钢、镀锌圆钢、镀锌扁钢、铜板、裸铜线、钢管等。
1、接地极制作安装
接地极制作安装分为钢管接地极、角钢接地极、圆钢接地极、铜板接地极等。常用的为钢管接地极和角钢接地极。
（1）
接地极垂直敷设：
1）角钢接地极垂直敷设的做法及要求。首先根据接地平面图中的户外接地母线位置开挖接地沟，一般沟深为0.8m，下口宽为0.4m，上口宽为0.5m。再将镀锌角钢接地极的有尖的一头立放在已挖好的沟底上，用铁锤人工垂直打入土沟内，为了防止将接地极顶部打卷可加工护帽，在沟底上部余留50mm。然后继续按上述方法将图纸规定的数量敷设完。再用扁钢将角钢接地极连接起来，即将接地极牢固地焊接在预留沟底上（50mm）的角钢接地极上（一般接地极长为2.5m，垂直接地极的间距不宜小于其长度的2倍，通常为5m），焊接处刷防腐漆或涂沥青，最后回填土。
2）钢管接地极垂直敷设的做法及要求。做法及要求与角钢接地极相同。钢管的一头也是削尖，采用锯口或锻造。
（2）接地极水平敷设。在土壤条件极差的山石地区采用接地极水平敷设。首先在山石地段开挖接地沟（采用爆破方法），一般沟长为15m，宽为0.8m，深为1.5m，沟内全部回填黄粘土并分别夯实。从底部分层夯实至0.5m标高时，将接地扁钢按图纸的要求水平排列3根，间距为160mm，长度为1.5m，再用40*4*700（mm）的扁钢，以垂直方向与上述3根水平排列的扁钢用焊接连接起来，每隔1.5m的间距焊接一根，要求接地装置全部采用镀锌扁钢，所有焊接点处均刷沥青。接地电阻应小于4Ω，超过时，应补增接地装置的长度。
（3）高土壤电阻率地区的降低接地电阻的措施有：换土；对土
壤进行了处理，常用的材料有炉渣、木炭、电石渣、石灰、食盐等；利用长效降阻剂；深埋接地体，岩石以下5m；污水引入；深井埋地20m。
2、户外接地母线敷设
（1）户外接地母线大部分采用埋地敷设。接地线的连接采用搭接焊，其搭接长度是：扁钢为厚度的2倍（且至少3个棱连焊接）；圆钢为直径的6倍；圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍；扁钢与钢管或角钢焊接时，为了连接可靠，除应在其接触部位两侧进行焊接外，还应焊以由钢带弯成的弧形卡子，或直接用钢带弯成弧形（或直角形）与钢管或角钢焊接。回填土时，不应夹有石块、建筑材料或垃圾等。
3、户内接地母线敷设
户内接地母线大多数是明设。
（1）明设时应符合下列要求：①便于检查。②敷设位置不应妨碍设备的检修。③支持件间的水平距离为1.5m，垂直部分为1.5-2m，转弯处为0.5m。④接地线应按水平或垂直敷设，亦可与建筑物倾斜结构平行，在直线上不应有高低起伏及弯曲等情况。⑤接地母线沿建筑物墙壁水平敷设时，离地面应保持250-300mm的距离，接地线与建筑物墙壁间应有10-15mm的间隙。⑥接地线表面沿长度方向，每段为15-100mm，分别涂以黄色和绿色相间的条纹。
（2）室内接地母线过门的做法分为接地母线从门上走过和从门下走过两种方法。从门上走过时，距离门框的距离为300-500mm从门下走过则埋设于室内地坪，距地面距离为50-200mm。
（3）由户内接地母线引至设备的分支线做法。分支线由室内接地母线引入地下再引至设备，埋地深度为50-200mm。
（4）户（室）内母线引至室外接地的接地线与室内接地母线的连接采用螺栓连接，穿墙时加保护套管。
（5）设备接地线的做法是将接地线接至设备的地脚螺栓或地螺栓上，经地下引至户内接地母线上。
（6）金属壳体接地的做法是先将接地焊接在金属壳体上，然后将连接片与接地耳用螺栓连接固定，再将接地线焊接在连接片上。接地线的另一端引入地面内再引至户内接地母线上。
（7）变压器室、高低压配电室内的接地干线必须有不少于两处与接地装置干线连接。
（8）当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序互感器后接地。
（9）配电间隔和静止补偿装置的栅栏门及变配电室金属门铰链处，应采用编织铜线相连，变配电室的避雷器应用最短的接地线与接地干线相连。
4、避雷接地系统安装
避雷引下线均需预先埋好支架（烟囱、水塔除外），然后将引下线用螺栓或焊接方式固定。在离地1.8m的断接卡子处，定期测量接地电阻，并用角钢保护。
5、接地跨接线安装
接地跨接线安装主要用在建筑物的伸缩缝或沉降缝、管道法兰之间、管道防静电等。
（1）缝或沉降缝隙的做法及要求。接地母线敷设到距伸缩缝
500mm时断开，即伸缩缝两边的母线相距为1m，然后用同规格的母线弯成半圆状与两边的接地线母线相焊接，使用的扁钢向上弯曲，弯曲半径为70mm。
（2）管道法兰防静电跨接线安装。
1）固定式法兰盘接线安装，是用扁钢跨接在两个固定式的法兰盘上，用螺栓紧固。
2）卷边松套法兰盘跨接线安装，其做法是在松套法兰盘两边的管道上各焊接一条25*4的扁钢，然后将两条扁钢用螺栓连接起来即为跨接线。
3）不锈钢管法兰盘跨接线做法是在不锈钢法兰盘两边的不锈钢管上各套上一个卡箍，然后用扁钢将两个卡箍连接起来，即为跨接线。
（3）管道防静电跨接线安装。多根管道平行敷设的跨接线安装，利用直径5mm圆钢作为连接线。
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